Cabos ópticos - dispositivo, tipos e características

Os cabos ópticos, ao contrário dos cabos com condutores de cobre ou alumínio, usam uma fibra óptica transparente como meio para transmitir um sinal. O sinal é transmitido aqui não com a ajuda da corrente elétrica, mas com a ajuda da luz. Isso significa que praticamente nenhum elétron se move, mas sim fótons, e as perdas de transmissão de sinal acabam sendo insignificantes.

Esses cabos são ideais como meio de transmissão de informações, pois a luz pode passar através da fibra de vidro transparente praticamente sem impedimentos por dezenas de quilômetros, enquanto a intensidade da luz diminui ligeiramente.

Há Cabos GOF (cabo de fibra óptica de vidro) — com fibras de vidro, e Cabos POF (cabo óptico de plástico) — com fibra plástica transparente. Ambos são tradicionalmente chamados de cabos ópticos ou de fibra óptica.

Dispositivo de cabo óptico

O cabo de fibra óptica tem um dispositivo bastante simples.No centro do cabo existe um guia de luz feito de fibra de vidro (seu diâmetro não ultrapassa 10 mícrons), revestido com uma capa protetora de plástico ou vidro, que proporciona reflexão interna total da luz devido à diferença dos índices de refração no limite de dois meios.

Acontece que a luz, desde o transmissor até o receptor, não pode deixar a veia central. Além disso, a luz não tem medo de interferência eletromagnética, portanto, esse cabo não precisa de blindagem eletromagnética, mas apenas precisa ser reforçado.

Para garantir a resistência mecânica do cabo óptico, medidas especiais são tomadas — elas tornam o cabo blindado, principalmente quando se trata de cabos ópticos multipolares que transportam várias fibras ópticas separadas ao mesmo tempo. Cabos suspensos requerem reforço especial com metal e Kevlar.

O projeto mais simples de cabos de fibra ótica é fibras de vidro em um invólucro de plástico… Um design mais complexo é um cabo multicamada com elementos de reforço, por exemplo, para instalação subaquática, subterrânea ou suspensa.

Em um cabo blindado multicamadas, o cabo de reforço de suporte é feito de metal envolto em uma bainha de polietileno. Fibras de plástico ou de vidro que transportam luz são colocadas ao seu redor. Cada fibra individual é revestida com uma camada de verniz colorido para codificação de cores e proteção contra danos mecânicos. Os feixes de fibras são embalados em tubos plásticos preenchidos com um gel hidrofóbico.

Um tubo de plástico pode conter de 4 a 12 dessas fibras, enquanto o número total de fibras em um desses cabos pode chegar a 288 peças. Os tubos são entrelaçados com um fio que aperta o filme umedecido com um gel hidrofóbico — para maior amortecimento das influências mecânicas. Os tubos e o cabo central são revestidos em polietileno.Em seguida estão os fios de Kevlar, que praticamente fornecem armadura para o cabo trançado. Em seguida, polietileno novamente para protegê-lo da umidade e, finalmente, a casca externa.

Os dois principais tipos de cabos de fibra óptica

Existem dois tipos de cabos de fibra óptica: multimodo e monomodo. Os multimodo são mais baratos, os monomodo são mais caros.

Cabo monomodo garante que os raios que passam pela fibra percorram praticamente o mesmo caminho sem desvios mútuos significativos, como resultado, todos os raios chegam ao receptor ao mesmo tempo e sem distorção da forma do sinal. O diâmetro de uma fibra óptica em um cabo monomodo é de cerca de 1,3 μm e é nesse comprimento de onda que a luz deve ser transmitida através dele.

Por esse motivo, uma fonte de laser com luz monocromática de comprimento de onda estritamente necessário é usada como transmissor. Precisamente cabos desse tipo (monomodo) são hoje considerados os mais promissores para comunicações de longa distância no futuro, mas por enquanto eles são caros e de curta duração.

cabo multimodo menos "precisos" do que os monomodo. Os feixes do transmissor passam para ele com dispersão e, do lado do receptor, há alguma distorção na forma do sinal transmitido. O diâmetro da fibra óptica no cabo multimodo é de 62,5 µm e o diâmetro externo da bainha é de 125 µm.

Ele usa um LED convencional (não laser) no lado do transmissor (comprimento de onda de 0,85 μm), e o equipamento não é tão caro quanto uma fonte de luz laser, e os cabos multimodo atuais têm uma vida útil mais longa. O comprimento dos cabos deste tipo não excede 5 km. A latência típica de transmissão do sinal é da ordem de 5 ns/m.

Vantagens dos cabos de fibra óptica

De uma forma ou de outra, o cabo óptico difere radicalmente dos cabos elétricos comuns por sua excepcional proteção contra ruídos, que garante a máxima segurança tanto da integridade quanto da confidencialidade das informações transmitidas por ele.

A interferência eletromagnética direcionada a um cabo óptico é incapaz de distorcer o fluxo de luz e os próprios fótons não geram radiação eletromagnética externa. Sem quebrar a integridade do cabo, é impossível interceptar as informações transmitidas por ele.

A largura de banda de um cabo de fibra óptica é teoricamente 10 ^ 12 Hz, o que não pode ser comparado com cabos atuais de qualquer complexidade. Você pode facilmente transferir informações a uma velocidade de até 10 Gbps por quilômetro.

O cabo de fibra óptica em si não é tão caro quanto o cabo coaxial fino. Mas a maior parte do aumento do preço da rede acabada ainda recai sobre os equipamentos transmissores e receptores, cuja tarefa é converter um sinal elétrico em luz e vice-versa.

A atenuação de um sinal de luz ao passar por um cabo óptico de uma rede local não ultrapassa 5 dB por 1 quilômetro, ou seja, quase a mesma de um sinal elétrico de baixa frequência. Além disso, quanto maior a frequência – mais forte a vantagem do meio óptico sobre os fios elétricos tradicionais – a atenuação aumenta marginalmente. E em frequências acima de 0,2 GHz, o cabo óptico está claramente fora de competição. É praticamente possível aumentar a distância de transmissão até 800 km.

Os cabos de fibra ótica são aplicáveis ​​em redes de topologia anel ou estrela, eliminando completamente os problemas de aterramento e balanceamento de carga que são sempre relevantes para cabos elétricos.

Perfeito Isolamento galvânico, juntamente com as vantagens acima, permite aos analistas prever que, nas comunicações em rede, os cabos ópticos substituirão completamente os elétricos em breve, especialmente devido à crescente escassez de cobre no planeta.

Desvantagens dos cabos de fibra óptica

Para ser justo, não podemos deixar de mencionar as desvantagens dos sistemas de transmissão óptica de dados, sendo a principal a complexidade da instalação dos sistemas e os altos requisitos de precisão na instalação dos conectores. Desvios de mícron durante a montagem do conector podem levar a um aumento na atenuação do mesmo. Aqui você precisa de uma soldagem de alta precisão ou de um gel adesivo especial, cujo índice de refração é semelhante ao da própria fibra de vidro instalada.

Por este motivo, a qualificação do pessoal não permite clemência, sendo necessárias ferramentas especiais e elevadas competências para a sua utilização. Na maioria das vezes, eles recorrem ao uso de peças de cabo prontas, nas extremidades das quais já estão instalados conectores prontos do tipo necessário. Para ramificar o sinal da fibra óptica, divisores especializados são usados ​​\u200b\u200bpara vários canais (de 2 a 8), mas ao ramificar, ocorre inevitavelmente a atenuação da luz.

Obviamente, a fibra é um material menos resistente e menos flexível que o cobre, e é perigoso dobrar a fibra em um raio inferior a 10 cm para sua segurança.A radiação ionizante reduz a transparência da fibra óptica, aumenta a atenuação do sinal de luz transmitido.

Os cabos de fibra ótica resistentes à radiação são mais caros do que os cabos de fibra ótica convencionais. Uma mudança repentina de temperatura pode causar uma rachadura na fibra. Obviamente, a fibra óptica é vulnerável a estresse mecânico, choque e ultrassom; para proteção contra esses fatores, materiais macios de absorção de som especiais são usados ​​nas bainhas dos cabos.