Światło w światłowodzie FTTX

O kablach światłowodowych słyszy się zawsze, gdy ktoś mówi o systemie telefonicznym, systemie telewizji kablowej lub Internecie. Według Encyklopedii Brittanica światłowód można opisać jako naukę o przesyłaniu danych, głosu i obrazów poprzez przejście światła przez cienkie włókna.

Linie światłowodowe to pasma optycznie czystego szkła o grubości ludzkiego włosa, które przesyłają informacje cyfrowe na duże odległości. Są również wykorzystywane w obrazowaniu medycznym i kontroli inżynierii mechanicznej. Praktycznie zastąpiły one starszą technologię przewodów miedzianych w telekomunikacji.

W tym artykule pokażemy, jak te maleńkie pasma szkła przepuszczają światło i fascynujący sposób, w jaki te pasma są wykonane.

Światłowody FTTX

Światłowody FTTX (włókna optyczne) to długie, cienkie pasma bardzo czystego szkła o średnicy mniej więcej ludzkiego włosa. Są one ułożone w wiązki zwane kablami optycznymi i służą do przesyłania sygnałów świetlnych na duże odległości.

Jeśli przyjrzysz się uważnie pojedynczemu włóknu światłowodowemu, zobaczysz, że składa się ono z następujących części:

• rdzeń – cienki środek włókna, przez który przechodzi światło
• okładzina – zewnętrzny materiał optyczny otaczający rdzeń, który odbija światło z powrotem do rdzenia
• bufor – ochronna powłoka z tworzywa sztucznego nakładana bezpośrednio na światłowód
• kurtka – zewnętrzna warstwa ochronna kabla, chroniąca włókno przed uszkodzeniami i wilgocią

Setki lub tysiące tych włókien optycznych są ułożone w wiązki w kablach optycznych.

Światłowody występują w dwóch rodzajach:

• światłowody jednomodowe
• światłowody wielomodowe

Włókna jednomodowe mają małe rdzenie (o średnicy około 3,5 x 10-4 cali lub 9 mikronów) i przepuszczają światło lasera w podczerwieni (długość fali = 1300 do 1550 nanometrów lub nm). Włókna wielomodowe mają większe rdzenie (o średnicy około 2,5 x 10-3 cali lub 62,5 mikrona) i przesyłają światło podczerwone (długość fali = 850 do 1300 nm) z diod elektroluminescencyjnych (LED).

Niektóre włókna światłowodowe mogą być wykonane z tworzywa sztucznego. Włókna te mają duży rdzeń (o średnicy 0,04 cala lub 1 milimetra) i mogą być stosowane z chipami krzemowymi. Włókno szklane nie współpracuje dobrze z krzemem, a adaptacja jest kosztowna.

Przyjrzyjmy się, jak działa światłowód.

Załóżmy, że chcesz oświetlić długi, prosty korytarz światłem latarki. Wystarczy skierować wiązkę światła prosto w dół korytarza — światło rozchodzi się po liniach prostych, więc nie stanowi to problemu. A co jeśli korytarz ma zakręt? Na zakręcie można umieścić lustro, które odbija wiązkę światła za rogiem. A co jeśli korytarz jest bardzo kręty i ma wiele zakrętów? Możesz wyłożyć ściany lustrami i ustawić wiązkę pod takim kątem, aby odbijała się na boki przez cały korytarz. To właśnie dzieje się w światłowodzie.

Światło w kablu światłowodowym

Światło w kablu światłowodowym przechodzi przez rdzeń (korytarz), stale odbijając się od okładziny (ściany pokryte lustrami), zgodnie z zasadą zwaną całkowitym odbiciem wewnętrznym. Ponieważ płaszcz nie pochłania światła z rdzenia, fala świetlna może przemieszczać się na duże odległości.

Jednakże część sygnału w światłowodzie jest tracona podczas pokonywania większych odległości. Stopień pogorszenia sygnału zależy od czystości szkła, liczby zagięć we włóknie lub spawów łączących odcinki światłowodu oraz długości fali przepuszczanego światła.

Przykładowo dla światłowodu wielomodowego średnica 850 nm = 3 dB/km; 1300 nm = 1 dB/km. Dla kabla jednomodowego 1310 nm = 0,5 dB/km; 1550 nm = 0,4 dB/km).