Els cables de fibra òptica s'utilitzen àmpliament avui dia per a la transmissió de dades. En algunes àrees de la informàtica, han substituït completament les línies de comunicació tradicionals basades en conductors metàl·lics. Les línies òptiques són especialment efectives quan s'han de transmetre grans quantitats de dades a llargues distàncies.
Contingut
La base física de la fibra òptica
Els principis físics del funcionament de la fibra òptica es basen en el principi de reflexió total. Si prenem dos medis amb diferents índexs de refracció n1 i n2, i n2<n1 (per exemple, aire i vidre o vidre i plàstic transparent) i deixeu un feix de llum en un angle α amb la interfície, llavors es produiran dos esdeveniments.
Un feix (indicat en vermell a la figura), llançat des de la part superior esquerra (al llarg de la fletxa), es refractarà parcialment i passarà per un medi amb un índex de refracció n2 angle α1<α - aquesta part del feix s'indica amb una línia discontínua.L'altra part del feix es reflectirà des de la interfície amb el mateix angle. Si el feix es dispara amb un angle menys profund β (el feix verd de la figura), passarà el mateix: reflexió parcial i refracció parcial en un angle β1.
Si l'angle d'incidència α es redueix encara més (feix blau a la figura), aleshores la part refractada del feix pot "lliscar" gairebé paral·lela a la interfície dels mitjans (línia discontínua blava). Una nova disminució de l'angle d'incidència (un feix verd incident en un angle β) provocarà un salt qualitatiu: la part refractada estarà absent. El feix es reflectirà completament des de la interfície entre els dos mitjans. Aquest angle s'anomena angle de reflexió total, i el fenomen en si s'anomena reflex total. El mateix s'observarà amb una nova disminució de l'angle d'incidència.
Dispositiu de fibra òptica
La fibra òptica es basa en aquest principi. Consta de dues capes coaxials amb diferent densitat òptica.
Si un feix de llum entra a l'extrem obert de la fibra amb un angle superior a l'angle de reflexió de la llum, es reflectirà completament des del límit de contacte de dos medis amb diferents índexs de refracció, amb una baixa atenuació a cada "salt".
La part exterior de la fibra òptica està feta de plàstic. L'interior també es pot fer de plàstic transparent, després es pot doblegar en angles prou grans (fins i tot enrotllat en un anell, i la llum que entra encara passarà d'un extrem a l'altre amb atenuació en funció de les propietats òptiques de el plàstic i la longitud de la guia de llum). Per als cables troncals on la flexibilitat no és tan important, el nucli interior sol estar fet de vidre.Això redueix l'atenuació, redueix el cost de la fibra, però es torna sensible a les corbes.
Per augmentar el rendiment d'una línia òptica, la fibra es produeix en una versió de dos modes o multimodes. Per fer-ho, la secció transversal del nucli s'incrementa a 50 micres o 62,5 micres (en comparació amb 10 micres per a mode únic). Es poden transmetre simultàniament dos o més senyals a través d'aquesta fibra òptica.
Aquesta construcció de la línia de transmissió òptica té certs inconvenients. Un d'ells és la dispersió de la llum provocada pel camí diferent de cada senyal. Van aprendre a tractar-ho fent un nucli amb un índex de refracció degradat (canviant del mig a les vores). Per això, es corregeixen els recorreguts de les diferents bigues.
Els cables amb fibres multimode s'utilitzen principalment per a xarxes locals (dins del mateix edifici, una empresa, etc.) i amb fibres monomode, per a línies troncals.
Dispositiu de línia de fibra
El FOCL transmet un senyal lluminós generat per un LED o un làser. Es genera un senyal elèctric al transmissor. El dispositiu final també necessita un senyal en forma d'impulsos elèctrics. Per tant, caldrà transformar les dades originals dues vegades. A la figura es mostra un diagrama simplificat d'una línia de fibra òptica.
El senyal del transmissor es converteix en polsos de llum i es transmet a través d'una línia òptica. La potència dels emissors del costat transmissor és limitada, per tant, en línies llargues a determinats intervals, s'instal·len dispositius que compensen l'atenuació: amplificadors òptics, regeneradors o repetidors.Al costat receptor hi ha un altre convertidor que transforma el senyal òptic en elèctric.
Disseny de cable òptic
Per organitzar una línia de fibra òptica, s'utilitzen fibres individuals com a part d'un cable òptic. El seu disseny depèn de la finalitat de la línia de transmissió i del mètode de col·locació, però en general conté diverses fibres amb un recobriment protector individual (de rascades i danys mecànics). Aquesta protecció normalment es realitza en dues capes: primer, una closca composta i, a la part superior, un recobriment addicional de plàstic o vernís. Les fibres estan tancades en una funda comuna (com els cables elèctrics convencionals), que determina l'abast del cable i es selecciona tenint en compte les influències externes a les quals estarà sotmesa la línia durant el funcionament.
Quan es col·loca en safates de cables, hi ha un problema de protegir les línies dels rosegadors. En aquest cas, cal triar un cable la funda exterior del qual està reforçada amb una cinta d'acer o una armadura de filferro. Les fibres de vidre també s'utilitzen com a protecció contra danys.
Si el cable es col·loca en una canonada, no cal una funda reforçada. El tub metàl·lic protegeix de manera fiable contra les dents de ratolins i rates. La carcassa exterior es pot fer lleugera. Això fa que sigui més fàcil estrènyer el cable dins de la canonada.
Si s'ha de posar una línia a terra, la protecció es realitza en forma de blindatge de filferro protegit contra la corrosió o varetes de fibra de vidre. Proporciona una gran resistència no només a la compressió, sinó també a l'estirament.
Si el cable s'ha de col·locar en zones marines, a través de rius i altres barreres d'aigua, en sòls pantanosos, etc., s'aplica una protecció addicional amb una cinta de polímer d'alumini. Així s'evita que l'aigua entri.
A més, molts cables dins d'una funda comuna contenen:
- barres de reforç que serveixen per donar a l'estructura una major resistència sota influències mecàniques externes i durant l'allargament tèrmic de la línia;
- farcits: fils de plàstic que omplen zones buides entre fibres i altres elements;
- barres de potència (la seva finalitat és augmentar la càrrega de tracció).
En grans trams, la línia està suspesa sobre un cable, però hi ha cables autoportants. El cable metàl·lic de suport està integrat directament a la carcassa.
Com a tipus separat de línia de fibra òptica, cal esmentar un cable de connexió òptic. Aquest cable conté una o dues fibres (mode únic o mode dual) tancades en una funda comuna. A banda i banda, el cable està equipat amb connectors per a la connexió. Aquests cables són de curta longitud i estan pensats per connectar equips a poca distància o per establir comunicacions intragabinet.
Avantatges i desavantatges dels cables òptics
Els indubtables avantatges dels cables òptics, que van determinar l'àmplia distribució d'aquestes línies de comunicació, inclouen:
- alta immunitat al soroll: el senyal de llum no es veu afectat per la radiació electromagnètica domèstica i industrial, i la línia en si no emet (això dificulta l'accés no autoritzat a la informació transmesa i no crea problemes de compatibilitat electromagnètica);
- aïllament galvànic complet entre el costat receptor i transmissor;
- baix nivell d'atenuació - molt menys que el de les línies cablejades;
- llarga vida útil;
- gran rendiment.
En les realitats modernes, també importa que el cable no atragui els lladres de metalls.
L'òptica no està exempta de defectes. En primer lloc, aquesta és la complexitat d'instal·lació i connexió, que requereix equips, eines i materials especials, i també imposa més requisits a la qualificació del personal implicat en la instal·lació i manteniment de línies. La majoria dels errors en FOCL estan associats amb errors d'instal·lació, que poden no manifestar-se immediatament. Inicialment, el cost de la pròpia línia també era elevat, però el desenvolupament de la tecnologia ha permès anivellar aquest desavantatge a nivells competitius.
Les línies de comunicació òptica han ocupat un sector seriós en el mercat dels materials de comunicació. En un futur previsible, no veuen una alternativa seriosa tret que hi hagi un avenç tecnològic.
Articles semblants:
