Що таке і як працює оптоволокно?

Швидкісний інтернет, цифрове телебачення, мобільний зв’язок можливими завдяки тонким скляним ниткам, що тягнуться по морському дну між континентами.
Якби не оптоволокно, ви б навряд чи нацгвардійці читали ці рядки.

Принципові основи цієї технології описані ще в середині XIX століття. Тоді в ролі провідника сигналу намагалися використовувати воду – безуспішно. Відповідні для реалізації сміливою ідеї матеріали були розроблені тільки через сто з гаком років.

У звичайному дроті сигнал передається по мідній жилі. Інформацію переносить потік електронів – електричний струм. Дані передаються зашифрованими в двійковому коді. Якщо імпульс проходить – це означає одиницю, не проходить – нуль.

У оптоволоконної лінії зв’язку принцип кодування той же, але інформацію переносять фотони або світлові хвилі, точніше, і те, і інше одночасно. Вчені так довго сперечалися про природу світла, що врешті-решт об’єднали несумісні теорії. Але не потрібно розуміти квантово-хвильовий дуалізм, щоб розібратися, як світло використовують для передачі інформації в телекомунікаційних мережах.

Досить зрозуміти, як змусити світло текти по проводах на протязі кілометрів.

Перше, що спадає на думку, – дзеркала. Зробіть металеву трубку і покрийте зсередини гладким шаром, наприклад, зі срібла.
Світло, потрапивши всередину з одного боку, буде відбиватися від стінок, поки не досягне виходу з іншого боку. Непогана ідея, але вона не буде працювати.

По-перше, виготовлення такої трубки потрібної довжини – надзвичайно складна, а значить і дорога задача.
По-друге, коефіцієнт відображення срібла – 99%, тобто потрапив в трубку світло буде втрачати енергію і вже через 100 відображень абсолютно згасне.

Набагато краще обійтися і без дзеркал. Як це зробити, підкажуть основи геометричної оптики, закладені в XIX столітті.
Основну ідею легко продемонструвати на прикладі акваріума. Промінь світла від джерела під водою проходить через кордон води і повітря – двох середовищ з різними оптичними властивостями – і частково змінює напрямок руху, а частково відбивається від кордону двох середовищ як від дзеркала.

Якщо кут падіння променя зменшувати, в певний момент світло перестане виходити з води зовсім і буде відображатися повністю, на 100%. Кордон двох середовищ працює краще будь-якого дзеркала.

Як з’ясувалося, щоб створити таку кордон, вода не потрібна. Підійдуть будь-які два матеріали, по-різному пропускають світло – мають різні коефіцієнти заломлення. Навіть різниці в 1% досить для створення світловода.

Скляні дроти

У світильниках і іграшках світлопроводи роблять із пластмас, але, щоб отримати придатне для зв’язку оптоволокно, необхідні більш дорогі і більш прозорі матеріали.

Вчені пристосували для цієї мети кварцове скло. Серцевину заготовки для оптоволокна найчастіше роблять з чистого діоксиду кремнію. Зовнішній шар також створюють з кварцу, але з домішкою бору або германію для зниження коефіцієнта заломлення.

Раніше, щоб отримати таку заготовку, просто вставляли дві скляні трубки один в одного, але сьогодні найчастіше надходять інакше. Порожні трубки з чистого кварцу наповнюють сумішшю газів з високим вмістом германію і повільно нагрівають до тих пір, поки він не осяде рівномірним шаром на внутрішню поверхню.

Після того як на кварцовому склі наросте досить товстий шар оксиду германію, трубу нагрівають до розм’якшення і витягають до тих пір, поки порожнина всередині не заповнюється.

Так виходить стержень діаметром від 1 до 10 сантиметрів і завдовжки приблизно 1 метр, він вже містить в серцевині кварц з добавкою германію, що має підвищений показник заломлення і оболонку з чистого кварцу навколо.

Таку заготовку доставляють на вершину вежі висотою до кількох десятків метрів. Там нижню частину заготовки знову нагрівають до півтори тисячі градусів – майже що до точки плавлення, і витягають з неї найтоншу нитку. По дорозі вниз скло остигає і занурюється у ванну з полімером, який формує на поверхні кварцу захисний шар. Таким методом з однієї заготовки виходить до 100 км скловолокна. У підстави вежі тепле волокно намотується на бобіну.

Так, саме намотується: як не дивно, кварцове волокно легко гнеться.

Утворені волокна збираються в пучки по кілька штук і запаюються в поліетилен. Потім з цих пучків сплітаються кабелі.

У кожному кабелі може бути від двох-трьох і до декількох сотень світловодів. Зовні вони для міцності обплітаються полімерної ниткою і отримують ще одну захисну оболонку з поліетилену.

Переваги та недоліки оптоволокна

Всі ці складності виправдані тому, що світло – найшвидше, що є у Всесвіті.

Завдяки цій властивості світла оптоволокно має неперевершену інформаційною ємністю. Вита пара, подібна телефонної лінії, або коаксіальний кабель, провідник з екраном, пропускають 100 мегабіт в секунду.

Найпоширеніший для комп’ютерних мереж восьмижильний кабель з 4 скручених пар пропускає до 1000 мегабіт в секунду. Оптоволокно по одній жилі – в три рази більше, до 3000 мегабіт в секунду, а за допомогою різних експериментальних хитрувань можна подолати і цей поріг.

До того ж оптоволокно значно легше міді. При товщині 9 мікрон – тонше за людську волосину – нитка з кварцу довжиною 100 км важить близько 15 м

Практично всі сучасні магістральні лінії передачі даних прокладені з оптоволоконних кабелів. Вони пов’язують континенти, країни і дата-центри.

У великих містах «оптика» використовується і при підключенні багатоквартирних будинків до світової мережі, але волокно прокладається між провайдером і будинком, а по квартирах розвитвляється звичайна вита пара.

При такій схемі підключення максимальна швидкість доступу до мережі для абонента як і раніше не перевищує 100 Мбіт / с. Для порівняння, провівши оптичний кабель прямо в квартиру, можна отримати канал в 1 Гбіт / с, і все ж споживач рідко стикається з оптоволоконним Інтернетом.

Справа не тільки в тому, що оптоволокно дорого у виробництві. Прокласти кабель – це лише початок. Сигнали, що йдуть по лінії зв’язку, з відстанню накопичують помилки і врешті-решт зовсім згасають. У витої пари це відбувається через 1 км, у коаксіальногокабелю приблизно через 5 км. Після сигнал доводиться відновлювати і посилювати – регенерувати.

У оптоволокна дистанція регенерації в рази більше, але, яким би чистим не було кварцове скло, в ньому залишаються домішки, наприклад, мільйонні частки відсотків води.

Довжина волокна може становити сотні тисяч кілометрів, але через 100-200 км загасання оптичного сигналу все ж себе проявляє.

Тому на лініях оптоволоконного зв’язку встановлюються проміжні підсилювачі, які відновлюють амплітуду оптичного сигналу, і регенератори, що видаляють перешкоди. Таке обладнання значно дорожче, ніж підсилювачі на традиційних лініях зв’язку, і вимагає кваліфікованого обслуговування.

Але головне, на даний момент гігабітні канали зв’язку мало затребувані звичайними людьми. Можливо, з появою розумних будинків, носяться комп’ютерів, поширенням стрімінга відео в надвисокому дозволі потреба в них зросте, але поки швидкості, що надається кручений парою, середньому споживачеві цілком достатньо.

Навіть не стикаючись з цією технологією безпосередньо, кожен з нас користується її перевагами. Стабільність підключення, мала затримка проходження сигналу до самих віддалених серверів і висока швидкість отримання відповіді від них, можливість зняти гроші в будь-якому банкоматі і зробити дзвінок в будь-яку країну світу – все це заслуга оптоволокна, і конкурентів у нього немає і в проекті.

Що таке оптоволоконний інтернет?

Ви точно хоч раз за своє життя користувались оптоволокном. Усі знають, що це якось пов’язано з інтернетом, та все ж рівень знань про цю технологію в людей сильно обмежений. Мало хто дійсно розбирається, що собою є те оптоволокно та яким чином воно здатне передавати інформацію. Оптоволоконний інтернет це наразі найшвидший у світі метод для передачі даних в мережі інтернет.

Які є особливості оптичного кабелю?

Ефективність такої передачі інтернету полягає в особливостях структури кабелю. Оптичний кабель складається з маленьких тонких дротиків, які один від одного відгороджуються особливим покриттям. Кожен з таких дротиків передає світло, а воно вже транспортує дані по Інтернет мережі.

Важливо, що оптичний кабель не тільки підходить для інтернет з’єднання. Він здатний одномоментно передавати дані для інтернету, телебачення та телефону. Тому часто оформлюють послуги всіх типів зв’язку по одному кабелю для економії. І не потрібно проводити безліч дротів та пробивати багато дірок в стінах житла.

Що ще цікаво знати про оптоволоконне підключення?

Також такий спосіб підключення інтернету ще називають фібро оптичним зв’язком. Він дозволяє передавати інформацію з використанням променів лазера. І це допомагає відправляти дані на сотні кілометрів.

Основною складовою кабелів є невеликі волокна, які мають незначний діаметр, приблизно тисячну долю дюйма. Оптичні промені, що знаходяться всередині саме таких волокон, мають здатність переносити дані, що проходять через спеціальний сердечник з кремнію і є в кожному волокні.

Оптичне волокно стало революцію в розповсюдженні інтернету. Тому що завдяки ньому стало можливо налаштувати мережу передачі даних не тільки якогось конкретного міста, а й континентів. Тобто є можливість транспортувати інтернет по глибині океану.

Які переваги має така технологія?

1. Це дуже матеріал, який буде служити багато років. Саме завдяки цій характеристиці з’являється можливість значного рівня пропускної спроможності. Це означає, що в кабелю є висока швидкість, з якою передаються дані.
2. Безпечна передача інформаіції, оскільки програмне забезпечення здатно миттєво виявити, що стався несанціонований доступ.
3. Хороше шумозаглушення.
4. Не має обмеження на максимальну довжину використання каналів, саме тому можна з’єднати таким кабелем два об’єкти, що розташовані дуже далеко один від одного.
5. Може використовуватись для встановлення відеоспостереження або інших пристроїв охорони.
6. В декілька разів швидше передача даних, порівняно з коаксіальним кабелем.

Тому не дивно, що зараз найкращим способом для передачі даних мережі є саме оптоволокно. Для того щоб мати найкращий інтернет, Вам рекомендується користуватись перевіреним провайдером, таким як Linkcom.