Os cabos de fibra óptica são amplamente utilizados hoje para transmissão de dados. Em algumas áreas de TI, eles substituíram completamente as linhas de comunicação tradicionais baseadas em condutores metálicos. As linhas ópticas são especialmente eficazes onde grandes quantidades de dados devem ser transmitidas por longas distâncias.
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A base física da fibra óptica
Os princípios físicos da operação da fibra óptica são baseados no princípio da reflexão total. Se tomarmos dois meios com diferentes índices de refração n1 e n2, e n2<n1 (por exemplo, ar e vidro ou vidro e plástico transparente) e deixar um feixe de luz em um ângulo α para a interface, então ocorrerão dois eventos.
Um feixe (indicado em vermelho na figura), lançado do canto superior esquerdo (ao longo da seta), será parcialmente refratado e passará por um meio com índice de refração n2 ângulo α1<α - esta parte do feixe é indicada por uma linha tracejada.A outra parte do feixe será refletida da interface no mesmo ângulo. Se o feixe for disparado em um ângulo β mais raso (o feixe verde na figura), a mesma coisa acontecerá - reflexão parcial e refração parcial em um ângulo β1.
Se o ângulo de incidência α for reduzido ainda mais (feixe azul na figura), então a parte refratada do feixe pode “deslizar” quase paralelamente à interface do meio (linha tracejada azul). Uma diminuição adicional no ângulo de incidência (um feixe verde incidente em um ângulo β) causará um salto qualitativo - a parte refratada estará ausente. O feixe será completamente refletido da interface entre os dois meios. Esse ângulo é chamado de ângulo de reflexão total, e o fenômeno em si é chamado de reflexão total. O mesmo será observado com uma nova diminuição do ângulo de incidência.
Dispositivo de fibra óptica
A fibra óptica é construída sobre este princípio. Consiste em duas camadas coaxiais com densidade óptica diferente.
Se um feixe de luz entrar na extremidade aberta da fibra em um ângulo maior que o ângulo de reflexão da luz, ele será completamente refletido a partir do limite de contato de dois meios com diferentes índices de refração, com baixa atenuação a cada "salto".
A parte externa da fibra óptica é feita de plástico. O interior também pode ser feito de plástico transparente, então pode ser dobrado em ângulos suficientemente grandes (mesmo enrolado em um anel, e a luz que entra ainda passará de uma extremidade à outra com atenuação dependendo das propriedades ópticas de o plástico e o comprimento da guia de luz). Para cabos de backbone onde a flexibilidade não é tão importante, o núcleo interno geralmente é feito de vidro.Isso reduz a atenuação, reduz o custo da fibra, mas torna-se sensível a dobras.
Para aumentar o rendimento de uma linha óptica, a fibra é produzida em versão bimodo ou multimodo. Para fazer isso, a seção transversal do núcleo é aumentada para 50 mícrons ou 62,5 mícrons (versus 10 mícrons para modo único). Dois ou mais sinais podem ser transmitidos simultaneamente através de tal fibra óptica.
Esta construção da linha de transmissão óptica tem certas desvantagens. Um deles é a dispersão da luz causada pelo caminho diferente de cada sinal. Eles aprenderam a lidar com isso fazendo um núcleo com um índice de refração gradiente (mudando do meio para as bordas). Devido a isso, as rotas de diferentes vigas são corrigidas.
Cabos com fibras multimodo são usados principalmente para redes locais (dentro do mesmo prédio, uma empresa, etc.) e com fibras monomodo - para linhas troncais.
Dispositivo de linha de fibra
O FOCL transmite um sinal de luz gerado por um LED ou um laser. Um sinal elétrico é gerado no transmissor. O dispositivo final também precisa de um sinal na forma de impulsos elétricos. Portanto, será necessário transformar os dados originais duas vezes. Um diagrama simplificado de uma linha de fibra óptica é mostrado na figura.
O sinal do transmissor é convertido em pulsos de luz e transmitido por uma linha óptica. A potência dos emissores no lado transmissor é limitada, portanto, em longas linhas em determinados intervalos, são instalados dispositivos que compensam a atenuação - amplificadores ópticos, regeneradores ou repetidores.No lado receptor há outro conversor que transforma o sinal óptico em elétrico.
Projeto de cabo óptico
Para organizar uma linha de fibra óptica, fibras individuais são usadas como parte de um cabo óptico. Seu design depende da finalidade da linha de transmissão e do método de colocação, mas em geral contém várias fibras com um revestimento protetor individual (de arranhões e danos mecânicos). Essa proteção geralmente é realizada em duas camadas - primeiro, um invólucro composto e, por cima - um revestimento adicional de plástico ou verniz. As fibras são encerradas em uma bainha comum (como os cabos elétricos convencionais), que determina o alcance do cabo e é selecionada levando em consideração as influências externas às quais a linha estará sujeita durante a operação.
Ao colocar em bandejas de cabos, há um problema de proteção das linhas contra roedores. Neste caso, é necessário escolher um cabo cuja bainha externa seja reforçada com fita de aço ou armadura de arame. As fibras de vidro também são usadas como proteção contra danos.
Se o cabo for colocado em um tubo, não será necessária uma bainha reforçada. O tubo de metal protege de forma confiável contra os dentes de camundongos e ratos. A casca externa pode ser leve. Isso facilita o aperto do cabo dentro do tubo.
Se uma linha deve ser colocada no solo, a proteção é realizada na forma de armadura de arame protegida contra corrosão ou hastes de fibra de vidro. Proporciona alta resistência não só à compressão, mas também ao alongamento.
Se o cabo for colocado em áreas marítimas, através de rios e outras barreiras de água, em solo pantanoso, etc., é aplicada proteção adicional de uma fita de polímero de alumínio. É assim que a água é impedida de entrar.
Além disso, muitos cabos dentro de uma bainha comum contêm:
- hastes de reforço que servem para dar maior resistência à estrutura sob influências mecânicas externas e durante o alongamento térmico da linha;
- enchimentos - fios de plástico que preenchem áreas vazias entre fibras e outros elementos;
- hastes de energia (sua finalidade é aumentar a carga de tração).
Em grandes vãos, a linha fica suspensa por um cabo, mas existem cabos autoportantes. O cabo de metal de suporte é embutido diretamente no casco.
Como um tipo separado de linha de fibra óptica, um patch cord óptico deve ser mencionado. Este cabo contém uma ou duas fibras (modo único ou modo duplo) encerradas em uma bainha comum. Em ambos os lados, o cabo está equipado com conectores para conexão. Esses cabos são de comprimento curto e destinam-se à conexão de equipamentos a curta distância ou à instalação de comunicações intragabinete.
Vantagens e desvantagens dos cabos ópticos
As vantagens indiscutíveis dos cabos ópticos, que determinaram a ampla distribuição de tais linhas de comunicação, incluem:
- alta imunidade a ruídos - o sinal de luz não é afetado pela radiação eletromagnética doméstica e industrial, e a própria linha não emite (isso dificulta o acesso não autorizado às informações transmitidas e não cria problemas de compatibilidade eletromagnética);
- isolamento galvânico completo entre o lado receptor e transmissor;
- baixo nível de atenuação - muito menor que o das linhas com fio;
- longa vida útil;
- grande rendimento.
Nas realidades modernas, também importa que o cabo não atraia ladrões de metal.
A óptica não é isenta de falhas. Em primeiro lugar, esta é a complexidade da instalação e conexão, que requer equipamentos, ferramentas e materiais especiais, e também impõe requisitos crescentes à qualificação do pessoal envolvido na instalação e manutenção das linhas. A maioria das falhas no FOCL está associada a erros de instalação, que podem não se manifestar imediatamente. Inicialmente, o custo da própria linha também era alto, mas o desenvolvimento da tecnologia permitiu nivelar essa desvantagem a níveis competitivos.
As linhas ópticas de comunicação têm ocupado um setor sério no mercado de materiais de comunicação. No futuro previsível, eles não veem uma alternativa séria, a menos que haja um avanço tecnológico.
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