Оптоволоконная связь

Состоит оптоволокно из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В оптоволокне световой луч обычно формируется полупроводниковым или диодным лазером. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника оптоволокно подразделяется на одномодовое и многомодовое.

Рынок оптоволоконной продукции в России

К началу 2009 года семейство технологий подключения с помощью оптоволокна заработало себе достаточно неплохую репутацию жизнеспособного, масштабируемого варианта прокладки кабельного широкополосного доступа к глобальной сети. Несмотря на мировой экономический кризис, операторы, по всей видимости, будут продолжать вкладывать средства в оптоволокно.
Основная статья: Оптоволоконная продукция (рынок России).

История

2024

В России насчитали 1,5 млн км волоконно-оптических линий связи. Лидеры

Протяженность магистральных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в России по состоянию на октябрь 2024 года достигла примерно 1,5 млн км. Трафик на этих сетях продолжает расти, о чем говорится в исследовании ComNews Research, результаты которого опубликованы 29 ноября 2024 года.

Как отмечает менеджер по развитию бизнеса N3com Дмитрий Песляк, одной из наиболее актуальных задач в сформировавшейся обстановке является модернизация и расширение инфраструктуры в условиях дефицита сетевого оборудования операторского класса. При этом важно обеспечить совместимость новых решений с ранее установленной на сети иностранной телекоммуникационной техникой. Инфраструктуры магистральных операторов требуют постоянных изменений и капиталовложений с целью оптимизации и применения новых технологий, повышения отказоустойчивости и расширения географии. В десятку крупнейших операторов по протяженности магистральных сетей связи в России входят (на октябрь 2024 года):

• ПАО «Ростелеком» — 500 тыс. км;
• ПАО «МТС» — 281,778 тыс. км;
• ПАО «ВымпелКом» — 190,8 тыс. км;
• ПАО «МегаФон» — 146,5 тыс. км;
• АО «Эр-Телеком Холдинг» — 96,520 тыс. км;
• АО «Компания ТрансТелеКом» — 78,315 тыс. км;
• АО «РетнНет» — 34,2 тыс. км;
• ООО «Милеком» — 32,408 тыс. км;
• ООО «Зуммер» — 20,65 тыс. км;
• ООО «Траснефть Телеком» — 18 тыс. км.

Основным трендом российского рынка, как отмечает технический директор ООО «Зуммер» Юрий Любин, является локализация производств оборудования и кабельной продукции в пределах РФ. Вместе с тем советник генерального директора по формированию технической стратегии ООО «Т8» Семен Коган говорит, что все российские магистральные операторы осуществляют перевод оптических каналов (длин волн) сети DWDM со скорости 10 Гбит/с до 100 Гбит/с, а в перспективе — до 400/800 Гбит/с и 1,2/1,6 Тбит/с.^[1][2]

Началось строительство крупнейшей в России подводной оптоволоконной линии связи. Ее длина - 12 650 км

В мае 2024 года стало известно о начале строительства крупнейшей в России подводной оптоволоконной линии связи, известной как «Полярный экспресс», протяженностью 12 650 км. Проект, реализуемый «Росконгрессом», направлен на создание интернет-трафика между Азией и Европой, что позволит значительно сократить время передачи данных. По данным доклада «Росконгресса», новая линия обеспечит высокую скорость и надежность связи. Подробнее здесь.

2023

В Японии начали прокладывать подземный интернет-кабель, сигнализирующий о выпадении снега, чтобы его быстрее убирали

9 ноября 2023 года японские корпорации NTT и NEC сообщили о разработке технологии, которая позволяет использовать проложенные под землей волоконно-оптические интернет-кабели для оценки заснеженности городских дорог. Предполагается, что это решение позволит более эффективно планировать расчистку улиц во время снегопадов с целью обеспечения бесперебойного движения транспорта. Телеком-оператор NTT уже начал прокладывать такие кабели в пилотном режиме. Подробнее здесь.

Представлен самый тонкий в мире оптоволоконный кабель. Он едва заметен, но в 3 раза быстрее пропускает трафик

27 октября 2023 года индийская компания STL объявила о создании самого тонкого в мире оптоволоконного кабеля для телекоммуникаций. Его диаметр – всего 160 микронов. Разработка была представлена на выставке IMC 2023, специализирующейся на продуктах, придуманных и произведенных в Индии. Подробнее здесь.

В России протестировали новые алгоритмы синхронизации для систем оптической связи с квантовым распределением ключей

Ученые и инженеры АО «Мостком», МТУСИ и КуРэйт объединили усилия по разработке оптимальной концепции системы квантовой связи в атмосфере и космосе, в основе которой заложен модульный подход, что позволяет с минимальными издержками предложить на рынок конкурентное решение для реализации высокоскоростной защищенной связи в атмосфере. Об этом МТУСИ сообщил 1 августа 2023 года. Подробнее здесь.

Опубликована мировая карта подводных интернет-кабелей

В начале марта 2023 года портал Telegeography обнародовал глобальную карту подводных интернет-кабелей, которые соединяют высокоскоростными каналами передачи данных страны по всему миру.

Сообщается, что к началу 2023-го действовали 529 подводных кабельных систем и 1444 наземные станции подключения. Общая пропускная способность этих линий достигла 3,9 Пбит/с: это практически в два раза больше по сравнению с показателем, зафиксированным в 2020 году. Причём приблизительно 82% ёмкости приходится на США и Канаду.

Мировая карта подводных интернет-кабелей

Активное развитие интернет-инфраструктуры ведётся в Европе, Африке и на Ближнем Востоке. Такие проекты, как Equiano и 2Africa, обеспечивают необходимое увеличение пропускной способности в этих регионах. Повысить устойчивость сетей помогают новые точки подключения в Барселоне, Генуе и на Крите. Вместе с тем основной площадкой для «приземления» кабелей в Средиземном море остаётся Марсель.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе до 2024 года планируется ввести в эксплуатацию новые кабели на сумму более $6 млрд, которые соединят Азию и Океанию. В частности, магистрали Echo и Bifrost станут первыми кабелями, которые напрямую свяжут Сингапур и США. А линия Apricot соединит Японию и Сингапур по пути, проложенному к востоку от Филиппин.Эволюция в развитии российских средств защиты от сетевых угроз: как Kaspersky NGFW меняет расстановку сил на рынке

В Северной Америке новые кабели появятся в таких местах, как Вирджиния-Бич и Миртл-Бич на восточном побережье США. На западном побережье запланированы новые точки подключения в Канаде и Мексике для транстихоокеанского маршрута. Кроме того, планируется прокладка новых линий во Флориде.

В Южной Америке, за исключением уже введённого в эксплуатацию кабеля EllaLink, подводные кабельные соединения сосредоточены на США. Эта тенденция сохранится с запланированным вводом в строй таких систем, как Firmina, Carnival Submarine Network-1 и AMX-3/Tikal.^[3]

В России создали наноразмерное оптоволокно для компьютеров будущего

В России создали наноразмерное оптоволокно для компьютеров будущего. Об этом проекте в начале июля 2023 года рассказали в МФТИ.

Группа ученых из Москвы и Санкт-Петербурга исследовала оптические свойства нанопроволок фосфида галлия и показала, что из этих кристаллов можно делать сложные оптические элементы для интегральных схем. Исследователи изготовили волноводы из его нанокристаллов, определили минимальный допустимый диаметр, при котором они будут передавать свет, и создали из двух кристаллов разветвитель. Подробнее здесь.

Магистральные телеком-сети в России загружены на 75%

Основная часть магистральных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) построена в 1995–2005 годах и уже загружена более чем на 75%. Об этом говорится в «Стратегии развития телеком-отрасли до 2035 года», которую Минцифры РФ разработало совместно с крупнейшими операторами связи. Газета «Коммерсантъ» ссылается на этот документ в номере от 23 мая 2023 года.

Согласно этой стратегии, средний срок эксплуатации ВОЛС составляет около 20–25 лет, и в период до 2035 года предстоит замена магистральных сетей, при этом их работа организована на DWDM-оборудовании (технология высокоскоростных сетей связи) зарубежных производителей, ограничивших поставки в РФ. Но для перехода на отечественные решения придется полностью перестроить линии связи.

Основная часть магистральных волоконно-оптических линий связи загружена более чем на 75%

Кроме того, как пишет издание, прослеживаются такие проблемы, как отставание России по скорости фиксированных сетей, стагнация доходов провайдеров, а также угрозы деградации телеком-инфраструктуры в связи с недостаточной инвестиционной привлекательностью отрасли и высокой капиталоемкостью.

По мнению экспертов, к маю 2023 года нарастает дефицит оптоволокна, поэтому те скидки и гранты, что планируют предоставлять отрасли, не будет возможности использовать. В 2022 году производство ВОЛС в России снизилось на 77%, а цена на оптоволокно выросла до 59 тыс. рублей за км (с 2019 рост составил 11,6%).

Как отмечается в «Стратегии развития телеком-отрасли до 2035 года», общая длина ВОЛС в России к маю 2023 года достигает 1,3 млн км. При этом, как пишет Telegram-канал «Телекоммуналка», в России насчитывается 375,1 тыс. км магистральных линий и 752,2 тыс. км внутризоновых.

В рамках развития сетей связи и строительства новых ВОЛС предлагается реализовать ряд проектов в формате государственно-частного партнёрства с привлечением средств Фонда национального благосостояния для «разбалансировки трафика» в пользу дружественных стран. Например, запуск проектов по строительству магистральной сети Москва — Пекин (6,8 тыс. км), Москва — Дели (5,9 тыс. км), Транскаспийский транспортный маршрут (315 км), Мурманск — Владивосток (вдоль Северного морского пути, 12,6 тыс. км).^[4]

2022

Прокладка оптоволокна в России резко сократилась до 12 тыс. км

В 2022 году российские операторы проложили менее 12 тыс. км волоконно-оптических кабелей на магистральных и внутризоновых сетях, свидетельствуют данные J’son & Partners Consulting, обнародованные в феврале 2023 года. В 2021-м, согласно оценкам Росстата, прокладка кабелей превысила 30 тыс. км.

Согласно данным «Ростелекома», в 2022 году компания модернизировала действующие и проложила свыше 5000 км новых волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) внутри городов и других населенных пунктов. За 2021-й оператор проложил более 41 тыс. км волоконно-оптических линий связи, о чем говорили в самой компании. Получается, что объем строительства магистральных сетей связи у «Ростелекома» сократился на 87,8% (на 36 тыс. км). Однако в компании пояснили, что в названные 5 тыс. км ВОЛС входит строительство новых линий связи только внутри городов и других населенных пунктов и, соответственно, не учитывают данные о строительстве ВОЛС между населенными пунктами, например, в рамках проекта устранения цифрового неравенства или подводную ВОЛС на Чукотку (2,2 тыс. км).

В 2021-м году российские операторы проложили более 30 тыс. км. ВОЛС

В МТС заявили, что в 2022 году оператором было проложено 12,3 тыс. км ВОЛС, а общая протяженность линии превысила 272 тыс. км.

Коммерческий директор завода «Оптиковолоконные Системы» в Саранске Алексей Макаркин в конце ноября 2022 года заявил, что из-за санкций объём производства российского оптоволокна сократился на 30-60%, а его себестоимость выросла. По словам Макаркина, из-за санкций нарушились цепочки поставок сырья, в том числе стеклянных заготовок — преформ. Раньше завод закупал сырье у Японии и Нидерландов, а потом начал импортировать из Китая и Индии. Однако, как отметил Макаркин, страны опасаются вторичных санкций, а цены на доставку самолётами увеличились.^[5]

Передачу данных по оптоволокну разогнали до рекордных 1,53 Пбит/с

10 ноября 2022 года японский Национальный институт информационных и коммуникационных технологий (NICT) сообщил об установлении нового рекорда скорости передачи данных по стандартному волоконно-оптическому кабелю — более 1,5 Пбит/с.

В организации эксперимента, помимо сотрудников NICT, приняли участие специалисты Nokia Bell Labs (США), Prysmian Group (Франция и Нидерланды) и Квинслендского университета (Австралия). Показанной пропускной способности с запасом хватит для передачи всего мирового интернет-трафика, который в настоящее время, по оценкам, составляет немногим менее 1 Пбит/с.

Установлен новый рекорд скорости передачи данных по стандартному волоконно-оптическому кабелю — более 1,5 Пбит/с

Исследователи воспользовались 55-модовым оптическим волокном со стандартным диаметром. Передача информации выполнялась на 184 длинах волн в С-диапазоне. В качестве технических компонентов были выбраны оптоволокно Prysmian, а также мультиплексор/демультиплексор, спроектированный и изготовленный совместными усилиями Nokia Bell Labs и Квинслендского университета. Примелись устройства параллельной генерации сигналов и высокоскоростные приёмники.

В результате, скорость передачи данных достигла 1,53 Пбит/с на расстоянии 25,9 км. В будущем пропускная способность может быть повышена за счёт объединения нескольких диапазонов волн. Спектральная эффективность составила 332 бит/с/Гц, что в три раза выше предыдущего достижения.

Технически это не самая высокая скорость передачи данных в истории. Ранее другие учёные при помощи специализированного фотонного чипа смогли добиться показателя до 1,84 Пбит/с. Но этот проект носит исключительно экспериментальный характер, в то время как специалисты NICT и партнёры применяли оптоволокно обычного диаметра. Впрочем, и продемонстрированная технология в ближайшее время вряд ли встанет на коммерческие рельсы.^[6][7]

Японские ученые установили мировой рекорд скорости передачи данных

В японском Национальном институте информационных и телекоммуникационных технологий (NICT) установили мировой рекорд скорости передачи данных. Об этом стало известно 2 июня 2022 года.

Специалистам удалось передать данные на 51,7 км со скоростью 1,02 Пбит/с.

Скорость в 1 Пбит/с дает возможность транслировать 10 млн видеоканалов в секунду с разрешением 8К. Данный рекорд в 100 000 раз быстрее максимальной на июня 2022 года скорости домашнего интернета.

Проект был реализован с использованием волоконно-оптических кабелей, совместимых с существующей инфраструктурой. Применялись три диапазона: традиционные С и L, а также экспериментальный S. Благодаря технологии спектрального уплотнения каналов пропускная способность выросла до 20 ТГц.

Предыдущий рекорд для четырехжильного волокна составил 610 Тбит/с, а скорость выше 1 Пбит/с достигалась лишь по 15-жильному кабелю^[8].

Специалисты МТУСИ разработали подход к созданию многоканальных линий оптоволоконной связи

Собственный подход к созданию многоканальных линий оптоволоконной связи разработали специалисты МТУСИ, о чем стало известно 29 июня 2022 года. Ожидается, что методика позволит снизить стоимость услуг связи и обеспечит пропускную способность кабеля на пару волокон от 100 Терабит в секунду до 10 Петабит в секунду. Подробнее здесь.

2021: Установлен новый рекорд по скорости передачи данных - 319 Тбит/с

В середине июня 2021 года, появилась новая технология, разработанная инженерами японского Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT), при которой фильм скачивается за 28-ю долю секунды. Это новый рекорд скорости передачи данных.

По оптическому кабелю длиной более 3000 км команда достигла скорости передачи данных в 319 терабит в секунду (далее Тбит/с). Это не только побило предыдущий рекорд в 178 Тбит/с, но и еще совместимо с существующей инфраструктурой, что означает, что ее можно относительно легко модернизировать уже в ближайшие годы.

Новый рекорд был установлен группой ученых и инженеров под руководством физика Бенджамина Путтнема из японского Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT) и основывается на результатах предыдущей работы, в которой участвовал институт, - достижении скорости 172 Тбит/с, о котором было объявлено в прошлом году.

Установлен новый рекорд по скорости передачи данных - фильм скачивается за 28-ю долю секунды

В этом достижении использовалось соединенное трехжильное оптическое волокно - технология, при которой данные передаются по 3 оптоволоконным трубкам, а не по 1, как это принято в настоящее время, это необходимо для того, чтобы уменьшить искажение сигнала на больших расстояниях. Скорость в 319 Тбит/с, использовала аналогичную технологию, но с 4 ядрами.

Данные передаются с помощью технологии, называемой мультиплексированием с разделением по длине волны. Она передается с помощью лазера, который разделяет сигнал на 552 канала и передает его по 4 жилам оптического волокна.

Через 70-км. интервалы вдоль волокна усилители повышают силу сигнала, чтобы потери при передаче на большие расстояния были, как можно меньше. Эти усилители представляют собой два новых типа, легированные редкоземельными элементами тулием и эрбием.

В целом, средняя скорость передачи данных на канал составила около 145 гигабит в секунду (далее Гб/сек), для каждого ядра и около 580 Гб/сек, для всех 4 ядер вместе взятых. Рекордная скорость в 319 Тбит/с, была достигнута при максимальных 552 волновых каналах.

Оболочка для четырех сердцевин оптического волокна вместе имеет тот же диаметр, что и стандартное одножильное оптическое волокно, что «является привлекательным для раннего внедрения SDM-волокон в высокопроизводительных и междугородных линиях связи, поскольку данная технология совместима с традиционной кабельной инфраструктурой и ожидается, что механическая надежность будет сопоставима с одномодовыми волокнами», - отметили сами исследователи из института.

Сам доклад группы был представлен на Международной конференции по оптико-волоконным коммуникациям в июне 2021 года, но команда планирует продолжить работу над своей системой передачи данных на большие расстояния, чтобы попытаться увеличить как пропускную способность, так и дальность ее передачи.^[9][10]

2020: В ИТМО модернизировали оптоволокно и оптимизировали эффективность передачи данных

22 октября 2020 года стало известно о том, что специалисты Университета ИТМО модернизировали оптоволокно и оптимизировали эффективность передачи данных. С помощью технологии захвата света удалось избавиться от «слепых зон», которые возникали при больших углах падения. «Прокаченное» оптоволокно можно использовать для улучшения изображения эндоскопии и лапароскопии, квантовых технологий и оптоволоконных датчиков. Концепция предложенной учеными разработки в 2020 году попала на обложку октябрьского номера журнала ACS Photonics. Подробнее здесь.

1970: Изобретение оптоволокна

Изобретение в 1970 году специалистами компании Corning оптоволокна, позволившего без ретрансляторов продублировать на то же расстояние систему передачи данных телефонного сигнала по медному проводу, принято считать переломным моментом в истории развития оптоволоконных технологий. Разработчикам удалось создать проводник, который способен сохранять не менее одного процента мощности оптического сигнала на расстоянии одного километра. По нынешним меркам это достаточно скромное достижение, а тогда, без малого 40 лет назад, — необходимое условие для того, чтобы развивать новый вид проводной связи.

Первоначально оптоволокно было многофазным, то есть могло передавать сразу сотни световых фаз. Причём повышенный диаметр сердцевины волокна позволял использовать недорогие оптические передатчики и коннекторы. Значительно позже стали применять волокно большей производительности, по которому можно было транслировать в оптической среде лишь одну фазу. С внедрением однофазного волокна целостность сигнала могла сохраняться на большем расстоянии, что способствовало передаче немалых объёмов информации.

Самым востребованным сегодня является однофазное волокно с нулевым смещением длины волны. Начиная с 1983 года оно занимает ведущее положение среди продуктов оптоволоконной индустрии, доказав свою работоспособность на десятках миллионов километров.

1920-1956: Возможность передачи изображения через оптические трубки

В 20-х годах прошлого столетия экспериментаторами Кларенсом Хаснеллом (Clarence Hasnell) и Джоном Бердом (John Berd) была продемонстрирована возможность передачи изображения через оптические трубки. Этот принцип использовался Генрихом Ламмом (Heinrich Lamm) для медицинского обследования пациентов. Только в 1952 году индийский физик Нариндер Сингх Капани (Narinder Singh Kapany) провел серию собственных экспериментов, которые и привели к изобретению оптоволокна. Фактически им был создан тот самый жгут из стеклянных нитей, причем оболочка и сердцевина были сделаны из волокон с разными показателями преломления. Оболочка фактически служила зеркалом, а сердцевина была более прозрачной – так удалось решить проблему быстрого рассеивания. Если ранее луч не доходил да конца оптической нити, и невозможно было использовать такое средство передачи на длительных расстояниях, то теперь проблема была решена. Нариндер Капани к 1956 году усовершенствовал технологию. Связка гибких стеклянных прутов передавала изображение практически без потерь и искажений.

1840: Эксперимент с переменой направления светового пучка путем преломления

Волоконная оптика хоть и является повсеместно используемым и популярным средством обеспечения связи, сама технология проста и разработана достаточно давно. Эксперимент с переменой направления светового пучка путем преломления был продемонстрирован Даниелем Колладоном (Daniel Colladon) и Жаком Бабинеттом (Jacques Babinet) еще в 1840 году. Спустя несколько лет Джон Тиндалл (John Tyndall) использовал этот эксперимент на своих публичных лекциях в Лондоне, и уже в 1870 году выпустил труд, посвященный природе света. Практическое применение технологии нашлось лишь в ХХ веке.

Преимущества оптоволоконного типа связи

• Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей. Это означает, что по оптоволоконной линии можно передавать информацию со скоростью порядка 1 Тбит/с;
• Очень малое затухание светового сигнала в волокне, что позволяет строить волоконно-оптические линии связи длиной до 100 км и более без регенерации сигналов;
• Устойчивость к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем, электрического оборудования (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.) и погодных условий;
• Защита от несанкционированного доступа. Информацию, передающуюся по волоконно-оптическим линиям связи, практически нельзя перехватить неразрушающим кабель способом;
• Электробезопасность. Являясь, по сути, диэлектриком, оптическое волокно повышает взрыво- и пожаробезопасность сети, что особенно актуально на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска;
• Долговечность ВОЛС — срок службы волоконно-оптических линий связи составляет не менее 25 лет.

Недостатки оптоволоконного типа связи

• Относительно высокая стоимость активных элементов линии, преобразующих электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы;
• Относительно высокая стоимость сварки оптического волокна. Для этого требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование. Как следствие, при обрыве оптического кабеля затраты на восстановление ВОЛС выше, чем при работе с медными кабелями.

Элементы волоконно-оптической линии

• Оптический приёмник

Оптические приёмники обнаруживают сигналы, передаваемые по волоконно-оптическому кабелю и преобразовывают его в электрические сигналы, которые затем усиливают и далее восстанавливают их форму, а также синхросигналы. В зависимости от скорости передачи и системной специфики устройства, поток данных может быть преобразован из последовательного вида в параллельный.

• Оптический передатчик

Оптический передатчик в волоконно-оптической системе преобразовывает электрическую последовательность данных, поставляемых компонентами системы, в оптический поток данных. Передатчик состоит из параллельно-последовательного преобразователя с синтезатором синхроимпульсов (который зависит от системной установки и скорости передачи информации в битах), драйвера и источника оптического сигнала. Для оптических систем передачи могут быть использованы различные оптические источники. Например, светоизлучающие диоды часто используются в дешёвых локальных сетях для связи на малое расстояние. Однако, широкая спектральная полоса пропускания и невозможность работы в длинах волны второй и третьей оптических окон, не позволяет использовать светодиод в системах телесвязи.

• Предусилитель

Усилитель преобразовывает асимметричный ток от фотодиодного датчика в асимметричное напряжение, которое усиливается и преобразуется в дифференциальный сигнал.

• Микросхема cинхронизации и восстановления данных

Эта микросхема должна восстанавливать синхросигналы от полученного потока данных и их тактирование. Схема фазовой автоподстройки частоты, необходимая для восстановления синхроимпульсов, также полностью интегрирована в микросхему синхронизации и не требует внешних контрольных синхроимпульсов.

• Блок преобразования последовательного кода в параллельный

• Параллельно-последовательный преобразователь

• Лазерный формирователь

Основной его задачей является подача тока смещения и модулирующего тока для прямого модулирования лазерного диода.

• Оптический кабель, состоящий из оптических волокон, находящихся под общей защитной оболочкой.

Одномодовое волокно

При достаточно малом диаметре волокна и соответствующей длине волны через световод будет распространяться единственный луч. Вообще сам факт подбора диаметра сердечника под одномодовый режим распространения сигнала говорит о частности каждого отдельного варианта конструкции световода. То есть под одномодовостью следует понимать характеристики волокна относительно конкретной частоты используемой волны. Распространение лишь одного луча позволяет избавиться от межмодовой дисперсии, в связи с чем одномодовые световоды на порядки производительнее. На данный момент применяется сердечник с внешним диаметром около 8 мкм. Как и в случае с многомодовыми световодами, используется и ступенчатая, и градиентная плотность распределения материала.

Второй вариант более производительный. Одномодовая технология более тонкая, дорогая и применяется в настоящее время в телекоммуникациях. Оптическое волокно используется в волоконно-оптических линиях связи, которые превосходят электронные средства связи тем, что позволяют без потерь с высокой скоростью транслировать цифровые данные на огромные расстояния. Оптоволоконные линии могут как образовывать новую сеть, так и служить для объединения уже существующих сетей — участков магистралей оптических волокон, объединенных физически на уровне световода, либо логически — на уровне протоколов передачи данных. Скорость передачи данных по ВОЛС может измеряться сотнями гигабит в секунду. Уже сейчас дорабатывается стандарт, позволяющий передавать данные со скоростью 100 Гбит/c, а стандарт 10 Гбит Ethernet используется в современных телекоммуникационных структурах уже несколько лет.

Многомодовое волокно

В многомодовом ОВ может распространяться одновременно большое число мод – лучей, введенных в световод под разными углами. Многомодовое ОВ обладает относительно большим диаметром сердцевины (стандартные значения 50 и 62,5 мкм) и, соответственно, большой числовой апертурой. Больший диаметр сердцевины многомодового волокна упрощает ввод оптического излучения в волокно, а более мягкие требования к допустимым отклонениям для многомодового волокна позволяют уменьшить стоимость оптических приемо-передатчиков. Таким образом, многомодовое волокно преобладает в локальных и домашних сетях небольшой протяженности.

Основным недостатком многомодового ОВ является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают в волокне разный оптический путь. Для уменьшения влияния этого явления было разработано многомодовое волокно с градиентным показателем преломления, благодаря чему моды в волокне распространяются по параболическим траекториям, и разность их оптических путей, а, следовательно, и межмодовая дисперсия существенно меньше. Однако насколько не были бы сбалансированы градиентные многомодовые волокна, их пропускная способность не сравнится с одномодовыми технологиями.

Волоконно-оптические приёмопередатчики

Чтобы передать данные через оптические каналы, сигналы должны быть преобразованы из электрического вида в оптический, переданы по линии связи и затем в приёмнике преобразованы обратно в электрический вид. Эти преобразования происходят в устройстве приёмопередатчика, который содержит электронные блоки наряду с оптическими компонентами.

Широко используемый в технике передач мультиплексор с разделением времени позволяет увеличить скорость передачи до 10 Гб/сек. Современные быстродействующие волоконно-оптические системы предлагают следующие стандарты скорости передач.

Новые методы мультиплексного разделения длины волны или спектральное уплотнение дают возможность увеличить плотность передачи данных. Для этого многочисленные мультиплексные потоки информации посылаются по одному оптоволоконному каналу с использованием передачи каждого потока на разных длинах волны. Электронные компоненты в WDM-приемнике и передатчике отличаются по сравнению с теми, которые используются в системе с временным разделением.

Применение линий оптоволоконной связи

Оптоволокно активно применяется для построения городских, региональных и федеральных сетей связи, а также для устройства соединительных линий между городскими АТС. Это связано с быстротой, надёжностью и высокой пропускной способностью волоконных сетей. Также посредством применения оптоволоконных каналов существуют кабельное телевидение, удалённое видеонаблюдение, видеоконференции и видеотрансляции, телеметрические и другие информационные системы. В перспективе в оптоволоконных сетях предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические.

См. также

Сертификация оптоволоконной связи

Коаксиальная связь

Ссылки

• Оптоволокно во времени и пространстве
• Оптоволоконные линии и связь

Примечания