Kable światłowodowe – nowoczesne nośniki informacji

Kable światłowodowe mimo, że weszły do użycia z końcem ubiegłego wieku są nadal jednym z najbardziej nowoczesnych i wydajnych nośników teletransmisji.

Najważniejszą częścią tych  kabli jest włókno światłowodowe.  Nośnikiem informacji we włóknie światłowodowym jest modulowana fala świetlna, która jest niewrażliwa na zakłócenia przez pole magnetyczne. Źródłem jej może być laser półprzewodnikowy lub dioda elektroluminescencyjna (LED), a elementem odbierającym sygnał po drugiej stronie światłowodu element światłoczuły np. fotodioda.

Światłowody oprócz dużej odporności na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne charakteryzują się też mniejszą niż 10^-10 stopą błędów przy najwyższych przepustowościach i małą tłumiennością jednostkową – około 0,20 dB/km dla fali o długości 1550 nm (dla włókna jednomodowego).

Zasadniczą częścią światłowodu jest rdzeń składający się z włókna wykonanego ze specjalnego rodzaju szkła kwarcowego, który pokryty jest płaszczem i warstwą ochronną.

Działanie światłowodu polega na wykorzystaniu właściwości dwóch materiałów, które przewodzą światło o różnych współczynnikach załamania, przy czym ten współczynnik w rdzeniu jest wyższy niż w płaszczu. Następuje tu całkowite wewnętrzne odbicie promienia, który odbija się od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza i efekt jest taki, że promień świetlny cały czas przemieszcza się w rdzeniu. Płaszcz pokryty jest warstwą ochronną zwaną też pokryciem pierwotnym.

Rodzaje włókien światłowodowych stosowanych w telekomunikacji

Włókna jednomodowe (Single-Mode Fiber, SMF)

Włókna jednomodowe mają bardzo cienki rdzeń o średnicy około 9 µm, co pozwala na przesyłanie światła tylko jedną trasą. Dzięki temu minimalizowane są zjawiska rozproszenia i opóźnienia sygnału, umożliwia to transmisję danych na odległości nawet do kilkuset kilometrów bez potrzeby wzmacniania sygnału. Najczęstsze obszary zastosowań tych włókien to:

• • połączenia międzykontynentalne i międzymiastowe
  • sieci szkieletowe operatorów telekomunikacyjnych
  • infrastruktura 5G
• Zalety:
  • duża przepustowość i minimalne zakłócenia
  • wysoka stabilność sygnału na dużych dystansach

Włókna wielomodowe (Multi-Mode Fiber, MMF) 

Włókna wielomodowe mają większy rdzeń (50-62,5 µm), co pozwala na przesyłanie światła wieloma trasami jednocześnie. Z tego powodu są wykorzystywane na krótszych dystansach, np. w budynkach lub kampusach, gdzie wymagana jest duża szybkość przesyłu danych, ale na ograniczoną odległość.

• Obszary zastosowań:
• • sieci lokalne (LAN)
  • centra danych
  • połączenia wewnątrzbudynkowe
• Zalety:
• • niższy koszt instalacji i sprzętu
  • wysoka prędkość transmisji na krótkie odległości

Wspomniano powyżej o przepustowości włókien. Ilość danych, jakie można przesłać jednocześnie włóknem to podstawowa zaleta transmisji optycznej.

Wygląda to jak poniżej:

• Dla włókna jednomodowego
• • Typowa przepustowość wynosi od 10 Gb/s do 400 Gb/s na pojedynczym kanale.
  • Przy użyciu technik multipleksacji (np. DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing) możliwe jest uzyskanie przepustowości rzędu terabitów na sekundę. DWDM pozwala na przesyłanie wielu sygnałów o różnych długościach fal w jednym włóknie.
• Dla włókna wielomodowego
• • Przepustowość wynosi 10 Gb/s do 100 Gb/s, w zależności od standardu (np. OM3, OM4 czy OM5).
  • Zasięg i szybkość są mniejsze niż w przypadku światłowodów jednomodowych, ponieważ wiele trybów światła może prowadzić do rozmycia sygnału na większych dystansach.

Wspólną cechą wszystkich włókien światłowodowych, bez względu na rodzaj, jest ich mała wytrzymałość mechaniczna oraz duża wrażliwość na czynniki atmosferyczne, zwłaszcza wilgoć zawartą w powietrzu. Dlatego włókna zabezpiecza się poprzez wykonanie pokrycia wtórnego w postaci tuby.

Rozróżnia się tuby ścisłe, półścisłe lub tuby luźne. Tuby  zawierające włókna można już dowolnie konfigurować w ośrodki  kabli, które następnie, już wyposażone w odpowiednie wzmocnienia i powłoki, stają się kablami światłowodowymi.

Ze względu na zastosowanie kable światłowodowe  występują jako:

• • zewnętrzne – kable stosowane na zewnątrz budynków , napowietrzne i doziemne wyposażone w odpowiednie zabezpieczenia i wzmocnienia oraz powłokę odporną na promieniowanie słoneczne i wilgoć,
  • wewnętrzne – do układania wewnątrz budynku ,  przystosowane do zaostrzonych wymogów bezpieczeństwa, w powłoce z uniepalnionego tworzywa bezhalogenowego.

Przykładem takich kabli światłowodowych są kable BiTfiber® produkowane jako:

• • zewnątrzbudynkowe (np. BiTfiber®Z-XOTKtmsd, BiTfiber®S-XOTKtsdp) do stosowania w każdych warunkach atmosferycznych;
  • uniwersalne (np.BiTfiber®ZW-NOTKtsd, BiTfiber®U-DQ(ZN)BH);
  • wewnątrzbudynkowe (np. BiTfiber®W-NOTKSd (simplex), BiTfiber®W-NOTKSd( minibreakout)) posiadające specjalną konstrukcję charakteryzującą się ulepszonymi wskaźnikami bezpieczeństwa p.poż., oraz ograniczoną palnością i emisją gazów toksycznych w razie pożaru;
  • specjalne (np. BiTfiber®ZKS-XXOTKtsFo, BiTfiber®YOTKGtsDFoyn) do stosowania w warunkach o ściśle określonych zagrożeniach tj, górnictwo, kanalizacja ściekowa itp.

Zastosowanie kabli światłowodowych

• • Telekomunikacja i Internet. Kable światłowodowe są podstawą nowoczesnych sieci telekomunikacyjnych, umożliwiając szybki transfer danych na poziomie międzynarodowym i lokalnym. Są one wykorzystywane m.in. w sieciach szerokopasmowych, systemach 5G oraz połączeniach transoceanicznych.
  • Energetyka i Przemysł. Światłowody są wykorzystywane do monitorowania pracy sieci energetycznych oraz przesyłu sygnałów kontrolnych w automatyce przemysłowej. W energetyce umożliwiają szybką transmisję danych o stanie sieci, co pozwala na wczesne wykrywanie awarii.
  • Multimedia. Coraz więcej platform multimedialnych, takich jak streaming wideo i gry online, korzysta ze światłowodów, aby zapewnić użytkownikom wysoką jakość i brak opóźnień w transmisji.

Przyszłość technologii światłowodowej

Kable światłowodowe odgrywają kluczową rolę w rozwoju infrastruktury przyszłości. Zastosowania takie jak Internet Rzeczy (IoT), transmisje w czasie rzeczywistym oraz sztuczna inteligencja (AI) wymagają coraz szybszych i bardziej niezawodnych połączeń, które mogą zapewnić właśnie światłowody. W miarę rozwoju sieci 5G oraz ekspansji Internetu na obszary wiejskie i trudno dostępne, znaczenie światłowodów będzie rosło.

Podsumowanie

Kable światłowodowe stanowią podstawę współczesnych systemów przesyłu danych, oferując szybki, bezpieczny i niezawodny transfer na duże odległości. Ich rosnące zastosowanie w telekomunikacji, medycynie, energetyce i przemyśle sprawia, że są nieodzownym elementem globalnej infrastruktury. Choć wdrożenie technologii światłowodowej wymaga inwestycji, jej zalety sprawiają, że jest to najlepsze rozwiązanie na potrzeby nowoczesnego świata.