Оптоволокно́ або оптичне волокно — це технічний виріб, що складається з оптичного світловоду і захисних покриттів та маркуючої кольорової оболонки.
Оптичний світловод — є фізичним середовищем транспортування оптичного сигналу і складається із серцевини та оболонки, що мають різні величини показників заломлення. Завдяки явищу повного внутрішнього відбиття, надається змога транспортувати оптичні сигнали (світло), що генеруються обладнанням, до якого підключене оптичне волокно.
Повний опис процесу розповсюдження світла по оптичному волоконному світловоду (ВС) дає хвильова електромагнітна теорія. Вона показує, що розповсюджуватись по волоконному світловоду можуть лише ті типи хвиль, що формують у поперечному перетині ВС резонансну хвилю. Такі типи хвиль утворюють моди хвилеводу. Режим роботи ВС (одно — чи багатомодовий) визначається величиною нормованої частоти V.
Принцип роботи оптичного волокна[ред. | ред. код]
Структура[ред. | ред. код]
Структура типового одномодового волокна.
1. Серцевина: 8 µm діаметр
2. Оболонка: 125 µm діаметр
3. Буфер: 250 µm діаметр
4. Обшивка: 400 µm діаметр
Оптичний світловод — це циліндричний діелектричний хвилевід, що передає світло від одного до другого кінця усієї своєї довжини завдяки фізичному явищу повного внутрішнього відбиття. Світловод складається із серцевинного та оболонкового шару, які виготовленні із матеріалів, що забезпечують утримування світла всередині кабелю. Для забезпечення функціонування даної системи діелектриків, необхідно мати коефіцієнт заломлення серцевини більший, ніж оболонки. А також, границя двох середовищ може бути обривчастою, як у волокон зі сходинковим профілем серцевини, чи згладженою, як у волокон з градієнтним профілем серцевини.
Структура оптоволоконного кабелю дуже проста й схожа на структуру коаксіального електричного кабелю. Проте, замість мідної серцевини тут використовується тонке скловолокно, а замість внутрішньої ізоляції —- скляна або пластикова оболонка, що не дозволяє світлу виходити за межі збірки. У цьому випадку мова йде про режим так званого повного внутрішнього відбиття світла від границі двох речовин із різними коефіцієнтами заломлення (у скляної оболонки коефіцієнт заломлення значно нижче, ніж у центрального волокна).
Вплив коефіцієнту заломлення[ред. | ред. код]
Докладніше: Коефіцієнт заломлення
Коефіцієнт заломлення — це співвідношення швидкостей світла у вакуумі та матеріалі, до якого належить даний коефіцієнт. Промінь світла подорожує у вакуумі найшвидше за все зі швидкістю, близькою 300 000 км/сек, а у діелектрику — повільніше. Це залежить від властивостей матеріалу. Тому показник заломлення для складових оптоволокна завжди більший одиниці. Типове значення коефіцієнту заломлення для оболонки становить 1.46, а для серцевини — 1.48. Чим більший показник заломлення в речовині — тим швидкість променю в ній нижча. Із вищезгаданого очевидно, що оптичний комунікаційний сигнал буде проходити приблизно 200 000 км/сек. Або, якщо сформулювати по-іншому: 1000 кілометрів сигнал пройде за 5 мсек.
Щодо повного внутрішнього відбиття[ред. | ред. код]
Докладніше: Повне внутрішнє відбиття
Траєкторія несучої світлового променя в оптичній волосині.
Коли промінь що подорожує в оптично густому матеріалі, натикається на перешкоду під кутом падіння, більшим ніж критичний для даного матеріалу, то світло буде повністю відображене. Цей ефект використовується в оптичному волокні для утримування світлового випромінення у межах його серцевини. Воно поширюється вздовж волоска, відбиваючись вперед та назад від границі розділу двох складових кабелю. По причині того, що промінь повинен впасти на межу розділу під певним нахилом, що є більшим за критичний кут, то тільки світло, яке увійшло у систему у межах певного діапазону напрямків, може пройти через все волокно без просочування за його межі. Вказаний діапазон напрямків називається конусом утримування волокна. Розмір конусу утримування є функцією різниці показників заломлення матеріалів серцевини та оболонки оптичної волосини.
Іншими словами, існує максимальний кут відносно осі оптоволокна, під яким світловий промінь може увійти у середовище кабелю та просунутися вздовж його серцевини. Синус максимуму цього кута є цифровою апертурою (NA) волокна. Волокно із великим NA не потребує високої точності його зрощування, і може функціонувати із іншим волокном, що має малий NA. Одномодові оптичні світловоди мають незначний NA.
кут падіння та відбиття — {\displaystyle \theta _{\mathrm {c} }=\arcsin \left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right)}
цифрова апертура — {\displaystyle NA=\sin \theta _{\mathrm {max} }={\sqrt {n_{1}^{2}-n_{2}^{2}}}.}
FTTH (Fiber to the Home, архітектура розгорнутих мереж, оптичне волокно до абонента) – перспективна технологія, що має чотири основні категорії архітектури [4, 5]: «кільце» Ethernet-комутаторів; «зірка» Ethernet-комутаторів; «дерево» з використанням активних вузлів; «дерево» з використанням технологій пасивної оптичної мережі PON (Passive Optical Network). «Кільце» забезпечує гарну стійкість та живучість при виникненні різного роду пошкоджень або відмов кабелю, але до недоліків слід віднести розділ полоси пропускання всередині кільця доступу, що в свою чергу дає порівняльно невелику пропускну спроможність, а також виникають труднощі масштабування цієї архітектури. «Зірка» не накладає обмежень на використання мережних технологій (можливість використання будь-якого стандарту), та забезпечує максимальну інформаційну захищеність абонентських вузлів, враховуючи те, що до кожного кінцевого пристрою прокладається виділена одноволоконна лінія зв’язку, що з іншого боку визначає значні фінансові вкладання на побудову такої мережі (велика кількість оптичних передавачів та оптоволокна). «Дерево» з використанням активних вузлів дозволяє забезпечити економію оптоволоконних ліній зв’язку, а також відповідний за швидкостями розподіл від центрального вузла до абонентів, хоча обу- © В.В. Баркалов, К.Г. Рукас, О.В.Таровітов Розвиток радіотехнічного забезпечення, АСУ та зв’язку Повітряних Сил 97 мовлює обов’язкове використання активного розподільчого пристрою з індивідуальним живленням. «Дерево» з використанням технологій пасивної оптичної мережі PON надає можливість до одного порту центрального вузла підключати цілий волоконно-оптичний сегмент дерева з відповідною кількістю абонентів, при чому на проміжних вузлах дерева встановлюються пасивні оптичні розгалуджувачі (сплітери), які не потребують живлення та обслуговування. Це дозволяє забезпечувати достатньо значну економію за рахунок довжини оптичних ліній, кількості оптичних передавачів та приймачів. Суттєвим недоліком такої архітектури є зменшення її надійності, за рахунок збільшення часу пошук місця відмови, а також необхідність забезпечення інформаційної безпеки всіх потоків даних, які передаються в загальній мережі. Проведений аналіз архітектур чітко визначає пріоритетність їх використання при побудові системи зв’язку, РТЗ та ІС ПС в залежності від вимог, які пред’являються до неї. Найбільш перспективними за швидкісними показниками та пристосуванням до подальшої модернізації є дві архітектури: «зірка» та «дерево» за PON технологією, саме вони і потребують більш детального аналізу для застосування в системі управління військового призначення
