Optično vlakno

Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Članek je za kratek čas rezerviran, saj ga namerava eden izmed sodelavcev v večji meri preurediti. Prosimo vas, da ga medtem ne spreminjate. Oseba, ki je dodala obvestilo, je navedena v zgodovini urejanja. Če članka zadnjih nekaj ur ni urejal nihče, lahko predlogo odstranite. Namen obvestila je izogniti se navzkrižjem urejanj; prosimo vas, da ga med sejami urejanja odstranite, da ga bodo lahko izboljševali tudi drugi.

Optična vlakna so zelo tanke niti optično čistega materiala z nekaterimi dodatki. Ti dodatki morajo biti v zelo majhnih količinah, da ne vplivajo preveč na optične lastnosti stekla. Prevajajo tako vidno svetlobo, kot infrardečo (pri telekomunikacijah) in ultravijolično svetlobo.

Vsebina 1 Zgodovina 2 Delovanje 3 Prihodnost optičnih vlaken 3.1 Prednosti 3.2 Slabosti

[uredi] Zgodovina

Ideja, da bi pošiljali podatke s pomočjo svetlobe, izvira že iz 18. stoletja. Šlo je za "optične telegrafe", vrsto nekakšnih semaforjev na posebnih stolpih, kjer so bili operaterji, ki so signale prenašali na naslednje stolpe. Takrat električnih telegrafov seveda še ni bilo, optične telegrafe pa to električni nadomestili v sredi 19. stoletja.
Alexander Graham Bell je na koncu 19. stoletja patentiral "photophone", ampak telefon, pravtako njegova iznajdba, se je izkazal za aziti moramo tudi, da ne uporabnejšega. Bell je sanjal o prenašanju signalov po zraku, vendar atmosfera ni prenšala svetlobe tako zanesljivo, kot žice prevajajo električni tok.
Po drugi svetovni vojni so se vrstili poskusi prenašanja svetlobe po steklenih vlaknih, vendar to na začetku ni bilo kdo ve kako obetajoče zaradi velike oslabitve signala - 1 decibel na meter. To je dovolj za medicinske namene, a veliko premalo za prenašanje podatkov na velikih razdaljah.
Leta 1970 so pri Corning Glass Works objavili, da so izdelali optična vlakna s slabitvijo 20 dB/km. Vlakna so bila sicer občutljiva na poškodbe, vendar so poskusi potrdili izredno majhno slabitev svetlobnih žarkov, zato je ta dosežek pomenil velik korak naprej, prišlo je obdobje, ko se optična vlakna niso več uporabljala samo v medicini in pri testiranju letalskih motorjev. Današnji kabli iz optičnih vlaken imajo slabitev od 0.2 do 0.3 dB/km, kar omogoča še večje razdalje med ojačevalniki signalov

[uredi] Delovanje

Optični kabli delujejo na principu popolnega odboja svetlobnih žarkov. Da bi dobili "optični kabel" uporabimo torej isto vrsto stekla po vsej dolžini kabla za jedro, okoli stekla pa bo odbojna prevleka (pride do loma svetlobe), okoli te pa še ovojna plast. V jedro kabla pod določenim kotom odijemo žarek svetlobe, odbojni kot pa je odvisen od materiala, iz katerega je jedro kabla. Pri cenejših izvedbah se namesto steklenih vlaken uporablja kar plastiko.
Za telekomunikacije se uporablja za izvir svetlobe posebna vrsta laserjev (pa tudi LED - Light Emitting Diodes), ki jih lahko prižgemo in ugasnemo 10E9 krat na sekundo, svetlobo pa spet v električni tok pretvorijo fotodiode. Hitrost laserjev lahko izkoristimo za multipleksiranje večih telefonskih linij na kabel iz optičnih vlaken. Za primerjavo, na eno bakreno parico lahko spravimo 24 digitalnih telefonskih priključkov (recimo velikosti reda do 30). Na tipičen optični kabel lahko spravimo 32000 digitalnih telefonskih priključkov, na novejših sistemih pa prek 500000. To lahko seveda izkoristimo tudi za večje hitrosti povezav do končnega uporabnika.
Podatki po optičnih vlaknih torej potujejo s svetlobno hitrostjo, vendar hitrost svetlobe v njih ni enaka tisti v vakuumu, 3*10E6 km/s, pač pa približno 2/3 te hitrosti, kar ni bistveno več od hitrosti širjenja motnje (elektromagnetnega valovanja) v bakreni parici, ki se danes še večinoma uporablja v telekomunikacijah. Ko govorimo o hitrosti, mislimo s tem na pasovno širino, torej količino podatkov, ki jo lahko prenašamo.

[uredi] Prihodnost optičnih vlaken

Zaradi zelo velike pasovne širine, ki jo zagotavljajo optična vlakna, se takim kablom obeta še lepa prihodnost, saj se je z njihovo uporabo šele dobro začelo. V nekaj letih bo gotovo prišlo do intenzivne uporabe optičnih kablov tudi pri končnih uporabnikih, gospodinjstvih, ne samo za povezave med velikimi podjetji/ustanovami in ponudniki interneta. Ponekod se to že izvaja, tudi pri nas, namesto koaksialnih kablov vgrajujejo kable iz optičnih vlaken. Čeprav trenutno še ni prave potrebe po tolikšni prepustnosti, gre enostavno za dejstvo, da je pri polaganju kablov daleč največji strošek polaganje (zemeljska dela, montaža), ne kabel sam, zato je prav gotovo smiselno polagati kar optične kable, in to čim boljše.
Celo Telekom Slovenije ima bojda v načrtu, da bodo kabli iz optičnih vlaken napeljani do končnih uporabnikov, vendar tisti, ki spremljajo dogajanje na področju telekomunikacij, upravičeno dvomijo, da bo do tega prišlo prej kot v nekaj desetletjih. Med navadnimi bakrenimi paricami, ki danes še prevladujejo, in med optičnimi vlakni, je še kar nekaj tehnologij, ki jih bo Telekom odkrival "kot smodnik" in jih tržil in oglaševal, dokler bodo le šle v promet.

[uredi] Prednosti

• majhno slabljenje (0,4 dB/km pri valovni dolžini  = 1300nm; 0,3 dB/km pri  = 1550nm), iz česar sledi, da lahko prenašamo signal na velike razdalje brez dodatnega ojačevanja in zaradi tega je optični kabel primeren za velike razdalje (npr. medkontinentalne podmorske kable).

• velika pasovna širina (omejena s kromatsko disperzijo, tipično 19 ps/nm.km)pomeni, da lahko v eni časovni enoti prenesemo ogromno število informacij; vrednosti, ki jih največkrat slišimo so 34 Mb/s, 140 Mb/s, 155 Mb/s, 622 Mb/s, 2.5 Gb/sin in več.

• ni presluhov med posameznimi vlakni - poenostavljeno povedano presluh pomeni koliko telefonskega pogovora se prenese iz ene palice v drugo. Vemo, da nam presluh omejuje prenos pri klasični bakreni palici, omejimo ga tako, da opletemo telefonsko žico eno okoli druge.
• skoraj neomejene količine surovin - silicijevo steklo, ki je osnova ta izdelavo optičnih vlaken, se v naravi nahaja v velikih količinah, zato je cena optičnega kabla sorazmerno nizka.
• majhna teža kabla - z lahkim kablom je delati veliko lažje, potrebno je manj fizičnega dela pri inštalaciji,tipična teža za 24-vlaknasti kabel je 150 kg/km.
• majhne dimenzije kabla - optični kabel s 24 ali 36 vlakni ima premer približno zun = 16 mm.
• dolge kabelske dolžine - več kabla je lahko navitega na en boben, tipično 2000 m, za podvodne kable so kabelske dolžine dolge več 10 km.
• enostavna montaža in vzdrževanje – optični kabel zasede veliko manj prostora v kabelski kanalizaciji,več kablov lahko položimo v eno cev kabelske kanalizacije, manj je prevoznih stroškov,v PE lahko v enem dnevu vpihnemo ali povlečemo več kilometrov optičnega kabla.
• neobčutljivost na elektromagnetne motnje – blodeči tokovi, strela in drugi razni prenapetostni prehodni pojavi nimajo škodljivih vplivov na optični kabel.

[uredi] Slabosti

• optični kabel je bolj občutljiv na mehanske obremenitve, posebej za zvijanje.Minimalni premer krivljenja je približno 20x premer kabla.Nato moramo še posebej paziti pri hišnih inštalacijah, ko moramo narediti 90-ske zavoje, maksimalna potezna sila pa znaša na zunanje kable tipično cca. 2000 N.

• konektorji so dražji, spajanje (fuzijsko ali mehansko) kabla je bolj zahtevno, za varjenje optičnih kablov so potrebni posebni varilni avtomati in dokaj draga merilna oprema.

Zahtevana je večja previdnost pri delu; paziti moramo, da nam pri delu kakšen delček optičnega vlakna ne pride pod kožo ali morda celo v kri. Paziti moramo tudi, da ne obračamo optičnega kabla proti očem, ko je v obratovanju