#3 AIS – Światłowody wprowadzenie

04-05-2020


z cyklu (AIS) Akademia Infrastruktury Sieciowej DCNart

Część której zaczynamy dotykać, jest niezwykle ważnym elementem w dziedzinie okablowania strukturalnego, ponieważ pozwala Nam łączyć segmenty sieci na znaczne odległości dając dodatkowo dużo większe możliwości w zakresie przepustowości. Oprócz tego światłowód jest całkowicie odporny na zakłócenia elektromagnetyczne, posiada dużo mniejsze gabaryty niż kabel miedziany oraz jest dużo trudniejszy w podsłuchiwaniu niż przewodnik miedziany, – jeżeli kogoś interesuje tutaj aspekt bezpieczeństwa.

A kogoś w dzisiejszych czasach nie interesuje?

Wraz ze wzrostem odległości oraz prędkości sieci w szkielecie kluczowe staje się zrozumienie technologii światłowodowej, aby jeszcze lepiej projektować i instalować te systemy.

Budując system połączeń światłowodowych spotkamy się z szeregiem komponentów, które będziemy wykorzystywać do ich budowy m.in.:

  • kable;
  • pigtaile (kawałek włókna zakończony złączem z jednej strony);
  • patchcordy (zazwyczaj dwa włókna zakończone złączami z dwóch stron);
  • przełącznice;
  • adaptery;
  • złącza;

Zanim omówimy poszczególne komponenty zajmijmy się podstawami technologii światłowodowej w zakresie, który będzie dla Nas użyteczny przy budowie okablowania strukturalnego oczywiście.

Jeżeli interesuje Was historia powstania światłowodów itd. zawsze można poczytać na Wikipedii.

Mówiąc o światłowodach nie da się pominąć tematu doboru odpowiedniego włókna. Czym zatem jest włókno światłowodowe?

Włókno światłowodowe

Włókno światłowodowe to kluczowy element każdego kabla światłowodowego, pigtaila i patchcordu. Co do zasady włókno światłowodowe jest dielektrycznym medium transmisyjnym, w którym nośnikiem informacji jest światło. W układzie dwóch współosiowych symetrycznych elementów szklanych (rdzenia i płaszcza) dochodzi do propagacji fali świetlnej poprzez zjawisko odbicia. Włókno światłowodowe wykonywane jest ze szkła krzemowo-germanowego o różnych współczynnikach załamania światła. Istnieją także włókna światłowodowe wykonane z tworzyw sztucznych, ale w branży sieciowej one nie znajdują zastosowania, dlatego też nie będziemy się tutaj nimi zajmować.

Włókno światłowodowe

Móglibyśmy w tym miejscu pokusić się o obszerny wywód na temat technologii produkcji, geometrii, struktury modowej oraz rozkładu współczynników załamania się światła, aby pokazać pełny obraz zagadnienia. Wierzymy jednak, że dla tych, którzy będą czuli niedosyt Internet stoi otworem a my chcielibyśmy się skupić na rzeczach, które faktycznie są wykorzystywane w branży okablowania strukturalnego.

Włókna światłowodowe wykorzystywane w branży okablowania strukturalnego dzielą się w następujący sposób.

Z punktu widzenia współczynnika załamania światła na:

  • skokowe
  • gradientowe

Z punktu widzenia struktury modowej na:

  • jednomodowe
  • wielomodowe

Światłowód skokowy

W światłowodzie skokowym współczynnik załamania światła zmienia się skokowo pomiędzy rdzeniem a płaszczem. Mody w rdzeniu odbijają się pod różnymi kątami, co powoduje, że mają do przebycia różną drogę a co za tym idzie czas ich podróży także będzie różny. Powoduje to tzw. zjawisko dyspersji modowej, co fizycznie objawia się w postaci rozmycia impulsu nadawanego po stronie odbiorczej a to skutkuje ograniczeniem pasma i odległości, na jaką są transmitowane sygnały.

Propagacja w światłowodach

Światłowód gradientowy

W światłowodzie gradientowym włókno ma budowę warstwową. Każda warstwa w procesie produkcji jest odpowiednio domieszkowana w taki sposób, aby uzyskać ciągłą zmianę współczynnika załamania światła. Najmniejsza wartość współczynnika jest na granicy rdzenia z płaszczem a największa w osi rdzenia. Teoretycznie powoduje to, że fala świetlna rozchodzi się w sposób paraboliczny różnymi modami, ale z taką samą prędkością. Dzieje się tak, ponieważ fala podróżująca w większej odległości od rdzenia porusza się w ośrodku o mniejszym współczynniku załamania światła, dzięki czemu może być szybsza niż fala podróżująca bliżej rdzenia gdzie ten współczynnik jest większy.

Włókno jednomodowe

Włókno jednomodowe charakteryzuje się bardzo małą średnicą rdzenia pomiędzy 8-10µm; zazwyczaj spotykana w branży średnica to 9 µm ze skokowym współczynnikiem załamania światła. Do transmisji w tergo rodzaju włóknach jest wykorzystywany półprzewodnikowy laser o bardzo niskich stratach, co eliminuje w zasadzie dyspersję modową. Fala świetlna rozchodzi się tutaj prawie równolegle do osi rdzenia i dociera do końca włókna w jednym tzw. modzie podstawowym (poosiowym). Z uwagi na parametry włókno jednomodowe nadaje się do transmisji na bardzo duże odległości – nawet powyżej 100km. Włókno to jeszcze niedawno stosowano głównie w telekomunikacji z racji przede wszystkim na koszt związany z urządzeniami aktywnymi (koszt samych kabli jest niższy od wielomodowych). W chwili obecnej technologia ta na stałe zagościła w systemach okablowania strukturalnego, ponieważ koszty uplinków światłowodowych dla aplikacji 1/10G dla włókien jednomodowych są porównywalne z wielomodowymi a korzyści, jakie uzyskujemy wykorzystując to rozwiązanie jest dużo więcej.

Włókno światłowodowe jednomodowe

Włókno wielomodowe

Włókno wielomodowe charakteryzuje się dużo większą średnicą rdzenia niż w przypadku włókien jednomodowych. Obecnie możemy znaleźć włókna o średnicy 62,5µm oraz 50µm, chociaż te pierwsze w ostatnich latach zostały praktycznie wyparte przez włókno 50µm i raczej nie należy stosować ich w nowych instalacjach. Włókna wielomodowe używane w okablowaniu strukturalnym mają gradientowy współczynnik załamania światła a fala świetlna transmitowana jest z wykorzystywaniem wielu modów. Parametry tych włókien doskonale sprawdzają się na stosunkowo małych odległościach – do 2km. Wraz ze wzrostem prędkości w sieciach Ethernet odległości te znacznie zmalały, co znacznie utrudnia pracę z tymi włóknami. Podczas uruchomienia takich aplikacji jak 40/100G odległości nie przekraczają 150m co w wielu przypadkach dla połączeń szkieletowych jest za mało. Jedyną alternatywą w tym przypadku stają się włókna jednomodowe, które takich ograniczeń w tym przedziale odległości, który Nas interesuje nie posiadają.

Włókno światłowodowe wielomodowe

Już teraz zapraszamy do kolejnej części, w której przyjrzymy się podstawowym zjawiskom występującym w technologii światłowodowej, które wpływają na prędkość transmisji oraz skracają odległości.

Newsletter