Волоконная оптика, как термин, это учение о распространении светового потока в оптическом волокне. Как продукция, волоконная оптика – это все то, что имеет в составе оптико-волоконный элемент.

Оптическое волокно – это изготовленная из кварцевого стекла тонкая жила, внутри которой течет световой луч, не покидая ее пределов. Сегодня существует оптоволокно с пластиковым сердечником, характеристики которого близки к натуральному кварцу. Смысл один – световой пучок отражается от стенок жилы и сохраняет свое информационное содержание вне зависимости от дальности передачи данных. Именно оптоволокно – самый лучший материал трансляции цифрового сигнала без затухания на дальние расстояния.

Появление и развитие оптоволокна

Световые сигналы, как метод обмена информацией, используются со времен появления огня. Идея информирования светом в новом времени впервые была апробирована Р.Гуком, который создал оптический телеграф, способный передавать информацию с помощью интервальной трансляции световых видимых сигналов, которые можно было увидеть на разных расстояниях невооруженным глазом или в подзорную трубу.

Далее появился другой сигнальный аппарат, который разработал Клоп Шапп. Здесь была трансформирована не только идея использования световых импульсов, но и введена систематизация подаваемых аппаратом сигналов. Теперь наборы знаков были унифицированы, а для их расшифровки был составлен словарь. Телеграфы нового типа быстро распространились не только на родине создателя во Франции, но и по всему континенту.

После этого был еще ряд доработок световых телеграфов, пока в 1960 году не появился лазер. Открытие принадлежит советским ученым, которые не только открыли новую форму светового луча, но и заложили базу для дальнейшего развития методик передачи данных светом.

Современные оптико-волоконные линии связи отличаются большей долговечностью, качеством, стойкостью к внешним воздействиям и разы превосходят медные кабельные сети передачи данных. Несмотря на более высокую стоимость, оптоволокно быстро и уже почти полностью заменило магистральные телекоммуникационные сети, обеспечив высокую скорость, чистоту и защиту сигнала от помех.

Материалы для оптоволокна

Как мы говорили выше, оптоволоконный кабель в сердечнике имеет кварцевый или полимерный стержень. Натуральный кварц обуславливает следующие характеристики кабельной продукции:

Высокую оптическую проницаемость, что позволяет транслировать волны разных диапазонов.

Малое затухание (потери сигнала), что является определяющим преимуществом для использования оптоволокна при построении магистралей большой протяженности.

Температурную стойкость – оптико-волоконные кабели могут эксплуатироваться при экстремально высоких температурах.

Большую гибкость – световоды на основе кварцевого оптоволокна могут иметь до 1000 микрометров в диаметре.

К минусам стоит отнести снижение пропускной способности в зонах с инфракрасным излучением: здесь сигнал затухает и использование дорогостоящих кабелей нецелесообразно.

Структура оптического кабеля

Вне зависимости от того, используется кварцевый или полимерный материал, структура кабеля одинакова. Ее образуют:

Сердечник. Отвечает за распространение светового луча вдоль длины кабеля. Диаметр напрямую влияет на доступную площадь «попадания» светового луча, а значит – возможность подачи излучения для качественной доставки сигнала. Коэффициент преломления в сердечнике равен 1,48.

Внутренняя оболочка . Отвечает за отражение светового луча и «корректировку» его траектории. Иными словами, не дает лучу покинуть пределы сердечника. Чем выше отражающая мощность оболочки, чем быстрее распространяется луч, передается сигнал и меньше его потери.

Внешняя обшивка. Это буфер от внешних воздействий.Защищает внутренние компоненты кабеля от факторов среды, включая химические и механические воздействия. Предельно допустимая толщина обшивки не превышает 250 микрон.

Виды кабельной продукции на основе волоконной оптики

Сегодня существует два вида оптоволокна – одномодовое и многомодовое . Они различаются характеристиками и диаметром сердечника.

Диаметр сердечника одномодового волокна не превышает 8 микрон. Именно этот тип используется для трансляций на дальние расстояния, так как межмодовая дисперсия здесь практически равна нулю. Дело в том, что в столь малом диаметре можете перемещаться только один луч, поэтому возможность возникновения помех отсутствует.

Многомодовое волокно в диаметре может составлять 62,5 микрона. Здесь большая площадь приема, что позволяет двигаться нескольким лучам одновременно. При этом ввод лучей, как правило, происходит под разными углами, что повышает рассеивание из-за отражения этих лучей от поверхности оболочки. Соответственно, скорость и качество сигнала снижаются, поэтому подобные линии используются для локальных сетей и передачи сигнала между близлежащими строениями.

Многомодовое волокно бывает:

Градиентным. Его особенность – разная плотность сердечника на разных его участках. Это позволяет управлять потоком, «разгоняя» луч на участках смены плотности, что увеличивает общую скорость передачи данных.

Ступенчатым . Волокно с одинаковой плотностью сердечника на всем протяжении кабеля. Вероятность межмодовой дисперсии здесь выше, а скорость передачи – ниже.

Область применения

Оптическое волокно применяется в любых сферах, где требуется построение телекоммуникационных сетей и проведение технических изысканий с использованием оптических датчиков. Медицина, наука, добывающая промышленность, ЖКХ, ваш компьютер – все в той или иной мере использует технологии волоконной оптики.

Скоростной интернет, цифровое телевидение, мобильная связь возможны благодаря тонким стеклянным нитям, тянущимся по морскому дну между континентами. Если бы не оптоволокно, вы бы вряд ли читали эти строки.

Принципиальные основы этой технологии описаны еще в середине XIX века. Тогда в роли проводника сигнала пытались использовать воду – безуспешно. Подходящие для реализации смелой идеи материалы были разработаны только через сто с лишним лет.

Проводник для света

В обычном проводе сигнал передается по медной жиле. Информацию переносит поток электронов – электрический ток. Данные передаются зашифрованными в двоичном коде. Если импульс проходит – это обозначает единицу, не проходит – ноль.

В оптоволоконной линии связи принцип кодировки тот же, но информацию переносят фотоны или световые волны, точнее, и то, и другое одновременно. Ученые так долго спорили о природе света, что в конце концов объединили несовместимые теории. Но не нужно понимать квантово-волновой дуализм, чтобы разобраться, как свет используют для передачи информации в телекоммуникационных сетях.

Достаточно понять, как заставить свет течь по проводам на протяжении километров.

Первое, что приходит в голову, – зеркала. Сделайте металлическую трубку и покройте изнутри гладким слоем, например, из серебра.

Свет, попав внутрь с одной стороны, будет отражаться от стенок, пока не достигнет выхода с другой стороны. Неплохая идея, но она не будет работать.

Во-первых, изготовление такой трубки нужной длины – чрезвычайно сложная, а значит и дорогая задача.

Во-вторых, коэффициент отражения серебра – 99%, то есть попавший в трубку свет будет терять энергию и уже через 100 отражений совершенно погаснет.

Гораздо лучше обойтись и без зеркал. Как это сделать, подскажут основы геометрической оптики, заложенные в XIX веке.

Основную идею легко продемонстрировать на примере аквариума. Луч света от источника под водой проходит через границу воды и воздуха – двух сред с разными оптическими свойствами – и частично меняет направление движения, а частично отражается от границы двух сред как от зеркала.

Если угол падения луча уменьшать, в определенный момент свет перестанет выходить из воды вовсе и будет отражаться полностью, на 100%. Граница двух сред работает лучше всякого зеркала.

Как выяснилось, чтобы создать такую границу, вода не нужна. Подойдут любые два материала, по-разному пропускающие свет – имеющие разные коэффициенты преломления. Даже разницы в 1% достаточно для создания световода.

Стеклянные провода

В светильниках и игрушках световоды делают из пластмасс, но, чтобы получить пригодное для связи оптоволокно, необходимы более дорогие и более прозрачные материалы.

Ученые приспособили для этой цели кварцевое стекло. Сердцевину заготовки для оптоволокна чаще всего делают из чистого диоксида кремния. Внешний слой также создают из кварца, но с примесью бора или германия для снижения коэффициента преломления.

Раньше, чтобы получить такую заготовку, просто вставляли две стеклянные трубки друг в друга, но сегодня чаще поступают иначе. Полые трубки из чистого кварца наполняют смесью газов с высоким содержанием германия и медленно нагревают до тех пор, пока германий не осядет равномерным слоем на внутреннюю поверхность.

После того как на кварцевом стекле нарастет достаточно толстый слой оксида германия, трубу нагревают до размягчения и вытягивают до тех пор, пока полость внутри не схлопывается.

Так получается стержень диаметром от 1 до 10 сантиметров и длиной приблизительно 1 метр, уже содержащий в сердцевине кварц с добавкой германия, имеющий повышенный показатель преломления и оболочку из чистого кварца вокруг.

Такую заготовку доставляют на вершину башни высотой до нескольких десятков метров. Там нижнюю часть заготовки вновь нагревают до полутора тысяч градусов — почти что до точки плавления, и вытягивают из нее тончайшую нить. По пути вниз стекло остывает и окунается в ванну с полимером, который формирует на поверхности кварца защитный слой. Таким методом из одной заготовки получается до 100 км стекловолокна. У основания башни остывшее волокно наматывается на бобину.

Да, именно наматывается: как ни странно, кварцевое волокно легко гнется.

Получившиеся волокна собираются в пучки по несколько штук и запаиваются в полиэтилен. Затем из этих пучков сплетаются кабели.

В каждом кабеле может быть от двух-трех и до нескольких сотен световодов. Снаружи они для прочности оплетаются полимерной нитью и получают еще одну защитную оболочку из полиэтилена.

Преимущества и недостатки оптоволокна

Все эти сложности оправданы потому, что свет – самое быстрое, что есть во Вселенной.

Благодаря этому свойству света оптоволокно обладает непревзойденной информационной емкостью. Витая пара, подобная телефонной линии, или коаксиальный кабель, проводник с экраном, пропускают 100 мегабит в секунду.

Самый распространенный для компьютерных сетей восьмижильный кабель из 4 скрученных пар пропускает до 1000 мегабит в секунду. Оптоволокно по одной жиле — в три раза больше, до 3000 мегабит в секунду, а при помощи различных экспериментальных ухищрений можно преодолеть и этот порог.

К тому же оптоволокно значительно легче меди. При толщине 9 микрон – тоньше человеческого волоса – нить из кварца длиной 100 км весит около 15 г.

Практически все современные магистральные линии передачи данных проложены из оптоволоконных кабелей. Они связывают континенты, страны и дата-центры.

В крупных городах «оптика» используется и при подключении многоквартирных домов к мировой сети, но волокно прокладывается между провайдером и домом, а по квартирам разводится обычная витая пара.

При такой схеме подключения максимальная скорость доступа к сети для абонента по-прежнему не превышает 100 Мбит/с. Для сравнения, проведя оптический кабель прямо в квартиру, можно получить канал в 1 Гбит/с, и все же потребитель редко сталкивается с оптоволоконным Интернетом.

Дело не только в том, что оптоволокно дорого в производстве. Проложить кабель – это лишь начало. Сигналы, идущие по линии связи, с расстоянием накапливают ошибки и в конце концов вовсе затухают. У витой пары это происходит через 1 км, у коаксиального кабеля примерно через 5 км. После сигнал приходится восстанавливать и усиливать – регенерировать.

У оптоволокна дистанция регенерации в разы больше, но, каким бы чистым ни было кварцевое стекло, в нем остаются примеси, например, миллионные доли процентов воды.

Длина волокна может составлять сотни тысяч километров, но через 100–200 км затухание оптического сигнала все же себя проявляет.

Поэтому на линиях оптоволоконной связи устанавливаются промежуточные усилители, которые восстанавливают амплитуду оптического сигнала, и регенераторы, удаляющие помехи. Такое оборудование значительно более дорогое, чем усилители на традиционных линиях связи, и требует квалифицированного обслуживания.

Но главное, на данный момент гигабитные каналы связи мало востребованы обычными людьми. Возможно, с появлением умных домов, носимых компьютеров, распространением стриминга видео в сверхвысоком разрешении потребность в них возрастет, но пока скорости, предоставляемой витой парой, среднему потребителю вполне достаточно.

Даже не соприкасаясь с этой технологией напрямую, каждый из нас пользуется ее преимуществами. Стабильность подключения, малая задержка прохождения сигнала до самых удаленных серверов и высокая скорость получения ответа от них, возможность снять деньги в любом банкомате и совершить звонок в любую страну мира – все это заслуга оптоволокна, и конкурентов у него нет и в проекте.

Пока вы читаете эти строки, терабайты данных курсируют по всему миру, запертые в стеклянных нитях, протянутых по дну океана. Напоминает магию, но это всего лишь продвинутая технология. Оптическое волокно - технология, которой, человечество обязано естествоиспытателям XIX века. Наблюдая за лучами света на поверхности пруда, они предположили, что светом можно управлять, но претворить в жизнь ту гениальную идею удалось только совсем недавно с появлением сложнейших заводов и тщательным изучением оптических свойств материалов.

Запертый свет

По медной витой паре (как в вашем интернет-кабеле) во множестве движутся электроны. Ток предается по проводнику и несет с собой закодированную в последовательности импульсов - информацию. Нули и единицы - двоичный код, о котором слышали, пожалуй, все. Оптический проводник сигнала работает по тому же принципу, но с точки зрения физики, с ним все гораздо сложнее. Тут могла бы быть получасовая лекция о квантовой механике, и о том, как множество именитых физиков пришли в тупик, пытаясь понять природу света, но постараемся обойтись без пространных рассуждений.

Достаточно держать в уме то, что подобно электронам, фотоны или световые волны (на самом деле в нашем контексте это одно и то же), могут переносить закодированную информацию. Так, например, на аэродромах, в случаях отказа радиосвязи, передают сигналы самолетам при помощи направленных прожекторов. Но то примитивный метод, да и работает он лишь на расстоянии прямой видимости. В то же время, по оптоволокну свет передается на километры и далеко не по прямой траектории.

Чтобы добиться такого эффекта, можно было бы использовать зеркала. Собственно, с этого инженеры-испытатели и начали свои эксперименты. Они покрывали металлические трубы изнутри зеркальным слоем и направляли внутрь луч света. Но мало того, что подобные световоды стоили непомерно дорого. Свет многократно отражался от их стенок и постепенно затухал, терял силу и совершенно сходил на нет.

Зеркала не годились. Иначе и быть не могло. Даже самое дорогое зеркало не идеально. Его коэффициент отражения меньше 100% и после каждого падения на зеркальную поверхность световой луч теряет часть энергии, а в замкнутом объеме световода таких преломлений происходит неисчислимое множество.

Тут-то и пришло время вспомнить о пруде и тех давних исследованиях, что основывались на наблюдении за поведением света в воде. Представьте, как луч закатного солнца падает на поверхность воды, преодолевает границу и направляется вниз, к дну пруда.

Те из читателей, кто помнит школьный курс физики, наверняка уже догадываются, что свет изменит направление своего движения. Часть света пройдет под воду, чуть изменив угол своего движения, а другая незначительная часть света отразится обратно в небо, потому, как «угол падения равен углу отражения». Если долгое время наблюдать за этим явлением, однажды, можно заметить, что свет, отраженный от зеркала под водой, под определенным углом так и не сумеет вырваться наружу - отразится от границы воды и воздуха полностью, лучше, чем от всякого зеркала. Дело не в воде как таковой, а в сочетании двух сред с различными оптическими свойствами - неодинаковыми коэффициентами преломления. Для создания световой ловушки достаточно минимального их различия.

Гибкие световоды

Материалы не столь уж важны. В физических опытах для детей, демонстрирующих этот эффект, часто используют воду и прозрачную пластмассовую трубку. Больше чем на пару метров в таком световоде световой луч не передать, но смотрится это красиво. По той же причине светильники и прочие декоративные изделия часто имеют в своей конструкции световоды из пластмасс. Но когда речь заходит о передаче информации на многие километры, требуются особые, сверхчистые материалы, с минимумом примесей и оптическими свойствами, близкими к идеальным.

В 1934 году американец Норман Р. Френч запатентовал стеклянный световод, который должен был обеспечить телефонную связь, но он толком не работал. Потребовалась масса времени, чтобы найти материал, который бы отвечал высочайшим требованиям к чистоте и прозрачности, изобрести оптическое волокно из диоксида кремния - чистейшего кварцевого стекла. Чтобы создать в прозрачном кремнии разность коэффициентов преломления, прибегают к хитрости. Центр прозрачной болванки, которая превратится в провод, оставляют чистым, в то время, как внешние слои насыщают германием - он изменяет оптические характеристики стекла.

В таком случае, болванку обычно спекают из двух заранее приготовленных стеклянных трубок, вставленных одна в другую. Но можно поступить и наоборот, насытив сердцевину стекловолокна германием. Более технологичным и высококачественным стекловолокно получается, когда стеклянные трубки наполняют изнутри газом и ждут, пока германий сам осядет на стекло тончайшим слоем. Затем трубку разогревают и растягивают до метровой длины. При этом полость внутри закрывается сама.

Получившийся стержень имеет сердцевину с одним коэффициентом преломления и оболочку с другими оптическими параметрами. Он то и послужит для изготовления оптического волокна. Пока тяжелая заготовка толщиной в руку ничем не напоминает провод, но кварцевое стекло хорошо растягивается.

Подготовленную болванку поднимают на высоту десятиметровой башни, закрепляют на вершине и равномерно нагревают до пор, пока по консистенции она не будет напоминать нугу. Тогда из стеклянной болванки под собственным весом начинает тянуться тончайшая нить. По пути вниз она остывает и приобретает гибкость. Это может показаться странным, но сверхтонкое стекло прекрасно гнется.

Готовое оптическое волокно, непрерывно поступающее вниз, окунают в ванну с жидким пластиком, образующим защитный слой на поверхности кварца, а затем сматывают. Так продолжается до тех пор, пока заготовка на вершине башни не будет полностью переработана в единую нить из сотни-другой километров оптического волокна.

Из него, в свою очередь, будут сплетены кабели, содержащие от пары, до пары сотен отдельных стеклянных волокон, упрочняющие вставки, экранирующие слои и защитные оболочки.

Осевой стержень.
Оптическое волокно.
Пластиковая защита оптических волокон.
Пленка с гидрофобным гелем.
Полиэтиленовая оболочка.
Армирование.
Внешняя полиэтиленовая оболочка.

Связь со скоростью света

Описанный процесс сложен, трудозатратен, требует постройки заводов и специального обучения от их персонала, и, тем не менее, игра стоит свеч. Ведь скорость света - это непреодолимый предел, максимальная скорость, с которой информация может распространяться в принципе. Соперничать с оптическим волокном в скорости передачи информации могут, разве что, линии прямой оптической связи, но никак не медные проводники, на какие бы ухищрения не шли их создатели. Сравнения демонстрируют превосходство оптического волокна над остальными средствами передачи информации лучше всего.

Домашний интернет на постсоветском пространстве, зачастую, проводят по двужильной витой паре с проводниками толщиной в один - два миллиметра. Максимумом для нее, оказывается показатель в 100 мегабит в секунду. Этого достаточно для пары компьютеров, но, когда в квартире оказываются умный телевизор, NAS, раздающий торренты, домашний сервер, несколько смартфонов и умных девайсов из мира интернета вещей, не хватит и восьмижильного провода. Ограничения канала связи становятся очевидны. Как правило, в виде артефактов и заикающихся киногероев на экране телевизора, или лагов в онлайн-играх. Оптоволокно толщиной 9 микрон обладает в 30 раз большей пропускной способностью, не говоря уже о том, что таких жил в проводе может быть несколько.

При этом оно компактнее и весит значительно меньше обычных проводов, что оказывается решающим преимуществом, при прокладке магистральных линий связи и планировании городских коммуникаций.

Оптические кабели соединяют континенты, города и датацентры. В России первая такая линия, появилась в Москве. Первый подводный оптический кабель пролег между Санкт-Петербургом и датским Аберслундом. Затем оптоволокно протянулось между предприятиями, государственными учреждениями и банками. В крупных городах получила распространение схема, при которой оптические линии связи доводят до отдельных многоквартирных домов, и, тем не менее, для рядового потребителя оптическое волокно все еще остается экзотикой. Нам бы было интересно узнать, как много наших читателей использует его дома, потому что, по большинству квартир по-прежнему тянется старая-добрая витая пара.

Оптическое волокно не только дорогое и сложное в производстве. Еще дороже оказывается его квалифицированное обслуживание. Тут не обойтись без синей изоленты. При монтаже волокна кварца необходимо специальным образом сращивать, а линии оптоволоконной связи комплектовать дополнительным оборудованием.

Несмотря на то, что разность коэффициентов преломления в сердцевине и оболочке волокна в теории создает идеальный световод, запущенный по кварцевому проводу свет все равно затухает из-за примесей, содержащихся в стекле. Увы, избавиться от них полностью практически невозможно. Десятка молекул воды на километр оптического волокна уже достаточно, чтобы внести в сигнал ошибки и снизить расстояние, на которое его можно передать.

С подобной проблемой сталкиваются инженеры-электрики и в случае с обычными проводами. Расстояние, на которое можно без проблем отправить сигнал по проводу они называют дистанцией регенерации.

Для стандартного телефонного кабеля она равняется километру, у экранированного кабеля - пяти. Оптоволоконная жила удерживает свет на расстоянии до нескольких сотен километров, но, в конце концов, сигнал все равно приходится усиливать, регенерировать. На классических линиях связи устанавливаются сравнительно дешевые и простые усилители. Для оптоволоконных – требуются сложные и высокотехничные агрегаты в которых используются редкоземельные металлы и инфракрасные лазеры.

В линию связи врезают небольшой участок специально подготовленного стекловолокна. Оно дополнительно насыщенно атомами эрбия, редкоземельного элемента используемого, помимо прочего, в атомной промышленности. Атомы эрбия в этом участке волокна находятся в возбужденном состоянии из-за дополнительной накачки светом. Проще говоря, их подсвечивают специально настроенным лазером. Сигнал, проходящий такую область кабеля, усиливается примерно в два раза, поскольку атомы эрбия в ответ на воздействие излучают свет той же волны, что и входящий сигнал, а значит, сохраняют закодированную в нем информацию. После усилителя оптический сигнал может пройти еще около ста километров, прежде чем процедуру потребуется повторить.

Такие системы требуют обученных специалистов для обслуживания и постоянного присмотра, так что экономическая выгода от прокладки индивидуальных оптических линий для конкретных абонентов остается сомнительной в большинстве стран мира. И все же, все мы используем стекловолокно для передачи сообщений. Весь современный интернет базируется на этой технологии и именно благодаря ей стали возможны интернет трансляции в сверхвысоком разрешении, видеостриминг, онлайн игры с минимальной задержкой, мгновенная связь с практически любой точкой планеты и даже мобильный интернет. Да, базовые станции сотовой связи также связывает стекловолокно.

Несмотря на то, что ученые ищут новые пути построения коммуникационных сетей, мы не получим ничего более практичного еще очень долго. Экспериментальные технологии позволяют поднять информационную емкость стекловолокна в два-три раза, все более толстые многожильные стеклянные кабели ложатся на морское дно между континентами, однако принципиальные ограничения, накладываемые скоростью света, запертого в кварцевой жиле, преодолеть вряд ли удастся. Выходом видится отказ от кварца и связанных с ним ограничений, передача информации с помощью лазеров, но она возможна только по прямой. Следовательно, передатчики придется разместить в космосе или хотя бы в верхних слоях атмосферы. Подобные эксперименты в последние годы привлекли внимание крупнейших корпораций, но это уже совсем другая история.

Волоконно-оптический кабель активно используется для прокладки линий связи и считается наиболее современным и эффективным проводником информации на сегодняшний день. Всё время растущие запросы человечества в сфере коммуникаций подталкивают разработчиков изобретать новые и новые способы передачи информации на максимально возможных скоростях. И все новейшие решения в области интернета и телефонии не обходятся без использования оптического кабеля.

Волоконно-оптический кабель представляет собой конструкцию, основой которой являются тончайшие волокна из чистого кварцевого стекла, облаченные в специальные изолирующие материалы и внешнюю оболочку. На рынке телекоммуникационного оборудования и кабельно-проводниковой продукции оптические кабели связи представлены широчайшей линейкой моделей с различными техническими параметрами, структурой и функционалом. Но все эти модели объединяет принцип передачи сигнала: по сути, оптическое волокно является световой трубкой, в которой световая волна распространяется согласно законам оптики.

Для чего нужен оптический кабель и почему нельзя обойтись имеющимися медножильными проводниками? Дело в том, что за последнее десятилетие многократно возрос спор на высокоскоростной интернет и качественную мобильную связь. Зачастую медные кабели связи просто не в состоянии отвечать всё время растущим аппетитам абонентов. Возможности же волоконно-оптического кабеля безграничны. Малогабаритные оптические кабели способны заменить громоздкие медные аналоги при этом значительно улучшая качество и скорость передачи данных.

Оптоволоконные технологии применимы как в промышленности, так и в быту. Помимо возможности передачи информации на высоких скоростях при использовании современных оптических решений, волоконно-оптический кабель является диэлектриком, что делает его наиболее безопасным для применения на различных объектах промышленности.

Оптические кабели способны передавать информацию на длинные расстояния, при этом сохраняя максимально возможное качество передачи данных. Широкая линейка модификаций оптического кабеля позволяет подбирать модели идеально подходящие для построения конкретной кабельной трассы при сохранении параметров передачи.

Оптический кабель необходим в тех случаях, когда высок уровень электромагнитных помех, т.к. оптоволокно вовсе нечувствительно к внешним электромагнитным влияниям.
Также стоит отметить, что сам материал проводника, стекло, химически устойчиво к процессам коррозии, что увеличивает срок службы изделия.

Оптические технологии - это принципиально новый подход к передаче информации. Соответственно, пока что построение оптических линий связи обходится дороже работ с медножильными аналогами. Цена на оптический кабель всё же выше стоимости медных кабелей связи. И на сегодняшний день применение оптоволокна оправдано, скорее, на больших расстояниях.

На сайте компании «Вионет» представлен широчайший ассортимент оптического кабеля проверенных заводов-производителей по выгодным ценам. Мы предлагаем

Подавляющее большинство кабелей для медиацентров, компьютеров, аудио- и видеооборудования используют для коммуникации компонентов электрические сигналы. В этом случае как аналоговые, так и цифровые потоки переносятся от устройства к устройству в виде импульсов тока по проводникам. Исключение в классе соединителей аппаратуры - звуковой оптический кабель для телевизора.

История и суть технологии

Оптическая передача сигналов была темой для фантастов всего лишь несколько десятилетий назад. Возможность использовать на практике невероятную скорость и плотность данных, на которые способен свет, была заветной целью для пионеров связи. Ещё в 1840-х годах физики Даниэль Колладон и Жак Бабине продемонстрировали способность света к отражениям в струе воды, а в 1854 г. другой физик Джон Тиндаль доказал, что световой поток может быть изогнут вместе с носителем на примере падающей в резервуар воды из освещённой трубы.

В 1880 году Александр Белл запатентовал оптическую телефонную систему, назвав её фотофоном, однако ранее созданный им телефон оказался более практичным. Упорства изобретателя и его вдохновения идеей посылать сигналы через воздух оказалось недостаточно для популяризации устройства - атмосфера не пропускала свет так же надёжно, как провода - электричество.

В последующие десятилетия оптические сигналы использовались в некоторых частных случаях связи, например, при передаче сообщений между судами. Сам фотофон оказался невостребованным изобретением до открытий лазеров и прорыва в волоконно-оптических технологиях. Экспериментальная модель была пожертвована Беллом Смитсоновскому институту и пролежала там на полке до наших дней.

Бурное развитие оптоволоконных технологий пришлось на вторую половину XX века. В первых системах коммуникаций в качестве источника использовался лазер. Но уже в 1980-х годах исследователи разработали волоконно-оптический кабель на основе стекловолокна, способный передавать обычный световой сигнал на большие расстояния. С этого времени технология нашла практическое применение в телекоммуникационных системах. Большинство современных стандартов светопередачи по волокну предполагают следующие основные этапы транспортировки информации:

создание оптического сигнала из электрического;
ретрансляция сигнала по волокну с сохранением его силы и без искажений;
приём оптического сигнала;
преобразование его в электрический.

Наиболее часто используемые передатчики - полупроводниковые устройства (светодиоды), оптимально работающие в необходимом частотном диапазоне модуляции. Приёмником служит фотодетектор в комбинации с усилителем для восстановления ослабленного или искажённого сигнала. Сам волоконно-оптический провод состоит из следующих компонентов:

Сердцевина. Изготовлена из материала с крайне низким коэффициентом преломления.
Оболочка. Зеркальное покрытие, обеспечивающее полное внутреннее отражение.

Одна из особенностей световых проводов - сложность соединения в месте разреза. Подобные процедуры требуют специального оборудования и микронной точности. Поэтому для бытового применения используются только готовые кабели кратной длины.

Стандарт TOSHIBA

Стандарт интерфейса Toshiba-link, или TOSLINK, был введён в 1983 году известным японским концерном и первоначально предназначался для использования в комплекте с фирменными проигрывателями компакт-дисков. Оптические сигналы, передаваемые по этому порту, имели такую же форму, как и электрические, лишь с той разницей, что в TOSLINK использовались для передачи импульсы красного света. Лазер не применялся в качестве источника, вместо него работал простой и недорогой LED. Заявленное надёжное расстояние передачи ограничивалось десятью метрами, но на практике не превышало пяти.

Момент появления Toshiba-link совпал с началом эпохи домашних кинотеатров, что и обусловило его присутствие на аудио- и видеокомпонентах бытовых систем в качестве интерфейса для передачи цифровых данных с помощью света. Поскольку в TOSLINK для транспортировки информационного потока использовался только оптоволоконный кабель, такая коммутация в сравнении с электрической обладала некоторыми несомненными преимуществами:

нечувствительностью к электромагнитным помехам;
отсутствием собственного электромагнитного излучения;
возможностью обеспечить полную гальваническую развязку между оборудованием.

Все эти качества имеют большое значение для звуковоспроизводящей аппаратуры, конструкторы которой немало сил тратят на борьбу с помехами и наводками при коммутации блоков между собой. Для многих меломанов появление такого интерфейса открыло новые возможности в построении собственных систем.

Со временем присутствие этого типа оптического соединения стало почти стандартом для телевизоров, ресиверов, DVD-проигрывателей, усилителей, компьютерных звуковых карт и даже игровых консолей. Основное назначение TOSLINK в бытовой аппаратуре - обеспечить возможность без потерь обрабатывать объёмный стерео- и многоканальный звук в таких форматах, как DTS или Dolby Digital.

Сравнение с HDMI

Есть немало способов подключения звука телевизора через домашний кинотеатр, обеспечивающих полноценный результат. Наиболее популярный метод - коммутация через HDMI. Таким способом можно передавать как аудио-, так и видеосигнал. Этот интерфейс вытеснил на вторые роли оптоволокно прежде всего потому, что TOSLINK способен нести только аудиоданные и требует отдельной коммутации с помощью компонентных или композитных кабелей для передачи видеосигнала. Это не единственный недостаток оптического соединения.

Кроме преимуществ в универсальности, HDMI обладает сравнительно более высокой пропускной способностью. Для TOSLINK новые формы объёмного звука, например, Dolby Thrue HD и DTS-HD, находятся за пределами передачи без искажений.

Несмотря на то что стандарту более тридцати лет, он до сих пор является актуальным интерфейсом. Оптический кабель по-прежнему привлекателен для коммутации до 7.1 каналов аудио высокого разрешения. Для большинства потребительских инсталляций разница при использовании HDMI или TOSLINK не будет заметной.

Одна из наиболее распространённых причин применения светового соединения - наличие большого парка старых ресиверов высокого качества с оптическим входом на борту. Для любителей хорошего звука их замена на новые не имеет смысла. Кроме того, подавляющее большинство наборов HDTV, Blu-Ray плееров и игровых консолей до сих пор оснащаются оптическим портом.

Одна из причин помех в телевизионном и радиооборудовании - некачественно работающее заземление или его отсутствие. Это может вызвать гул в акустических системах или даже привести к повреждению оборудования. В таких случаях полностью устранить раздражающие искажения можно, изолировав устройства друг от друга с помощью оптического кабеля вместо привычного HDMI.

Современные технологии позволили TOSLINK достичь предела своей производительности. Он эволюционировал благодаря чистоте оптического проводника, прозрачности линз и гибкости без потери сигнала.

Оптимизация этих трёх параметров привела к отсутствию слышимой разницы в сравнении с коаксиальным соединением, поэтому, несмотря на универсальность HDMI, скромный оптический кабель для телевизора и домашнего кинотеатра не потерял своего значения.

Критерии выбора при покупке

Прежде всего необходимо убедиться, что планируемые к соединению устройства оснащены разъёмами, предназначенными для передачи оптических сигналов. Это легко узнаваемый трапециевидный порт с заглушкой, который, как правило, сопровождается надписью OPTICAL AUDIO, TOSLINK или Digital Audio Out (Optical). Если устройство включено, он сразу привлекает к себе внимание слабым красным свечением вокруг заглушки порта.

Для оптоволокна нет такого заметного различия в результатах в зависимости от бренда или конструкции, как для аналоговых соединительных кабелей. В этом смысле они сходны с другими цифровыми интерфейсами. В любом случае при выборе оптического кабеля нужно обратить внимание на следующее:

Кроме того, качественный кабель должен быть сделан из множества волокон маленького диаметра. Изделия из монопровода толщиной свыше 200 мкм больше подвержены ослаблениям отражённого сигнала, чем мультиволоконные сборки.

Очень важно обратить при покупке на состояние кабеля и признаки того, что он подвергался изгибу или чрезмерному скручиванию во время хранения или транспортировки. Подобные повреждения однозначно приводят к искажениям передаваемого сигнала или полной потере работоспособности.

Подключение к кинотеатру

Прежде всего нужно помнить о том, что оптические аудиокабели - это не обычные металлические проводники, прощающие неделикатное обращение с собой. Оптоволоконные соединители ни в коем случае нельзя сгибать, прилагая усилия, и всегда следует иметь в виду их чувствительность к ударам. Само подключение TOSLINK к телевизору - простая процедура, не требующая каких-либо инструментов или технических знаний. Рекомендуемая последовательность действий:

Следует иметь в виду, что, если используемые в кинотеатре акустические системы или усилитель недостаточно качественные, даже самый дорогой оптический кабель не способен улучшить звук. В подобных случаях не стоит тратиться на оптоволоконное соединение, а лучше поэкспериментировать с другими способами коммутации.

Хорошие кабели могут проявить себя только в наборе с аппаратурой соответствующего класса. Современный TOSLINK способен справиться с очень сложными задачами. Производственные процессы и возможности обработки материалов в XXI веке вышли на уровень, недостижимый для того времени, когда способность передавать аудиоданные световым потоком в бытовой технике вызывала восхищение. Кварц высокого качества, мультиволоконные проводники, низкая апертура геометрии сердцевины, большая гибкость в сочетании с малыми потерями - эти достижения позволяют обеспечить безупречную передачу даже самых сложных многоканальных звуковых дорожек.

Другое