Волоконно-оптические кабели

Оптические волоконные кабели как среда передачи оптических сигналов становятся все более популярными при передаче данных в Ethernet-сетях. В зависимости от области применения и типа оптического волоконного кабеля они могут достигать максимальных скоростей на больших расстояниях, а благодаря их расширению также являются отличным аргументом в пользу устойчивой сетевой инфраструктуры. Мы разъясним вам, что такое оптические волоконные кабели, чем они отличаются и какие преимущества дает использование кабелей из стекловолокна.

Оптические волоконные кабели — это кабели для передачи сигналов в виде света с использованием волокон, изготовленных из кварцевого стекла или полимерных оптических волокон (пластиков). Оптические сигналы (световые сигналы) передаются на большие расстояния.

Часто их называют стекловолоконными кабелями. Однако, если быть точным, стекловолоконный кабель — это особый тип оптического волоконного кабеля, волокна которого изготовлены из стекла как основного материала.

Оптические волоконные кабели выпускаются с сердцевинами из кварцевого стекла или пластиковых волокон. Оптическая передача сигналов в волоконно-оптическом кабеле работает по принципу "полного отражения". Для достижения этого вокруг светопроводящей сердцевины размещается оптически менее плотная оболочка (cladding). На границе между сердцевиной и оболочкой свет отражается и таким образом направляется через оптический кабель. Решающее значение для полного отражения имеет более высокий показатель преломления материала волокна, используемого в сердцевине, по сравнению с материалом оболочки.

Чтобы механически защитить поверхность оптической оболочки (cladding), также наносится пластиковое покрытие в качестве внешней оболочки. Оно защищает кабель от внешних воздействий.

В нашем портфеле LAPP мы предлагаем три основные типа волокон для волоконно-оптических кабелей:

1. Полимерные оптические волокна (POF)
2. Полимерные оболоченные волокна (PCF)
3. Стеклянные оптические волокна (GOF)

Они существенно отличаются по материалу, используемому для сердцевины (core) и оболочки (cladding), а также по максимальным расстояниям и скоростям передачи данных, которые могут быть достигнуты.

В следующей главе мы подробно рассмотрим важные различия.

Полимерные оптические волокна, или сокращённо POF, полностью изготовлены из пластика. Благодаря оптическим полимерным волокнам, также известным как пластиковые волокна, волоконно-оптические кабели POF устойчивы к внешнему электромагнитному излучению и сами не излучают электромагнитные волны.

Волоконно-оптические кабели POF очень просты в обработке и особенно подходят для использования в кабельных каналах вместе с силовыми кабелями, например. Благодаря своей гибкости, волоконно-оптические кабели из оптических полимерных волокон подходят как для стационарной установки внутри помещений, так и для гибкого применения в кабельных цепях.

Для использования в секторе промышленного Ethernet мы в LAPP предлагаем волоконно-оптические кабели POF для специальных сетевых протоколов, таких как PROFINET и ETHERNET/IP.

Волоконно-оптические кабели POF обычно изготавливаются из PMMA (акрила), универсальной смолы, используемой в качестве материала сердцевины, поэтому их также называют оптическими волокнами PMMA. Подобно стеклянным волоконно-оптическим кабелям, POF передаёт свет через сердцевину волокна.

Тип волокна POF определяет размеры сердцевины и оболочки (core/cladding). Благодаря простой сборке и значительно более низкой стоимости закупки, волоконно-оптические кабели POF часто предпочитают по сравнению с кабелями PCF или GOF, особенно для применения на коротких расстояниях.

Одним из основных недостатков волоконно-оптических кабелей POF, с другой стороны, являются высокие значения затухания, которые ограничивают максимальную длину волокна примерно 100–120 м без усиления.

Полимерные оболоченные волокна, или PCF, изготовлены из стекловолокон с пластиковой оболочкой и также известны как «оптические волокна с жёсткой оболочкой из кремнезёма (HCS)».

Волоконно-оптические кабели PCF в основном используются в промышленности и медицинских приложениях, предлагая оптимальный баланс между стоимостью и производительностью по сравнению с пластиковыми волоконно-оптическими кабелями (POF) и стеклянными волоконно-оптическими кабелями (GOF). Установка волоконно-оптического кабеля PCF немного более сложна, однако он обеспечивает значительно большую пропускную способность и лучшее затухание по сравнению с волокнами POF. Это позволяет достигать более высоких скоростей передачи данных и увеличенного диапазона с использованием кабеля PCF.

Наши волоконно-оптические кабели PCF гарантируют надёжную и очень быструю передачу данных даже на расстояниях до 500 метров, например, в крупных производственных предприятиях.

Тип волокна PCF определяет размеры сердцевины и оболочки (core/cladding). Волоконно-оптические кабели PCF также предлагают простую и быструю технологию сборки, что делает их удобными для монтажа непосредственно на месте.

Существующие системы POF обычно можно заменить на волоконно- быструю технологию сборки, что делает их удобными для монтажа непосредственно на месте.

Существующие системы POF обычно можно заменить на волоконно-оптические кабели PCF без замены передатчика/приёмника, что позволяет подключать большие расстояния. Это особенно экономично при модернизации передатчика/приёмника.

Стеклянные оптические волокна, или сокращённо GOF, полностью изготовлены из стекла. Когда мы говорим о «стекловолоконных кабелях», обычно имеем в виду этот тип волокна. В отличие от волоконно-оптических кабелей POF и PCF, оптическое стеклянное волокно сложно в сборке. Для обработки волоконно-оптических кабелей GOF требуется специальный сварочный робот.

Таким образом, волоконно-оптический кабель GOF является «настоящим» стекловолоконным кабелем, так как в данном случае как сердцевина, так и оболочка выполнены из кварцевого стекла или диоксида кремния.

Волоконно-оптические кабели GOF часто называют «Silica Clad Silica (SCS)» или «All Glass Fibre (AGF)». Они имеют очень низкое затухание, а значит, особенно в однорежимном варианте, обеспечивают высокую скорость передачи данных (до 40 Гбит/с) и большой диапазон (до 40 км).

Благодаря низкому затуханию, одномодовый волоконно-оптический кабель GOF идеально подходит для больших расстояний. Диаметр сердцевины волокна (core) составляет 9 μm, а диаметр оболочки (cladding) — 125 μm (обозначение: 9/125).

С другой стороны, в многомодовом волоконно-оптическом кабеле GOF передаётся свет различных длин волн. Из-за более высокого затухания многомодовые стеклянные волоконные кабели лучше подходят для коротких расстояний или локальных сетей. Диаметр сердцевины волокна (core) здесь составляет 50 μm (или 62,5 μm), а диаметр оболочки (cladding) — 125 μm (обозначение 50/125 или 62,5/125).

Хотите увидеть полный обзор размеров наших типов волокон, затухания, расстояний и скоростей передачи данных?

Волоконно-оптические кабели используются для передачи оптических сигналов в виде света через тонкие пластиковые или стеклянные волокна. Данные передаются световыми частицами, так называемыми фотонами. В медных кабелях, напротив, данные передаются через кабель в виде электронов.

Волоконно-оптические кабели имеют значительные преимущества по сравнению с медными кабелями, благодаря чему они незаменимы в современных технологиях передачи данных и даже считаются средством передачи будущего.

Преимущества волоконно-оптических кабелей по сравнению с медными кабелями:

Волоконно-оптические кабели устойчивы к электромагнитным помехам, так как оптические сигналы не подвергаются влиянию индуктивности, ёмкости или сопротивления. Благодаря этому, даже на больших расстояниях потери данных минимальны.

Пропускная способность одного волоконно-оптического кабеля составляет около 60 ТГц. Добавляя дополнительные длины волн к практически неограниченному цветовому спектру, можно достичь невероятно высоких пропускных способностей и в любое время увеличить ёмкость передачи данных.

Электроны, которые обеспечивают передачу данных в медных проводниках, движутся примерно на 1% от скорости света. Напротив, фотоны, передающие данные в волоконно-оптических кабелях, достигают скорости около 70% от скорости света. Это связано с тем, что из-за показателя преломления в проводнике фотоны требуется чуть больше времени, чтобы достичь пункта назначения, и они никогда не достигают точной скорости света.

Даже этот небольшой сравнительный анализ показывает, насколько отличаются скорости передачи данных между медными проводниками и волоконно-оптическими кабелями.

Недостатки волоконно-оптических кабелей по сравнению с медными кабелями:

1. Волоконно-оптические кабели более компактны по размеру, легче по весу и быстрее в передаче данных, но это также связано с более высокими затратами на производство и разъёмы.
2. В зависимости от типа волокна для подключения и сборки волоконно-оптических кабелей иногда требуются специальные сварочные роботы.

Волоконно-оптические кабели стали незаменимой частью технологий передачи данных. Благодаря высокой дальности и скорости передачи, они всё чаще заменяют электрическую передачу с использованием медных проводников во многих областях.

Из-за устойчивости к внешним электромагнитным воздействиям волоконно-оптические кабели особенно подходят для установки в непосредственной близости от силовых кабелей, электродвигателей, насосов, инверторов и частотных преобразователей. Их преимущество заключается в отсутствии помех сигнала и потерь данных в сетевой коммуникации.

Однако волоконно-оптические кабели используются не только в технологиях передачи данных. Они находят применение в энергетической передаче в качестве световодов для транспортировки лазерных лучей в системах лазерной резки. Также в медицинской технике они используются как проводники изображения или света в микроскопах, эндоскопах, а также для освещения устройств и зданий.

Другие области применения:

• Оптические датчики.
• Спектрометры.
• Оптические измерительные устройства, используемые для определения расстояния или передачи данных.

Решения от LAPP:
Мы предлагаем волоконно-оптические кабели для практически любой отрасли и применения. У нас широкий ассортимент кабелей, которые являются:

• Безгалогенными.
• Маслостойкими.
• Термостойкими.

Кабели подходят для различных типов волокон для установки внутри помещений или на улице. Также доступны предварительно собранные, конфигурируемые на месте решения, а также широкий выбор аксессуаров и инструментов специально для вас.

Правильный выбор волоконно-оптического кабеля для вашего применения зависит от нескольких факторов. Помимо области применения и связанных с этим характеристик, таких как прочность, долговечность, устойчивость к движению и скручиванию кабеля, решающими факторами являются расстояние между передатчиком и приёмником, условия установки и скорость передачи данных.

Обратите особое внимание на следующие критерии:

• Материал наружной оболочки кабеля
• Тип волокна и режим кабеля
• Максимальные достижимые расстояния кабеля
• Возможные скорости передачи данных

Пример:
Волоконно-оптические кабели с наружной оболочкой из PU являются безгалогенными, термостойкими и маслостойкими, что делает их идеальными для областей с повышенным риском пожара или для использования в контакте с режущими и охлаждающими маслами.

В зависимости от конструкции, волоконно-оптические кабели POF, например, могут достигать скоростей до 100 Мбит/с на максимальном расстоянии 50 м и легко собираться на месте. В то же время волоконно-оптические кабели PCF способны достигать этих скоростей даже на расстоянии 100 м. Стеклянные волоконные кабели (GOF), в свою очередь, достигают скоростей до 40 Гбит/с в одномодовом режиме и расстояний до 40 км, но не могут быть собраны непосредственно на месте без специальных сварочных роботов.

Вы можете быстро и легко узнать, какие продукты LAPP идеально подходят для вашего применения, используя наш конфигуратор волоконно-оптических кабелей.

Перейдите к конфигуратору волоконно-оптических кабелей прямо сейчас.