Оболочка (/72)

Сердцевина (/7i)

у/7? /77 7.

Защитное покрытие

Рис. 7.10. Оптические волокна: многомодовое (а), градиентное (б), одномодовое (в)

чет по приведенной ранее формуле показывает, что в сердцевину войдут не все лучи, а только те из них, которые подходят к торцу под небольшим углом. Если к тому же сделать сердцевину очень тонкой, скажем 5...10 мкм (это тоньше человеческого волоса), то по ней сможет распространяться всего один луч, или одна мода. Весь же волоконный световод вместе с оболочкой имеет стандартный диаметр -125 мкм. Такой световод называется одномодовым (рис. 7.10, в). В него лучше направлять острый луч полупроводникового лазера (рис. 7.11), так как рассеянный поток света от светодиода ввести в тонкую сердцевину очень трудно.

На практике широко применяются также волокна с толстой сердцевиной - 50...80 мкм (внешний их диаметр оставляют неизменным -125 мкм). С такими световодами могут уже без особых сложностей работать недорогие и изготавливаемые в массовом количестве светодиоды. В связи с тем, что в толстую сердцевину волокна могут войти (и будут распространяться по ней) сразу много лучей (или мод), а не один, как в одномодовом волокне, световод такой конструкции получил название многомодового (рис. 7.10, а).

У читателя может сложиться впечатление, что использовать многомодовое волокно гораздо выгоднее, чем одномодовое: и высокая точность изготовления сердцевины не требуется, и дорогостоящий источник света (полупроводниковый лазер) не нужен, и меньшие сложности возникают при соединении волокон друг с другом и волок-

Полупроводник

Металлические диски

Изолирующая прокладка

Рис. 7.11. Полупроводниковый лазер

на с источником (можно обойтись без специальных разъемов, изготовленных с очень высокой точностью и потому стоящих очень дорого). Однако это не так. У многомодовых светодиодов есть один существенный недостаток, сводящий на нет все их преимущества.

Представьте себе, что по такому волокну передаются импульсы с очень высокой скоростью, например 1 Гбит/с (миллиард бит в секунду). Каждому импульсу соответствует очень короткая вспышка света длительностью 1 не (миллиардная доля секунды - ее трудно даже себе представить! ). Так должно быть. И так было бы, если бы вдоль волокна распространялся всего один луч. Но в многомодовом волокне распространяется много лучей: один из них проходит более короткий путь - вдоль оси сердцевины, а другие, которым приходится отражаться от боковой поверхности бесконечное число раз, - самый длинный путь. И это разница в пути возрастает с увеличением длины волокна.

За счет опоздавших к выходу на сцену лучей световой импульс размажется во времени. Сложится такая ситуация: уже давно пора передавать следующий импульс, а еще не погасли вспышки света от предыдущего. Чтобы этого не случилось, придется уменьшать скорость передачи до тех пор, пока вспышки света не будут четко отделены одна от другой интервалами времени.

Ограничение скорости передачи цифровой информации - вот основной недостаток многомодовых светодиодов. Предельная скорость передачи по ним - 20 Мбит/с. Зато по одномодовым световодам можно гнать информацию со скоростью 100 Гбит/с, т.е. в 5000 раз бьютрее.

Для того чтобы реализовать достоинства многомодовых световодов и в то же время повьюить скорость передачи информации по ним, ученые предложили делать световоды не ступенчатыми (т.е. не со скачкообразным изменением показателей преломления сердцевины и оболочки), а, как говорят специалисты, градиентными - с плавным изменением показателя преломления сердцевины от одного края до

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция городских (междугородных) медных кабелей связи?

2. Какие типы радиолиний вы знаете?

3. Как получают оптическое волокно?

4. Какие существуют типы оптических волокон?

5. Каким образом цифровой сигнал вводится в оптическое волокно?

6. В чем преимущества оптических кабелей по сравнению с медными?

другого (рис. 7.10, б). Такой маневр позволяет в какой-то мере выровнять время хода различных лучей и уменьшить размывание (специалисты говорят: дисперсию) световых импульсов. Скорость передачи по таким волокнам возрастает по сравнению со ступенчатыми волокнами в 100 раз, т.е. до 2 Гбит/с. При изготовлении фадиентных волокон нужно следить за тем, чтобы количество присадок в газообразной смеси горелки, отвечающих за показатель преломления, при осаждении слоя сердцевины непрерывно менялось по нужному закону.

Итак, мы познакомились с различными типами оптических волокон. Но волокна не применяются отдельно. Их объединяют в оптические кабели. По внешнему виду они очень походят на электрические и могут содержать от нескольких десятков до нескольких сотен волокон.

Оптические кабели ни в чем не уступают электрическим! Их можно прокладывать в земле и под водой, подвешивать на опорах, протягивать в кабельных канализациях. Они легко изгибаются - световоды не ломаются даже тогда, когда радиус изгиба очень мал, меньше 1 см; они прочны на разрыв - само волокно из-за его однородности оказалось крепче стальной струны того же диаметра, да и в кабель вводятся специальные упрочняющие (армирующие) элементы; хорошо защищены от влаги и сырости - иначе бы стекло помутнело и изменило свои оптические свойства. Оптические кабели во многом превосходят электрические! Они имеют большую пропускную способность. При одинаковой пропускной способности они в 5-6 раз тоньше и в 10 раз лепне электрических. Оптическим кабелям не страшны удары молний, их не разъедает коррозия; на них не влияют ни радиостанции, ни метрополитен; в них не рождаются взаимные помехи. А сколько дефицитной меди экономят эти кабели! Между тем запасы кварцевого стекла в природе практически не ограничены. Без риска ошибиться предречем: за ними будущее.

Сейчас оптические кабели переживают свой младенческий возраст , но чуть ли не каждый день они находят себе новые применения: связывают между собой города и континенты, соединяют АТС разных районов города, приходят в квартиры жителей.