Uporaba optičnih vlaken

Andraž Valjavec Hvalica

Kratka zgodovina časa ;-)

    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 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.

Kako deluje?

Optični kabli delujejo na principu popolnega odboja svetlobnih žarkov (glej sliko). 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. Struktura optičnega kabla

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 bi 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.

Primerjava kabla iz optičnih vlaken s koaksialnim kablom in t.i. bakreno parico (twisted pair)

optični kabli imajo veliko manjšo slabitev tako v primerjavi s koaksialnim kablom kot z bakreno parico. Z "UTP" kablom lahko premostimo kvečjemu razdalje do 450-500m brez vmesnih ojačitev.
pasovna širina, ki jo prenesejo optični kabli, je veliko večja od pasovne širine pri bakrenih ali koaksialnih kablih.
optična vlakna so popolnoma imuna na vse vrste interferenc, vključno s svetlobnimi, posledično lahko brez škode optični kabel ovijete okoli visokonapetostnih vodnikov. Mimogrede, točno to je storil Eles, ki ima po svojih daljnovodih napeljane tudi optične kable, ti tvorijo omrežje z zelo veliko prepustnostjo.
ker je jedro optičnih kablov iz stekla (vsaj večina kablov), tak kabel ne more rjaveti, odporen je tudi na večino kemičnih snovi (seveda v določenih mejah).

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.

Viri

http://www.fotec.com/teach_fo/lesson.htm
http://www.sff.net/people/Jeff.Hecht/history.html
http://www.commspecial.com/fiberguide.htm
http://www.more.net/technic/fiber_optic_systems.html
http://www.cableu.net/fibrtech/pof.htm