איך באמת פועלים כבלי תקשורת סיבים אופטיים?
באופן הבסיסי ביותר שלו, כבל סיבים אופטי תקשורת מורכב מגדילי זכוכית, כמו חוטים, בקוטר השיער האנושי, שכל אחד מהם יכול להעביר הודעות מווסתות על גלי אור במהירות האור. הם מציעים רוחב פס גדול יותר מכבל חוט נחושת והפכו לאפשרות המועמדת לעמוד בדרישות גיל האינטרנט בהן יש להפיץ כמויות גדולות של נתונים (למשל, אפליקציות סטרימינג) לאלפי מנויים, קילומטרים משם ומיידי. כבלי סיבים אופטיים אינם נמצאים רק במערכות תקשורת, הם משמשים גם ביישומי רשתות תעשייתיות, חישה ואוויוניקה.
הצעד הראשון להבנת אופן הפעולה של סיבים אופטיים הוא להבין מה קורה כשאתה שולח אור דרך אוויר או מים. האור נוסע כגל. כאשר הוא עובר באוויר, הגל מאבד קצת אנרגיה והופך להיות פרוס יותר. התוצאה היא שקרן האור הולכת וגדלה ופחות אינטנסיבית. אובדן עוצמה זה נקרא הנחתה.
עם זאת, כאשר האור נכנס למים, הוא לא מאבד שום אנרגיה. במקום זאת, הוא מתכופף סביב מולקולות המים, מה שמקל על האור לעבור דרכו. מים גם מאטים את מהירות האור על ידי גורם של 1/V2 כאשר V הוא מהירות האור במים. המשמעות היא שאור שנוסע במים ייסע רחוק יותר מאשר אם היה נוסע באוויר. סיבים אופטיים משתמשים בעקרונות אלה כדי לשאת נתונים מנקודה אחת למשנהו.
רוב הסיבים האופטיים הנמצאים בשימוש כיום מורכבים מגדילי זכוכית (הליבה) העשויים סיליקה טהורה המוקפת בחומר חיפוי העשוי סיליקה מסוממת. הליבה כל כך קטנה שרק קרן אור אחת באורך גל מסוים יכולה לעבור עד הסוף. אלה נקראים סיבים במצב יחיד. בעיצוב זה, לשכבת החיפוי יש מדד שבירה נמוך יותר ופועל כמו מראה כדי לשמור על המצב בתוך הליבה. תופעה זו ידועה כהשתקפות פנימית מוחלטת.
הביצועים של סיבים אופטיים תלויים עד כמה הם יכולים להעביר אור. אחת הדרכים למדוד זאת היא על ידי מדידת אובדן ההחזרה (נקרא גם אובדן הכנסה) של הסיב. אובדן החזרה מוגדר כיחס בין הכוח בכיוון קדימה לבין ההספק בכיוון ההפוך. אם אובדן ההחזרה גבוה, יותר אור יאבד בעת נסיעה בסיב מאשר אם אובדן ההחזרה היה נמוך.
יתרונות של כבלי סיבים אופטיים
לסיבים אופטיים יתרונות רבים על פני חוטי נחושת מסורתיים:
1. ביצועי הילוכים במהירות גבוהה-במהירות
מדיה סיבים אופטיים מעבירה אותות דרך פולסי פוטון, וקצב ההעברה שלה יכול להגיע אל אלף פעמים מזה של כבלי נחושת (בדרך כלל 100+ GBPs), המתאים במיוחד לתרחישים של יישומים עם דרישות בזמן אמת קפדני כגון 4K/8K הזרמת מדיה ושירותי מחשוב ענן. סיבים אופטיים במצב יחיד השיגו קצב העברה פורץ דרך של 1 פטביט/שניות בסביבות מעבדה.
2. יכולת רוחב פס של אולטרה-רחבה
הודות ליישום הבוגר של טכנולוגיית ריבוי חלוקת אורך גל (WDM), סיב אופטי יחיד יכול לשאת בו זמנית אותות אופטיים באורכי גל שונים כמו C-band (1530-1565 nm) ו- L-band (1565-1625 nm). באמצעות טכנולוגיית ריבוי מרבב אורך גל צפופה (DWDM), ניתן להשיג יותר מ- 96 ערוצים של העברה מקבילה של סיבים יחיד, ומגיעים באופן תיאורטי למאות יכולת רוחב פס ברמת TBPS.
3. מאפייני העברת אובדן נמוך של אולטרה
לסיבים אופטיים של קוורץ מקדם הנחתה של 0. 2db/km בחלון 1550nm. עם טכנולוגיית מגבר הסיבים המסוממים של ארביום (EDFA), היא יכולה להשיג מרחק הילוכים ללא ממסר של יותר מ- 100 ק"מ. לשם השוואה, אובדן כבל הנחושת של CAT6A הוא 21.3dB לכל 100 מטר בגובה 100 מגה הרץ.
4. מאפייני חסינות אלקטרומגנטיים
סיבים אופטיים משתמשים במבנה Sio₂ דיאלקטרי מבנה כדי להעביר אותות, אשר נמנעים באופן מהותי מהפרעות האלקטרומגנטיות (EMI) ובעיות הפרעות בתדר רדיו (RFI) העומדות בפני כבלי נחושת. תכונה זו הופכת אותה לבלתי ניתנת להחלפה לחיווט בסביבות אלקטרומגנטיות חזקות כמו תחנות מתח גבוה (גדול יותר או שווה ל 500 קילוואט) וחדרי ציוד MRI רפואי.
5. מנגנון אבטחה להעברה
סיכון דליפת המידע של מערכת סיבים אופטיים קיים בעיקר בציוד הסיום. אין קרינה אלקטרומגנטית במהלך ההעברה. טכנולוגיית OTDR יכולה לפקח על אנומליה של אובדן אופטי ברמה של 0. 01dB בזמן אמת. על פי תקן NIST SP 800-53, אבטחת השכבה הפיזית של ערוץ הסיבים האופטי מגיעה לרמת ההגנה מסוג Class III, העולה בהרבה על רמת הכיתה I של כבל הנחושת.
סוגי כבל סיבי תקשורת
ישנם שני סוגים בסיסיים של סיבים, מצב יחיד ומולטי -מודוד. סיבים אופטיים במצב יחיד הוא קטן יותר בקוטר הליבה (8. 3-10 מיקרון) ומחזיק יתרונות מבחינת רוחב פס ומגיע למרחקים ארוכים יותר, בעוד שלסיבים מולטי-מודאיים יש קוטר ליבה גדולים יותר (50 מיקרונים או יותר גדולים) ותומכים בקלות במרחקים הנדרשים ברשתות מרכזי הארגון, במתקנים של אמצעי יחיד.
טכנולוגיית סיבים אופטיים משמשת כיום במובנים רבים. הוא משמש להעברת אותות קול ווידאו, נשיאת נתוני מחשב ולשלוח מידע למרחקים ארוכים.
סיבים אופטיים משמשים לייצור אנדוסקופים המאפשרים לרופאים להציג בגוף האדם ולבצע ניתוח ללא צורך בהליכי אזמל פולשניים. סיבי ליבה גדולים יכולים לשאת אנרגיית לייזר כדי להקל על הסרת קעקועים, ניקוי אנדרטאות היסטוריות והפעלת מערכות הגנה המכוונות בלייזר.
חישת סיבים אופטית מופצת (DFOS) מאפשרת להשתמש בכל אורך הסיבים האופטיים כמכשיר חישה. מבנים כמו צינורות דלק, גשרים וכנפי מטוסים יכולים להיות בעלי סיבים אופטיים המוטמעים בהם כדי לאתר פרמטרים כמו מתח, טמפרטורה או צליל ולעזור להבטיח את שלמותם המבנית.
