A korszerű távközlési hálózatok mellett a broadcast audió, és videó hálózatokban is egyre gyakrabban találkozhatunk az optikai jelátvitellel. Az optikai kábelek (FO) az adatátvitel feladatát épületek fix kábelezése mellett mobil alkalmazások alatt kell, hogy megoldják. Elég csak egy közvetítő autóra, vagy egy nagyobb koncert összeállításra gondolnunk.

A multimédiás alkalmazások manapság magukba foglalják a többcsatornás hang-, és videójel átvitelt. És ezek számára muszáj az elérhető legnagyobb sávszélességet biztosítanunk. Ugyanez érvényes a digitális hálózatokra is.
Az optikai kábelek két fő erénye az elképesztően alacsony csillapítás, és a hatalmas sávszélesség. Ezeken kívűl számos további előnyük van a réz alapú kábelekkel szemben, de természetesen rendelkeznek hátrányokkal is.

Előnyök:

Nagy adatátviteli sebesség, és sávszélesség

Érzéketlenek az elektromágneses zavarokra (mobiltelefon, rádióadók...stb.)

Az adó és a Vevő galvanikusan le van választva (ismeretlen fogalom itt a földhurok, búgás, és a világítással azonos fázisra kötött eszközök kattogása)

Abszolút nincs áthallás a vezetékek között

Kis kábelátmérő

Könnyűek

Kábel installációs előírások, melyek alkalmazásával betáp kábelek mellett is vihetők egy csatornában

Teljesmértékben érzéketlen a tapizajokra


Hátrányok:

Az optikai kábelek különösen érzékenyek a mechanikai igénybevételre

A por, és piszok a csatlakozókon nagyon le tudja rontani az átvitel minőségét, és akár maradandó károsodást is okozhat

Magas technikai felkészültség, drága precíz gyártósor szükséges a gyártáshoz

Precíz, drága műszerek kellenek a teszteléshez, hibakereséshez, átviteli mérésekhez

Az aktív hálózati elemek ára igen borsos

Tápfeszültséget nem képesek továbbítani


A megfelelő optikai kábel kiválasztása

Amikor optikai kábelünket kiválasztjuk érdemes az alábbi szempontok alapján dönteni:

Szükséges sávszélesség

Átviteli távolság

Csatlakozó típusa

Környezet, ahol használni fogjuk a kábelt

Nem meglepő módon most már az optikai kábelek palettája igen szegmentált aszerint, hogy milyen feladatra keresünk kábelt. Csoportosítják őket az optikai szál tulajdonságai szerint, alapanyaga szerint, illetve a kábel kialakítása szerint.

Rövid történelem

Alapvetően a “fényhajlítást” az 1840-es évek elején ismerték fel. Daniel Collandon és Jaques Baguet egy párizsi kiállításon tartott bemutatót egy a vízsugárból ki nem lépő fénynyalábbal. Később az 1900-as évek közepén az orvostechnikában kezdték el használni. Az 50-es években készítettek orvosi műszereket, melyek optikai úton továbbították a képeket. 1956-ban készült el az első gasztroszkóp. De túl nagy volt a csillapítása a kábelnek, így elég kis távolságra korlátozódott az átvitel. Később rájöttek, hogy kisebb veszteségű alapanyagok használatával növelhetik az átviteli távolságot. Charles K. Kao és kollégája George A. Hockham megállapították, hogy ha az optikai szálak csillapítását 20dB/km alá sikerül szorítani akkor alkalmasak nagyobb távolságok áthidalására. 1966-ban már tisztított kvarcüvegből készítettek kábeleket, de a bűvös 20dB/km határt a 70-es években sikerült áttörni. És ettől kezdve nincs megállás. Ahogy a gyártástechnológia finomodott, úgy vált egyre olcsóbbá, jobbá, és elérhetővé az optikai jelátvitel.

Működési elv

Nagyon egyszerű. A teljes visszaverődést használják ki a kábelek. A fény egy valamilyen n1 törésmutatójú közegben haladva amint elér annak a határához ha ott egy n2 törésmutatójú anyaggal találkozik, és fennáll az n1>n2 akkor teljes visszaverődés következik be, ami által a fénysugár a belső közegben marad. Ha a belső közeg csillapítása igen csekély, akkor a fénysugár nagy távolságokat képes megtenni, és nem számít, hogy közben hányszor, vagy milyen irányba hajlítjuk a kábelt. A visszaverődések száma függ a fény hullámhosszától. Multi módusú szálak esetén 850 és 1300 nm-es hullámhosszú, mono módusú szálak esetén pedig 1310 és 1550nm-es lézert használnak. Ezeknél az értékeknél a legjobb az átvitel.

Felépítés

Minden kábelben van egy mag. Amely nagy tisztaságú üvegszál 9-62.5um-es átmérővel. Ebben halad a fénysugár. Ez körbe van véve egy 125um-es átmérőjű kisebb törésmutatójú “héj”-jal. Majd mindezt beburkolja a belső köpeny. A héj és a mag határán következik be a visszaverődés. A belső köpeny általában valamilyen akril alapú anyag 245um átmérővel. Szerepe, hogy védje a belső magot, és a héjat a külső szennyeződésektől, és a mechanikai hatásoktól. Ebben a rétegben találhatóak az aramid szálak is, illetve felépítése elég változatos attól függően, hogy a kábelt milyen területre szánták. Ezt burkolja kívülről a külső köpeny, amely tartást ad a kábelnek, és plusz védelmet. Ennek alapanyaga, illetve tulajdonságai szintén eltérőek a különböző típusú kábeleknél.

Különböző típusok

Volt már szó róla, hogy sokféleképpen csoportosíthatók az optikai kábelek. Felépítés szerint alapvetően két féle fajtájuk létezik. Az egymódusú (mono módusú) vagy Single Mode, illetve a többmódusú (multi módusú) Multi Mode.

Multi Módusú

A multimódusú szálak magátmérője relatíve “nagy”. Ez 50 vagy 62.5um-t jelent. A mag törésmutatója parabolikusan csökken a szélek felé. Így a jel nem egyszerűen visszaverődik, hanem elhajlik, ahogy a szélek felé közeledik. Tehát a mag tengelyén lassabban halad a fény mint a szélein. Ezt rétegeléssel oldják meg. A különböző hullámhosszú fényimpulzusok relatíve ugyanannyi idő alatt érnek át a kábel másik végére.Ennél a típusnál olcsóbb adó, illetve vevő elektronikák, lézer-diódák használhatók. Az OM2 besorolású multi módusú szálak az 50um átmérőt, és az 500m-es maximális kábelhosszúságot jelentik. 1Gbit/s adatátviteli sebesség mellett. A 850nm hullámhosszú lézer továbbítására az OM3-as besorolású kábelek valók inkább. Gyakorlatilag 10Gbit-es hálózatokat is létrehozhatunk kábelenként 300m-es maximális hosszal. A 62.5 um átmérőjű multi módusú szálakat manapság egyre ritkábban alkalmazzák, kisebb sávszélességük miatt. Multimédiás hálózatokban, illetve rövidebb távolságok esetén használják.

Mono módusú

A mono módusú szálak tényleg vékonyak. Mindössze 9um átmérőjűek. Ez a “vastagság” csak arra elegendő, hogy egyetlen fénysugara továbbítson. És karcsúsága miatt a fény a tengely mentén halad végig. Ebből következik, hogy nagyobb távolságok áthidalásakor szokták ezt a fajta felépítésű kábelt használni. Sávszélessége is nagyobb mint a multimódusú szálaké. 10Gbit-es hálózat 10km-es kábelhosszokkal is megvalósítható OS2-es besorolású kábelekkel. Maga a szál olcsóbb mint a multi módusú, de a csatlakozók, illetve egyéb szükséges eszközök jobban drágítják. És a használt lézer típusa is erősebb kell hogy legyen. Telekommunikációban, gerinchálózatok telepítésekor találkozunk vele.

Alapanyag szerint:

Lehetnek üveg alapúak, melyeknek átmérője és csillapítási értékei alacsonyabbak műanyag alapú (POF: Plastic Optical Fiber) társaiknál. POF kábelek használati köre gyakorlatilag a kommerszebb területeken jelentős, illetve hangstúdiókban találkozhatunk velük. Az egyes berendezések között az S/PDIF, AES, vagy ADAT jeleket továbbítják viszonylag kicsi (pár méteres) távolságokra. Illetve a CD, DVD lejátszók digitális hang kimenete gyakran Toslink aljzat, és a házimozi erősítő közvetlenül tudja fogadni a belőlük érkező hangjelet, hogy az ő profibb A/D konverterével alakítsuk vissza analógra.

Illetve a kábel kialakítása szerint:

Beltéri használatra
Ezek a kábelek elsődlegesen fix installációknál rackekben patch kábelek, illetve falban húzott változatok. Ahol egyszer kell csatlakoztatni, aztán ottmarad. Az optikai szálak mellé ezekben a kábelekben aramid szálakat használnak, hogy megóvják a kábelt a hirtelen erőbehatásoktól. Köpenyük pedig halogénmentes, és egyes típusoknál tűzálló. Végükre bármilyen csatlakozó tehető, jellemzően az SC,LC,ST -t szokták használni.

Kültéri használatra
Ezen kábelek nagy része a föld alá van temetve. Ezért tervezéskor ezekre a tényezőkre figyeltek oda a mérnökök. A köpenyük általában dupla rétegű a rétegek között szigetelővel, amely védi a szálakat a nedvességtől, rágcsálóktól. Extrém körülmények között páncélozott gégecsőben fektetik le a kábelt, mely a mechanikai hatások ellen növeli a védettséget.

Univerzális
Ezek a kábelek egyaránt alkalmasak a az épületen belüli kábelezésekre, valamint a mobil alkalmazások során. Alapvetően tartalmaznak fémmentes rágcsálók elleni réteget szőtt üvegszálakból, és halogénmentes köpenyt, amely tűzálló. A csatlakozójuk mellé pedig érdemes porvédő sapkát használni.

Mobil alkalmazásokhoz
A mobil alkalmazások a legmegpróbáltatóbb körülmények, amelyekbe egy optikai kábel kerülhet élete során. Ezért nem ritka a kevlár erősítésű köpeny, sőt van, hogy ezt meg is duplázzák. PUR köpenyű változatok rendkívül hajlékonyak, és ellenállóak a szélsőséges hőmérsékleti viszonyoknak. Míg a kevlár szálak segítik túlélni a mechanikai igénybevételt. A csatlakozókon minden esetben kötelező a por, és nedvességálló sapka használata, amikor a kábel nincs csatlakoztatva. Jellemzően ezeket a kábeleket egyedileg készítik a gyárak. A felhasználóknak körültekintően kell dolgozniuk ezekkel a kábelekkel.


Láthatólag egyre elterjedtebb az optikai hálózatokon történő kommunikáció. Úgy vélem, hogy a jövőben ez a tendencia még inkább nőni fog, mert az átviteli követelmények lassan kinövik a réz kábelek korlátait. Természetesen ez nem azt jelenti, hogy egyszercsak minden UTP kábel eltűnik! Továbbra is megmaradnak, csak leszűkül a szerepkörük. Ahogy a Wireless technológiák elterjedésével az otthonokból eltűntek a patch kábelek, most az optikai gerinchálózatok nyomják kicsit a másik oldalról őket. Természetesen lesznek alkalmazások, ahová csak a réz alapú kábelezés jöhet szóba, elég csak egy irodaház CCTV rendszerére gondolni, ahol egy UTP kábelen közlekedik a kép, hang, és a tápfeszültség. Úgy gondolom, hogy a két struktúra megmarad egymás mellett, ki-ki azokon a területeken, ahol jobb a másiknál. És még nincs pont, mert folytatás következik majd, a Sommer optikai megoldásairól.

Képek forrásai: Wikipedia