Оптоволоконная связь

2021/07/17 15:57:39

Оптоволоконная связь
Оптоволоконная связь — связь, построенная на базе оптоволоконных кабелей. Широко применяется также сокращение ВОЛС (волоконно-оптическая линия связи). Используется в различных сферах человеческой деятельности, начиная от вычислительных систем и заканчивая структурами для связи на больших расстояниях. Является сегодня наиболее популярным и эффективным методом для обеспечения телекоммуникационных услуг.

Содержание [Свернуть] Рынок оптоволоконной продукции в России История 2021: Установлен новый рекорд по скорости передачи данных - 319 Тбит/с 2020: В ИТМО модернизировали оптоволокно и оптимизировали эффективность передачи данных 1970: Изобретение оптоволокна 1920-1956: Возможность передачи изображения через оптические трубки 1840: Эксперимент с переменой направления светового пучка путем преломления Преимущества оптоволоконного типа связи Недостатки оптоволоконного типа связи Элементы волоконно-оптической линии Одномодовое волокно Многомодовое волокно Волоконно-оптические приёмопередатчики Применение линий оптоволоконной связи См. также Ссылки

Состоит оптоволокно из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В оптоволокне световой луч обычно формируется полупроводниковым или диодным лазером. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника оптоволокно подразделяется на одномодовое и многомодовое.

Рынок оптоволоконной продукции в России
К началу 2009 года семейство технологий подключения с помощью оптоволокна заработало себе достаточно неплохую репутацию жизнеспособного, масштабируемого варианта прокладки кабельного широкополосного доступа к глобальной сети. Несмотря на мировой экономический кризис, операторы, по всей видимости, будут продолжать вкладывать средства в оптоволокно.
Основная статья: Оптоволоконная продукция (рынок России).
История
2021: Установлен новый рекорд по скорости передачи данных - 319 Тбит/с
В середине июня 2021 года, появилась новая технология, разработанная инженерами японского Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT), при которой фильм скачивается за 28-ю долю секунды. Это новый рекорд скорости передачи данных.
По оптическому кабелю длиной более 3000 км команда достигла скорости передачи данных в 319 терабит в секунду (далее Тбит/с). Это не только побило предыдущий рекорд в 178 Тбит/с, но и еще совместимо с существующей инфраструктурой, что означает, что ее можно относительно легко модернизировать уже в ближайшие годы.
Новый рекорд был установлен группой ученых и инженеров под руководством физика Бенджамина Путтнема из японского Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT) и основывается на результатах предыдущей работы, в которой участвовал институт, - достижении скорости 172 Тбит/с, о котором было объявлено в прошлом году.

Установлен новый рекорд по скорости передачи данных - фильм скачивается за 28-ю долю секунды
В этом достижении использовалось соединенное трехжильное оптическое волокно - технология, при которой данные передаются по 3 оптоволоконным трубкам, а не по 1, как это принято в настоящее время, это необходимо для того, чтобы уменьшить искажение сигнала на больших расстояниях. Скорость в 319 Тбит/с, использовала аналогичную технологию, но с 4 ядрами.
Данные передаются с помощью технологии, называемой мультиплексированием с разделением по длине волны. Она передается с помощью лазера, который разделяет сигнал на 552 канала и передает его по 4 жилам оптического волокна.
Через 70-км. интервалы вдоль волокна усилители повышают силу сигнала, чтобы потери при передаче на большие расстояния были, как можно меньше. Эти усилители представляют собой два новых типа, легированные редкоземельными элементами тулием и эрбием.
В целом, средняя скорость передачи данных на канал составила около 145 гигабит в секунду (далее Гб/сек), для каждого ядра и около 580 Гб/сек, для всех 4 ядер вместе взятых. Рекордная скорость в 319 Тбит/с, была достигнута при максимальных 552 волновых каналах.
Оболочка для четырех сердцевин оптического волокна вместе имеет тот же диаметр, что и стандартное одножильное оптическое волокно, что «является привлекательным для раннего внедрения SDM-волокон в высокопроизводительных и междугородных линиях связи, поскольку данная технология совместима с традиционной кабельной инфраструктурой и ожидается, что механическая надежность будет сопоставима с одномодовыми волокнами», - отметили сами исследователи из института.
Сам доклад группы был представлен на Международной конференции по оптико-волоконным коммуникациям в июне 2021 года, но команда планирует продолжить работу над своей системой передачи данных на большие расстояния, чтобы попытаться увеличить как пропускную способность, так и дальность ее передачи.^[1][2]
2020: В ИТМО модернизировали оптоволокно и оптимизировали эффективность передачи данных
22 октября 2020 года стало известно о том, что специалисты Университета ИТМО модернизировали оптоволокно и оптимизировали эффективность передачи данных. С помощью технологии захвата света удалось избавиться от «слепых зон», которые возникали при больших углах падения. «Прокаченное» оптоволокно можно использовать для улучшения изображения эндоскопии и лапароскопии, квантовых технологий и оптоволоконных датчиков. Концепция предложенной учеными разработки в 2020 году попала на обложку октябрьского номера журнала ACS Photonics. Подробнее здесь.
1970: Изобретение оптоволокна
Изобретение в 1970 году специалистами компании Corning оптоволокна, позволившего без ретрансляторов продублировать на то же расстояние систему передачи данных телефонного сигнала по медному проводу, принято считать переломным моментом в истории развития оптоволоконных технологий. Разработчикам удалось создать проводник, который способен сохранять не менее одного процента мощности оптического сигнала на расстоянии одного километра. По нынешним меркам это достаточно скромное достижение, а тогда, без малого 40 лет назад, — необходимое условие для того, чтобы развивать новый вид проводной связи.
Первоначально оптоволокно было многофазным, то есть могло передавать сразу сотни световых фаз. Причём повышенный диаметр сердцевины волокна позволял использовать недорогие оптические передатчики и коннекторы. Значительно позже стали применять волокно большей производительности, по которому можно было транслировать в оптической среде лишь одну фазу. С внедрением однофазного волокна целостность сигнала могла сохраняться на большем расстоянии, что способствовало передаче немалых объёмов информации.
Самым востребованным сегодня является однофазное волокно с нулевым смещением длины волны. Начиная с 1983 года оно занимает ведущее положение среди продуктов оптоволоконной индустрии, доказав свою работоспособность на десятках миллионов километров.
1920-1956: Возможность передачи изображения через оптические трубки
В 20-х годах прошлого столетия экспериментаторами Кларенсом Хаснеллом (Clarence Hasnell) и Джоном Бердом (John Berd) была продемонстрирована возможность передачи изображения через оптические трубки. Этот принцип использовался Генрихом Ламмом (Heinrich Lamm) для медицинского обследования пациентов. Только в 1952 году индийский физик Нариндер Сингх Капани (Narinder Singh Kapany) провел серию собственных экспериментов, которые и привели к изобретению оптоволокна. Фактически им был создан тот самый жгут из стеклянных нитей, причем оболочка и сердцевина были сделаны из волокон с разными показателями преломления. Оболочка фактически служила зеркалом, а сердцевина была более прозрачной – так удалось решить проблему быстрого рассеивания. Если ранее луч не доходил да конца оптической нити, и невозможно было использовать такое средство передачи на длительных расстояниях, то теперь проблема была решена. Нариндер Капани к 1956 году усовершенствовал технологию. Связка гибких стеклянных прутов передавала изображение практически без потерь и искажений.
1840: Эксперимент с переменой направления светового пучка путем преломления
Волоконная оптика хоть и является повсеместно используемым и популярным средством обеспечения связи, сама технология проста и разработана достаточно давно. Эксперимент с переменой направления светового пучка путем преломления был продемонстрирован Даниелем Колладоном (Daniel Colladon) и Жаком Бабинеттом (Jacques Babinet) еще в 1840 году. Спустя несколько лет Джон Тиндалл (John Tyndall) использовал этот эксперимент на своих публичных лекциях в Лондоне, и уже в 1870 году выпустил труд, посвященный природе света. Практическое применение технологии нашлось лишь в ХХ веке.
Преимущества оптоволоконного типа связи

• 
  Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей. Это означает, что по оптоволоконной линии можно передавать информацию со скоростью порядка 1 Тбит/с;
  
• 
  Очень малое затухание светового сигнала в волокне, что позволяет строить волоконно-оптические линии связи длиной до 100 км и более без регенерации сигналов;
  
• 
  Устойчивость к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем, электрического оборудования (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.) и погодных условий;
  
• 
  Защита от несанкционированного доступа. Информацию, передающуюся по волоконно-оптическим линиям связи, практически нельзя перехватить неразрушающим кабель способом;
  
• 
  Электробезопасность. Являясь, по сути, диэлектриком, оптическое волокно повышает взрыво- и пожаробезопасность сети, что особенно актуально на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска;
  
• 
  Долговечность ВОЛС — срок службы волоконно-оптических линий связи составляет не менее 25 лет.
  

Недостатки оптоволоконного типа связи

• 
  Относительно высокая стоимость активных элементов линии, преобразующих электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы;
  
• 
  Относительно высокая стоимость сварки оптического волокна. Для этого требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование. Как следствие, при обрыве оптического кабеля затраты на восстановление ВОЛС выше, чем при работе с медными кабелями.
  

Элементы волоконно-оптической линии

•