Jak zbudowany jest światłowód i jakie są jego rodzaje?

Czy wiesz, czym jest światłowód? W dużym uproszczeniu światłowody są nieodzownym elementem nowoczesnej infrastruktury komunikacyjnej, oferując niezwykle szybki, niezawodny i bezpieczny sposób przesyłania danych. Światłowody mają szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach — nie tylko w telekomunikacji. Z naszego artykułu dowiesz się, co to jest światłowód i jak działa.

Do czego służy światłowód?

Światłowód to technologia wykorzystująca cienkie włókna szklane do przesyłania danych za pomocą światła. Światłowody są szeroko stosowane w telekomunikacji do przesyłania ogromnych ilości danych na duże odległości. Dzięki niskim stratom sygnału i odporności na zakłócenia elektromagnetyczne światłowody umożliwiają szybki i niezawodny transfer danych. Za precyzyjne pomiary różnych parametrów odpowiadają z kolei odpowiednie urządzenia pomiarowe i testery. Dzięki nim możliwy jest monitoring działania sieci i wykrywanie nieprawidłowości.

W sieciach lokalnych (LAN) i rozległych (WAN) światłowody są używane do tworzenia szybkich połączeń między serwerami, centrami danych oraz innymi elementami infrastruktury IT. Dzięki dużej przepustowości i niskim opóźnieniom światłowody są idealne do obsługi aplikacji wymagających dużych ilości danych. Przydatnymi urządzeniami do pomiaru mocy sygnału są mierniki mocy optycznej.

Budowa światłowodu

Jak zbudowany jest światłowód? Budowa kabla światłowodowego jest tak zaprojektowana, aby zapewnić minimalne straty sygnału oraz wysoką przepustowość. Światłowód składa się z:

• Rdzenia

Rdzeń jest centralną częścią światłowodu, przez którą przechodzi światło. Jest wykonany z bardzo czystego szkła kwarcowego, które często zawiera precyzyjną domieszkę innego pierwiastka. Rdzeń w niektórych przypadkach może być wykonany z tworzywa sztucznego. Średnica rdzenia może się różnić w zależności od rodzaju światłowodu. Standardowe, używane w telekomunikacji światłowody to:

- Jednomodowy światłowód (SMF): Posiada bardzo wąski rdzeń o średnicy około 9 mikrometrów. Jest stosowany do przesyłania światła na bardzo duże odległości z minimalnymi stratami.

- Wielomodowy światłowód (MMF): Ma szerszy rdzeń o średnicy 50 lub 62,5 mikrometrów. Jest używany na krótsze odległości, często w sieciach lokalnych (LAN).
 

• Płaszcza (Cladding)

Płaszcz otacza rdzeń i jest również wykonany ze szkła lub plastiku, ale o nieco innym współczynniku załamania światła niż rdzeń, co uzyskuje się poprzez odmienne domieszkowanie pierwiastkami. Różnica ta powoduje całkowite wewnętrzne odbicie światła, które pozwala na jego prowadzenie wzdłuż rdzenia bez ucieczki na zewnątrz. Standardowa średnica płaszcza dla włókien telekomunikacyjnych wynosi 125 mikrometrów.
 

• Powłoki ochronnej (Coating)

Powłoka ochronna to warstwa z tworzywa sztucznego, która otacza płaszcz i zapewnia ochronę mechaniczną. Chroni włókno przed uszkodzeniami fizycznymi oraz czynnikami zewnętrznymi, takimi jak wilgoć czy chemikalia. Powłoka ta zazwyczaj ma średnicę około 250 mikrometrów, ale w związku z postępującą miniaturyzacją, która obejmuje również średnice kabli, coraz częściej spotykane są cieńsze powłoki.
 

• Bufora/tuby (Buffer)

Bufor to dodatkowa warstwa ochronna, która może być wykonana z różnych materiałów, takich jak plastik czy inne elastyczne materiały. Bufor chroni włókno przed naprężeniami mechanicznymi i ułatwia jego obsługę podczas instalacji. Bufory mogą być luźne (loose-tube) lub ciasno przylegające (tight-buffered).
 

• Płaszcza zewnętrznego (Jacket)

Płaszcz zewnętrzny to najdalej położona warstwa światłowodu, która zapewnia dodatkową ochronę mechaniczną i środowiskową. Jeśli chodzi o światłowód budowa płaszcza zależna jest od warunków pracy:

- Standardowe płaszcze zewnętrzne zwykle wykonane są z polietylenu (PE) lub poli(chlorku winylu) (PVC).

- Płaszcz ognioodporny: Stosowany w budynkach, wykonany z materiałów odpornych na ogień, takich jak LSZH (Low Smoke Zero Halogen).
 

• Elementów wzmacniających (Strength Members)

Elementy wzmacniające są używane do zapewnienia dodatkowej wytrzymałości mechanicznej kabla światłowodowego. Mogą to być stalowe druty, włókna aramidowe (np. Kevlar), plastik wzmacniany włóknem szklanym (FRP) lub inne materiały wzmacniające. Chronią światłowód przed rozciąganiem i zginaniem, co jest szczególnie ważne podczas instalacji i eksploatacji.

Jak wygląda światłowód i po czym go poznać?

Choć światłowód na pierwszy rzut oka może przypominać zwykły kabel, to jego budowa i właściwości są znacznie bardziej zaawansowane. A zatem jak wygląda kabel światłowodowy? Otóż światłowody mają różne średnice w zależności od liczby włókien i warstw ochronnych. Typowa średnica pojedynczego włókna to około 125 mikrometrów (dla rdzenia i płaszcza), ale całkowita średnica kabla z wszystkimi warstwami ochronnymi może wynosić od kilku milimetrów do ponad centymetra. Światłowody często mają oznaczenia producenta, specyfikacje techniczne i inne informacje nadrukowane na zewnętrznym płaszczu. Mogą to być oznaczenia dotyczące typu światłowodu, średnicy, norm bezpieczeństwa i innych parametrów.

W kablach światłowodowych poszczególne włókna są często otoczone kolorowymi osłonkami, które ułatwiają identyfikację i zarządzanie. Do łączenia włókien służy spawarka światłowodowa. Kolorowe powłoki zewnętrzne kabla światłowodowego mogą sugerować rodzaj włókna wewnątrz kabla: żółty dla jednomodowego, pomarańczowy lub morski dla wielomodowego. Nie ma tu jednak nienaruszalnych standardów. Producenci kabli idąc za potrzebami rynku mogą dostarczać kable w dowolnych kolorach i konfiguracjach włókien w zależności od wymagań klienta. Jeśli chodzi o światłowód przekrój jest wielowarstwowy. Po przecięciu kabla powinien być widoczny rdzeń, płaszcz, powłoka ochronna, bufor i ewentualne elementy wzmacniające. Warto zwrócić uwagę, że odróżnienie rdzenia od płaszcza gołym okiem jest bardzo trudne.

Rodzaje kabli światłowodowych

Typy światłowodów ze względu na rodzaj włókna optycznego:

• Jednomodowe kable światłowodowe (SMF - Single-Mode Fiber)

Kable te posiadają bardzo wąski rdzeń o średnicy około 9 mikrometrów, który utrudnia propagację więcej niż jednego modu (tzw. modów wyższego rzędu). Są wykorzystywane do transmisji danych na bardzo duże odległości (kilkadziesiąt do kilkuset kilometrów) i przy bardzo dużych przepustowościach, dlatego znajdują zastosowanie w telekomunikacji dalekosiężnej, w sieciach metropolitalnych oraz w połączeniach międzymiastowych i międzynarodowych. Cechuje je niskie tłumienie i wysoka przepustowość.
 

• Wielomodowe kable światłowodowe (MMF - Multi-Mode Fiber)

Kable te posiadają szerszy rdzeń, którego średnica wynośi 50 lub 62,5 mikrometra, co pozwala na propagacji wielu modów światła, często określanych jako drogi optyczne. Kable MM są idealne do transmisji na krótsze odległości (do kilku kilometrów), dlatego wykorzystywane są głównie w sieciach lokalnych (LAN), centrach danych i w systemach audio-wideo. Wyróżnia je większe tłumienie niż w przypadku kabli jednomodowych, co ogranicza przepustowość światłowodu i odległość przesyłu danych.
 

Rodzaje światłowodu ze względu na konstrukcję kabla:
 

• Kable światłowodowe typu tight-buffered

Włókna są ciasno otoczone warstwą bufora ochronnego, co ułatwia ich obsługę i chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi. Są wykorzystywane głównie wewnątrz budynków, w systemach okablowania strukturalnego i przy połączeniach między urządzeniami sieciowymi. Ich cechy to łatwość instalacji i większa odporność na zginanie.
 

• Kable światłowodowe typu loose-tube

Włókna optyczne są umieszczone luźno w tubach wypełnionych żelem, który chroni przed wilgocią i wstrząsami. Są idealne do instalacji zewnętrznych, w kanałach kablowych i w podziemnych rurach. Są również stosowane w liniach napowietrznych. Wyróżnia je wysoka odporność na warunki środowiskowe i zmiany temperatury.

Jak widać na rynku dostępne są różne rodzaje kabli światłowodowych, które można dostosować do specyficznych potrzeb i warunków pracy. Wybór odpowiedniego rodzaju kabla zależy od wielu czynników, takich jak wymagania dotyczące odległości transmisji, środowisko instalacji, parametry światłowodów, przepustowość oraz mechaniczne i środowiskowe warunki pracy.