Jak działa światłowód?

Usprawnienie działania sieci informatycznych (w tym Internetu) polega na wymyślaniu sposobów na szybsze i bardziej stabilne przesyłanie danych. Jedną z najnowocześniejszych technologii wykorzystywanych do transportowania informacji w cyfrowej formie jest światłowód. Jak działa światłowód i co warto o nim wiedzieć?

Rozchodzenie się fali świetlnej jest aktualnie najszybszym, znanym człowiekowi zjawiskiem na świecie. Osiąga prędkość 299 792 458 m/s. Obserwacja zjawiska rozchodzenia się światła umożliwiła stworzenie innowacyjnych technologii do ultraszybkiego transportowania danych. To właśnie światłowód.

Czym jest światłowód?

Światłowód (znany też pod nazwą FTTH, czyli Fiber To The Home) to ultranowoczesna technologia, służąca do przenoszenia informacji drogą cyfrową z bardzo dużą prędkością. W ostatnich latach na technologii światłowodowej oparta jest m.in. sieć internetowa. Wielu dostawców wykorzystuje to rozwiązanie, aby świadczyć usługę bardzo szybkiego Internetu.

Czym jest światłowód? To specjalny przewód sieciowy, wykonany z wysokiej klasy włókna szklanego o niewielkiej średnicy i innych tworzyw sztucznych. Z zewnątrz nie wyróżnia się wyglądem. Można odróżnić go za pomocą zakończenia. Przewody światłowodowe mają charakterystyczną wtyczkę.

Dzięki szklanemu, włóknistemu wypełnieniu, zamknięte w przewodzie światło generuje falę, która generuje bardzo dużą prędkość transportowania informacji (nawet kilka terabitów na sekundę). Takie parametry byłyby niemożliwe do osiągnięcia, bazując na tradycyjnych przewodach.

W jaki sposób zbudowany jest światłowód FTTH (Fiber To The Home)?

Światłowód to cienki przewód, który z zewnątrz pokryty jest specjalną warstwą izolacyjną, chroniącą włókna przed uszkodzeniem mechanicznym i trudnymi warunkami atmosferycznymi. Kevlarowa powłoka zabezpiecza strukturę przewodu, umożliwiając mocne zgięcie i skręcanie w razie potrzeby.

Istotna różnica między światłowodem, a przewodem tradycyjnym to wypełnienie FTTH. Otóż zamiast tradycyjnego, aluminiowego lub miedzianego rdzenia (przewodzącego dotychczas dane), wewnątrz światłowodu znajdują się giętkie, przeźroczyste pręty z włókna szklanego o mikroskopijnej średnicy (ok. 8 – 10 mikrometrów). Podobnie jak przy standardowych przewodach, pręty ze szkła połączone są w wiązki.

Żeby wydłużyć czas bezawaryjności światłowodu (około 40 lat), przewód opancerzony jest warstwą zewnętrzną i wewnętrzną. Warstwy te chronią płaszcz z polimeru, w którym znajduje się wspomniany szklany rdzeń przewodzący falę świetlną. Cała konstrukcja jest bardzo cienka. Łącznie średnica światłowodu nie przekracza 2-3 mm.

Jak działa światłowód?

Światłowód, to przewód, który przypomina tunel pokryty charakterystycznymi „lustrami”. Lustra te odbijają promienie świetlne, dzięki czemu te mogą pokonywać nawet najostrzejsze zakręty bez zmniejszania prędkości przesyłania danych. Dzięki temu uruchomienie wiązki światła na początku tunelu sprawia, że ta błyskawicznie pojawia się na jego końcu. Wprowadzone do światłowodu światło jest nośnikiem danych cyfrowych. W ten sposób te trafiają od nadawcy do odbiorcy.

Zjawisko przesyłania danych za pomocą światła zwane jest całkowitym, wewnętrznym odbiciem świetlnym. Do wewnętrznego odbicia światła dochodzi w miejscu, gdzie rdzeń i płaszcz się ze sobą stykają. Fala odbita światła ma dokładnie te same parametry co fala padająca. Nie ma znaczenia, ile razy dojdzie do odbicia światła. Zawsze przesyłane jest z tą samą prędkością.

Co ważne, uwięzione w rdzeniu światło trafia tam na zawsze, póki nie dojdzie do uszkodzenia światłowodu. Współczynnik załamania światła jest z kolei mniejszy niż współczynnik załamania rdzenia. W przewodach światłowodowych stosuje się też tzw. wzmacniacze optyczne. To specjalne elementy, które zapewniają najlepszą jakość przesyłania sygnału świetlnego.

Są one istotne, bo nawet światłowód nie jest materiałem idealnym. Światło ulega zaburzeniu m.in. przez zjawisko tłumienia. Niedoskonała konstrukcja światłowodu czy mikrouszkodzenia szkła powstały przy układaniu przewodu obniżają efektywność przewodzenia. Wzmacniacze optyczne sprawiają, że sygnał świetlny ma zasięg sięgający tysięcy kilometrów. Bez stosowania tego rodzaju „wspomagaczy” to maksymalnie 100 km.

Cechy światłowodu – najważniejsze informacje

Stosowanie światłowodu w branżach wymagających przesyłania określonych danych wynika z jego cech, zalet i możliwości. Co sprawia, że przewody przewodzące światło są stosowane tak wszechstronnie?

• Szybkość przesyłania danych – światłowód może transportować bardzo dużą ilość danych ze stałą, bardzo wydajną szybkością. To nawet 1000 Mb/s.
• Stabilne połączenie nadawcy z odbiorcą – prędkość światłowodu nie zmienia się wraz z jego obciążeniem. Bez mechanicznego uszkodzenia (np. przerwania), nawet liczba osób korzystających z sieci nie jest problemem dla połączenia światłowodowego.
• Niezawodność i wszechstronność – wszelkiego rodzaju zakłócenia elektromagnetyczne, trudne warunki pogodowe czy warunki geograficzne nie stanowią problemu dla sieci światłowodowej. Dzięki temu też system jest bardzo wszechstronny.
• Niska awaryjność – mimo tego, że przewód światłowodowy jest cienki, jednocześnie jego wytrzymałość jest bardzo wysoka. Jest on odporny na zginanie, układanie, zawijanie itd. Przesyłanie sygnału światłowodem nie wymaga też stosowania dodatkowych, awaryjnych urządzeń jak np. wzmacniacz sygnału.
• Dopasowanie do współczesnych technologii – światłowody umożliwiają przesyłanie dużych plików, wspomagają streaming, ułatwiają transmisje itd. Przewody światłowodowe są dostosowane do przesyłania dużych plików z bardzo dużą prędkością.
• Perspektywa rozwojowości – technologia światłowodowa jest cały czas rozwijana. Przewody są doskonalone, co umożliwia poprawę wydajności i płynności przesyłania informacji.

Do czego wykorzystywany jest światłowód?

Światłowody mają szerokie wykorzystanie w przestrzeni informatycznej i cybernetycznej, ale nie tylko. To przewody o wszechstronnych możliwościach, znajdujących zastosowanie także w medycynie, przemyśle, mechanice, robotyce czy w telekomunikacji. Do czego wykorzystywany jest światłowód m.in. w tych branżach?

• Ochrona i zabezpieczenie – światłowód może służyć jako przewód do transportu obrazu z kamer CCTV. Zapewnia najwyższą jakość obrazu.
• Branża cybernetyczna – sprawdza się zarówno jako element dostarczający ultraszybki Internet do klientów indywidualnych i firm, jak i stanowią część sieci wewnętrznych.
• Branża telekomunikacyjna – światłowód może być używany do transmisji telewizyjnych, streamingowych itd.
• Medycyna – światłowody wykorzystywane są jako przewody endoskopowe. Umożliwiają faktyczną obserwację organów pacjenta, bez opóźnienia w przekazywaniu obrazu, co jest istotne np. w prowadzeniu operacji.
• Przemysł – światłowody pozwalają na błyskawicznie przesyłanie danych między maszynami, usprawniając proces produkcji.
• Mechanika i robotyka – przewody światłowodowe używane są przy diagnozowaniu problemów, a także w usprawnianiu pracy urządzeń automatycznych.
• Przemysł militarny – sterowanie nowoczesnych pocisków oparte jest na światłowodach. Przykładem są systemy rakietowe Patriot.

Porównanie światłowodu z innymi technologiami przesyłania danych

Światłowód można porównać do przewodu Ethernet i DSL. Przewód świetlny jest dużo trwalszy i zapewnia stabilniejsze przesyłanie informacji. Do tego dochodzi również szybkość. Nawet najmocniejsze, tradycyjne złącze ethernetowe nie daje takich możliwości jak przewód światłowodowy.

Dodajmy, że Ethernet nie jest odporny na zakłócenia elektromagnetyczne i szybciej degraduje się pod wpływem intensywnego użytkowania czy układania. Mechaniczne uszkodzenia mogą stanowić spore ograniczenie w działaniu sieci opartej o te przewody. Z tego względu coraz częściej światłowód staje się standardem w branżach telekomunikacyjnych czy security. Zastosowanie nowoczesnych przewodów świetlnych z pewnością będzie się rozszerzać.

Jesteś zainteresowany usługą szybkiego Internetu? Skontaktuj się z nami!