Kde začít?
Optické vlákno je přenosový prostředek, přičemž se pro přenos využívá světelných impulsů. Pro jednoduchou představu se jedničky rovnají přítomnosti světla a nuly nepřítomnosti, což je podobné u elektrických impulsů, které jistě každý zná z obyčejných kabelů v počítači. Samotné vlákno má pak za úkol dopravit světelný paprsek (binárně zapsaná data) od zdroje záření k detektoru, kdy musí být zachováno co nejvíce ze záření, to znamená s co nejmenšími ztrátami.
Avšak nejedná se pouze o samotné vlákno, které potřebujeme pro šíření dat. Jako celek se používá optický přenosový systém, který se skládá z emitoru (zdroje), přenosového média a detektoru (přijímače) záření. Jako emitor se zpravidla používají elektroluminiscenční diody LED nebo laserové diody LD (ty jsou finančně nákladnější), které slouží k převodu elektrického signálu na světelný. Jako detektor pak slouží fotodioda, která převádí světelný signál zpět na elektrické impulsy.
Dále se používají zesilovače, které slouží k zesílení signálu, který postupem cesty ztrácí na síle kvůli útlumu. Buď to se používají kombinace fotodioda-zesilovač-led dioda, nebo se využívá tzv. erbiových vláken, která nevyžadují převod světelného signálu na elektrický a zase zpátky. Ty používají tzv. laserové pumpy, které speciální vlákno o délce několika metrů nadopují světlem, což vytváří fotony a ty poté zesílí procházející světelný signál.
Něco málo z historie
Vedení světelného signálu bylo poprvé realizováno Danielem Colladonem a Jacquesem Babinetem, ale poprvé se pořádně začalo využívat až ve 20. stolení, kdy jej využili zubaři jako světýlko pro osvětlení úst pacientů zevnitř. Později se začalo optické vlákno používat pro vedení obrázků. Ale až v šedesátých letech se dospělo k názoru, že zúžením vedení by se mohlo dosáhnout mnohem lepších výsledků v cíli, čímž se myslí mnohem méně ztrát, což vyvolalo myšlenku použití optických vláken jako komunikačního prostředku. V dnešní době se již používají samozřejmě mnohem tenčí optická vlákna.
Využití, vlastnosti a konstrukce
Optická vlákna se používají jak v telekomunikacích, tak v počítačových sítích. Jsou ohebná a dají se lehce spojit do svazků. Každé optické vlákno je schopno vést paprsky pouze jedním směrem. Takže pokud chceme obousměrný provoz, musíme použít dvojici vláken spolu se dvěma emitory a dvěma přijímači.
Dalším využitím je pak osvětlování a to především v medicíně nebo v budovách, kdy je světlo vedeno ze střechy do neosvětlených částí. No a v neposlední řadě také k dekorativním účelům (např. u vánočních stromečků). Optické vedení se v telekomunikacích a počítačových sítích používá především na delší vzdálenosti, protože přenos je rychlejší a hlavně méně ztrátový. Využívá se přibližně 10 - 40 Gb/s, ale vlákno dokáže vést až 111 Gb/s.
Avšak optika se dá použít i na krátké vzdálenosti, dokonce se využívá například pro spojování jednotlivých budov či uvnitř jediné budovy, kdy především šetří místo, protože jeden kabel optického vedení může vést mnohem více dat než jeden kabel metalického vedení. Další výhodou je, že vedení není rušeno elektrickou interferencí, což může mít své využití v prostředí s vysokým napětím, jako jsou elektrárny nebo kovové stavby, kdy je velké riziko výboje elektrické energie při bouřích. Další výhodou je složitost odposlouchávání telefonních hovorů oproti elektrickým spojením. Optická vlákna mohou být také použita v prostředích, které obsahují výbušné nebo hořlavé látky či výpary, protože optické vlákno nevede žádnou elektřinu, takže nemůže způsobit vznícení.
Uvnitř každého vlákna je jádro, které je tvořeno většinou sklem, popř. plastem. To slouží k lámání a odrazům světla. Jádro je chráněno dvěma vrstvami pláště. Primární ochrana zajišťuje dobrou ohebnost kabelu a sekundární chrání vlákno před mechanickým poškozením. Používají se i vlákna bez sekundární ochrany, ale to vyžaduje lepší primární ochranu, což je nákladnější.
Dělení podle vedení paprsku
Optická vlákna dělíme podle toho, jak vedou světelný paprsek na:
-
Jednovidová optická vlákna
Vedou pouze jeden paprsek a to přímou cestou. Jsou nejrychlejší, a proto se často používají v telekomunikacích. Také patří mezi levnější. Avšak jejich nevýhodou je právě vedení pouze jednoho paprsku. Jejich průměr se pohybuje od 9 do 125 mikrometrů. To slouží k tomu, že se paprsek téměř neláme a proto dosahuje takové rychlosti přenosu.
-
Mnohovidová se skokovou změnou indexu lomu
Tato vlákna vedou již více paprsků současně, kdy se využívá absolutního odrazu. Jednotlivé paprsky vstupují do vlákna pod různými úhly, čímž se každé z nich odráží po jiné cestě. Využívají se především pro krátké spoje kvůli rozptylu paprsků.
-
Mnohovidová s gradientní změnou indexu lomu
Vlákno, které opět vede více paprsků najednou, avšak světlo se v něm láme postupně, čímž vytváří spirálu (podobnou sinusovému průběhu) opisující vnitřek vlákna.
Spojování
U jakéhokoliv média pro přenos informací je potřeba jej nějak spojovat, protože nemáme vždy dostatečně dlouhý kus vedení. Optická vlákna tedy nejsou výjimkou, avšak při navrhování sítě je vždy snaha použít co možná nejméně spojek. Každá spojka může totiž způsobit poruchu nebo alespoň zvyšovat útlum paprsku. Aby se tedy předešlo používání spojek, vyrábí se vlákna o délkách 2, 4 nebo dokonce 6 kilometrů.
Jako samotné spojky se používá:
-
Spojování optickými konektory přes adaptor
Jedná se o kolmé zalomení na směr vedení paprsku, kdy jsou jednotlivé části zasunuty do drážky nebo přesně kalibrované trubičky. Toto spojení se dá rozebrat.
-
Spojování mechanickou spojkou
Používají se obyčejné šroubovatelné spojky, kdy se jeden konec vedení připevní k druhému za pomocí jednoduchého závitu. Tato spojení se dají někdy rozebrat, ale vytváří se i taková, která se nedají.
-
Spojování svářením
Pro spojení se používá laser nebo elektrický oblouk. Tato spojení se samozřejmě rozebrat nedají.
Proč se (ne)používají optická vlákna?
V dnešní době se stále převážně používají metalická vlákna, která jsou ekonomicky výhodnější. Optická vlákna se používají jen pro větší firmy, protože u nich se počítá s využitím vyšších rychlostí i za vyšší cenu. Avšak do budoucna se počítá s přechodem na optická vlákna, která zaručují rychlé vedení informací a také mnohonásobné využití vedení (více účastníků najednou).
