Optická vlákna – světlo jako nosič dat
Princip přenosu světlem
Optické vlákno je tenká skleněná nebo plastová nit, která vede světelné impulzy pomocí jevu zvaného totální odraz. Světlo vstupuje do jádra vlákna a díky tomu, že plášť vlákna (cladding) má nižší index lomu než jádro, se světlo odráží zpět do jádra a šíří se po celé délce vlákna bez úniku.
Zdrojem světla je laser (pro jednovidová vlákna) nebo LED/VCSEL (pro mnohovidová vlákna). Na přijímací straně světlo dopadá na fotodiodu, která ho převede zpět na elektrický signál.
Klíčovou výhodou oproti metalické kabeláži je:
- Vzdálenost – desítky až stovky kilometrů bez zesilovače
- Přenosová kapacita – terabity za sekundu v jednom vlákně
- Imunita vůči EMI – sklo nevede elektřinu, nelze odposlechnout indukcí
- Galvanické oddělení – bezpečné propojení budov bez vyrovnávacích proudů
Typy optických vláken
Jednovidová vlákna (SM – Single Mode)
Průměr jádra je pouze 9 µm. Světlo se šíří jediným paprskem (videm) přímou cestou. Minimální disperze umožňuje přenosy na vzdálenosti 10–100 km a více. Používá se laserový zdroj vlnové délky 1310 nm nebo 1550 nm.
SM vlákna jsou standardem pro páteřní propoje budov, venkovní trasy a telekomunikační sítě. Barva ochrany: žlutá.
Mnohovidová vlákna (MM – Multi Mode)
Průměr jádra je 50 µm (OM3/OM4/OM5) nebo 62,5 µm (OM1/OM2). Světlo se šíří více vidy pod různými úhly. To způsobuje vidovou disperzi – různé vidy dorazí v různou dobu – a omezuje vzdálenost přenosu.
MM vlákna se používají uvnitř budov na kratší vzdálenosti (do 300–2000 m dle standardu). Výhodou je nižší cena aktivních prvků (VCSEL lasery jsou levnější než SM lasery). Barva: oranžová (OM2), tyrkysová (OM3/OM4), limetková (OM5).
Přehled tříd OM
| Třída | Průměr | 10GbE | 40GbE | 100GbE |
|-------|--------|-------|-------|--------|
| OM2 | 50 µm | 82 m | – | – |
| OM3 | 50 µm | 300 m | 100 m | 70 m |
| OM4 | 50 µm | 550 m | 150 m | 100 m |
| OM5 | 50 µm | 550 m | 440 m | 150 m |
Konektory a typy zakončení
Nejrozšířenější konektory jsou:
- LC – malý konektor (1,25 mm ferule), dominantní pro datová centra a nové instalace
- SC – čtvercový konektor (2,5 mm ferule), starší, stále hojně v použití
- ST – bajonetový, starší instalace
- MPO/MTP – multi-vláknový konektor, 12 nebo 24 vláken, pro paralení přenosy 40G/100G
Leštění ferule má vliv na zpětný odraz:
- PC (Physical Contact) – základní
- UPC (Ultra PC) – lepší odraz, modrá barva
- APC (Angled PC) – šikmé leštění 8°, nejlepší odraz, zelená barva – povinné pro PON a CATV
Spojkování vláken
Sváření (fusion splicing)
Dva konce vláken se přesně zarovnají a elektrický oblouk je svaří dohromady. Útlum svaru je typicky 0,02–0,1 dB. Svar se chrání smršťovací ochranou. Výsledkem je prakticky neviditelný spoj s minimálními ztrátami.
Sváření vyžaduje svářečku (Fujikura, Sumitomo, Ilsintech), přípravky pro lámání vlákna a ochranné návlečky.
Mechanické spojky
Vlákna se drží v přesném kanálku s indexovacím gelem. Útlum je vyšší (0,1–0,5 dB), ale spojení je rychlé a nevyžaduje svářečku. Vhodné pro opravy a dočasné spoje.
Zakončení konektorem (pigtail + svar)
Standardní postup: pigtail (hotový konektor s krátkým vláknem) se přisvárí k instalačnímu vláknu. Alternativou jsou přímo zapojitelné konektory (field-installable), ale kvalita závisí na přesnosti přípravy.
Typy optických kabelů
Tight buffer – vlákna jsou obalena těsnou ochranou 900 µm. Vhodné pro vnitřní instalace a zakončení v patch panelech.
Loose tube – vlákna leží volně v trubičce vyplněné gelem nebo vzduchem. Gelové kabely chrání vlákna před vodou a mechanickým namáháním. Standard pro venkovní trasy.
ADSS – samonosný vzdušný kabel bez kovových prvků. Vhodný pro vedení po sloupech.
Mikrotubingový systém – do předem položených mikrotrubiček se vhání vlákna vzduchem. Umožňuje pozdější rozšíření kapacity bez nové pokládky.
Měření a testování
OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)
OTDR vysílá krátké světelné impulzy a měří odrazy zpět. Z doby odezvy a útlumu sestaví graf celé optické trasy – vidí každý svar, konektor, ohyb nebo zlom. Výsledkem je tvar křivky s jasně identifikovatelnými událostmi.
Postup měření: nastavení délkového rozsahu a šířky impulzu, provedení měření z obou konců (obousměrné průměrování eliminuje nesymetrie), uložení a porovnání s projektovými hodnotami.
Přímé měření výkonu (power meter + light source)
Zdrojem se do vlákna vstříkne signál o známém výkonu, na druhém konci se změří dopadající výkon. Rozdíl je celkový útlum linky. Jednoduchá a rychlá metoda pro ověření funkčnosti.
Systémy WDM – vlnový multiplex
Jedním vláknem lze přenášet více kanálů současně na různých vlnových délkách. CWDM (Coarse WDM) používá 8–16 kanálů s rozestupem 20 nm, DWDM (Dense WDM) desítky až stovky kanálů s rozestupem 0,8 nm. DWDM se používá v páteřních telekomunikačních sítích pro přenosy terabitů na jednom vlákně.