Az optikai szál

Napjainkban már egyre több helyen használják, ami kiváló paramétereinek és egyre csökkenő árának köszönhető. Az információ továbbítása fényimpulzusok formájában történik. A közeg lehet a levegő is, azonban ebben az esetben szükséges, hogy az adó és a vevő egymás számára látható legyen. Ez nagyobb távolságok esetében már sok problémát vet fel: pl. a Föld görbülete, tereptárgyak, időjárás stb. A megoldás az optikai szál.

Az optikai kábel (vagy más néven üvegszál) nem más, mint egy nagyon tiszta kvarcüvegbõl vagy műanyagból igen vékonyra kihúzott szál, amelyet egy többrétegű, külső védőburok vesz körül. A szálban nagyon gyorsan lehet fényimpulzusokat továbbítani. Ezt úgy valósítják meg, hogy az üvegszál egyik végén egy erre a célra szolgáló eszközzel (pl. LED dióda) bevilágítanak, és fényt a szál másik végen egy ugyanilyen eszközzel érzékelik. A világítás intenzitását változtatva a továbbított jelek megkülönböztethetőek. A fény az üvegszálban sorozatos fénytörésekkel terjed, és mindvégig a szálon belül marad.

Az optikai szál működése
Az optikai szál működése
A képre kattintva elindul az animáció.

Az optikai szál átmérője sokkal kisebb a hagyományos kábelekénél, ezért több szálat kötegekbe kötnek, és így több kapcsolatot is kiépíthetnek egyszerre.

Felépítése

Az fényvezető egy speciális, nagyon vékony cső, aminek a belseje nem üreges, hanem valamilyen speciális anyag tölti ki. Ebben halad a fénysugár.

Az optikai szál felépítése
Az optikai szál felépítése
A mag körül helyezkedik el a köpeny, aminek a célja, hogy a fény kilépését a magból megakadályozza. A köpenyen egy lány burkolat található, aminek a szerepe a nagyobb ellenállóság biztosítása az esetleges roncsoló hatásokkal szemben. Az egész szálat egy kemény, műanyag burkolat véd a környezet behatásaival szemben. Attól függően, hogy a fény milyen módon halad a csőben, beszélhetünk egy- és többmódusú optikai kábelről. A vezető felépítését a fenti ábrán figyelhetjük meg. Az ábrán láthatóak a szál méretei is.

Alkalmazási lehetőségei

A többmódusú kábel esetében a teljes fényvisszaverődés jelenséget használják fel. Eszerint, ha a két közeg törésmutatójának különbsége megfelelő, akkor az erre a felületre eső fény nem lép át a másik közegbe, hanem teljes egészében visszaverődik. A cső anyagának a kiválasztásánál is ezt a szempontot kell figyelembe venni. Ha a paraméterek megfelelőek, akkor létrejön a teljes visszaverődés és a fénysugár gyakorlatilag csillapodás nélkül tud a szálban haladni. Az egymódusú kábel esetében a cső átmérője a fény hullámhosszával megegyező. Ez azért különleges eset, mivel ekkor a fény nem fog ide-oda verődni. Ezzel a módszerrel nagyobb távolság hidalható át erősítés nélkül.

Foto:titanium’22
Foto:titanium’22
Az optikai kábeleknél nagyon fontos szempont, hogy a vezeték egységnyi hosszon mekkora jelcsillapítással rendelkezik. A csillapítást dB-ben adják meg egységnyi hosszúságra vonatkoztatva (pl.: dB/km).

A fényforrás egy LED, vagy lézer dióda. Ezek az eszközök félvezetők, melyek nagyon jól fókuszálható fényt állítanak elő a rajtuk átfolyó áram erősségétől függő intenzitással (erősséggel). Fényérzékelőként fotótranzisztort alkalmaznak. Ez szintén félvezető, ami a kristályra eső fény erősségétől függő kimeneti jelet állít elő.
Az optikai adatátvitel esetében az áthidalható távolságot a fényveszteség határozza meg, ami három jellemzőnek a függvénye.
A két közeg összeillesztésénél a fény egy része visszaverődik. Ezen segíteni lehet a lehető legpontosabb illesztéssel. Erre a célra ma már rendelkezésre állnak a megfelelő eszközök.
Ugyanezt a hatást okozzák az átviteli közegben lévő szennyeződések is.
Ezen a tényen a megfelelő anyagválasztással lehet csökkenteni.
A harmadik veszteség abból adódik, hogy ha fény nem megfelelő szögben érkezik a közeg határfelületére, akkor a fény egy része nem verődik vissza.
Ezen az anyagválasztással és a fény hullámhosszának a helyes meghatározásával tudunk segíteni.

Hol használnak optikai szálat?

1. A hírközlésben, telefonbeszélgetések, illetve a számítógépes hálózatokban a jelek átvitelére.
2. Orvosi alkalmazása során sok, akár 100, vagy ezer darabot is összefognak egy köteggé, és ezen keresztül juttatnak fényt a belső szervek vizsgálata során.
3. Képtovábbításra is használják az orvostudományban, műtétek, endoszkópos vizsgálatok során.
4. A lakberendezési tárgyak között is megjelentek optikai szálakból készült lámpák.


A száloptikai kábelek fokozatosan átveszik a rézkábelek helyét. Az első, Atlanti-óceánon keresztülvezető száloptikai kábelt 1988-ban helyezték üzembe, ez mintegy 40 000 telefonhívás egyidejű lebonyolítására volt alkalmas.