Światłowód

Promień światła, który jest włączany i wyłączany w celu przesłania danych (jedynek i zer) w światłowodzie, musi w nim pozostać aż do momentu dotarcia do odległego końca. Promień nie może zostać załamany i przedostać się do materiału otaczającego światłowód. Załamanie spowodowałoby utratę części energii światła zawartej w promieniu. Światłowód musi być zaprojektowany w taki sposób, aby jego powierzchnia zewnętrzna działała jak lustro dla poruszającego się w nim promienia światła. Jeśli promień światła próbujący wydostać się przez ścianę światłowodu zostanie odbity do wnętrza światłowodu pod kątem kierującym go w stronę odległego końca światłowodu, będzie to dobry "tunel" lub "rurociąg" dla fal świetlnych. Dzięki znajomości praw odbicia i załamania można zaprojektować taki światłowód, który będzie przenosił fale świetlne z minimalną utratą energii. Aby promień świetlny w światłowodzie był odbijany z powrotem do światłowodu bez straty energii spowodowanej załamaniem, muszą zostać spełnione następujące dwa warunki:

• Rdzeń światłowodu musi mieć większy współczynnik załamania (n), niż otaczający go materiał.
  Materiał otaczający rdzeń światłowodu jest nazywany płaszczem.

• Kąt padania promienia świetlnego musi być większy niż kąt krytyczny dla rdzenia i płaszcza.

Gdy spełnione są oba te warunki, całe światło wpadające do światłowodu jest odbijane z powrotem do jego wnętrza. Zjawisko to jest nazywane całkowitym odbiciem wewnętrznym i stanowi fundamentalną zasadę projektowania światłowodów. Całkowite odbicie wewnętrzne powoduje, że promienie świetlne w światłowodzie odbijają się od granicy rdzenia z płaszczem i kontynuują podróż w kierunku odległego końca światłowodu. Światło będzie poruszać się poprzez rdzeń światłowodu wielokrotnie załamaną ścieżką. Światłowód spełniający pierwszy warunek można utworzyć z łatwością. Ponadto można kontrolować kąt padania promieni świetlnych wchodzących do rdzenia. Wprowadzenie ograniczeń dwóch wymienionych poniżej czynników umożliwia kontrolowanie kąta padania:

Kable światłowodowe

W światłowodach do transmisji informacji wykorzystywana jest wiązka światła, która jest odpowiednikiem prądu w innych kablach. Wiązka ta jest modulowana zgodnie z treścią  przekazywanych informacji. To rozwiązanie otworzyło nowe możliwości w dziedzinie tworzenia szybkich i niezawodnych sieci komputerowych. Właściwie dobrany kabel może przebiegać w każdym środowisku. Szybkość transmisji może wynosić nawet 3 Tb/s. Sieci oparte na światłowodach zwane są FDDI (Fiber Distributed Data  Interface)
Światłowód wykonany ze szkła kwarcowego, składa się z rdzenia (złożonego z jednego lub wielu włókien), okrywającego go płaszcza oraz warstwy ochronnej. Dielektryczny kanał informatyczny eliminuje konieczność ekranowania.

Światłowód składa się z cienkiego włókna szklanego, które przenosi informację w postaci światła w zakresie widma światła widzialnego i poniżej. W konstrukcji kabla światłowodowego można wyróżnić takie elementy, jak:

 powłoka pierwotna, nakładana podczas procesu produkcyjnego, przekrój stały, około 250μm

 żel ochronny, włókno aramidowe, chroniące światłowód przed uszkodzeniem

 powłoka wtórna, obejmująca powłokę pierwotną oraz opcjonalnie żel ochronny, w jednej z form: tuba, rozeta lub taśma

 dielektryczny element wytrzymałościowy

 żel uszczelniający

 pancerz kabla (taśmy, druty stalowe)

 pokrycie zewnętrzne

Zalety światłowodu w stosunku do kabli miedzianych:

 odporność na zakłócenia RFI (Radio Frequency Interference) oraz EMI (ElectroMagnetic Interference)

 bezpieczeństwo (nie można podsłuchać transmisji)

 duża przepustowość z powodu szerokiego pasma

 odporność na korozje

 większy zasięg

 mniejsza kubatura i waga

 szybsza transmisja

Wady światłowodu:

 wibracje fizyczne powodują zaszumienie sygnału informacyjnego

 ograniczenie w zgięciu kabla (za duży łuk zgięcia może doprowadzić do złamania się włókna)

 trudność w łączeniu światłowodów
Koszt stosowania światłowodu jest kompromisem pomiędzy przepustowością i ceną. Gdy potrzebujemy większej przepustowości bardziej opłacalnym wyborem jest światłowód, natomiast przy niższym zapotrzebowaniu na przepustowość tańsze jest medium miedziane. Maksymalna prędkość transmisji uzyskana podczas prac badawczych nad piątą już generacją światłowodów wynosi 200 Mbit/s[1], a zasięg tego medium wynosi 9000 km. Kable energetyczne oferują najsłabszej jakości transmisję danych. Jest to spowodowane brakiem ochrony przed szumami zakłócającymi, które pochodzą z innych źródeł niż nadajnik. Z tego względu te media nie nadają się do transmisji danych na większe odległości. Teoretyczna maksymalna przepustowość tego medium wynosi 200 Mbit/s.

Światłowód wielomodowy

Światłowody wielomodowe przesyłają wiele modów (fal) o różnej długości co powoduje rozmycie impulsu wyjściowego i ogranicza szybkość lub odległość transmisji. Źródłem światła jest tu dioda LED.

Światłowód jednomodowy

Światłowody jednomodowe są efektywniejsze i pozwalają transmitować dane na odległość 100 km bez wzmacniacza. Jednak ze względu na wysoki koszt interfejsów przyłączeniowych jest to bardzo drogie rozwiązanie. Żródłem światła jest tu laser.

---