Optisk fiber

Optisk fiber

Dataoverføring via optiske fibre gir mange fordeler. Den åpner for høy datahastighet opptil 40 Gbit/s over strekninger opptil flere kilometer, den påvirker ikke parallelle ledninger og er samtidig uømfintlig mot elektromagnetiske påvirkninger. De forskjellige fibertypene (POF, PCF, GOF) og fiberkategoriene OM1 til OM5 samt OS2 åpner for kablingskonsepter som er tilpasset spesifikke krav.

Prinsippet bak optisk dataoverføring

Prinsippet bak optisk dataoverføring

Fordeler ved fiberoptisk overføring

Optiske fibre (engelsk: Fiber Optics (FO)) overfører data i form av lys over store avstander. I den sammenheng omformes de elektriske signalene på senderen til optiske signaler, og sendes til mottakeren via kunststoff- eller glassfiber. Her omformes de overførte lyssignalene til elektriske signaler igjen, før de analyseres og viderebehandles. Kablene og ledningene er opptil 90 % lettere og tynnere enn kobberkabler og åpner likevel for større overføringsstrekninger og datahastigheter opptil 40 Gbit/s eller mer. Samtidig kreves ingen omstendelige skjermkonsepter, ettersom den metallfrie overføringen gir absolutt uømfintlighet mot EMC- og ESD-støypåvirkninger. Materialbruk og kostnadene for den passive kablingen er vanligvis lavere enn ved kobberkabling. Samtidig gir store overføringsbåndbredder med høy signaltetthet muligheten til å overføre flere signaler i forskjellige bølgelengder (Multiplexing) over samme optiske fiber.

Dataoverføring i datasenteret

Glassfiberkabling optimaliserer dataoverføringen i datasenteret

Optisk fiber i bruk

Det være seg korte, mellomstore eller lange avstander, med hastigheter under 100 mb/s eller opptil 40 Gbit/s eller innenfor buss- eller Ethernet-strukturer: For praktisk alle krav innen industriell og semiindustriell automatisering finnes det en velegnet kabel for dataoverføring via fiber. Selv ved bruk ved røffe forhold som f. eks. i vindparker utfører de optiske fibrene oppgavene sine pålitelig.
Bruksområdene strekker seg derfor fra bruk innen kjøretøyteknikk og industrikabling og Local Area Networks (LAN) i datasentre og helt til langtransportnettverk. Avgjørende for kablingen er valg av riktig fibertype og -kategori.

Fiberkjerne- og manteldiametre ved optiske fibre

Sammenligning mellom de forskjellige fiberkjerne- og manteldiametrene

Egnet fiber for alle typer bruk

Hver fibertype står for et eget bruksområde. Jo mindre fiberens utvendige diameter er, desto finere forholder kabelen seg ved konfeksjoneringen. Fysisk betinget oppnår man med mindre fiberkjernediametere høyere datahastigheter og avstander.

  • POF (Polymer Optical Fiber): Ved POF-kabler er både kjernen og mantelen (Cladding) laget i kunststoff. Typisk kjernediameter er 980 µm, manteldiameteren er 1000 µm. Med korte overføringsstrekninger opptil 70 m og datahastigheter opptil maksimalt 100 mb/s, avhengig av aktivkomponent, brukes POF-kabler for kabling innen kjøretøyteknikk eller for industrikabling. Grunnet fibrenes robusthet og størrelse er dette enkelt å konfeksjonere i felten. På grunn av den høye dempingen og dispersjon er denne fibertypen ikke egnet for høye datahastigheter og avstander.

  • PCF (Polymer Clad Fiber): PCF er en optisk fiber i glass med kunststoffsjikt. Kablene, som er kjent under forskjellige betegnelser som PCS (Polymer Clad Silica), HCS (Hard-clad silica) og HPCF (Hard Polymer Clad Fiber), er robuste og enkle å konfeksjonere. PCF-fibre med typisk kjernediameter på 200 µm og manteldiameter på 230 µm finner vi ofte innen industrikabling med mellomstore lengder opptil 300 m og datahastigheter på vanligvis ≤ 100 mb/s. Andre bruksområder er bilindustri, sensorsystemer og medisinteknikk.

  • GOF-multimodus (Glass Optical Fiber): Glassfibrene har en kjerne i kvartsglass, omgitt av et kledningsbelegg i reflekterende glass. Ved multimoduskabler er kjernediameteren 50 µm eller 62,5 µm. Større diameter åpner for innkobling av mer lysenergi i begynnelsen av fiberen, samtidig oppstår det også høyere demping langs fiberlengden. Multimodusfibre brukes derfor fortrinnsvis i Local Area Networks (LANs) og datasentre, der de kan nå overføringshastigheter opptil 550 m med 10 Gbit/s.

  • GOF-singlemodus: Singlemodusfibrene har en betydelig mindre kjernediameter på ca. 8 µm. Ved singlemodusfibrene skilles det mellom begrepene kjernediameter og modifeltdiameter. Modifeltdiameter er avhengig av bølgelengden. Jo større bølgelengde, desto større er modifeltdiameteren. Fordi det kun overføres en lysmodus i fiberen, kan særdeles mye effekt forsynes til fiberen og overføres. På overføringsomådet er fiberens dempingskoeffisient meget lav. Den lavere dempingen og den lave dispersjonen danner ideelle forutsetninger for å ta singlemodusfibre i bruk for avstander opptil 50 km og datahastigheter på f. eks. 40 Gbit/s.

Fiberkategoriene OM1, OM2, OM3, OM4 for multimodusfibre og OS1 og OS2 for singlemodusfibre er internasjonalt fastlagt etter ISO/IEC 11801. De angir overføringsbåndbreddene og dempingsverdiene i en fiber. På grunn av stadig større overføringsbåndbredder øker også antall fremtidige kategorier, f. eks. OM5 for overføringshastigheter opptil 400 Gbit/s.

Demping ved optiske fibre

Mulige årsaker som fører til demping ved optiske fibre

Tap ved optiske fibre

Ved dempingen dreier det seg om tap av lyseffekt, som oppstår når lyset transporteres fra sender til mottaker. Målet er å transportee lysenergien med minst mulig demping til mottakeren. Det skilles mellom dempingen som oppstår konkret på et sted og demping relatert til lengden, dempingskoeffisienten. Dempingskoeffisienten refererer til optiske fibre med lengde 1 km.

  • Innføyings- og koblingstap: Disse kan oppstå når lys kobles inn i fiberen, både fra senderen og ved forbindelsen ved hjelp av plugg- og skjøtforbindelser på strekningen og på mottakeren. Årsakene til denne type tap er allsidige. Ofte skyldes det smuss på pluggforbindernes frontflater. Koblingen mellom forskjellige kjernediametre i en lenke fører til tap. Skjøtforbindelser ved fusjonsskjøting har særdeles lite demping og ligger under 0,1 dB. Longitudinale, transversale og vinkelforskyvninger i fiberender kan også føre til dempinger. Riper og oppsplittinger på frontflater gir ikke bare økt demping, de kan også generere skader på den koblede frontflatemotsiden. Også monteringsfeil, f. eks. et hakk utvendig på glassfibrene under montering kan føre til en demping eller til og med til et brudd i etterkant.

  • Bøyetap: For optiske fibre er minstebøyeradier angitt i databladene. Ved underskridelse oppstår tap, og dempingen øker tilsvarende. En del av lyset fra kjernen slipper ut. For en god stund siden ble GOF-fibre utviklet for multi- og singlemodusområdet, som kan bøyes med meget knapp vinkel. Med disse bøyeuømfintlige fibrene kan man på sikt oppnå bøyeradier under 10 mm. Fibrene er spesifisert internasjonalt i tilhørende standarder i serien IEC 60793-x og ITU-Tx. Fordelen oppstår ved strekking under dårlige installeringsforhold i bygninger, boenheter og industriomgivelser.

  • Tap under fremstilling: Materialet som benyttes for å fremstille den optiske fiberen og også produksjonsprosessen kan være forbundet med demping. Årsakene kan ligge i materialene eller f. eks. være en følge av forurensninger. Glassfibrene fremstilles på en slik måte at de er optimalisert for bestemte bølgelengdeområder. På disse bølgelengdeområdene er dempingen lavest mulig. Dempingskoeffisientene som gjelder for disse bølgelengdene er angitt tilsvarende i databladene. De optiske fibrene må driftes på disse områdene.

Dispersjon ved optiske fibre

Forvrengning av signalet under runtime fra sender til mottaker

Konsekvenser av dispersjon

Datahastighetene og overføringsbåndbreddene til optiske fibre begrenses videre av dispersjonen. Dispersjon er deformering av et signal. Under runtime fra sender til mottaker mister signalet høyde, og flankene faller stadig mer. Hvis to signaler sammenfaller bak hverandre, kan mottakeren ikke lenger gjenkjenne om det dreier seg om ett eller to signaler. Dermed oppstår det feil ved overføringen. Jo høyere overføringsbåndbredde og jo lengre linklengden er, desto viktigere er fokuset på lav dispersjon. Nettopp ved lengre singlemodusstrekninger er dette en avgjørende faktor for pålitelig og feilfri overføringskvalitet.

Fiberoptisk portefølje fra Phoenix Contact

Omfattende produktsortiment for fiberoptisk kabling

Produkter for datakabling basert på optiske fibre

Phoenix Contact tilbyr en stor portefølje for fiberoptisk kabling. I tillegg til det store utvalget med kabler og egnet tilkoblingsteknikk suppleres sortimentet med komponenttilkoblinger, patchepanel, koblinger og fordelere for monteringsskinnen.

  • Overføringshastigheter opptil 40 Gbit/s
  • Løsninger for IP20, IP65/67 og IP68
  • For alle vanlige fibertyper
  • For vanlige grensesnitt
  • Optimal sikkerhet mot EMC- og ESD-påvirkninger