Światłowód przesyła dane impulsami światła biegnącymi w szklanym włóknie cieńszym od ludzkiego włosa. Zamiast prądu płynącego przez metal masz błyski lasera odbijające się od wewnętrznych ścianek. Stąd bierze się przewaga nad miedzią: światło nie łapie zakłóceń elektromagnetycznych i traci na sile znacznie wolniej, więc sygnał biegnie kilometrami bez wzmacniania.
W skrócie: włókno składa się z rdzenia, płaszcza o innym współczynniku załamania i warstw ochronnych. Światło nie ucieka na boki dzięki całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na granicy rdzenia i płaszcza. Kabla nie wolno zginać pod ostrym kątem, bo w miejscu załamania światło wychodzi poza rdzeń i sygnał znika, mimo że osłona wygląda na nienaruszoną.
Jak zbudowany jest kabel światłowodowy
Serce stanowi rdzeń ze szkła kwarcowego o średnicy liczonej w mikrometrach. To w nim biegnie światło. Otacza go płaszcz, wykonany z podobnego szkła, ale o nieco innym współczynniku załamania, i właśnie ta różnica trzyma promień w środku.
Dalej idą warstwy, które nie mają nic wspólnego z transmisją, za to decydują o żywotności instalacji: pokrycie ochronne na włóknie, luźna tuba wypełniona żelem, element wzmacniający przenoszący naprężenia oraz zewnętrzna powłoka. Element wzmacniający jest po to, żeby przy ciągnięciu kabla siła nie działała na samo szkło, bo włókno wytrzymuje zginanie o wiele gorzej niż rozciąganie.
| Warstwa | Z czego | Po co |
|---|---|---|
| Rdzeń | szkło kwarcowe | prowadzi światło |
| Płaszcz | szkło o innym współczynniku | odbija promień do rdzenia |
| Pokrycie pierwotne | tworzywo | chroni szkło przed mikropęknięciami |
| Element wzmacniający | włókna aramidowe lub pręt | przenosi naprężenia przy ciągnięciu |
| Powłoka zewnętrzna | tworzywo odporne na wilgoć | osłania całość |
Dlaczego światło nie ucieka na boki
Odpowiada za to zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Gdy promień pada na granicę dwóch ośrodków pod odpowiednio dużym kątem, nie przechodzi na drugą stronę, tylko odbija się w całości. Rdzeń i płaszcz dobrano tak, żeby światło wprowadzone do włókna zawsze padało na tę granicę pod kątem większym od granicznego.
Promień biegnie więc zygzakiem, odbijając się tysiące razy na każdym metrze, i nie wychodzi na zewnątrz. Warunek pozostaje spełniony dopóty, dopóki włókno jest proste albo wygięte łagodnie. Zbyt ciasny łuk zmienia kąt padania, a wtedy część światła przechodzi do płaszcza i bezpowrotnie ucieka.
To dlatego kabla nie wolno zaginać. Przy remoncie łatwo wcisnąć przewód za listwę pod kątem prostym i po chwili internet znika, chociaż nic nie wygląda na uszkodzone. Producent podaje minimalny promień gięcia, zwykle rzędu kilku centymetrów, i to jedyna liczba, którą naprawdę warto zapamiętać.
Jednomodowy i wielomodowy, czyli dwa światy
We włóknie wielomodowym rdzeń jest szerszy, więc światło biegnie wieloma ścieżkami naraz. Każda ma nieco inną długość, przez co impulsy docierają rozmyte i po kilkuset metrach przestają być rozróżnialne. Ten typ stosuje się w budynkach i centrach danych, gdzie dystanse są krótkie, a sprzęt tańszy.
Włókno jednomodowe ma rdzeń tak wąski, że mieści się w nim praktycznie jedna ścieżka. Impuls nie rozmywa się, więc sygnał biegnie dziesiątki kilometrów bez regeneracji. To właśnie ten typ dochodzi do mieszkań i biegnie w sieciach operatorskich, mimo że wymaga precyzyjniejszych i droższych urządzeń nadawczych.
Czym światłowód bije miedź i kabel koncentryczny
Pierwsza przewaga to odporność na zakłócenia. Przewód miedziany działa jak antena, więc łapie zakłócenia od silników, zasilaczy i linii energetycznych. Szkło jest na to całkowicie obojętne, bo nie przewodzi prądu.
Druga to tłumienie. Sygnał elektryczny w skrętce słabnie na tyle szybko, że po stu metrach wymaga wzmocnienia, podczas gdy światło we włóknie jednomodowym pokonuje dziesiątki kilometrów. Trzecia przewaga wynika z pojemności: jednym włóknem można przesyłać równolegle wiele strumieni na różnych długościach fali, czyli w praktyce w różnych kolorach światła.
Ma to znaczenie także dla parametrów, które widzisz na co dzień. Łącza światłowodowe oferują zwykle symetryczne prędkości, podczas gdy technologie mieszane wyraźnie ograniczają wysyłanie, o czym pisaliśmy przy okazji sprawdzania, czy w twojej okolicy jest światłowód.
Co siedzi na obu końcach kabla
Włókno samo w sobie niczego nie robi. Po stronie operatora sygnał generuje laser albo dioda, a po stronie odbiorczej fotodetektor zamienia błyski z powrotem na dane. W mieszkaniu tę drugą rolę pełni ONT, czyli urządzenie kończące łącze optyczne.
Warto pamiętać, że ONT nie jest routerem i nie rozdaje internetu urządzeniom w domu, co szczegółowo rozbieramy w porównaniu ról, jakie pełnią modem i router. Przy typowej instalacji domowej sieć optyczna jest dodatkowo dzielona pasywnie: jedno włókno z węzła obsługuje kilkudziesięciu abonentów przez rozgałęźnik bez zasilania.
Jak łączy się dwa włókna
Przerwanego światłowodu nie skręca się jak przewodu elektrycznego. Standardowa metoda to spawanie: końcówki obcina się precyzyjnym narzędziem tak, żeby czoło włókna było idealnie prostopadłe, a następnie spawarka ustawia oba rdzenie w jednej osi i zgrzewa je łukiem elektrycznym.
Precyzja liczy się tu w mikrometrach, bo przesunięcie rdzeni o ułamek ich średnicy powoduje stratę sygnału większą niż kilkaset metrów kabla. Alternatywą stosowaną doraźnie są złączki mechaniczne, tańsze i szybsze, ale wnoszące wyraźnie większe tłumienie, więc traktuje się je jako rozwiązanie tymczasowe.
Awarie: co się psuje i jak to wygląda
Najczęstsza przyczyna to uszkodzenie mechaniczne przy pracach budowlanych albo remoncie w mieszkaniu. Objaw jest charakterystyczny i inny niż przy typowej usterce sieci: urządzenie kończące łącze sygnalizuje brak sygnału optycznego osobną diodą, zwykle opisaną jako LOS albo PON.
Druga przyczyna to zabrudzone złącze. Wystarczy pyłek na czole włókna, żeby tłumienie wzrosło na tyle, że transmisja przestaje działać, dlatego przy rozłączaniu zawsze zakłada się zaślepki. Trzecia, rzadsza, to zbyt ciasny łuk powstały podczas montażu, który daje objawy pojawiające się dopiero przy zmianach temperatury. Diagnostykę od strony domowej sieci opisaliśmy w tekście o tym, dlaczego router działa, ale nie ma internetu.
Najczęstsze pytania
Z czego zbudowany jest kabel światłowodowy?
Z rdzenia ze szkła kwarcowego, płaszcza o innym współczynniku załamania, pokrycia ochronnego, elementu wzmacniającego przenoszącego naprężenia oraz powłoki zewnętrznej. Dane biegną wyłącznie w rdzeniu, reszta warstw chroni szkło.
Dlaczego nie można zginać światłowodu?
Zbyt ciasny łuk zmienia kąt padania światła na granicę rdzenia i płaszcza, przez co promień przestaje się odbijać i ucieka poza rdzeń. Sygnał zanika, mimo że osłona wygląda na nienaruszoną. Producent podaje minimalny promień gięcia.
Czym różni się włókno jednomodowe od wielomodowego?
Jednomodowe ma bardzo wąski rdzeń, w którym światło biegnie praktycznie jedną ścieżką, więc sygnał pokonuje dziesiątki kilometrów. Wielomodowe ma szerszy rdzeń i wiele ścieżek, przez co impulsy rozmywają się po kilkuset metrach. Do mieszkań doprowadza się jednomodowe.
Czy światłowód jest bezpieczniejszy od kabla miedzianego?
Nie przewodzi prądu, więc nie przenosi przepięć podczas burzy i nie łapie zakłóceń elektromagnetycznych. Podsłuchanie takiego łącza jest też trudniejsze, bo wymaga fizycznej ingerencji we włókno, co natychmiast zmienia parametry transmisji.
Co oznacza czerwona dioda LOS na urządzeniu?
Brak sygnału optycznego, czyli przerwane lub mocno stłumione włókno. Przyczyną bywa uszkodzenie kabla, wypięte albo zabrudzone złącze, a także awaria po stronie operatora. To inny objaw niż zwykły brak internetu przy działającym łączu.
