Optický vlákno vs koaxiální kabel | Rozdíly v typu signálu struktuře a použití

Optické vlákno i koaxiální kabel jsou typy vedených přenosových médií. Nicméně, několik klíčových faktorů je odlišuje. Nejzákladnější rozdíl spočívá v typu signálu, který přenášejí: optické vlákno je navrženo pro přenos optických (světelných) signálů, zatímco koaxiální kabel se používá pro přenos elektrických signálů.

Definice optického vlákna

Optická vlákna jsou pružné, průhledné vlnovody používané k přenosu světelných signálů s minimálními ztrátami od jednoho konce k druhému. Jsou převážně vyrobeny z vysoko čistého skla (obvykle sílice) nebo někdy z plastu a skládají se ze struktury jádra a obalu.

Jádro je centrální, nejvnitřnější oblast vyrobená z ultrachistého skla z sílice, přes které se světlo šíří. Je obklopen vrstvou nazývanou obal, která je také vyrobena ze skla, ale s nižším indexem lomu než jádro. Tato rozdílnost indexu lomu umožňuje úplné vnitřní odražení, což umožňuje světlu cestovat dlouhé vzdálenosti s nízkými ztrátami.

Pro ochranu křehké skleněné struktury před fyzickými poškozeními, vlhkem a environmentálním stresem je celá vláknová souprava zakryta ochrannou vnější vrstvou známou jako bufferové potahování nebo plastová obálka.

Následující obrázek znázorňuje schématickou strukturu optického vlákna:

Optický signál je přenášen optickým vláknem prostřednictvím principu úplného vnitřního odražení (TIR). Když do vlákna vstoupí světlo, šíří se jádrem za pomoci opakovaných odrazů na hranici mezi jádrem a obalem.

Aby došlo k úplnému vnitřnímu odražení, musí být index lomu jádra vyšší než index lomu obalu. Tento rozdíl indexů je nezbytný pro efektivní vedení světla podél vlákna s minimálními ztrátami.

Podle principu TIR, když paprsek světla putující v hustějším prostředí (jádro) zasáhne hranici s řidším prostředím (obal) pod úhlem větším než kritický úhel, je paprsek úplně odražen zpět do hustějšího prostředí, místo aby byl refraktován ven. Toto jev umožňuje světlu být uchopeno uvnitř jádra.

Když paprsek světla vstoupí do jádra, cestuje, dokud nedosáhne hranice jádro-obal. Díky rozdílu indexů lomu a pokud je úhel dopadu větší než kritický úhel, je paprsek odražen zpět do jádra namísto toho, aby pronikl do obalu. Tento proces se opakuje neustále podél délky vlákna, což umožňuje světlovému signálu poskakovat dolů jádrem a cestovat od jednoho konce vlákna k druhému s vysokou efektivitou a nízkými ztrátami.

Tedy, úplné vnitřní odražení je základní mechanismus, který umožňuje dálkový, vysokopásmový optický komunikaci prostřednictvím optických vláken.

Definice koaxiálního kabelu

Koaxiální kabely, běžně označované jako "koax", jsou typ vedeného přenosového média používaného pro přenos elektrických signálů na vzdálenost. Jsou konstruovány jako elektrické vodiče, které umožňují tok elektronů, obvykle vyrobené s centrálním jádrem z mědi kvůli její vynikající vodivosti.

Koaxiální kabel se skládá z několika vrstev: centrálního měděného vodiče (pevného nebo plešťovaného), obklopeného dielektrickou izolační vrstvou, která je pak zakryta válcovým vodivým štítem – obvykle vyrobeným z plešťované mědi nebo hliníkové folie. Tato vrstvená struktura je dále chráněna vnější izolační obálkou, která poskytuje mechanickou pevnost a environmentální ochranu.

Termín "koaxiální" vznikl z toho, že vnitřní vodič a vnější štít sdílejí stejnou geometrickou osu. Tento design pomáhá minimalizovat elektromagnetické rušení (EMI) a ztráty signálu, což činí koaxiální kabely vhodnými pro přenos vysokofrekvenčních signálů s dobrým zachováním integrity.

Následující obrázek znázorňuje koaxiální kabel používaný pro přenos elektrických signálů:

Optické vlákno:

Optická vlákna se používají k přenosu signálů v optických frekvencích (světlo). Díky svému vysokému pásmu, imunitě vůči elektromagnetickému rušení a nízkým ztrátám signálu jsou široce používána v high-definition televizi (HDTV), telekomunikačních sítích, datových centrech, medicínském zobrazování a chirurgických systémech (např. endoskopie) a leteckých aplikacích.

Koaxiální kabel:

Koaxiální kabely se primárně používají pro přenos rádiových frekvencí (RF). Jsou běžně používány v distribučních systémech kabelové televize (CATV), širokopásmových internetových připojeních (např. kabelové modemy), telefonních sítích a různých radiokomunikačních systémech, včetně anténních vedení a síťového vybavení.

Závěr

Oba, optické vlákno i koaxiální kabel, slouží jako zásadní vedená média pro přenos signálů, ale liší se zásadně v typu signálu, který přenášejí – optická vlákna přenášejí světelné signály, zatímco koaxiální kabely přenášejí elektrické signály. Tyto rozdíly vedou k odlišným výkonnostním charakteristikám, což každé z nich činí vhodným pro specifické aplikace. V důsledku toho jsou v moderních komunikačních a elektronických systémech používány doplňkově, nikoli zaměnitelně.