Оптическое волокно против коаксиального кабеля | Различия в типе сигнала структуре и применении

Оптическое волокно и коаксиальный кабель являются типами управляемых сред передачи. Однако несколько ключевых факторов отличают их друг от друга. Основное различие заключается в типе сигнала, который они передают: оптическое волокно предназначено для передачи оптических (световых) сигналов, тогда как коаксиальный кабель используется для передачи электрических сигналов.

Определение оптического волокна

Оптические волокна — это гибкие прозрачные волноводы, используемые для передачи световых сигналов от одного конца к другому с минимальными потерями. Они в основном изготовлены из высокочистого стекла (обычно кварца) или иногда пластика и состоят из сердцевины и оболочки.

Сердцевина — это центральная, внутренняя область, изготовленная из сверхчистого кварцевого стекла, через которую распространяется свет. Она окружена слоем, называемым оболочкой, также изготовленным из стекла, но с более низким показателем преломления, чем у сердцевины. Это различие в показателе преломления обеспечивает полное внутреннее отражение, позволяя свету проходить на большие расстояния с низкими потерями.

Для защиты хрупкой стеклянной структуры от физических повреждений, влаги и воздействия окружающей среды вся сборка волокна заключена в защитный внешний слой, известный как буферное покрытие или пластиковая оболочка.

На рисунке ниже показана схематическая структура оптического волокна:

Оптический сигнал передается через оптическое волокно по принципу полного внутреннего отражения (ПВО). Когда свет вводится в волокно, он распространяется через сердцевину, подвергаясь последовательным отражениям на границе между сердцевиной и оболочкой.

Для того чтобы происходило полное внутреннее отражение, показатель преломления сердцевины должен быть выше, чем у оболочки. Это различие в показателях преломления необходимо для эффективного направления света вдоль волокна с минимальными потерями.

Согласно принципу ПВО, когда луч света, движущийся в более плотной среде (сердцевине), достигает границы с менее плотной средой (оболочкой) под углом, большим критического, луч полностью отражается обратно в более плотную среду, вместо того чтобы преломиться. Этот феномен позволяет свету оставаться внутри сердцевины.

Когда луч света попадает в сердцевину, он движется до тех пор, пока не достигнет границы сердцевина-оболочка. Из-за разности показателей преломления, и при условии, что угол падения превышает критический, луч отражается обратно в сердцевину, а не переходит в оболочку. Этот процесс повторяется вдоль всей длины волокна, что позволяет световому сигналу зигзагообразно продвигаться по сердцевине и передаваться от одного конца волокна к другому с высокой эффективностью и низкими потерями.

Таким образом, полное внутреннее отражение является основным механизмом, который позволяет осуществлять дальнюю, высокоскоростную оптическую связь через оптические волокна.

Определение коаксиального кабеля

Коаксиальные кабели, обычно называемые "коакс", являются типом управляемой среды передачи, используемой для передачи электрических сигналов на расстояние. Они изготовлены как электрические проводники, которые позволяют току протекать, обычно сделанные с центральным сердечником из меди из-за ее отличной проводимости.

Коаксиальный кабель состоит из нескольких слоев: центрального медного проводника (сплошного или многожильного), окруженного диэлектрическим изоляционным слоем, который затем заключен в цилиндрический проводящий экран, обычно изготовленный из плетеной меди или алюминиевой фольги. Эта многослойная структура дополнительно защищена внешней изоляционной оболочкой, которая обеспечивает механическую прочность и защиту от окружающей среды.

Термин "коаксиальный" происходит от того, что внутренний проводник и внешний экран имеют одну и ту же геометрическую ось. Такая конструкция помогает минимизировать электромагнитные помехи (ЭМП) и потери сигнала, делая коаксиальные кабели подходящими для передачи высокочастотных сигналов с хорошей целостностью.

На рисунке ниже показан коаксиальный кабель, используемый для передачи электрических сигналов:

Оптическое волокно:

Оптические волокна используются для передачи сигналов на оптических частотах (свет). Благодаря своей высокой пропускной способности, иммунитету к электромагнитным помехам и низким потерям сигнала, они широко применяются в системах высокого разрешения телевидения (HDTV), телекоммуникационных сетях, центрах обработки данных, медицинской визуализации и хирургических системах (например, эндоскопия) и в авиационных и космических приложениях.

Коаксиальный кабель:

Коаксиальные кабели в основном используются для передачи радиочастотных (RF) сигналов. Они широко встречаются в системах распределения кабельного телевидения (CATV), широкополосных интернет-соединениях (например, кабельные модемы), телефонных сетях и различных радиосистемах связи, включая антенные фидеры и сетевое оборудование.

Заключение

Оба, оптическое волокно и коаксиальный кабель, являются важными управляемыми средами для передачи сигналов, но они фундаментально отличаются типом сигнала, который они передают: оптические волокна передают световые сигналы, в то время как коаксиальные кабели передают электрические сигналы. Эти различия приводят к различным характеристикам производительности, делая каждый из них подходящим для конкретных приложений. В результате они используются в дополнительных, а не взаимозаменяемых, ролях в современных системах связи и электроники.