Miten valokuitu siirtää dataa valolla

Valokuitukaapeli siirtää dataa valopulsseina sähköisten signaalien sijaan kuparissa. Laser tai LED tuottaa valoa päälle ja pois (tai moduloi sitä) esittääkseen digitaalisen datan ykköset ja nollat, ja toisessa päässä oleva ilmaisin muuntaa välähdykset takaisin dataksi. Koska valo kulkee lasissa hyvin vähäisin häviöin, valokuitu tarjoaa kuparia huomattavasti suuremman nopeuden ja pidemmän siirtoetäisyyden.

Valokuitusäikeen rakenne koostuu kerroksista:

• Ydin — erittäin ohut lasinen keskiosa, joka kuljettaa valoa.
• Verhous — ydintä ympäröivä lasi, joka heijastaa valon takaisin sisäänpäin.
• Puskuri ja vaippa — ulkopuoliset suojakerrokset.

Ydin ja verhous on valmistettu lasista, jolla on hieman erilaiset ominaisuudet. Juuri tämä ero pitää valon kimpoilemassa ydintä pitkin.

Valokuitu toimii kokonaisheijastuksen ansiosta. Ydinlasi taittaa valoa enemmän kuin verhouslasi, joten kun valo osuu rajapintaan loivassa kulmassa, se heijastuu kokonaan takaisin ytimeen sen sijaan, että karkaisi ulos. Valopulssi kimpoilee kuitua pitkin ja seuraa myös loivia kaarteita. Tämä valon vangitseminen on keskeinen syy siihen, että valokuidulla voidaan siirtää dataa kilometrien matkoja signaalia menettämättä.

Valo menettää energiaa lasissa huomattavasti hitaammin kuin sähköiset signaalit kuparissa. Siksi valokuitu tukee suurempaa kaistanleveyttä ja toimii paljon pidemmillä etäisyyksillä — kilometrejä kuparin 100 metrin rajan sijaan — ennen kuin signaalia tarvitsee vahvistaa. Valokuitu pystyy myös valtaviin tiedonsiirtonopeuksiin, koska valoa voidaan väläyttää erittäin nopeasti. Näiden ominaisuuksien ansiosta valokuitu muodostaa internetin ja datakeskusten runkoverkon.

Valokuidun suuri etu on, että se on immuuni sähkömagneettisille häiriöille. Koska se siirtää valoa eikä sähköä, lähellä olevat moottorit, voimalinjat ja radiokohina eivät voi turmella signaalia. Siksi valokuitu sopii erinomaisesti sähköisesti häiriöisiin teollisuusympäristöihin ja rakennusten välisiin yhteyksiin, joissa salamat tai maapotentiaalierot voisivat vaurioittaa kuparia. Valokuitu ei myöskään säteile signaalia, joten sen salakuuntelu on vaikeampaa.

Laitteet käyttävät sähköistä Ethernetiä, joten valokuituyhteydet tarvitsevat lähetinvastaanottimen — moduulin, joka muuntaa sähköiset signaalit lähetystä varten valoksi ja vastaanotettaessa takaisin sähköisiksi signaaleiksi. Yleisiä liitettäviä lähetinvastaanottimia ovat SFP (Small Form-factor Pluggable) ja suurempia nopeuksia varten SFP+. Ne asetetaan kytkinportteihin, ja niiden avulla voidaan valita kullekin yhteydelle sopiva kuitutyyppi ja etäisyys.

Valokuitu on tehokas, mutta sillä on myös haittapuolensa:

• Edut — suuri nopeus, pitkä siirtoetäisyys, EMI-häiriöiden sieto ja turvallisuus.
• Haitat — kaapelit ja lähetinvastaanottimet ovat kalliimpia, lasi on haurasta ja jatkaminen sekä päättäminen on vaikeampaa.

Lasinen ydin voi haljeta, jos kuitua taivutetaan liian jyrkästi, ja kuitujen yhdistäminen vaatii tarkkoja työkaluja. Siksi asennustaito on valokuidussa tärkeämpää kuin kuparissa.

Valokuitua on käsiteltävä huolellisesti. Älkää koskaan taivuttako sitä pienintä sallittua taivutussädettä jyrkemmin, sillä valo voi vuotaa ulos ja lasi rikkoutua. Pitäkää liitinpäät puhtaina — pienikin pölyhiukkanen voi estää riittävästi valoa ja häiritä yhteyttä. Älkääkä koskaan katsoko suoraan aktiiviseen kuituun tai lähetinvastaanottimeen, sillä näkymätön infrapunalaser voi vahingoittaa silmiä. Nämä turvallisuusasiat esiintyvät kokeessa.

Valokuitu on hallitseva ratkaisu siellä, missä nopeus ja etäisyys ovat tärkeimpiä:

• Internetin runkoverkot, jotka ulottuvat kaupunkien ja valtamerten yli.
• Datakeskusten runkoverkot, jotka yhdistävät nopeat kytkimet.
• Rakennusten väliset yhteydet kampusalueella.
• Valokuitu kotiin nopeaa laajakaistaa varten.

Työasemalla kupari voittaa usein edelleen hinnassa, mutta valokuitu kuljettaa raskaan liikenteen taustalla.

Koska yksi valokuitusäie kuljettaa yleensä valoa yhteen suuntaan, yhteyksissä käytetään usein kahta säiettä — yhtä lähettämiseen ja yhtä vastaanottamiseen — täyden duplex-tiedonsiirron mahdollistamiseksi. Siksi valokuidun kytkentäkaapelit toimitetaan usein yhteen kiinnitettynä parina. Joissakin kehittyneissä yksisäiejärjestelmissä lähetys ja vastaanotto tapahtuvat eri valon aallonpituuksilla yhtä kuitua pitkin, mutta tavallisin ratkaisu on lähetyskuitu ja vastaanottokuitu.

Kuvitelkaa pitkä, peiliseinäinen tunneli ja joku vilkuttamassa taskulampulla morsekoodia sen läpi. Seinät heijastavat valoa, joten se kulkee pitkälle himmenemättä, ja viesti saapuu ehjänä toiseen päähän. Valokuitu on lasista valmistettu tällainen tunneli, ja välähdykset ovat dataanne. Tunnelissa ei kulje sähköä, joten ulkopuoliset sähköhäiriöt eivät voi häiritä viestiä.

Opitte, että valokuitu siirtää dataa valopulsseina lasisen ytimen läpi. Ydintä ympäröi verhous, ja valo pidetään siinä kokonaisheijastuksen avulla. Tämä antaa valokuidulle suuren kaistanleveyden, pitkän siirtoetäisyyden ja hyvän suojan sähkömagneettisia häiriöitä vastaan. Lähetinvastaanottimet, kuten SFP-moduulit, muuntavat sähköiset signaalit valo- ja sähkösignaalien välillä. Valokuitu maksaa enemmän ja on haurasta, joten liittimien on oltava puhtaita ja taivutussädettä sekä silmäturvallisuutta on noudatettava. Se mahdollistaa internetin runkoverkot, datakeskukset ja kampusalueiden yhteydet.