Celem artykułu jest wyjaśnienie zagadnień związanych ze światłowodami, zastosowaniem światłowodów oraz projektowaniem linii światłowodowych. Jest to nadal wąski temat w Polsce dlatego postanowiliśmy opisać te tematy w postaci artykułu w czytelnej formie dla większości z Was.

Data dodania: 2009-12-04

Wyświetleń: 6888

Przedrukowań: 0

Głosy dodatnie: 0

Głosy ujemne: 0

WIEDZA

0 Ocena
Pobierz artykul

Licencja: Creative Commons

Trochę historii.
W 1880 roku inżynier z Concord (Massachusetts, USA) William Wheeler skonstruował i opatentował konstrukcję którą nazwał rurociągiem świetlnym (ang. light piping). Była to prawdopodobnie pierwsza poważna próba prowadzenia światła w ośrodku szklanym. Wheeler planował wykorzystać swój pomysł do oświetlania wnętrza budynków ale wynaleziona przez Edisona żarówka wyeliminowała pomysł jako zbyt skomplikowany i niepraktyczny.

Na czym to polega
Transmisja światłowodowa polega na prowadzeniu przez włókno szklane promieni optycznych generowanych przez źródła światła. Ze względu na niskie tłumienie, brak wpływu zewnętrznego pola elektromagnetycznego na prowadzony sygnał oraz inne zalety, światłowód stanowi obecnie najlepsze medium transportowe dla nowoczesnych torów transmisyjnych. Transmisja polega na połączeniu ze sobą nadajnika optoelektronicznego z odbiornikiem optoelektronicznym za pomocą światłowodu. Jako nadajniki są obecnie używane diody LED lub diody laserowe LD. Jako odbiorniki stosuje się fotodiody.

Budowa światłowodu
Medium transmisyjne światłowodu stanowi czyste szklane włókno kwarcowe wykonane z dwutlenku krzemu o przekroju kołowym - rdzenia, w którym światło jest zamknięte przez otoczenie nieprzezroczystym płaszczem. Dla wykorzystywanych w transmisji długości fali, współczynnik odbicia światła w płaszczu jest mniejszy niż w rdzeniu, co powoduje całkowite wewnętrzne odbicie promienia i prowadzenie go wzdłuż osi włókna. Średnicę światłowodu specyfikuje się zarówno dla rdzenia jak i dla powłoki zewnętrznej. Dla współcześnie produkowanych światłowodów jedno modowych średnica rdzenia wynosi od 4 do 10 um (głównie 9um), przy średnicy powłoki od 75 do 125um (głównie 125um). Dla światłowodów wielo modowych o skokowej lub gradientowej zmianie współczynnika odbicia średnica rdzenia mieści się w zakresie od 50 do 1000um, a średnica zewnętrza płaszcza w zależności od struktury wewnętrznej wynosi:

od 125 do 140um dla światłowodów ze współczynnikiem gradientowym (rdzeń niejednorodny) od 125 do 1050um dla światłowodów ze współczynnikiem skokowym (rdzeń jednorodny)

Najczęściej spotykana, znormalizowana średnica zewnętrzna płaszcza światłowodu wynosi 125um, a średnica płaszcza lakierowanego - 250um.

Zasadniczą cechą włókna są mody światłowodowe, określające rozkład pola i fizyczny kształt wiązki świetlnej układającej się w światłowodzie. W światłowodzie wielomodowym istnieją warunki optyczne do powstania i przesyłania wzdłuż włókna optycznego wielu dyskretnych modów (promieni świetlnych), każdy o odmiennej długości fali świetlnej i szybkości propagacji. Dla jedno modowej transmisji światła stosuje się światłowody o mniejszej średnicy rdzenia (typowo - 9um), która jest porównywalna z długością fali świetlnej. W światłowodach tych prowadzona jest tylko jedna monochromatyczna wiązka światła o stałej szerokości propagacji impulsu, co wpływa na zmniejszenie dyspersji transmitowanego sygnału i zwiększa długość toru światłowodowego bez potrzeby regeneracji sygnału.

Ważne zalety stosowania światłowodów:
szerokie pasmo przenoszenia,
mała tłumienność,
brak wpływu EMI,
brak przesłuchów między liniami,
bardzo utrudniony podsłuch,
separacja galwaniczna łączonych urządzeń.
Do budowy sieci światłowodowych (oprócz samego światłowodu) niezbędne są elementy aktywne (np.: nadajniki, odbiorniki, transceivery, wzmacniacze optyczne, przełączniki, huby, karty sieciowe i inne) oraz pasywne (np.: tłumiki, filtry, izolatory, sprzęgacze, złącza, multipleksery i inne), które umożliwiają łączenie ze sobą poszczególnych włókien światłowodowych w pożądaną strukturę sieciową. Elementy pasywne umożliwiają również wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieciowej do zwielokrotnienia przesyłu danych (bez konieczności układania nowych kabli światłowodowych) poprzez jednoczesną transmisję sygnałów na różnych długościach fal lub przy użyciu cyrkulatorów - w dwóch kierunkach w jednym torze.

A teraz  o przyszłości.
Nowoczesne sieci teletechniczne, a zwłaszcza sieci budowane w gęstej infrastrukturze miejskiej i sieci światłowodowe w technologii FTTB/ FTTH (Fiber To The Building / Fiber To The Home) wymagają nowych, bardzo pojemnych systemów dystrybucji światłowodów.
Odpowiedzią na stale rosnące zapotrzebowanie na systemy mikrokanalizacji teletechnicznej, jest kompleksowe rozwiązania w zakresie samej kanalizacji, mikrokabli światłowodowych, osprzętu i akcesorii połączeniowych oraz usług doradczych i wdrożeniowych. Dzięki nowemu podejściu system mikro kanalizacji świetnie wpasowuje się w idee budowy nowoczesnych sieci konwergentnych integrujących różne usługi sieciowe w ramach usług TriplePlay (Internet, Voice Over IP, Video Broadcast, Video On Demand)
Dzięki temu otrzymujemy gotowe rozwiązanie dla nawet najbardziej rozbudowanych systemów wraz z gwarancją rozwoju sieci w przyszłości. Nie bez znaczenia będą również takie cechy systemu jak obniżenie kosztu początkowego zakupu kabli światłowodowych, obniżenie kosztów przecisków i projektów budowlanych, mniejsze koszty odgałęzień głównych traktów światłowodowych.
Bez budowy sieci światłowodowych opartych na mikrokanalizacji nie zbudujemy w przyszłości Społeczeństwa Informacyjnego - a jest to kierunek w którym podąża cały świat. Nie pozwólmy Polsce pozostać w tyle.

Dyspersja w światłowodach

Dyspersja włókna jest cechą określającą przydatność światłowodu do transmisji długodystansowej. Dyspersja światłowodu powoduje przenoszenie impulsów świetlnych w zniekształconej postaci. Wiąże się z różnymi prędkościami rozchodzenia się składowych harmonicznych, odzwierciedlających przesyłany impuls wejściowy. Deformacja (poszerzenie) impulsu na skutek dyspersji chromatycznej rośnie z odległością transmisji i powyżej krytycznej długości powoduje nierozróżnialność impulsów. Na całkowitą dyspersję światłowodu składają się:

dyspersja modowa (nie występuje dla włókien jednomodowych, a dla gradientowych jest nieznaczna)
dyspersja materiałowa, nazywana chromatyczną, spektralną lub widmową (spowodowana przesyłaniem wielu fal monochromatycznych w rdzeniu z różnymi prędkościami)
dyspersja falowodowa (wynika z częściowego wędrowania wiązki światła przez płaszcz światłowodu)

Najbardziej istotnym z efektów ograniczających zasięg transmisji światłowodowej jest tłumienie. Ze względu na kształt charakterystyki tłumiennościowej szkła kwarcowego w zależności od długości fali, kolejne generacje systemów światłowodowych wykorzystywały do transmisji fal o długościach l=850nm, l=1300nm oraz l=1550nm. Te charakterystyczne punkty nazywane są odpowiednio I, II i III oknem transmisyjnym. I okno transmisyjne zastosowano już w latach siedemdziesiątych. Za atrakcyjnością tego okna przemawia dostępność tanich źródeł światła - diod elektroluminescencyjnych, wadą jest wysoka tłumienność ograniczająca odległość transmisji do kilkunastu kilometrów. II okno transmisyjne dla fali 1300nm stosowano w latach osiemdziesiątych, wtedy bowiem opanowano technologię wytwarzania światłowodów jednomodowych o niskiej tłumienności, pozwalających na zwiększenie zasięgu transmisji do 100km. Transmisję na długości fali 1550nm (w III oknie) zastosowano w latach dziewięćdziesiątych. Opracowano wtedy wydajne lasery na taką długość fali. Tłumienność wynosząca mniej niż 0,2dB/km pozwala na transmisje na odległości do 200km.

Łączenie światłowodów
Łączenia światłowodów można dokonywać w sposób trwały lub rozłączny. Połączenia trwałe, zwane spawami światłowodowymi, umożliwiają wykonywanie długodystansowych, jednorodnych strukturalnie linii transmisyjnych między regeneratorami optycznymi. Połączenia takie, wykonywane początkowo przez klejenie powierzchni włókien zostały całkowicie wyeliminowane przez spawy termiczne, w których uzyskuje się tłumienność przejścia sygnału poniżej 0,1dB. Połączenia rozłączne są przeznaczone do przedłużania kabli światłowodowych lub ich krosowania z siecią teleinformatyczną. Zapewniają przenoszenie energii świetlnej z małymi stratami i powtarzalność parametrów w kolejnych połączeniach. Uzyskanie niskich strat przejścia wymaga precyzyjnej obróbki mechanicznej elementów złącza - prawidłowego osiowania włókna i odpowiedniego styku czół łączonych światłowodów. Końcówki włókien kabla światłowodowego, zakończone fabrycznie złączami nazywane są pigtailami, natomiast do krosowania torów światłowodowych w łącznicach telekomunikacyjnych i węzłach komutacji stosuje się krótkie odcinki światłowodowe - patch cordy - zakończone odpowiednimi złączami.

---------------------------------------------------

www.telbest.pl

---------------------------------------------------

Bardzo prosimy nie usuwać linków - minimum 1

Licencja: Creative Commons