Wszystkie światłowody nawet jednomodowe nie są idealnym medium transmisyjnym.
Jedną z podstawowych wad jest tłumienie sygnału. Spowodowane jest przez straty falowe wynikające z niedoskonałości falowodu. Ponad to w rzeczywistym światłowodzie występuje: absorpcja (pochłanianie energii przez cząstki światłowodu), rozpraszanie energii spowodowane zarówno przez fluktuacje gęstości materiału rdzenia jak i fluktuacjami współczynnika załamania, a także wadami produkcyjnymi (zgięcia, mikropęknięcia).
Tłumienie ma różne źródła: straty materiałowe - większość światłowodów wykonana jest ze szkła kwarcowego SiO2. Światło ulega rozproszeniu z powodu fluktuacji gęstości materiału rdzenia, a ta spowodowana jest niedoskonałością struktury szkła. Dla czystego szkła kwarcowego stała materiałowa k = 0,8, a tłumienność spowodowana rozproszeniem Rayleigh'a wynosi dla długości fali widzianej przez światłowód l=850 nm 1,53 dB/km, dla l=1300 nm 0,28 dB/km, a dla l=1550 nm 0,138 dB/km. Oprócz rozpraszania Rayleigh'a istnieje silna absorpcja zarówno w podczerwieni, jak i nadfiolecie związana bezpośrednio z samymi własnościami szkła krzemowego SiO2. Nie pozwala ona na wykorzystanie jeszcze dłuższych fal do transmisji. straty falowodowe - wynikają z niejednorodności światłowodu powodowanymi fluktuacjami średnicy rdzenia, zgięciami włókna, nierównomiernością rozkładu współczynnika załamania w rdzeniu i w płaszczu, oraz wszelkimi innymi odstępstwami od geometrii idealnego światłowodu cylindrycznego. Deformacje włókna mające duży wpływ na tłumienie światłowodu to mikrozgięcia i makrozgięcia.
Mikrozgięcia powstają w procesie wytwarzania włókien i są to nieregularności kształtu rdzenia i płaszcza rozłożone wzdłuż włókna losowo lub okresowo. Wywołują w światłowodzie wielomodowym mieszanie się modów i ich konwersję w mody wyciekające do płaszcza. W światłowodzie jednomodowym mikrozgięcia powodują natomiast rozmycie modu.
Tłumienie wywołane makrozgięciami, czyli wywołane fizycznym zakrzywieniem włókna światłowodowego, jest pomijalnie małe dla promieni zakrzywień większych od kilku centymetrów. Mniejsze powodują zmianę współczynnika załamania w obszarze zgięcia, co także prowadzi do tworzenia się modów wyciekających i uwidacznia się efektem świecenia włókna na powierzchni. straty mocy sygnału powodowane są również przez przesunięcia, rozsunięcia oraz wzajemny obrót światłowodów. absorpcja w zakresie pasm użytecznych (0,8 - 1,5 µm) jest niewielka, wzrasta natomiast przy niewielkiej nawet koncentracji zanieczyszczeń metali Fe, Cu, Cr, a zwłaszcza jonów OH. Jest to proces nieodwracalny, wynikowa tłumienność zależy od rodzaju domieszek oraz od sposobu ich koncentracji. Ponadto powyższe zanieczyszczenia powodują selektywny wzrost tłumienia, wybór okien transmisyjnych wynika z konieczności pominięcia tych pasm absorpcyjnych.
Dyspersja chromatyczna występuje zarówno w światłowodach jednomodowych jak i w światłowodach wielomodowych. Jest ona źródłem strat. Dzięki domieszkowaniu, w pewnych granicach, można zmieniać parametry światłowodu, zmniejszając jego dyspersję chromatyczną.
TŁUMIENNOŚĆ :
Tłumienie nie powoduje zmiany kształtu sygnału, zmniejsza jedynie jego moc. Tłumienie światłowodów kwarcowych zależy od długości fali światła, rodzaju i czystości szkła kwarcowego, z którego zbudowany jest rdzeń [1]. Tłumienie rośnie wraz ze wzrostem długości łącza - ma więc bezpośredni wpływ na zasięg łącza.
Tłumienie wywołane jest absorpcją światła (rdzeń przepuszcza promieniowanie o ograniczonej długości fali), rozpraszaniem: chemiczne zanieczyszczenia włókna, niejednolitość światłowodu wywołana w procesie technologicznym - różna gęstość rdzenia powodująca zmiany w własnościach fizycznych, straty wynikające z niekontrolowanych zmian współczynnika załamania wiązki światła - możliwość wyjścia poza rdzeń i płaszcz (rozpraszanie Rayleigha), zanieczyszczenie szkła jonami metali i OH. Do skompensowania tłumienia wykorzystuje się wzmacniacze optyczne: półprzewodnikowe lub światłowodowych EDFA [1]
Okno Transmisyjne Długość fali [nm] Tłumienie [dB/km]
I 850 ~3
II 1300 0,3 - 0,5
III 1550 0,18 - 0,3
Tłumienność światłowodu w funkcji długości fali
Najważniejsze zjawiska odpowiedzialne za tłumienie światłowodów ze szkieł kwarcowych
Rozpraszanie Rayleigh'a
Rozpraszanie Rayleigha to rozpraszanie fali elektromagnetycznej w materiale, wywołane przez niejednorodności materiału o rozmiarach małych w porównaniu z długością fali światła. Istnieją dwie przyczyny niejednorodności: fluktuacje gęstości i składu szkła. Straty wywołane rozpraszaniem Raileigha są odwrotnie proporcjonalne do czwartej potęgi długości fali światła, czyli rozpraszanie Raileigha maleje ze wzrostem długości fali. W światłowodach telekomunikacyjnych wykonanych ze szkła kwarcowego domieszkowanego germanem minimalne tłumienie jest zdominowane rozpraszaniem Raileigha, w związku z czym światłowód nie może mieć tłumienia mniejszego niż 0,15 - 0.17 dB/km dla 1550 nm. Włókna które mogą prowadzić światło o większej długości fali będą się charakteryzować mniejszym rozpraszaniem Rayleigha i mniejszym tłumieniem. Wewnętrzne nieregularności struktury mogą być przyczyną dodatkowych strat rozproszeniowych. Zwane są one niekiedy stratami na mikrodeformacjach. Zwykle słabo zależą od długości fali, zwiększając straty tła powyżej teoretycznego minimum. Czynniki zewnętrzne, np. gięcie włókna mogą wywoływać straty radiacyjne. Centra barwne, wywołujące zależne od długości fali tłumienie mogą również zwiększać straty światłowodu. Ich źródłem mogą być np. domieszki metali wprowadzane w procesie wyciągania włókna.
DYSPERSJA
Dyspersja powoduje, że poszczególne promienie światła mają różny czas przebiegu przez światłowód. Impuls świetlny ulega poszerzeniu (rozmyciu), co ogranicza częstotliwość maksymalną powtarzania impulsów, czyli szerokość pasma przenoszenia. Jest to szczególnie istotne przy światłowodach wielomodowych, ponieważ różne mody mają różne czasy przebiegu, a to ogranicza szerokość pasma. Zjawiska te nie występują w światłowodzie jednomodowym.
W wyniku różnic w prędkości poruszania się fal o różnych długościach, fale wysłane jednocześnie nie docierają do odbiornika w tym samym czasie. W rezultacie na wyjściu pojawia się szerszy impuls, który rośnie wraz ze wzrostem długości światłowodu. Przepływność transmisyjna włókna jest więc określona przez to, jak blisko siebie można transmitować kolejne impulsy bez ich wzajemnego nakładania się na siebie (przy zbyt bliskich impulsach zleją się one w światłowodzie w jedną ciągłą falę). Dyspersja ogranicza długość światłowodu, przez który może być transmitowany sygnał. Rozróżnia się dwa typy dyspersji - dyspersję międzymodową występującą w światłowodach wielomodowych oraz dyspersję chromatyczną występującą w włóknach jednomodowych.
W światłowodach tak jedno, jak i wielomodowych, istnieje również naturalna dyspersja materiału. Wynika ona ze zmian współczynnika załamania światła w szkle. Zależy ona od długości fali, powodowana jest też przez niejednorodności struktury materiału.
Wykorzystanie w systemach światłowodowych większych długości fali przede wszystkim ok. 1300 nm, zamiast 830-900 nm wykorzystywanych w pierwszych systemach przynosi poważne korzyści jeśli chodzi o dyspersję, gdyż dyspersja materiałowa w tym obszarze długości fali jest praktycznie równa zeru. Co więcej, w miarę doskonalenia procesu produkcji włókna, zaczęło się okazywać, że dla bardzo suchych (o małej zawartości jonów OH) rodzajów szkła, można uzyskać dla fali 1300 nm wartości tłumienności znacznie poniżej 3-5 dB/km, jakie uzyskiwano dla 850 nm i z wielu źródeł pojawiły się doniesienia o uzyskaniu dla fali 1300 nm wartości tłumienności rzędu od 1 do 0,5 dB/km. Uzyskano też dla fali 1550 nm tłumienność rzędu 0,2 dB/km.
Dyspersja modowa
Dyspersja modowa występuje w światłowodach wielomodowych. Impuls światła wiedziony przez światłowód jest superpozycją wielu modów, z których prawie każdy, na skutek różnych kątów odbicia od granicy rdzenia, ma do przebycia inną długość drogi między odbiornikiem a nadajnikiem. Dyspersja modowa światłowodów skokowych przekracza znacznie wszystkie pozostałe dyspersje. Dodatkowo z powodu dużego tłumienia jednostkowego tych włókien docierający sygnał ma wyraźnie inny kształt i mniejszą amplitudę. Zniekształcenie to rośnie wraz z długością światłowodu. Ograniczenie dyspersji modowej i zwiększenie pasma światłowodów wielomodowych do 1200 MHz×km uzyskano wprowadzając włókna gradientowe.
Dyspersja chromatyczna
Z racji tego, że światłowody jednomodowe propagują tylko jeden mod, nie występuje tutaj zjawisko dyspersji międzymodowej. Uwidacznia się natomiast inny, dotychczas niewidoczny rodzaj dyspersji, dyspersja chromatyczna. Składają się na nią dwa zjawiska: dyspersja materiałowa i falowa.
Dyspersja materiałowa
Dyspersja materiałowa powodowana jest zmianą współczynnika załamania szkła kwarcowego w funkcji długości fali. Ponieważ nie istnieje źródło światła ściśle monochromatyczne, gdyż każdy impuls światła składa się z grupy rozproszonych częstotliwości optycznych rozchodzących się z różną prędkością, docierający po przebyciu fragmentu włókna mod charakteryzuje się rozmyciem w czasie.
Dyspersja falowa
Dyspersja falowa jest to zależność efektywnego współczynnika załamana od częstotliwości. Dyspersja falowa częściowo powodowana jest wędrowaniem wiązki przez płaszcz światłowodu. Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości materiałowych płaszcza.
Tłumienie i dyspersja zależą od długości fali i materiału światłowodu. Pierwsze włókna wykonane w roku 1970 posiadały tłumienie rzędu 20 dB/km. Z postępem technologicznym zaczęto produkować światłowody o znacznie niższym tłumieniu, zoptymalizowano długość fal pod względem najmniejszego tłumienia. Pierwsza generacja światłowodów pracowała ze światłem o długości fali 0,85 µm, druga generacja 1,3 µm, a trzecia 1,55 µm. Najniższe teoretyczne tłumienie występuje przy fali o długości 1,55 mm i wynosi 0,16 dB/km, podczas gdy najmniejsza dyspersja występuje przy fali o długości 1,3 µm.
Telekomunikacja -dziedzina działalności ludzkiej dotycząca przekazywania na odległość wiadomości za pośrednictwem sygnałów
Tor teletransmisyjny- droga od jednego urządzenia sieciowego do drugiego urządzenia sieciowego
Teletransmisja- dział telekomunikacji odpowiadający za przesyłanie sygnałów telekomunikacyjnych od punktu do punktu drogą
-przewodową (teletransmisja kablowa-miedziana, falowodowa, światłowodowa)
-radiową ( teletransmisja radiowa wykorzystująca fale radiowe-radiolinie, urządzenia radiowe nadawczo odbiorcze)
Główne problemy teletransmisji- realizacja cienkich dróg Eretrii (tory teletransmisyjne) walka ze zniekształceniami i zakłóceniami, wielokrotne wykorzystywanie torów telekomunikacyjnych
Tor teletransmisyjny- jest to urządzenie będące układem biernym umożliwiające ruch fal elektromagnetycznych (świetlnych) w kanale przestrzennym w taki sposób, że energia tych fal zostaje skupiona umyślnym walcu o dostatecznie małym promieniu (przewodowe-koncentryczne, światłowodowe)
Kanał teletransmisyjny- zespół środków technicznych umożliwiających przesyłanie sygnałów telekomunikacyjnych od punktu A do punktu B
Łącze telekomunikacyjne- zespół środków technicznych umożliwiających przeysłanie sygnałów telekomunikacyjnych od punktu a do B
Tory telekomunikacyjne
Przewodowe( symetryczne współosiowe) -radiowe (proste, satelitarne, łamane) -światłowodowe
Zjawiska ograniczające jakość i zasięg transmisji - tłumienie i opóźnienie sygnału -skażenia sygnału: zniekształcenia sygnału, zakłócenie sygnału
Przyczyny wywołujące tłumienie- straty energii w drodze sygnału
Zwalczanie tłumienia
- zwiększanie tłumienności w torach przewodowych (zwiększanie średnicy kabla)
-zwiększanie rozmiarów kanału w torach radiowych (lub wybranie innej częstotliwości)
-stosowanie stacji wzmacniakowych (analog) regeneratorów( dla sygnałów cyfrowych )
Opóźnienie sygnału
-w telefonii dopuszcza się opóźnienie nie większe niż 400 mikro s
-w łączach satelitarnych nie dopuszcza się więcej nie jednego satelitę stacjonarnego
Skażenie sygnału
-wszelkie odchylenie kształtu przebiegu sygnału (proporcjonalnie zwiększenie lub zmniejszenie wszystkich wartości chwilowych sygnału z zachowaniem ich kolejności nie jest skażeniem )
Klasyfikacja światłowodów
Ze względu na materiał
a) światłowody kwarcowe (rdzeń i płaszcz ze szkła kwarcowego , tłumienei rzędu 0,2dB/km dla l-1,55 µm
b) światłowody szklane (rdzeń i płaszcz ze szkieł wieloskładnikowych), tłumienei 10-1000dB/km w zależności od czystości i jednorodności szkieł
c) światłowody plastykowo-szklane (rdzeń ze szkła kwarcowego lub wieloskładnikowego- płaszcz polimerowy lub rdzeń bez płaszcza)
Ze względu na stosunek średnicy rdzenia do płaszcza
a) światłowody cienkordzeniowe - są to klasyczne światłowody telekomunikacyjne średnica rdzenia 50 µm - płaszcza 125µm
b) światłowody grubo rdzeniowe przeważnie plastykowe lub plastykowo-
c) szklane -srednica rdzenia rzędu 100-1000µm , grubośc otoczki płaszcza 100-500µm
Ze względu na kształty geometryczne
a) włókniste (telekomunikacyjne)
b) płaskie
Ze względu na ilośc prowadzonych modów
a) wielodomowe - prowadzą setki i tysiące modów
b) światłowody jednomodwe- prowadź jeden mod o dóch możliwych polaryzacjach średnica rdzenia zależy od długości fali liczonej z zależności:
a- średnica rdzenia
- długośc fali
n-współczynnik załamania
c- tzw częstotliowśc odcięcia
V- tzw częstotliowśc unormowana i w zakresie transmitowanych długości fal -,8-0,6 mm wynosi 5-10 µm
c) światłowody quasijednomodowe- prowadzą kilka lub kilkadziesiąt modów - otrzymuje się je wówczas gdy liczba V jest bliska (niewiele większa) liczbie (częstottlwiości0 odcięcia Vc drugiego modu V=Vc
Ze względu na rozkład współczynnika załamania (tzw. Profil światłowodu)
a) światłowody skokowe- współczynnik załamanai rdzenai i płaszcza zmeiani się skokowo przy czym różnica współczynników załamania wynosi ok. 1%
b) światłowody gradientowe- rozkład współczynnika załamania w rdzeniu jest niejednorodny i asymptotycznie dązdy do wartości do współczynnika załamania płaszcza
c) światłowody typu W- światłowody o skokowo zmieniającym się współczynniku załamania wzdłuż promienia
Parametry opisujące światłowód telekomunikacyjny
1. Pasmo przenoszenia MHz*km Mbit/s*km
2. Tłumienie jednostkowe dB/km
3. Aparatura numeryczna NA
Apertura numeryczna NA (ang. Numerical Aperture) definiowana dla światłowodów jako sinus kąta stożka akceptacji, tzn. maksymalnego kąta w stosunku do osi rdzenia włókna, pod którym światło wprowadzone do światłowodu nie będzie z tego włókna uciekać (z powodu niezachowania warunku dla całkowitego wewnętrznego odbicia).
4. Okno transmisyjne
5. Średnica rdzenia
6. Profil współczynnika załamania
7. Modowość
//////////////
co to telekomunikacja
co to teletransmisja
jakie sa tory transmisyjne
roznica miedzy kanalem a torem
przeniki i zaklocenia
swiatlowody - tlumienie przyczyny, poczerwien i UV
apertura numeryczna
dyspersja modowa, materialowa, chromatyczna
źrodla swiatla i detektory
1. klasyfikacja swiatlowodow
2. od czego zalezy tlumienie szkla kwarcowego
3. jak dyspersja materialowa wplywa na szybkosc transmisji
plus jakies takie:
1. czym się zajmuje teletransmisja
2. dyspersja modowa i materiałowa
3. straty (w świa
Wyszukiwarka