© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

1

Pasywne elementy traktu

światłowodowego

Światłowody, sprzęgacze, rozgałęziacze i inne

pasywne elementy toru

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

2

Lista elementów traktu światłowodowego

Pasywne

1. Światłowody

2. Kable światłowodowe

3. Złącza

4. Rozgałęziacze

5. Soczewki (mikrosoczewki, GRIN)

Aktywne

1. Źródła i detektory światła

2. Wzmacniacze światłowodowe i konwertery długości fali

3. Modulatory i przełączniki światłowodowe

4. Tłumiki, filtry, multipleksery

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

3

Parametry elementów traktu światłowodowego

1. Charakterystyki użytkowe, specyficzne dla określonego

elementu, np. dyspersja światłowodu, charakterystyka
spektralna filtra, podział mocy rozdzielacza

2. Straty własne

3. Straty odbiciowe

4. Czułość polaryzacyjna

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

4

Rodzaje światłowodów

1.Światłowody jednomodowe, standardowe np. G.652, SMF-28, z

przesuniętą dyspersją (DSF – G.653)

2.Światłowody wielomodowe, 62.5/125, 50/125 – G.651

3.Światłowody plastikowe (średnica rdzenia ~1mm)

4.Światłowody specjalne (światłowody polaryzacyjne i podtrzymujące

polaryzację aktywne, szafirowe)

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

5

Światłowody „polaryzacyjne”

•

Światłowody polaryzujące

•

Światłowody podtrzymujące polaryzacje (PM)

Przykład: światłowody podtrzymujące polaryzację
Światłowód typu Panda - wytwarzany przez Alcoa
Fujikura Ltd. Japan.

Dwa pręty wprowadzają naprężenia i wywołują
dwójłomność rdzenia. To z kolei tworzy osie
optyczne szybką i wolną, to znaczy światło
rozchodzi się szybciej przy polaryzacji zgodnej z
jedną z osi. Kierunek wyznaczony przez pręty
naprężające i rdzeń odpowiada wolnej osi
optycznej.

Zwyczajowo złączki justuje się do wolnej osi
optycznej.

Fast

Axis

Slow Axis

Panda

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

8

Podstawowe typy kabli światłowodowych

Wg. ilości włókien
1. Simplex
2. Duplex
3. ...
Wg. obszaru zastosowań
1. Kable stacyjne
2. Kable trakcyjne
3. OPGW, ADSS,
4. ...
Wg. technologii wykonania
1. Ścisła tuba
2. Luźna tuba
3. OPGW, ADSS
4. ...

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

9

Podstawowe typy kabli - klasyfikacja „katalogowa”

Kable zewnętrzne

kanałowe
wzmacniane
przeciwgryzoniowe
samonośne, ósemkowe
ziemne
podwodne
konstrukkcyjnie: luźna tuba lub rozetowe

Kable wewnątrzobiektowe

wzmacniane i niewzmacniane
przeciwgryzoniowe

Kable stacyjne

jednowłóknowe
dwuwłóknowe
wielowłóknowe rozdzielcze (dzielone)

Kable samonośne dla linii energetycznych i telekomunikacyjnych

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

10

Kable światłowodowe

- podstawowa klasyfikacja wg. konstrukcji

• ścisła tuba

•luźna tuba

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

11

Wewnątrzobiektowe kable stacyjne jedno i dwu-włóknowe

Włókno optyczne: jedno lub wielomodowe

włókno optyczne
tuba (ścisła) 0,9 mm

włókna aramidowe
powłoka kabla

włókno optyczne
tuba (ścisła) 0,9 mm

włókna aramidowe
powłoka kabla

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

12

Kabel zewnętrzny - luźna tuba, widok

Ripcord

PE jacket

Dielectric strength member

Water swellable tape

Buffer tube

Fibers

Dielectric central member

Water swellable yarn

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

13

Straty w elementach toru światłowodowego

• straty absorpcyjne - pochłanianie w
obszarze materiału lub struktury

• straty odbiciowe - wywołane odbiciami na
powierzchniach granicznych światłowodów i
struktur

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

14

Straty absorpcyjne

Straty całkowite w elementach toru
światłowodowego:

WE

WY

P

P

dB

A

log

10

]

[

=

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

15

Straty odbiciowe

Współczynnik odbicia na granicy dielektryków o współczynnikach
załamania n

1

i n

2

(

)

(

)

2

2

1

2

2

1

n

n

n

n

R

+

−

=

(

)

(

)















+

−

−

=

2

2

1

2

2

1

1

log

10

n

n

n

n

A

Tłumienność wywołana odbiciami w dB - określa jaka część sygnału
pozostaje w linii po odbiciu (np. tłumienność złączki):

Tłumienność odbiciowa dB (optical return loss) - określa jaka
część sygnału wraca w kierunku źródła:

(

)

(

)















+

−

=

=

2

2

1

2

2

1

log

10

)

log(

10

]

[

n

n

n

n

R

dB

ORL

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

16

Współczynniki odbicia na granicy

różnych materiałów

(

)

(

)

2

2

1

2

2

1

n

n

n

n

R

+

−

=

szkło

n=1,5 R=4% lub -14dB

GaAs n=3,2

R=27% lub -6 dB

Si

n=4

R=36% lub -4 dB

tłumienność odbiciowa dla złączki PC -50 dB

tłumienność odbiciowa dla złączki AC -80 dB

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

17

Złączka światłowodowa

Złączka światłowodowa łączy dwa włókna tak, że światło
może przechodzić z jednego do drugiego. Jest ona jednym z
najważniejszych elementów systemu światłowodowego.

Podstawowe wymagania konstrukcji:

• minimalizacja strat i odbić.
• realizacja połączenia stabilnego mechanicznie i optycznie.

Straty typowych złączek zawierają się w granicach od 0.25
do 1.5dB.

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

18

Schemat budowy złączki światłowodowej

Prosta złączka
światłowodowa, z otworkiem
dla cieczy immersyjnej

Konstrukcja współczesnej złączki
światłowodowej, z ferrulą ustalającą
położenie światłowodów

Obudowa
Nakrętka sprzęgająca
Pierścień oporowy
Tuleja zaciskowa

Osłona kabla
Nasuwka ochronna
Ferrula ceramiczna

Łącznik
Tuleja

Tuleja

pasująca

Tuleja

Światłowód

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

19

Wybór złączki światłowodowej

Wybierając złączkę projektant systemu powinien uwzględnić typ
włókna, wymaganą jakość optyczną, środowisko pracy, sposób
instalacji i utrzymania systemu oraz koszty. Przy rozbudowie lub
modyfikacji systemu należy wziąć pod uwagę zagadnienia
kompatybilności wstecznej.
Procedura wyboru powinna uwzględniać następujące
zagadnienia:
1. Typ kontaktu włókien (NC, PC, SPC, APC)
2. Rodzaj złączki (n.p., SMA, Biconic, ST, FC, SC, DIN, itd.)
3. Technologię wykonania (n.p., żywica
termoutwardzalna/polerowanie, techn. bezklejowa, itd.)
4. Rodzaj materiału (n.p. materiał ferruli i obudowy)

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

20

Kształt czoła ferruli i światłowodu

Szczelina
powietrzna

Kontakt fizyczny,
płaski. Flat PC

PC

APC

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

21

FOCIS

(Fiber Optic Connector Intermateability Standard)

Publikowane jako standard TIA-604-XX
Biconic: FOCIS 1
ST: FOCIS 2
S.C.: FOCIS 3
FC: FOCIS 4
MTP

®

/MPO: FOCIS 5

Panduit FJ: FOCIS 6
3M Volition: FOCIS 7
Mini-MAC: FOCIS 8 (Wycofany)
Mini MPO: FOCIS 9 (Wycofany)
Lucent LC: FOCIS 10
Siecor SCDC/SCQC: FOCIS 11:(jeszcze nie zatwierdzony)
Siecor/Amp MT-RJ: FOCIS 12:
MF: FOCIS 15
LSH (LX-5): FOCIS 16

Zlaczka MU nie poosiada na razie standardu FOCIS.

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

22

Wybrane złączki światłowodowe

dla standardowych światłowodów szklanych

SMA 905

DIN 47256

D-4

SMA 906

FC, FC/PC

ST

Biconic

SC

HMS-10/HP

Diamond

FDDI

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

26

Technologie wytwarzania złączek światłowodowych

1. Złączki klejone przy pomocy żywic epoksydowych,
utwardzane na gorąco

2. Złączki klejone technologią HotMelt (3M)

3. Złączki wstępnie zarabiane - bez kleju, bez polerowania
(UniCam®, LithtCrimp+ - AMP)

4. Złączki zaciskane - technika bez kleju (LightCrimp - AMP)

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

27

Nowe technologie i konstrukcje złączek światłowodowych

Nowe technologie i rozwiązania konstrukcyjne złączek
pojawiają się jako wynik zapotrzebowania na połączenia
o większej gęstości upakowania (mniejszy wymiar
poprzeczny) i niższej cenie. Zwraca się również uwagę
na zwiększenie szybkości wytwarzania złączek.

Pożądana jest również zgodność z istniejącymi
technologiami światłowodowymi i sieciowymi. Wyraźnie
można zauważyć tendencję do opierania się na
standardzie złącza RJ-45

(Prezentowane rozwiązania określane są jako
Small Form Factor (SFF) Connectors)

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

28

Small Form Factor (SFF) connectors

Porównanie
wielkości złączki
FC i LC (SFF)

Różne złączki
SFF, od lewej do
prawej:
SC-DC, LC, MT-
RJ, Duplex SC ,
Volition, Opti-
Jack

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

35

Spawanie światłowodów włóknistych

Wykonanie połączenia spawanego

1. Identyfikację światłowodów w kablu i wybór łączonych par

2. zdjęcie pokryć ochronnych z kabla i światłowodów

3. Przygotowanie powierzchni czołowych światłowodów

4. Justowanie i połączenie światłowodów (np. w łuku elektrycznym)

5. Zabezpieczenie wykonanego złącza

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

36

Spawanie w łuku elektrycznym - etapy

uchwyty pozycjonujące

1

2

3

4

justowanie światłowodów

wygrzewanie wstępne

spawanie właściwe

odprężanie spawu

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

37

„Spawy mechaniczne”

1. Elastomeric Lab Splice.
Umożliwia setki połączeń

2. 3M Fibrlok. il <0.2dB, fr >7.75 lbs. orl -35dB. V-groove
- bez żywicy epoks. Stabilność termiczna -400C to 800C.

3. AMP Corelink. sl 0.15dB dla
włókna 125um

4. Siemon Ultra Splice. sl -0.2dB, fr > 2 lbs

5. Corning Cable System
CAM Splice. 0.5dB

il - insertion loss, fr - fiber retention, orl - optical return loss,

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

38

Sprzęgacze światłowodowe - klasyfikacja

Wg. konstrukcji

1. Sprzęgacze boczne

2. Sprzęgacze czołowe

Wg. technologii

1. Sprzęgacze polerowane/klejone

2. Sprzęgacze przewężane/spawane

3. Sprzęgacze wykonane w technologii optoelektroniki
zintegrowanej

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

39

Technologia i budowa sprzęgaczy światłowodowych

1. Dwustożkowe sprzęgacze

rozciągane i stapiane

Kolejne etapy wykonania
sprzęgacza polerowanego i
klejonego.

3. Sprzęgacze polerowane i klejone

2. Sprzęgacze wykonane w

technologii optyki zintegrowanej

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

40

Parametry sprzęgacza światłowodowego

SPRZĘGACZ

P

1

P

2

P

3

P

4

P

1

- moc wejściowa

P

2

- moc powracająca (odbita)

P

3

- moc wyjściowa (bezpośrednia)

P

4

- moc wyjściowa (sprzężona)

Kierunkowość
sprzężenia

1

2

log

10

P

P

S

=

Stosunek
sprzężenia

1

4

log

10

P

P

C

=

Straty
wewnętrzne

1

3

log

10

P

P

I

=

Stosunek
sprzężenia

1

4

3

log

10

P

P

P

E

+

=

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

41

Soczewki GRIN

GRIN Lens - GRadient INdex Lens

( )

( ) ( )

( )

( )

[

]

...

1

0

6

6

4

4

2

2

2

+

+

+

−

=

gr

h

gr

h

gr

n

r

n

r - odległość od osi

n - współczynnik załamania

g - stała rozkładu h

-

współczynnik rozwinięcia

soczewka GRIN

r

Rozkład współczynnika załamania

n(r)

r

© Sergiusz Patela 1999-2002

Elementy traktu światłowodowego

42

Bieg promienia w soczewce GRIN

Typowe wymiary soczewki GRIN

długość 3-30 mm
średnica 1-2 mm

P

0.5 P

0,25 P