background image

Optoelektronika 

 

 

 

12

3.  Złącza światłowodowe 

3.1.  Rodzaje złącz 

W liniach telekomunikacyjnych kable składają się z odcinków o długości typowej 1-2km. 

Z  kolei  w  sieciach  lokalnych  mamy  dużą  liczbę  rozgałęzień  i  połączeń.  Pojawia  się,  zatem 
problem  łączenia  światłowodów  jako  czynnik  wyznaczający  parametry  transmisyjne  goto-
wych  sieci.  Sprzęganie  światłowodów  realizowane  jest  w  postaci  połączeń  stałych  i  rozłą-
czalnych.  Połączenia  stałe  ze  względu  na  małe  straty  i  wysoką  odporność  mechaniczną 
używane są w łączeniu linii dalekosiężnych. Tłumienie złącz stałych zawiera się w granicach 
0.01-0.1dB i polega na sklejeniu lub zespawaniu ze sobą włókien (np. w łuku elektrycznym) 
a następnie  zabezpieczeniu  miejsca  połączenia.  Oprócz  niskiej  tłumienności  takiego  po-
prawnie  wykonanego  złącza  jego  zaletą  jest  również  odporność  na  zmiany  czynników  ze-
wnętrznych. W przypadku sieci lokalnych wygodne w stosowaniu są połączenia rozłączalne. 
Do najbardziej rozpowszechnionych z nich zaliczają się trzy typy: ST(bagnetowe), FC (wkrę-
cane rys. 3.1) i SC (wsuwane). 

 

Rys. 3.1. Przekrój złącza FC 

Wszystkie z nich bazują na tulejach, wykonanych z ceramiki (alundowej lub cyrkoniowej), lub 
stalowych.  Tuleje  są  bardzo  precyzyjnie  wykonane,  tak  by  umieszczony  w  nich  światłowód 
jednomodowy był ustawiony centralnie z dokładnością nie gorszą niż 1-2 mikrometra! Umoż-
liwiają  one  szybkie  łączenie  ze  sobą  światłowodów,  a  także  sprzęgania  ze  światłowodami 
ź

ródeł światła, bądź detektorów. Tłumienie tego typu łącz  wynosi od 0.3 do 1.5 dB. Współ-

czynnik tłumienia wyraża się wzorem: 

 

[ ]

dB

P

P

S

wy

we

log

10

=

(3.1) 

Przy czym 

we

P

 − oznacza moc wejściową wiązki, natomiast 

wy

P

− moc wyjściową. Ich wadą 

jest istnienie odbić wstecznych na granicy szkło-powietrze i powietrze-szkło. Na każdym ta-
kim  przejściu  ok.  4%  energii  wejściowej  ulega  odbiciu  wstecznemu,  które  propagując  się  w 
ś

wiatłowodzie może dodatkowo zaburzać sygnał właściwy.  Mierząc  w decybelach stosunek 

mocy docierającej do złącza światłowodu do mocy ulegającej wstecznemu odbiciu uzyskamy 
w  takim  przypadku  wartość  ok.  10  dB.  Istnieją  jednak  lepsze  sposoby  łączenia  światłowo-
dów,  polegające  na  fizycznym  kontakcie  (ang.  PC:  Physical  Contact)  końcówek  światłowo-
dów, wśród których w zależności od sposobu obróbki końcówki rozróżnia się odmiany Super 
PC ( 40dB), Ultra PC (50dB) i Angled PC (60dB). 

3.2.  Parametry określające sprawność połączenia 

Jeśli  przyjmiemy,  że  rozpatrujemy  połączenie  dwóch  światłowodów 

1

S

  i 

2

S

,  a  wiązka 

propaguje się ze światłowodu 

1

S

 do 

2

S

 to sprawnością połączenia nazwiemy stosunek mocy 

wchodzącej do światłowodu 

2

S

 do mocy wychodzącej ze światłowodu 

1

S

 

wy

we

P

P

1

2

/

=

η

(3.2) 

background image

Optoelektronika 

 

 

 

13 

3.2.1. Przesunięcie osi światłowodów jednomodowych 

Zakładając,  że  osie  światłowodów  są  względem  siebie  równolegle  przesunięte  sprawność 
połączenia wyniesie

1

 

)

2

exp(

)

(

4

2

2

2

1

2

2

2

2

2

1

2

1

w

w

d

w

w

w

w

+

+

=

η

(3.3) 

 

gdzie przesunięcie osi wyznacza 

2

0

2

0

y

x

d

+

=

a średnice pól modowych w odpowiednich światłowodach wynoszą: 

2

1

w

w

Z analizy zależności (3.3) wynika, że w celu uzyskania strat niższych niż 0.2 dB średnice 

pól  modalnych  mogą  być  różne  o  nie  więcej  niż  20%  i  przesunięcie 

d

  również  nie  może 

przekraczać  20%  średnicy  pola  modalnego  (przy  założeniu 

2

1

w

w

=

).  Konsekwencją  tego 

jest  stosowanie  do  łączenia  takich  samych  światłowodów  w  przypadku  światłowodów 
jednomodowych. Światłowody wielomodowe nie stawiają już tak krytycznych wymagań. 

3.2.2. Różnica średnic rdzeni światłowodów wielomodowych 

Zakładamy,  że  osie  światłowodów  pokrywają  się,  średnice  ich  rdzeni  wynoszą 

1

a

  i 

2

a

apertury  numeryczne  są  takie  same,  a  rozkład  współczynników  załamania  skokowy  i  taki 
sam w obydwu przypadkach.  
Możliwe są dwie sytuacje: 

1. 

2

1

a

a

>

,  wówczas  straty  są  proporcjonalne  do  stosunku  pól  powierzchni  obydwu 

rdzeni i wynoszą

2

 

)

log(

20

2

1

a

a

L

=

(3.4) 

2. 

2

1

a

a

<

, wtedy cała energia jest akceptowana przez światłowód 

2

S

3.2.3. Różnica apertur numerycznych światłowodów wielomodowych 

Dla  dwóch  takich  samych  światłowodów  o  aperturach  numerycznych 

1

NA

  i 

2

NA

,  jeśli 

2

1

NA

NA

<

 wówczas cała wiązka wychodząca zostanie zaakceptowana przez światłowód 

2

S

 

(patrz rys. 3.2). 

 

Rys. 3.2. Światłowody o różnej aperturze numerycznej 

W przeciwnym przypadku sprawność będzie zależała od kwadratów kątów akceptacji: 

 

(

)

2

1

/

log

20

NA

NA

L

=

(3.5) 

                                                           

1

 J. Siuzdak Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej -WKiŁ, W-wa 1997, wyd I, str. 103 

2

 Strona: 13 

J. Siuzdak Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej -WKiŁ, W-wa 1997, wyd I, str. 104 
 

background image

Optoelektronika 

 

 

 

14

3.2.4. Przesunięcie poprzeczne światłowodów wielomodowych 

Jeśli osie dwóch takich samych światłowodów o średnicy rdzenia 

a

2

 rozsuniemy o odle-

głość 

d

 (rys. 3.3), wówczas sprzężenie będzie zachodziło tylko w obszarze wspólnym oby-

dwu rdzeni, stąd wiadomo, że d nie powinno być większe niż 0,5a. Sprawność można wów-
czas wyznaczyć z przybliżonego równania: 

 

a

d

π

η

2

1

=

(3.6) 

 

Rys. 3.3. Przesunięcie poprzeczne osi światłowodów 

3.3.  Ćwiczenie 

W  ramach  ćwiczenia  należy  dokonać  pomiaru  tłumienności  złącza  światłowodowego  han-
dlowego  i  dwóch  rodzajów  "połączeń"  zrealizowanych  samodzielnie:  pierwsze  polegać  bę-
dzie na zbliżeniu dwóch końcówek światłowodów i wyjustowaniu przy pomocy układów regu-
lacyjnych. Drugie połączenie wiązać się będzie z przygotowaniem prostego uchwytu pomoc-
niczego (patrz powiększony detal na rys. 3.4).  

3.3.1. Lista potrzebnych elementów 

 

L.P.  Opis 

il.szt. 

Płyta podstawy 

Pręt mocujący 

Kolumna zwykła 

Pochylny uchwyt elementów płaskich  2 

Uchwyt małych elementów okrągłych  2 

Moduł lasera 

Moduł kolimatora 

Moduł detektora 

Uchwyt światłowodu 

11A  Światłowód wielomodowy 2m 

11B  Światłowód wielomodowy 2m 

12 

Kolumna z mikroprzesuwem 

13 

Pozycjoner XZ