Światłowody

Seminarium sieci

telekomunikacyjnych

Karol Tutaj

Przebieg seminarium

• wprowadzenie
• trakt światłowodowy i jego elementy
• Światłowód
• budowa, podział, zastosowanie, parametry
• łączenie światłowodów
• amatorska sieć z użyciem światłowodów
• nowe technologie
• inne zastosowania prócz telekomunikacji
• wady i zalety

-informacja
najbardziej cenionym
produktem

-światłowody wysoko
ponad konkurencją

-światło przyszłości
:o)

Ważniejsze daty technologi

światłowodowej:

1955 - Anglik Narinder S. Kapany wynalazł szklane przewodniki światła.

Kapany zawiązał do eksperymentów Johna Tyndalla, z roku 1870.
Odkrył on, że światło z zakrzywionego strumienia wody nie może ulec
rozproszeniu, gdyż z powodu różnych wielkości kątów załamania wody
i powietrza na wewnętrznej powierzchni strumienia wody dochodzi do
całkowitego odbicia promienia.

1956 - Curtiss sugeruje robienie włókna szklanego z topiącego się pręta

szklanego.

1975 - Pierwsza komercyjna dioda laserowa. Pracuje w temperaturze

pokojowej

1977 - General Telephone i Electronics przesyłają pierwsze rozmowy

telefoniczne przez włókno światłowodowe. Uzyskują 6 Mbit/s.
Instalacja znajduje się w Long Beach, California.

1988 - TAT-8 (Transatlantic Telephone Cable) Transatlantyckie włókno o

długości 6700 km, składało się z trzech par włókien umożliwiał
jednoczesne prowadzenie 40 000 rozmów (280 Mbit/s); złącza
przekaźnikowe umieszczono co 60-80 km; do wysyłania sygnału użyto
diody laserowej o dł. fali 1,3 mikrometra.

2000 - Osiągięto prędkość transmisji 6,875 Tb/s była to transmisja

dwukierunkowa DWDM z odlekłością między kanałami 50 GHz (176 x
40 Gb/s).

Trakt światłowodowy

to droga

sygnałów optycznych utworzona z

nadajnika optycznego,

światłowodu, odbiornika

optycznego , elementów

sprzęgających i połączeniowych

Elementy optyczne wykorzystywane

do transmisji danych.
Diody, lasery, detektory.

nadajnik

· diody laserowe (LD)
· diody elektroluminescencyjne (LED)

Charakterystyka
elementów
a)dioda led
b)laser wielomodowy
c)laser jednomodowy

-modulacja
bezpośrednia

-modulacja zewnętrzna

detektor

Dobre detektory powinny spełniać kilka

podstawowych warunków:

· Charakteryzować się dużą czułością
· Posiadać szerokie pasmo częstotliwościowe w

celu uzyskania dużych przepustowości

· Posiadać idealnie dopasowaną aperturę

numeryczną (NA) do NA włókna

· Być odporne za zakłócenia zewnętrzne
· Posiadać korzystny stosunek sygnału do szumu

(S/N)

światłowód

Całkowite odbicie fali świetlnej na granicy dwóch
ośrodków.

Prawo Snella n

1

sini = n

2

sinr

Podział światłowodów ze względu

na zastosowany materiał

a) Szklane:

rdzeń ze szkła kwarcowego,
płaszcz ze szkła kwarcowego domieszkowanego

b) polimerowe:

rdzeń i płaszcz z polimeru

c) szklano – polimerowe:

rdzeń ze szkła
płaszcz z polimeru

Kabel światłowodowy składa się z
następujących elementów: (od środka)

- rdzeń (core)

- płaszcz (cladding)

- powłoka lakierowa (coating)

- płaszcz zewnętrzny.

Podział ze względu na

zastosowanie

Kabel zewnętrzny z włóknami w luźnych
tubach, jest odporny na oddziaływanie
warunków zewnętrznych

Kable wewnętrzne przeznaczone są do
układania wewnątrz budynku

podział ze względu na drogę przemieszczania się

światła

•jednomodowe
•wielomodowe

Mod światłowodowy

– pojedynczy

rodzaj drgań własnych światłowodu,
spełniający równanie falowe z
warunkami brzegowymi zależnymi od
wymiarów i konstrukcji światłowodu.

Profil refrakcyjny skokowego światłowodu

wielomodowego

.

Profil refrakcyjny światłowodu skokowego

jednomodowego.

Profil refrakcyjny światłowodu gradientowego

wielomodowego

OKNA TRANSMISYJNE

Okno Transmisyjne

Długość fali [nm]

Tłumienie [dB/km]

I

850

~3

II

1300

0,3 – 0,5

III

1550

0,18 – 0,3

GENERACJE ŚWIATŁOWODOWE
Można wyróżnić pięć generacji:
Pierwsza generacja (okno pierwsze - 850nm) w roku 1972
amerykańska firma Corning Glass uzyskuje światłowodowe włókno
wielomodowe o tłumienności około 4dB/km dla fali o długości 850nm, co
pozwoliło na uzyskanie pojemności transmisyjnej poniżej 50Mb/s i
skokowej charakterystyce załamania wiązki świetlnej.
Druga generacja (okno drugie - 1300nm) – w roku 1987 udało się po
raz pierwszy zastosować światłowód jednomodowy o prawie zerowej
dyspersji (dla fali 1300nm) i zmniejszonym tłumieniu jednostkowym (do
około 0,4dB/km)
Trzecia generacja (okno trzecie - 1550nm) charakteryzuje się
najmniejszą tłumiennością jednostkową (od 0,16 do 0,2 dB/km), co ma
bezpośredni wpływ na zasięg (pozwala na zwiększenie odległości między
regeneratorami do około 300km). Podstawową niedogodnością jest
występowanie wysokiej dyspersji (15 – 20 ps/km*nm)
Czwarta generacja wiąże się z wprowadzeniem szerokopasmowych
wzmacniaczy optycznych EDFA, komutacji i zwielokrotnienia falowego
WDM.
Piątą generację tworzą najnowsze osiągnięcia w zakresie transmisji
solitonowej (co teoretycznie prowadzi do nieograniczonego wzrostu
pojemności transmisyjnej BL).
Obecnie prowadzi się badania nad wykorzystaniem czwartego okna
transmisyjnego (pasmo “L” 1565 do 1625nm) – w 1998 roku Lucent
Technologies opracowała nowy światłowód nazwany TrueWave RS
(Reduced Slope) (odpowiednik Alcatela - TeraLight™), który zapewnia
znaczne ograniczenie rozproszenia sygnału w zakresie długości fal
dotychczas nie wykorzystywanych w światłowodach.

Parametry światłowodów

Kąt akceptacji

Apertura Numeryczna jest to sinus kąta
(a

max

)

Tłumienność światłowodu [dB/km]

Dyspersja

modowa

materiałowa

chromatyczna

falowa

łączenie światłowodów

•spawarka
światłowodowa

•złącze Fibrlok
•złącze kontowe

Najważniejsze standardy sieci opartej na światłowodzie:

10 Base-FL - Obecnie najchętniej stosowany
rodzaj światłowodu. Osiąga maksymalną
przepustowość rzędu 10Mb/s. Do transmisji
używa się włókna optyczne typu MMF 62.5/125,
jego maksymalną długość określa się na 2000m.
Do przyłączania kabla do transceiver-a służą
złącza ST.

100 Base-FX - Ta nowsza modyfikacja pozwala
na osiągnięci maksymalnej przepustowości
100Mb/s. Podobnie używamy kabla MMF
62.5/125 pozwalającego na osiągnięcie
odległości między końcami sieci rzędu 2000m.
Jako łącznik stosuje się tu nowszy podwójny
złącznik SC, choć dopuszcza się także starsze
standardy.

nowsze standardy 1000Base-LX oraz 1000Base-SX.
Pozwalają one na transmisję danych z prędkością
1000Mb/s na odległość od 275 do 5000 metrów w
zależności od standardu, rodzaju transmisji oraz
użytego medium. Jako źródło światła stosuje się tu laser
(odpowiednio) krótko lub długo-falowy.

Amatorska sieć z wykorzystaniem światłowodów

-Wykorzystanie
Transceiverów (lub
kart z wyjściem
optycznym) -300zł

-światłowód 100 Base-
FX -5zł za metr przy
dużych ilościach

Światłowód do biurka – to na razie bardzo drogie połączenie
komputera do sieci.. Jest przeznaczone dla użytkowników
bardzo wymagających i z grubym portfelem

Nowe technologie

• (laserstream) Światłowody wdmuchiwane
• transmisja solitonowa
• DWDM (Dense Wavelenth Division Multiplexing -

zwielokrotnienie z podziałem długości fali)

• przesyłanie przez światłowód fal radiowych o

częstotliwości rzędu Ghz

inne zastosowania oprócz telekomunikacji

• okablowanie na statkach i samolotach
• wszędzie tam gdzie stosowane są lasery

średniej mocy

• wyświetlacze
• telewizja kablowa
• światłowody paskowe mają zastosowanie w

układach optoelektroniki scalonej

oświetlenie

wiązki światłowodowe do przekazywania

obrazów (np. endoskopy)

sprzęt audio (kino domowe)

standard - SPDIF (Sony/Philips Digital
Interface)

Zaletami światłowodów włóknistych
są:
-kompatybilność
elektromagnetyczna
-pasmo przenoszenia
-przepustowość
-odległość przesyłu
-małe rozmiary poprzeczne,
-mały ciężar,
-nie da się podsłuchać danych

Wady to:
-możliwość łatwego przerwania
-cena
-trudność montażu

KONIEC