MEDIA TRANSMISYJNE

ŚWIATŁOWODY

Zbigniew Siwek

Zapotrzebowanie aplikacji

interaktywnych na

przepływność

TV rozsiewcza

36,0 Mbit/s

VoD (wideo na żądanie )

36,0 Mbit/s

Telezakupy

0,51,5 Mbit/s

Interaktywne gry telewizyjne

0,1286,0 Mbit/s

Telemedycyna

0,56,0 Mbit/s

Szersze

Pasmo

(Większa

Przepływ-

ność)

Wzrastająca liczba

użytkowników

indywidualnych i grupowych

Nowe usługi i aplikacje

Wzrastająca zawartość

serwisów multimedialnych

Rozwój wymiany informacji

Zapotrzebowanie na coraz szersze pasmo –

podstawowy problem współczesnej

telekomunikacji.

Historia

Historia światłowodów jest dość długa, zaczęła się w XIX wieku, kiedy to angielski
fizyk John Tyndall (1820-1893) zauważył, że całkowite wewnętrzne odbicie światła
może mieć znaczenie praktyczne, lecz dopiero pod koniec XX zaczęto to zjawisko
wykorzystywać na skalę masową.
Historia techniki optycznej:
1854 – John Tyndall światło widzialne - badania rozchodzenia się fal

1876 - Aleksander Graham Bell wynalazł telefon
1880 - Aleksander Graham Bell opatentował fototelefon. Komunikacja na odległość 200 m
1965 Niskoszumowy fotodetektor lawinowy

1966 – Charles Kao – wykazał, że jest możliwe wytworzenie światłowodu o małym
tłumieniu (

< 20 dB/km),

wyeliminowano OH, dzięki temu tłumienie spadło z ~1000 dB

do kilku dB

•

1970 Produkcja włókna o stratach < 20 dB/km, Corning Glass Company

1970 – laser półprzewodnikowy
1977 – pierwszy komercyjny system światłowodowy w Chicago (1.5 Mbit/s)
1979 – 100 Mb/s na 69 km, na LED
1980 – 565 Mb/s na 110 km

1985 Opracowanie wzmacniacza światłowodowego

1988 TAT-8 (Transatlantic Telephone Cable) Transatlantyckie włókno o długości 6700 km

•

1996 Fujitsu, NTT Laboratoriów, i Bell Labs. uzyskują 1 Tbit/s

•

2001 Firma NEC uzyskała przepływność ponad 10 Tbit/s.

•

2005 Systemy WDM – kilkadziesiąt fal

•

2009 nagroda Nobla dla C.Kao

Doświadczenie Johna Tyndalla, 1854 rok,

Budowa włókna

światłowodowego

Zalety światłowodów

• ogromna pojemność informacyjna pojedynczego włókna
• małe straty = zdolność przesyłania sygnałów na znaczne

odległości

• całkowita niewrażliwość na zakłócenia oraz przesłuchy

elektromagnetyczne

• mała waga i małe wymiary
• bezpieczeństwo pracy (brak iskrzenia)
• utrudniony (prawie niemożliwy) podsłuch przesyłanych danych
• względnie niski koszt (ciągle spada)
• duża niezawodność (poprawnie zainstalowanych łączy)
• prostota obsługi
• nie ulegają procesowi utleniania (brak korozji)

Widmo fal

wykorzystywanych

w światłowodach

Znamionowe długości fal okien optycznych:
• I okno 850 nm
• II okno 1310 nm
• III okno 1550 nm
• IV okno 1625 nm
• V okno 1440 nm

P O D C Z E R W IE Ń

U L T R A F IO L E T

Ś W IA T Ł O

W ID Z IA L N E

1 ,7

0 ,7

0 ,4

d łu g o ś ć f a li (



m )

Wybrane zależności z

optyki światłowodowej

• Szybkość rozchodzenia się fali

• Prawo Snella

• Kąt akceptacji, apertura

numeryczna

Szybkość rozchodzenia się

fali

• w próżni c  3·10

m/s

• w innym ośrodku

gdzie: n - współczynnik załamania światła,

określa gęstość optyczną i wynosi dla:

powietrza = 1
wody = 1,33
szkła = 1,5
germanu = 4

v 

Prawo Snella

n 1 > n 2

P r o m i e ń

o d b ity

P r o m i e ń

z a ła m a n y

n 1

n 2





P r o m i e ń

p a d a ją c y



sin







•Zakładając rozchodzenie się fal
wzdłuż linii prostych,

•Kąt padania promienia na
granicy ośrodków jest równy
kątowi odbicia,

•Kąty padania i załamania
spełniają tzw. prawo załamania
światła (prawo Snella):

sin





sin



sin

Kąt krytyczny (całkowitego odbicia)

Odbicie Fresnela

n 1 > n 2

P r o m i e ń

o d b ity

P r o m i e ń

z a ła m a n y

n 1

n 2





P r o m i e ń

p a d a ją c y



•Współczynnik odbicia dla kąta
padania

)

(

)

(









sin



sin





dla szkła n1 = 1.5 i powietrza n2 =1.0

R = 0.04

Kąt akceptacji, apertura

numeryczna

sin







m o d w y c i e k a ją c y

m o d

p ła s z c z o w y

m o d

r d z e n io w y



Klasyfikacja światłowodów

Podstawowa klasyfikacja światłowodów:
• ze względu na konstrukcję

–

włókniste

– planarne

• ze względu na charakterystykę modową

–

wielomodowe

– jednomodowe

• ze względu na rozkład współczynnika załamania w rdzeniu

– skokowe
– gradientowe

Budowa włókna

światłowodowego

Mod światłowodowy

W światłowodzie mogą rozchodzić się tylko pewne

rodzaje fal, zwane modami fali
elektromagnetycznej.

Mod światłowodowy jest to pojedynczy rodzaj drgań

własnych światłowodu, spełniający równanie falowe
z warunkami brzegowymi, zależnymi wymiarów i
konstrukcji światłowodu. Maksymalna liczba, postać
i rozkład modów zależą od geometrii światłowodu i
od właściwości optycznych materiałów stosowanych
na światłowody

Mody w światłowodzie

sin







m o d w y c i e k a ją c y

m o d

p ła s z c z o w y

m o d

r d z e n io w y



Światłowody wielomodowe

Światłowód, który może propagować wiele modów, różniących się
rozkładem pola oraz wartością stałych propagacji, czyli prędkością
rozprzestrzeniania się w światłowodzie, nazywamy światłowodem
wielomodowym.

Podział światłowodów wielomodowych ze względu na profil

współczynnika załamania:

• Światłowody wielomodowe o profilu skokowym SI

• Światłowody wielomodowe o profilu

gradientowym GI

Światłowody wielomodowe o profilu

skokowym

Światłowody o profilu skokowym SI (Step-index fiber) są zbudowane z
cylindrycznego rdzenia otoczonego płaszczem. Rdzeń posiada stały
współczynnik załamania o wartości n

, i następnie ulega raptownej

zmianie do wartości n

wewnątrz płaszcza.

Światłowody wielomodowe o profilu

gradientowym

W światłowodach o profilu gradientowym GI (Graded-index fiber)
współczynnik załamania w rdzeniu zmienia się w sposób ciągły – od
wartości maksymalnej na osi rdzenia do wartości minimalnej na
granicy z płaszczem.

Standardy światłowodów wielomodowych o

profilu gradientowym

Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna
(ITU – T) określa parametry światłowodów
gradientowych w zaleceniu G –651

G 50 – 50/125

G 62.5 - 62.5/125

Parametry światłowodów

wielomodowych

Parametry geometryczne

Jednostk

ITU-T G-651

typ G 50

typ G 62,5

Średnica rdzenia

μm

50 ± 2

62,5 ± 2

Średnica płaszcza

μm

125 ± 1

Eliptyczność rdzenia

≤ 4

Eliptyczność płaszcza

≤ 2

Niecentryczność

rdzeń/płaszcz

μm

≤ 3

Średnica pokrycia

pierwotnego

μm

245 ± 10

Apertura numeryczna

–

0,200 ±0,010

0,275 ± 0,015

Parametry transmisyjne

Jednostk

ITU-T G-651

typ G 50

typ G 62,5

Tłumienność jednostkowa:

dla fali 850 nm

dla fali 1300 nm

dB/km

≤ 3,0

≤ 1,0

≤ 3,5

≤ 1,0

Szerokość pasma

przenoszenia

dla fali 850 nm

dla fali 1300 nm

MHz*km

≥ 300

≥ 600

≥ 200

≥ 500

Standardy światłowodów

wielomodowych o profilu

gradientowym

standardach

okablowań

strukturalnych

określono klasy:

OM1 - 62.5/125

OM2 - 50/125
OM3 - 50/125 ( ma skorygowany rozkład

współczynnika załamania)

Światłowody

jednomodowe

Światłowody

jednomodowe

są

efektywniejsze

światłowodów wielomodowych i pozwalają transmitować dane
na odległość 100 km i więcej bez wzmacniania.

W światłowodzie jednomodowym, może rozchodzić się

tylko jeden mod, tzw. mod podstawowy.

Światłowody

jednomodowe

Długość fali odcięcia drugiego modu

Średnica plamki świetlnej 2w



Parametry transmisyjne

światłowodów

• Tłumienność

• Dyspersja

Tłumienność

Przy tłumieniu światłowodowym bierzemy po

uwagę tłumienia poszczególnych odcinków łącza.
Przyjęto charakteryzować tłumienie danego typu
światłowodu poprzez podanie strat na długości
jednego kilometra włókna, czyli w dB/km jest to
tzw. tłumienność jednostkowa.

T O R Ś W IA T Ł O W O D O W Y

S Y G N A Ł

W E J Ś C IO W Y

S Y G N A Ł

W E J Ś C I O W Y

w e j ś c i o w a

w y j ś c i o w a

wyjściowa

wejściowa

1
L





Tłumienie światłowodów

Tłumienie mocy sygnału optycznego w światłowodzie jest
spowodowane następującymi czynnikami:

• straty materiałowe

• straty falowodowe

Straty materiałowe:

•

rozproszenie Rayleigha (spowodowane niejednorodnością struktury

szkła)

• absorpcja w podczerwieni i nadfiolecie
• zanieczyszczenia w postaci wody (jony OH

)

• niejednorodności materiałowe

Straty falowodowe:

•

zaburzenia geometrii światłowodu

• mikrozgięcia

• zgięcia makroskopowe

Okna transmisyjne

Zależność tłumienia światłowodu od długości fali

 okno transmisyjne na fali 850 nm

 okno transmisyjne na fali 1310 nm

 okno transmisyjne na fali 1550 nm

Standardowe pasma transmisyjne wg

ITU-T

O-pasmo (1260 – 1360 nm

)

E-pasmo (1360 – 1460 nm)

S-pasmo (1460 – 1530 nm)

C-pasmo (1530 – 1565 nm)

L-pasmo (1565 – 1625 nm)

U-pasmo (1625 – 1675 nm)

Charakterystyka tłumienia

włókna TrueWave RS

Charakterystyka tłumienia

jednostkowego włókna

AllWave

Parametry światłowodów

wielomodowych

Parametry geometryczne

Jednostk

ITU-T G-651

typ G 50

typ G 62,5

Średnica rdzenia

μm

50 ± 2

62,5 ± 2

Średnica płaszcza

μm

125 ± 1

Eliptyczność rdzenia

≤ 4

Eliptyczność płaszcza

≤ 2

Niecentryczność

rdzeń/płaszcz

μm

≤ 3

Średnica pokrycia

pierwotnego

μm

245 ± 10

Apertura numeryczna

–

0,200 ±0,010

0,275 ± 0,015

Parametry transmisyjne

Jednostk

ITU-T G-651

typ G 50

typ G 62,5

Tłumienność jednostkowa:

dla fali 850 nm

dla fali 1300 nm

dB/km

≤ 3,0

≤ 1,0

≤ 3,5

≤ 1,0

Szerokość pasma

przenoszenia

dla fali 850 nm

dla fali 1300 nm

MHz*km

≥ 300

≥ 600

≥ 200

≥ 500

Pomiar mocy optycznej

C z ę ś ć s t a c y j n a

O D F 1

C z ę ś ć l i n i o w a

C z ę ś ć s t a c y j n a

O D F 2

1 0

1 1

1 2

R y s 1 . S c h e m a t t r a k t u o p t o t e l e k o m u n i k a c y j n e g o

O z n a c z e n i a :

N - N a d a j n i k ( l a s e r )

O - o d b i o r n i k

O D F - p r z e l ą c z n i c e ś w i a t o w o d o w e

M u f y k a b l o w e

Pomiar mocy optycznej

W celu dokonania pomiaru należy połączyć źródło światła
za pomocą patchcordu o długości 5-10 metrów z
miernikiem mocy optycznej. Dla usunięcia modów
płaszczowych i wyższego rzędu wykonuje się na
patchcordzie kilka zwojów o średnicy 55-75 mm. Przy
pomiarze mocy należy dobrać pasmo pracy miernika.

Pomiar mocy optycznej

Jeżeli w układzie pomiarowym w miejsce miernika mocy
optycznej zostanie umieszczony analizator widma
optycznego, to otrzyma się stanowisko pomiarowe,
umożliwiające uzyskanie pełnej informacji na temat
parametrów widmowych badanego źródła (długość fali i
szerokość widmowa).

Pomiar mocy optycznej

złącze

Patchcord z zwojami

Schemat pomiaru mocy:
L- źródło światła
MM- miernik mocy

Pomiar mocy optycznej

W y ś w ie t la c z

W z m .



Budowa miernika mocy

PIN - Fotodioda PIN
 Wzm. - wzmacniacz logarytmujący

 A/C - przetwornik analogowo cyfrowy



K () - układ korekcji od długości fali

wyświetlacz ciekłokrystaliczny

Pomiar tłumienia

Metody:

-odcięcia (odniesienia),
-wtrąceniowa
(transmisyjna),

-reflektometryczna.

Pomiar tłumienia - metoda

wtrąceniowa

Ź r ó d ł o

ś w i a tł a

M i e r n i k

m o c y

M i e r z o n a l i n i a

Pomiar tłumienia - metoda

wtrąceniowa

O D F 1

O D F 2

M i e rz o n a l i n i a

Ź ró d ł o

Ś w i a tł a

M i e rn i k

m o c y

P a tc h c o r d

Pomiar tłumienia -

mierniki

Pomiar tłumienia -

przykłady

Tłumienność średnia z pomiarów w obu kierunkach i

wartości dopuszczalne (metoda transmisyjna)

nr. włókien

tł

ść

[

]

wyniki dla fali 1310 nm

wartość dopuszczalna dla fali 1310

wyniki dla fali 1550nm

wartości dopuszczalne dla fali 1550nm

Pomiar -metoda reflektometryczna

Reflektometr optyczny (OTDR – Optical Time

Domain Reflectometer)

Umożliwia pomiar:
- tłumienia światłowodu,
- tłumienia złączy (spawów i rozłącznych,
- reflektancji,
- odległości zdarzeń,

Pomiar -metoda reflektometryczna

Reflektometr optyczny (OTDR – Optical Time Domain

Reflectometr)

Jednoczesny pomiar:
- czasu przejścia impulsu od wysłania do powrotu i
następnie przeliczenie na odległość,
- poziomu mocy powracającego impulsu,





Gdzie:
czas przejścia impulsu

cprędkość rozchodzenia fali w próżni

l – odległość od zaburzenia
n – grupowy współczynnik załamania światła

Pomiar -metoda reflektometryczna

Reflektometr optyczny (OTDR – Optical Time Domain

Reflectometr)

S O

L D

Z ł . R

A P D

M o n i t o r

M i k r o p r o c e s o r

U k ł a d

U ś r e d n i a n i a

ś w i a t ł o w ó d

R y s . 1 0 S c h e m a t b l o k o w y r e fl e k t o m e t r u

W z m a c n i a c z

Pomiar -metoda reflektometryczna

Reflektometr optyczny (OTDR – Optical Time Domain

Reflectometr)

Reflektometr optyczny AQ 7210 b) mini-reflektometr
AQ 7220B

Przykładowa krzywa reflektometryczna

Przykładowa krzywa reflektometryczna (tabela)

Podstawowe parametry reflektometru

- dynamika,

- strefy martwe,

- dokładność pomiaru długości (odległości),

- zasięg pomiaru

10.5. Wpływ makrozgięć i mikrozgięć

światłowodu na charakterystykę

reflektometryczną.

• Makrozgięcie -

krzywizna

włókna o promieniu rzędu
kilku centymetrów często
występują w mufach kablowych,
skrzynkach połączeniowych itp.

• Na charakterystyce

rozproszenia wstecznego
makrozgięcia dają podobny
obraz jak połączenia spawane
(rys. 10.15).

• Straty spowodowane

makrozgięciami mogą osiągać
wartość od kilku do kilkunastu
dB.

10.5. Wpływ makrozgięć i mikrozgięć

światłowodu na

charakterystykę

reflektometryczną.

• Mikrozgięcia -

przypadkowe niewielkie
krzywizny włókna
spowodowane procesem
produkcji i układania kabla.

• Mikrozgięcia mogą

występować na całym odcinku
kabla.

• Powodują wzrost

tłumienności - zmiana
nachylenia charakterystyki
rozproszenia wstecznego (rys.
10.16).

10.5. Wpływ makrozgięć i mikrozgięć

światłowodu na

charakterystykę

reflektometryczną.

• Straty mocy w światłowodzie

zależą od długości fali.

• Nachylenie charakterystyki

reflektometrycznej dla  = 1550

nm jest mniejsze w porównaniu z
nachyleniem dla  = 1310 nm.

• Wrażliwość włókna

światłowodowego na straty
mikrozgięciowe i zgięciowe jest
większa w zakresie trzeciego
okna niż w zakresie drugiego
okna transmisyjnego (rys. 10.17).
Wynika to z zależnością średnicy
pola modu od długości fali.

10.5. Wpływ makrozgięć i mikrozgięć

światłowodu na

charakterystykę

reflektometryczną.

• Przykład zaobserwowany w procesie budowy linii:

1)dla =1310nm
 = 0.44 dB/km przed zaciągnięciem kabla,
 = 0.44 dB/km po zaciagnięciu kabla.
2) dla  = 1550 nm
= 0.24 dB/km przed zaciągnięciem kabla,
= 030 dB/km po zaciagnięciu kabla.

• Wniosek - aby dobrze zaobserwować straty

wywołane zgięciami i mikrozgięciami należy

dokonać pomiaru dla  = 1550 nm.

10.6. Pomiar strat wtrąconych.

• Tłumienność wtrącona powstaje na wskutek

spawów, połączeń mechanicznych i zgięć.

• Metody pomiaru

• metoda dwupunktowa (ang. Two Point).
• metoda LSA (ang. Least Square Approximation).

10.6.1 Metoda dwupunktowa

•

Poziomy p

i p

określone są przez punkty przecięcia kursorów z

przebiegiem reflektogramu.

•

Na dokładność pomiaru ma wpływ wyboru miejsc ustawienia

kursorów.

•

Kształt charakterystyki między kursorami nie jest uwzględniony w

oceni parametrów tłumieniowych linii

10.6.2 Metoda LSA (czteropunktowa).

• Odcinki prostoliniowe uzyskuje się stosując aproksymację liniową dla

przedziałów odległości między punktami l i 2 oraz 3 i 4.

• Na rys. 10.20 poziomy p

i p

określone są punktami przecięcia odcinków

aproksymacyjnych z kursorem ustawionym w miejscu spawu.

• Na rys. 10.21 poziomy p

i p

określone są przez punkty przecięcia

prostej aproksymacyjnej z kursorami A i B.

10.6.2 Metoda LSA (sześciopunktowa).

• Oceną objęty jest fragment toru

zawierający dwa połączenia spawane.

• Wyznaczane

parametry

• a) tłumienność całkowitą

p

odcinka o długości l

• b) tłumienność całkowitą

p

odcinka o długości l

• c)

tłumienność

jednostkową 

odcinka o

długości l

• d)

tłumienność

jednostkową 

odcinka o

długości l

• e) tłumienność wtrąconą

spawu drugiego a

p

















10.7. Pomiar tłumienności odbicia ( RL ) -

reflektancji.

• Zjawiska odbić powstają :

• w połączeniach mechanicznych światłowodów,
• w miejscach głębokich rys na włóknie (pęknięcia),
• na gładkiej powierzchni końca włókna.

• Wielkość odbicia charakteryzuje

współczynnik odbicia

(10.12).

• Miarą transmisyjną odbicia jest tłumienność odbiciowa

zdefiniowana wzorem (10.14).

• W reflektometrach tłumienność odbiciowa; wyznaczana jest ze

wzoru

10.7. Pomiar tłumienności odbicia ( RL ) -

reflektancji.

• W reflektometrach tłumienność odbiciową wyznaczana jest ze wzoru

(10.20)

gdzie:

B - stała rozproszenia wstecznego dla impulsu optycznego o wartości

t = l ns,
t - czas trwania optycznego impulsu pomiarowego w ns.
F- amplituda piku odbicia Fresnela w dB - wyznaczana metodą

dwupunktową
(patrz rysunek 10.23),

Wartość stałej B wynosi:
dla włókna SM 79 dB przy  = 1310 nm,

81 dB przy  = 1550 nm,

dla włókna MM 70 dB przy  = 850 nm,

75 dB przy  = 1300 nm

10.8. Dlaczego podczas pomiarów używa się

impulsów o różnych czasach

trwania?

• Poprawienie dynamiki OTDR (optycznego

reflektometru w dziedzinie czasu)

• Zwiększenie dystansu pomiarowego

• Aby zwiększyć dynamikę (oraz dystans pomiarowy), przy stałej

mocy lasera należy zwiększyć energię impulsów pomiarowych.

• Energię impulsów zwiększa się przez wydłużenie czasu ich trwania.

• Stosowane w OTDR czasy trwania impulsów zawierają się w

zakresie:

- od kilku nanosekund do kilku mikrosekund.

10.8. Dlaczego podczas pomiarów używa się

impulsów o różnych czasach

trwania?

• Zwiększenie zasięgu jest

okupione zmniejszeniem

zdolności rozdzielczej

szczegółów na charakterystyce

reflektometrycznej.

• Wniosek -

czas trwania

impulsu

pomiarowego

jest

kompromisem

pomiędzy

rozdzielczością i dynamiką.

• Jeżeli

tłumienność

linii

światłowodowej jest niewielka

(małe

nachylenie)

wykrycie miejsca spawu jest

trudniejsze

ponieważ

opadanie

krawędzi uskoku

jest łagodne.

•Na rysunku 10.24 pokazano wpływ szerokości
impulsu
na długość strefy martwej zdarzeniowej.

10.9. Dlaczego używa się włókna

rozbiegowego?

• Z reguły odbicie sygnału na pierwszym złączu usytuowanym za

reflektometrem wywołuje nasycenie krzywej reflektometrycznej

(przesterowanie odbiornika w OTDR).

• Uniemożliwia to pomiar pierwszego złącza mierzonego światłowodu.

• Z tego powodu pomiędzy reflektometr a początek mierzonego

światłowodu wprowadza się włókno rozbiegowe. Ponadto

zastosowanie olejku imersyjnego redukuje efekt strefy martwej.

• Typowa długość włókna rozbiegowego wynosi

– 500 do 1000 m dla światłowodów MM
– 1000 m dla światłowodów SM.

• W światłowodach MM włókno rozbiegowe pozwala na uzyskanie

równowagi modowej.

10.10. Efekt tzw. "ducha".

• "Duchami" nazywa się efekty wielokrotnych odbić (rys. 10.25).

10.11. Jak wykrywać nasycenie?

• Efekt nasycenia występuje gdy sygnał rozproszenia

wstecznego przewyższa maksymalny poziom (oznaczony na

rys. 10.26 jako O dB).

10.12. Gdzie rozpoczyna się odbicie

Fresnela?

• Początek odbicia Fresnela jest określony punktem przecięcia

się linii prostej aproksymującej (metoda LSA) przebieg
rozproszenia wstecznego przed odbiciem i wznoszącej się
krawędzi odbicia (rys. 10.27).

10.13. Gdzie zaczyna się połączenie

spawane?

• W celu oznaczenia początku spawu należy wykreślić linię

prostą aproksymującą przebieg rozproszenia wstecznego
przed spawem. Punkt przecięcia tej linii z krawędzią
opadającą charakterystyki spawu wyznacza miejsce spawu
(rys. 10.28).

Zasady pomiaru reflektometrycznego

• Wprowadzenie parametrów wejściowych do reflektometru

(współczynnik załamania, czas trwania impulsu, czas

pomiaru-liczba uśrednień),

• Pomiary z dwóch stron linii,
• Pomiary dla dwóch długości fal

Dyspersja (zniekształcenia

opóźnieniowe, rozszerzenie

impulsu)

Dyspersja zmienia kształt sygnału, powoduje

rozszerzenie transmitowanego impulsu, rosnące
wraz z odległością.

Im p u l s w e jś c io w y

Im p u l s w y jś c io w y

Ś w ia tło w ó d

Rodzaje dyspersji

1. Międzymodowa – tylko w

wielomodowych

2. Materiałowa
3. Falowodowa
4. Polaryzacyjna



Rozszerzenie całkowite

impulsu















Szybkość transmisji przy

impulsie prostokątnym

V =



Szybkość transmisji przy

impulsie gaussowskim

V =

441



Przesunięcie i rozszerzenie impulsu przy

dyspersji chromatycznej

Dyspersją w ośrodku przeźroczystym nazywamy zależność prędkości

fazowej fali świetlnej v od jej długości λ (częstotliwości f).

Przesunięcie i rozszerzenie impulsu

przy dyspersji chromatycznej

Dyspersją w ośrodku przeźroczystym nazywamy zależność

prędkości fazowej fali świetlnej v od jej długości λ

(częstotliwości f). Zatem od długości fali zależy współczynnik

załamania światła n(λ).

Występuje w dwóch formach:

- dyspersja normalna – fale dłuższe rozchodzą się

szybciej niż fale krótsze,

- dyspersja anomalna - fale krótsze rozchodzą się

szybciej niż fale dłuższe,

Rozszerzenie impulsu przy dyspersji

chromatycznej

- współczynnik dyspersji chromatycznej

- szerokość widmowa źródła światła

- długość światłowodu

















Tch





Rozszerzenie impulsu przy dyspersji

chromatycznej

- czas trwania bitu

= 0.25 – 0.3

















Rozszerzenie impulsu przy dyspersji

chromatycznej











- max. zasięg

- max szybkość

Rozszerzenie impulsu przy dyspersji

chromatycznej

- Gbit/s

- ps/nm.km

- km





Praktycznie

Rodzaje światłowodów

jednomodowych

1. Standardowy światłowód jednomodowy o

skokowym profilu współczynnika załamania
światła SMF (zalecenie ITU-T G.652)

2. Świałowód przesuniętej charakterystyce

dyspersji DSF (zalecenie ITU-T G.653)

3. Świałowód o przesuniętej długości fali odcięcia

CSF (zalecenie ITU-T G.654)

4. Światłowód z przesuniętą niezerową

charakterystyką dyspersją NZDSF+ lub NZDSF-
(zalecenie ITU-T G.655)

5. Światłowód z przesuniętą niezerową

charakterystyką dyspersją o bardzo małym
nachyleniu (zalecenie ITU-T G.656), jest to
modyfikacja światłowodu NZDSF+

Standardowy światłowód jednomodowy o

skokowym profilu współczynnika

załamania światła (zalecenie ITU-T G.652)

Krzywa A – dyspersja materiałowa

Krzywa B – dyspersja falowodowa

Krzywa C – dyspersja chromatyczna (algebraiczna suma obydwu

dyspersji)

Standardowy światłowód jednomodowy o

skokowym profilu współczynnika

załamania światła (zalecenie ITU-T G.652)

Świałowód przesuniętej dyspersji DSF

o trójkątnym profilu współczynnika

załamania światła (zalecenie ITU-T

G.653)

dyspersja zeruje się w trzecim oknie transmisyjnym przy długości fali
1530 nm

Świałowód przesuniętej dyspersji DSF

o trójkątnym profilu współczynnika

załamania światła (zalecenie ITU-T

G.653)

Świałowód o przesuniętej długości fali

odciecia CSF (zalecenie ITU-T G.654)

Światłowód o płaskiej charakterystyce

dyspersji FDF ze współczynnikiem

załamania światła o profilu W

Płaska charakterystyka dyspersji zeruje się w drugim i czwartym

oknie transmisyjnym przy długości fali 1305 nm i 1620 nm

Transmisja wielofalowa WDM

Mieszanie czterofalowe FWM

Mieszanie czterofalowe FWM (Four-Wave Mixing)
jest jednym z najgorszych nieliniowych zjawisk
optycznych w systemach WDM. Po osiągnięciu
krytycznego poziomu mocy promieniowania lasera
nieliniowość włókna prowadzi do wzajemnego
oddziaływania fal ωi , ωj , ωk i pojawienia się nowej
fali ωi ± ωj ± ωk. Niektóre częstotliwości takich
sygnałów mogą pokrywać się z roboczymi pasmami
przepuszczania kanałów. Liczba tych sygnałów
określana jest przy pomocy wyrażenia:

N2(N-1)/2

gdzie N – liczba kanałów przesyłających sygnały.
Tym sposobem w czterokanałowym systemie WDM
powstają 24 dodatkowe sygnały a w
szesnastokanałowym już 1920!

Mieszanie czterofalowe FWM

Mieszanie czterofalowe jest powodowane przez:
• zwiększenie mocy kanału
• zmniejszenie odstępu częstotliwościowego między
kanałami
• zwiększenie liczby kanałów (nie zważając na to, że
może być osiągnięty próg nasycenia).
Oddziaływanie mieszania czterofalowego należy
uwzględniać w systemach stosujących włókno o
przesuniętej dyspersji (zalecenie G.653).
Oddziaływanie to jest mniej krytyczne we włóknach
o zerowej przesuniętej dyspersji (zalecenie G.655),
szczególnie we włóknach o dużym przekroju
efektywnym.
Zwiększenie szybkości transmisji w kanale
nieznacznie wpływa na wydajność mieszania
czterofalowego.

Mieszanie czterofalowe FWM

Wpływ mieszania czterofalowego zmniejsza się przy:
• zwiększeniu przekroju efektywnego włókna
• zwiększeniu bezwzględnej wartości dyspersji
chromatycznej.
Zjawisko mieszania czterofalowego jest mniej
niebezpieczne w systemach DWDM stosujących
włókno o nie przesuniętej dyspersji (zalecenie
G.652) na długości fali 1550 nm, ponieważ
charakterystyka dyspersyjna jest względnie
łagodnie nachylona.
Dla włókna z przesuniętą dyspersją (zalecenie
G.653) krzywa dyspersyjna posiada ostre nachylenie
w tym zakresie i zjawisko FWM należy uwzględniać.

Światłowód z niezerową przesuniętą

dyspersją NZDSF o zmodyfikowanym

trójkątnym profilu współczynnika załamania

światła (zalecenie ITU-T G.655)

Krzywa A – dyspersja dodatnia NZDSF+

Krzywa B – dyspersja ujemna NZDSF –

Światłowód z niezerową przesuniętą

dyspersją NZDSF o zmodyfikowanym

trójkątnym profilu współczynnika załamania

światła (zalecenie ITU-T G.655)

Nowy światłowód NZDSF

o bardzo małym nachyleniu

(zalecenie ITU-T G.656)

Krzywa A – dyspersja chromatyczna nowego włókna

NZDSF

Krzywa B – dyspersja włókna NZDSF+

Krzywa C – dyspersja włókna DSF

Rozszerzenie impulsu przy dyspersji

chromatycznej













Zarządzanie dyspersją

chromatyczną

























Jeżeli łącze światłowodowe zawiera np. dwa
odcinki światłowodów o długości L1 i L2 oraz
dyspersji D1 i D2, odpowiednio, to wypadkowe
poszerzenie impulsu czyli suma poszerzeń w
poszczególnych odcinkach

Zarządzanie dyspersją

Idea zarządzania dyspersją (a) i przebieg dyspersji akumulowanej D

acc

w łączu (b).
D

acc

= DL – jest to dyspersja akumulowana, nie ma wymiaru dyspersji

– jest iloczynem dyspersji i długości.

100

Zarządzanie dyspersją

chromatyczną

(kompensacja)









101

Zarządzanie dyspersją chromatyczną

(kompensacja)

102

Światłowód kompensujący dyspersję
DCF

Krzywa A – dyspersja chromatyczna światłowodu

SSMF

Krzywa B – dyspersja chromatyczna światłowodu

DCF

103

Nowy światłowód DCF

Dyspersja linii telekomunikacyjnej zawierająca

zwykłe włókna SSMF (krzywa A) i nowe włókna DCF (krzywa

104

)

łu

ść

)

Długość fali
(nm)

tłumienność włókna AllWave

tłumienność standardowego
światłowodu SMF

dyspersja włókna AllWave

Tłumienność i dyspersja włókien

Allwave

105

Ograniczenie zasięgu i szybkości z kompensacją

DCF

DCF









 ch

106

Dyspersja polaryzacyjna PMD (Polarization Mode

Dispersion)

Anizotropia szkła. Dwójłomność

Szkło kwarcowe, z którego wykonuje się światłowody jest ośrodkiem
izotropowym, tzn. o własnościach niezależnych od kierunku. Również
geometria idealnego światłowodu jest izotropowa w przekroju poprzecznym w
takim sensie, że rdzeń ma symetrię osiową i żaden kierunek w przekroju
poprzecznym nie jest wyróżniony.

107

Dyspersja polaryzacyjna PMD

Anizotropia szkła. Dwójłomność

Jednak rzeczywiste światłowody mogą wykazywać anizotropię właściwości w
przekroju poprzecznym, przypadkową lub zamierzoną. Przy tym anizotropię
można podzielić na dwa typy, w zależności od przyczyn ją wywołujących.

1. Anizotropia materiałowa, powodowana przez zmiany materiałowe
poprzeczne w szkle.
2. Anizotropia falowodowa, wynikająca z odchyleń przekroju poprzecznego
(profilu współczynnika załamania) od symetrii osiowej.

Światłowód cylindryczny zwany jednomodowym w rzeczywistości prowadzi
dwa mody o polaryzacji wzajemnie prostopadłej. Jeżeli symetria osiowa jest
idealna, wtedy obydwa mody propagują się z tą samą prędkością, a ich suma
daje taką samą polaryzację światła w kierunku poprzecznym wzdłuż całego
światłowodu. Wtedy polaryzacja światła wprowadzonego do światłowodu jest
zachowana na całej jego długości. Jeżeli natomiast światłowód nie ma
symetrii osiowej, na przykład ma rdzeń nieznacznie spłaszczony (eliptyczny).

108

Dyspersja polaryzacyjna PMD

Anizotropia szkła. Dwójłomność

Obecność prostopadłych do osi włókna naprężeń mechanicznych powoduje
anizotropię szkła, objawiającą się jako dwójłomność – zależność
współczynnika załamania światła od polaryzacji światła.
Mody polaryzacyjne rozchodzą się z różnymi szybkościami. Wolny –

max

szybki - n

min

Siły mechaniczne: zgniatanie, eliptyczność rdzenia lub płaszcza, czyli
niedoskonałość produkcyjna.

109

Dyspersja polaryzacyjna PMD

W rzeczywistym włóknie optycznym prędkość tych dwóch modów
polaryzacyjnych jest rożna i zmienia się przypadkowo wzdłuż światłowodu, w
konsekwencji prowadzi to do poszerzenia impulsu światła na wyjściu
światłowodu.

Opóźnienie

zachodzące

pomiędzy

dwoma

modami

polaryzacyjnymi jest określane za pomocą, wielkości zwanej różnicowym
opóźnieniem grupowym (

g,r

Dwójłomność światłowodu i związana z nią różnica prędkości grupowej
modów polaryzacyjnych powoduje wystąpienie dyspersji polaryzacyjnej.
Wartość tego typu dyspersji podaje się jako współczynnik w ps/√km. Można
się również spotkać z pojęciem dyspersji polaryzacyjnej drugiego rzędu,
która jest związana ze zmianą, dyspersji polaryzacyjnej (różnicowego
opóźnienia grupowego DGD-differential group delay

110

Dyspersja polaryzacyjna PMD

Zależność PMD od długości fali dla różnych warunków pomiarowych. Wyniki
przy zerowym naprężeniu (bęben pomiarowy) pokazują silne zmiany
spektralne i wyższą wartość średnią.

111

Dyspersja polaryzacyjna PMD

Zależność PMD światłowodów od barwienia przy różnych temperaturach dla
włókien silnie barwionych

112

Dyspersja polaryzacyjna PMD

Zależność PMD światłowodów w kablu w zależności od temperatury

113

Dyspersja polaryzacyjna PMD

Zależność PMD światłowodów w kablu od siły rozciągającej kabel

114

Dyspersja polaryzacyjna PMD

Zależność PMD światłowodów w kablu od kąta skarcenia kabla

115

Dyspersja polaryzacyjna PMD

Współcześnie produkowane światłowody mają wartość dyspersji światłowodowej ok. 0,05 ps/km

1/2

umożliwiają one transmisję 40 Gbit/s na odległość 3000 km bez kompensacji. 80% światłowodów,
zainstalowanych po roku 1994 ma dyspersję umożliwiającą transmisję 40 Gbit/s na odległość 500
km, a włókna zainstalowane przed 1990 rokiem mają PMD większą niż 0,8 ps/km

1/2

PMD











PMD



116

Efektywność sprzężenia

źródła światła ze

światłowodem

Efektywność sprzężenia decyduje o mocy promieniowania wprowadzonej
do światłowodu. Źródłem promieniowania może być zarówno dioda
elektroluminescencyjna (LED), jak i dioda laserowa (LD).

L D

1 0 0 u m

7 0 %

4 0

L E D

5 0 ( 8 2 , 5 ) u m

6 0 %

1 2

9 - 1 0 u m

1 0 %

L D

117

Parametry

geometryczne

Jednostk

ITU-T G-652

nieprzesuniętej

dyspersji)

ITU-T G-653

przesuniętą

dyspersją)

ITU-T G-655

(o niezerowej

dyspersji)

Średnica pola modów

μm

9,2 ± 0,4

8,0 ± 0,5

9,5 ± 0,5

Średnica płaszcza

μm

dla 1310 nm

dla 1550 nm

Niecentryczność pola

modu

μm

125 ± 1

Eliptyczność płaszcza

≤ 0,8

Średnica pokrycia

pierwotnego

μm

≤ 1,0

Parametry światłowodów

jednomodowych (cz. I)

118

Parametry światłowodów

jednomodowych (cz. II)

Parametry

transmisyjne

Jednostk

ITU-T G-652

nieprzesuniętej

dyspersji)

ITU-T G-653

przesuniętą

dyspersją)

ITU-T G-655

niezerowej

dyspersji)

Tłumienność

jednostkowa:

dla fali 1310 nm

dla fali 1550 nm

dB/km

≤ 0,40
≤ 0,25

–

≤ 0,25

Dyspersja

chromatyczna:

dla fali 1285 – 1330 nm
dla fali 1525 – 1575 nm

ps/

(nm*km)

ps/

(nm*km)

≤ 3,5
≤ 20

≤ 25

≤ 2,7

–
–

Współczynnik dyspersji

chromatycznej D:

dla fali 1530 – 1565 nm
dla fali 1565 – 1620 nm

ps/

(nm*km)

ps/

(nm*km)

–
–

6,0 ≥/D/≥ 1,0

8,0 ≥/D/≥ 4,0

Dyspersja polaryzacyjna

PMD

ps/km

1/2

≤ 0,2

Długość fali dla zerowej

dyspersji

1300<λ

<1324

1535<λ

<15

1530<λ

<162

Długość fali odcięcia λ

≤ 1270

119

Wytwarzanie

światłowodów

Wytwarzanie światłowodów cylindrycznych obejmuje dwa

etapy:

 formowanie preformy,

 CVD (Chemical Vapor Deposition)

 VAD (Vapor Axal Deposition)

 OVD (Outside Vapor Deposition)

 wyciąganie światłowodu z preformy.

120

Metoda CVD

Wykonywanie preformy przez osadzenie kolejnych

warstw tworzących rdzeń wewnątrz rury kwarcowej,
której ścianki tworzą po wyciągnięciu płaszcz
światłowodu.

Metoda tam umożliwia stosunkowo proste

kształtowanie profilu rdzenia światłowodu przez
nakładanie kolejnych warstw różnie domieszkowanych.
Wymaga ona jednak użycia rury kwarcowej o bardzo
dobrych właściwościach optycznych
i mechanicznych oraz wąskich tolerancjach wymiarów,
gdyż jej ścianka staje się płaszczem światłowodu.

121

Metoda VAD

Wykonywanie

preformy

przez osadzenie jednocześnie w
całym

przekroju

poprzecznym

warstw

założonej

zmianie

współczynnika załamania, aż do
utworzenia preformu o pożądanej
długości.W

tej

metodzie,

najtrudniejszej

technologicznie,

preform narasta wzdłuż długości,
co utrudnia uzyskanie idealnej
jednorodności

wzdłużnej

jego

parametrów. Poza tym niezwykle
skomplikowane

jest

domieszkowanie

jednocześnie

różne w przekroju poprzecznym,
co

uniemożliwia

dowolne

kształtowanie

profilu

wytwarzanego światłowodu.

122

Metoda OVD

Wykonywanie preformy przez osadzenie warstw

tworzących kolejno rdzeń i płaszcz włókna na
powierzchni zewnętrznej pręta, który jako element
nośny jest następnie usuwany. Metoda trzecia jest
analogiczna do pierwszej, przy czym ze względu na
to, że reakcja zachodzi w przestrzeni otwartej, trudne
staje się spełnienie warunków czystości. Mimo tego
nadaje się ona do produkcji przemysłowej.

123

Wyciąganie światłowodów

1-układ centrowania
preformu,2-układ
wolnego przesuwu
preformu,3- piec z
krótka strefa grzaniu z
osłoną gazowa,4-pomiar
średnicy światłem
laserowym,5-sygnał
sprzężeniu zwrotnego,6-
silnik,7-układ przesuwu
poprzecznego,8-bęben
ciągnący,9-polimeryzacja
żywicy mocą
promieniowania UV,10-
nakładanie warstwy
ochronnej z żywicy
akrylowej,11-gaz
obojętny

124

 Kable zewnętrzne
- Kanałowe
- Wzmacniane
- Przeciwgryzoniowe
- Samonośne
- Ziemne
- Podwodne
- Konstrukcyjne: luźna tuba lub rozetowa
 Kable wewnątrzobiektowe
- Wzmacniane i niewzmacniane
- Przeciwgryzoniowe
 Kable stacyjne
- Jednowłóknowe
- Dwuwłóknowe
- Wielowłóknowe rozdzielane
 Kable samonośne dla linii energetycznych i

telekomunikacyjnych

125

Przekrój kabla ADL XOTKctd

126

Optotelekomunikacyjny kabel samonośny

127

Przykładowe kable telekomunikacyjne

kabel liniowy-tubowy Z-XOTKtsd

128

Konstrukcje kabli

światłowodowych

Rodzaje kabli
optotelekomunikacyjnych są
związane z ich zastosowaniem.
Największą grupę stanowią kable do
układania w kanalizacji. Dużą grupę
tworzą kable wewnątrzobiektowe z
elastyczną powłoką, zalecane do
wykonywania instalacji w obiektach
zamkniętych. Kable opancerzone
ocynkowanym drutem stalowym lub
taśmą lakierowaną są przeznaczone
do bezpośredniego zakopywania w
ziemi na terenach o dużym
zagrożeniu uszkodzeniami
mechanicznymi, są to kable
zewnętrzne. Wyróżniamy również
kable podwieszane.

Konstrukcja tubowa

Konstrukcja rozetowa

129

Konstrukcje kabli

światłowodowych

Kabel XOTKtd 24J produkcji Bydgoskiej Fabryki Kabli
S.A..

XOTKtd – kabel optotelekomunikacyjny
wielotubowy, dielektryczny, uszczelniony wzdłużnie,
z powłoką polietylenową
Przekrój kabla XOTKtd 24J.

130

Konstrukcje kabli

światłowodowych

XOTKtd 24J

131

Konstrukcje kabli

światłowodowych

Tuba luźna

Luźna rurka poliestrowa (PBT) wypełniona żelem
tiksotropowym, chroniąca włókna świa tłowodowe przed
naprężeniami mechanicznymi.
-

maksymalna liczba włókien w tubie

: 12

maksymalna liczba tub w kablu

: 12

Centralny element wytrzymałościowy

Pręt dielektryczny wykonany z laminatu włókna
szklanego. Jest to element zwiększający wytrzymałość
mechaniczną kabla na rozciąganie.

3.

Wypełniacz (filler) ośrodka kablowego

Wkładka wykonana z polietylenu, o średnicy zbliżonej
do średnicy tuby luźnej, wypełnia wolną przestrzeń w
kablu o zmniejszonej liczbie tub.

4.

Warstwa hot-meltu

Warstwa roztopionego kleju, tzw. hot-meltu nałożona na
element centralny wypełnia wolne przestrzenie między
skręconymi tubami a elementem centralnym – stanowi
element wzdłużnej bariery przeciwwilgociowej kabla.

5.

Obwój ośrodka

Taśma puchnąca pod wpływem wilgoci nakładana
wzdłużnie na ośrodek kabla.

6.

Powłoka zewnętrzna

Powłoka zewnętrzna wykonana z polietylenu HDPE,
barwy czarnej.

132

Kabel światłowodowy w lince

odgromowej OPGW

133

Sposób umieszczenie skrzynki

łączeniowej na słupie

134

Instalowanie kabli

światłowodowych na liniach

energetycznych

135

Sposób rozwijania kabla

136

Elementy

optoelektroniczne

 źródła światła,
 detektory optyczne,
 regeneratory optoelektroniczne,
 wzmacniacze optyczne
 sprzęgacze światłowodowe

137

Źródła światła

Jako źródła promieniowania najczęściej są
używane diody elektroluminescencyjne lub
lasery półprzewodnikowe. Małe rozmiary
tych źródeł pasują do typowych średnic
włókien optycznych, a ich scalona konstrukcja
i małe moce zasilania dobrze odpowiadają

nowoczesnym układom elektronicznym

138

Dioda powierzchniowa

(typu Burrusa)

139

Detektory optyczne

Fotodetektor dokonuje zamiany strumienia
świetlnego na prąd elektryczny. Ta
zamiana, czyli proces fotodetekcji, polega
na

optycznej

absorpcji

fotonów

w materiale półprzewodnikowym. Jako
fotodetektory w systemach transmisji
światłowodowej są stosowane fotodiody p-
n, fotodiody p-i-n oraz fotodiody lawinowe.

140

Regeneratory

optoelektroniczne

Regeneratory elektroniczne to elementy, które

znakomicie nadają się do odtwarzania impulsów optycznych
przy transmisji cyfrowej. Przy czym przez odtworzenie
sygnału rozumie się: odtworzenie mocy (Regeneration),
odtworzenie

kształtu

(Reshaping)

oraz

odtworzenie

właściwego czasu pojawienia się porcji sygnału (Retiming).

Zasadnicze elementy regeneratorów to:

- detektor sygnału optycznego (fotodioda),
- elektroniczny układ decyzyjny,
- źródło światła (laser lub dioda LED).

141

Wzmacniacze optyczne

Wzmacniacze

optyczne

są

przyrządy

pozwalające

bezpośrednio wzmacniać strumień świetlny. W odróżnieniu od
układów optoelektronicznych nie wymagają zamiany sygnału
świetlnego na elektryczny. Wzmacniacze optyczne odgrywają
coraz ważniejszą rolę w optycznych systemach transmisyjnych,
ponieważ umożliwiają bezpośrednie wzmocnienie światła i
wykorzystują do tego celu minimalną liczbę elementów
elektronicznych.
Wzmacniacze można podzielić na dwie podstawowe grupy (ze
względu na charakterystykę pracy):

- wzmacniacze półprzewodnikowe,
- wzmacniacze optyczne.

142

Wzmacniacze

półprzewodnikowe

• wzmacniacze Fabry-Perot (FPA)
• wzmacniacze z falą bieżącą (TWA)

143

Wzmacniacze

światłowodowe

Schemat optycznego wzmacniacza światłowodowego

p o m p a

o p ty c z n a

s p r z ę g a c z

W D M

s p r z ę g a c z

W D M

i z o l a to r

o p ty c z n y

i z o l a to r

o p ty c z n y

ś w i a tło w ó d d o m i e s z k o w a n y

e r b e m

w e

w y

144

Sprzęgacze kierunkowe

Sprzęgacze światłowodowe mają za zadanie
wprowadzenie mocy świetlnej pochodzącej
z kilku światłowodów do jednego lub kilku
światłowodów wyjściowych. Sprzęgacze są
podstawowymi elementami rozgałęzionych
sieci optycznych o dowolnej konfiguracji i
pozwalają

dołączyć

niej

wielu

użytkowników. Mogą znacznie rozbudować
sieć

przez

rozdzielenie

sygnału

wyznaczonym

stosunkiem

podziału.

Najczęściej spotykane są sprzęgacze typu
12, 22, NN.

145

Techniki wykonywania

sprzęgaczy

• sprzęganie czołowe

• sprzęganie boczne

Sprzęgacz optyczny
wykorzystujący
sprzężenie boczne

Czołowy sprzęgacz
optyczny
wykorzystujący
soczewki
światłowodowe i
lustro
półprzepuszczalne

146

Sprzęgacze gwiazdowe

Przykładowa
konfiguracja sprzęgacza
gwiazdowego 88 we/wy

Struktura
sprzęgacza
powstałego przez
stopienie i
wyciągnięcie wielu
światłowodów

147

Połączenia trwałe

Trwałe połączenia, wykonywane początkowo przez
klejenie czołowych powierzchni włókien, zostały dziś
całkowicie wyeliminowane przez spawy termiczne, w
których uzyskuje się tłumienność przejścia sygnału
poniżej 0,1 dB.

Zgrzewanie

światłowodów

zapewnia

najmniejszą

tłumienność połączenia oraz bardzo małą reflektancję
odbicia (około 80 dB). Proces zgrzewania światłowodów
odbywa się w automatycznych zgrzewarkach, w których

końce światłowodów ulegają nadtopieniu i połączeniu.

148

Parametry połączeń

światłowodów



•Przesunięcie poprzeczne

•Przerwa miedzy czołami

•Ustawienie kątowe osi

•Nierówności powierzchni końca włókien

149

Połączenia rozłączne

Połączenia rozłączne przeznaczone są do przedłużania
kabli

światłowodowych

lub

łączenia

siecią

teleinformatyczną.

Oprócz

przenoszenia

energii

świetlnej
z małymi stratami, muszą zapewniać powtarzalność
parametrów w kolejnych wielokrotnych połączeniach
światłowodów. Uzyskanie jak najmniejszych strat
(0,5dB)

wymaga

jednak

precyzyjnej

obróbki

mechanicznej

elementów

złączki,

prawidłowego

osiowania włókna, czystości łączonych powierzchni oraz
odpowiedniego

zbliżenia

powierzchni

czołowych

światłowodów.

150

Złącza kątowe ze szczeliną powietrzną

oraz złącza stykowe PC i kątowo-stykowe APC

151

Standardowe złączki

Złączka typu ST

Złączka typu
SC

Złączka typu FC

Złączka typu E2000

152

Złącza światłowodowe

Najpopularniejsze rodzaje złączek światłowodowych to:

• złączki typu PC

• złączki typu ST i SC

• złączki dupleksowe MT-RJ

153

Zastosowanie

światłowodów

Do przesyłania sygnałów mowy wykorzystujemy światłowody w:

 Łączach telefonicznych
- Wewnętrznych

Międzymiastowych

Podmorskich

 Usługach abonenckich
- Powszechnej wielofunkcyjnej sieci telekomunikacyjnej
- Usługach szerokopasmowych
 Sieciach telekomunikacyjnych w elektrowniach
 Liniach telekomunikacyjnych wzdłuż linii energetycznych
 Telekomunikacyjnej sieci kolejowej

 Łączności terenowej

154

Do przesyłania sygnałów wizji wykorzystujemy światłowody w:

 Rozgłośniach telewizyjnych

- Transmisjach na żywo

 Telewizji kablowej
- Łączach między źródłami sygnału a centralą

- Dystrybucji programów

 Zdalnego kontrolowania i ostrzegania
 Powszechnych wielofunkcyjnych sieciach

telekomunikacyjnych

Światłowody znalazły również zastosowanie w transmisji danych :

 Komputerach
 Wewnętrznych przekazywaniach danych
 Lokalnych sieciach komputerowych
 Okablowaniu samolotów i statków

 Naziemnych stacjach satelitarnych

Włókna światłowodowe znalazły zastosowania w czujnikach:

 Żyroskopach
 Hydrofonach

 Czujnikach temperatury
 Czujnikach położenia

155

Realizacja sieci optycznej

156

Technika WDM

System zwielokrotnienia z podziałem
falowym WDM

(Wavelength Division

Multiplexing), umożliwia zwielokrotnienie
przepływności

światłowodu

przez

równoległą, równoczesną i niezależną
transmisję wielu kanałów optycznych, czyli
promieni

laserowych

różnych

długościach fali świetlnej (transmisja
kolorowa) - prowadzonych w jednym
włóknie światłowodowym.

157

Podstawowe bloki techniki WDM

158

Porównanie techniki TDM i

WDM

159

Zwielokrotnienie falowe WDM

160

Podział WDM

Przyjmuje się, że sam sposób zwielokrotnienia
do kilku lub kilkunastu fal optycznych w
jednym oknie włókna światłowodowego
oznacza się jako WDM, natomiast
zwielokrotnienie o większej liczbie kanałów i
większej gęstości (odstęp międzyfalowy
0,8nm) określa się przez gęste WDM, czyli
DWDM (Dense WDM), a także jako
ultragęste WDM, czyli UWDM (Ultra WDM)
przy odstępach międzyfalowy 0,4nm (80
kanałów ) lub mniejszych.

161

Przepływności we włóknie

światłowodowym

162

Komponenty WDM

• źródła światła,

• detektory sygnału świetlnego,

• multipleksery i demultipleksery,

• optyczne krotnice transferowe

OADM,

• przełącznice optyczne OXC.

163

Optyczna krotnica

transferowa OADM

OADM (Optical Add-Drop Multiplexers) jest

urządzeniem umożliwiającym wydzielenie ze
zbiorczego sygnału optycznego jednej lub
kilku długości fali optycznej, oraz
wprowadzenie jednej lub kilku fali składowych
do sygnału zbiorczego.

wejście

wyjście

















m 











DROP

ADD

Zasada dziłania krotnicy OADM

164

Krotnica optyczna

OADM

(zwielokrotnienie

falowe WDM)



włókno

światłowodu



Zasada działania czterokanałowej krotnicy

OADM

165

Rodzaje przełącznic optycznych

166

Przełącznice optycznych

OXC

Główną funkcją przełącznic

optycznych OXC (Optical Cross
Connect) jest dynamiczna
rekonfiguracja sieci optycznej na
poziomie ścieżek optycznych, dla
odtworzenia zdolności transmisyjnych
lub dostosowania do zmian w
zapotrzebowaniu na pasmo
transmisyjne.

Ogólny
schemat
działania
komutatora
optycznego
OXC