1. Budowa światłowodu, rodzaje.

2.2.Światłowody

Światłowód jest to falowód dielektryczny przesyłający sygnały świetlne z miejsca na miejsce tak, jak para przewodów metalowych lub kabel koncentryczny przenoszą sygnały elektryczne.

Użycie włókna szklanego jako falowodu zaproponowali w 1966 roku K. C. Kao i G. A. Hockham z angielskiej firmy Standard Telephone Laboratories.

2.2.1.Budowa światłowodu

Rys. 3. Budowa światłowodu

Rdzeń (wewnątrz którego ograniczone jest rozchodzenie się pola elektrycznego) i warstwa ochronna wykonane są z czystego szkła krzemowego, natomiast powłoka zabezpieczająca wykonana jest z plastiku.

2.2.2.Najważniejsze typy światłowodów

Rys. 4. Przekrój różnych typów włókien światłowodowych wraz z odpowiadającymi im profilami współczynnika załamania oraz zobrazowanie rozchodzenia się promieni optycznych:

1. jednomodowy falowód o profilu skokowym,

2. wielomodowy falowód o profilu skokowym,

3. falowód o profilu gradientowym.

Mod falowodu reprezentuje rozkład fal stojących utworzony przez rozchodzące się pole elektroakustyczne w poprzecznym rdzeniu falowodu. Mówimy, że falowód działa w sposób jednomodowy, jeśli tylko jedna połówka okresu fal stojących układa się na średnicy falowodu. Jeśli liczba połówek fali jest większa od jedności, to mówimy o falowodzie wielomodowym.

2.2.3.Generacje światłowodów

Niejednorodna tłumienność jednostkowa światłowodu w zależności od częstotliwości (wyrażana w dB/km) określa wielkość strat sygnału w medium transmisyjnym i jest podstawą do wyróżnienia trzech podstawowych okien przydatnych do transmisji o obniżonej tłumienności. W najlepszych seryjnie produkowanych światłowodach jednomodowych tłumienność wynosi:

• 0.7dB/km - I okno ( λ=850nm),

• 0.4dB/km - II okno ( λ=1300nm),

• 0.2dB/km - III okno ( λ=1550nm).

Wyróżnia się pięć generacji światłowodów (z tym że dwie ostatnie generacje nie powstały w wyniku dalszego udoskonalania medium transmisyjnego, ale przez zwiększenie przepływności B lub pojemności transmisyjnej BL w oknach o najmniejszej tłumienności: 1300nm i 1550nm):

1. Pierwsza (okno 850nm) - wynikła wraz z uzyskaniem włókna światłowodowego przez amerykańską firmę Corning Glass (1972r.), włókna wielomodowego o długości fali λ=850nm, tłumienności 4dB/km oraz pojemności transmisyjnej BL poniżej (50Mb/s)km i skokowej charakterystyce załamania światła ( gdzie BL - Bitrate * Lenght - to pojemność transmisyjna wyrażona za pomocą iloczynu przepływności binarnej B i maksymalnej odległości L między regeneratorami sygnału w torze)

2. Druga (okno 1300nm) - charakteryzuje się zastosowaniem (od 1987r.) światłowodów jednomodowych o prawie zerowej dyspersji dla fali 1300nm i zmniejszeniu tłumienia jednostkowego do około 0.4dB/km

3. Trzecia (okno 1550nm) - uzyskuje się najmniejszą tłumienność jednostkową od 0.16 do 0.2dB/km co daje możliwość zwiększenia odległości między regeneratorami do 200km

4. Czwarta generacja - jest związana z wprowadzeniem szerokopasmowych wzmacniaczy optycznych EDFA oraz zwielokrotnienia falowego WDM (Wavelenght Division Multiplexing) w torach optycznych

5. Piąta generacja - wiąże się z transmisją solitonową umożliwiającą prawie nieograniczony wzrost pojemności transmisyjnej BL

Rys. 5. Pojemność transmisyjna światłowodów

2.2.4.Solitony

Najwyższe szybkości transmisji w światłowodach osiąga się przez stosowanie specjalnego kształtu wejściowego impulsu świetlnego zwanego solitonem, dobór odpowiedniego natężenia sygnału i impulsu o obwiedni „sekans hiperboliczny”, specjalnie formowanej przez modulator laserowy, umożliwia przesyłane impulsu praktycznie bez dyspersji na bardzo duże odległości. Korzystając ze standartowych światłowodów z solitonami o szerokości od 20 do 50ps uzyskuje się pojemności transmisyjne BL ~360(Tb/s)km, co umożliwia transmisję o przepływności 10Gb/s na odległość 36 000km.

Rys. 6. Obwiednia solitonu fali świetlnej wg funkcji sekans hiperboliczny

2.2.5.Zalety światłowodów

1. Olbrzymia potencjalna szerokość pasma, wynikająca z zastosowania nośnika optycznego i sięgająca około 2*10¹⁴ Hz

2. Mała stratność, nawet do 0,2 dB/km

3. Odporność na interferencje elektromagnetyczne, co jest cechą charakterystyczną dla światłowodów będących falowodami dielektrycznymi

4. Niewielkie wymiary i waga, gdyż przekrój światłowodu nie przekracza rozmiaru włosa ludzkiego

5. Wytrzymałość i giętkość, wyrażająca się dużą odpornością na rozciąganie i wyginanie bez ryzyka uszkodzeń

6. Oferują potencjalne możliwości budowy tanich linii telekomunikacyjnych, gdyż są wytwarzane z piasku, który w przeciwieństwie do miedzi używanej w przewodnikach metalicznych, nie jest rzadkim surowcem

2.2.6.Przykłady światłowodów produkowanych przez firmę Tele-Fonika S.C. z Myślenic

1. Optotelekomunikacyjny kabel liniowy, 12-tubowy

Zastosowanie:

- do komputerowych sieci transmisji danych,
- do sieci CATV,
- do instalowania w kanalizacji kablowej we wszystkich płaszczyznach sieci telekomunikacyjnej.

b) Optotelekomunikacyjny kabel do sieci lokalnych z centralną tubą

Zastosowanie:
- do komputerowych sieci transmisji danych,
- do sieci lokalnych LAN (WAN, MAN),
- do sieci CATV,
- do instalowania w kanalizacji kablowej we wszystkich płaszczyznach sieci telekomunikacyjnej.

c) Optotelekomunikacyjny kabel do sieci lokalnych

Zastosowanie:
- do sieci lokalnych LAN (WAN, MAN),
- do przedłużenia kabli liniowych wewnątrz budynków, od komory kablowej do przełącznicy światłowodowej,
- do komputerowych sieci transmisyjnych.

d) Optotelekomunikacyjny kabel do stacyjny jednowłóknowy

Zastosowanie:
- do połączeń między urządzeniami teletransmisyjnymi i przełącznicą, przełącznicą i kablem liniowym lub jako sznur pomiarowy (pigtail lub patchcord po zainstalowaniu półzłączek),
- do realizacji połączeń optycznych wewnątrzobiektowych.

Rdzeń centralny

Warstwa ochronna

Powłoka zabezpieczająca

(średnica 4-11 m dla 1-modowych, 50 m dla wielomodowych)

(średnica typowo 250 m)

(średnica typowo 125 m)

V gen.

II gen.

III gen.

IV gen.

I gen.

10 000

1000

100

10

100

1000

10 000

10

L [km]

B

[Mbit/s]

---