04 Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Stanisław Sitek

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji
światłowodowej 311[37].Z2.02

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr inż. Regina Ciborska

doc. dr hab. Marian Marciniak

Opracowanie redakcyjne:

mgr inż. Stanisław Sitek

Konsultacja:

mgr inż. Andrzej Zych

Korekta:

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej Montaż
i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej 311[37].Z2.02 wchodzącej w skład
modułu. Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej, światłowodowej
i bezprzewodowej 311[37].Z2, który znajduje się w modułowym programie nauczania dla
zawodu technik telekomunikacji 311[37]

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Klasyfikacja światłowodów.

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Budowa i parametry światłowodów.

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Łączenie światłowodów

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Straty mocy optycznej w torach światłowodowych.

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Kody transmisyjne i pomiary w torach światłowodowych

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Konserwacja i lokalizacja uszkodzeń w torach światłowodowych

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1.WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o podstawowych materiałach

stosowanych do budowy urządzeń i transmisyjnych kanałów światłowodowych, ich
właściwościach oraz zasadach łączenia i sposobach wykonywania pomiarów kontrolnych.

Poradnik dla ucznia, zawiera niezbędne materiały i wskazówki, z których możesz

korzystać podczas przyswajaniu wiedzy z zakresu jednostki modułowej Z2.02. „Montaż
i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej”. W jednostce tej zapisane są cele
kształcenia. Może ona być realizowana jako samodzielna część programu nauczania. Jednak
do zrozumienia treści zawartych w materiale nauczania tej jednostki modułowej, niezbędna
jest dobra znajomość fizyki w zakresie zjawisk falowych, w tym fal elektromagnetycznych
i optyki falowej oraz wcześniejsze opanowanie modułów ogólnozawodowych: 311[37].O1
Badanie obwodów elektrycznych i 311[37].O2 Pomiary parametrów, elementów i układów
elektronicznych a także 311[37].Z2.01 „Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji
kablowej”. Obejmują one wiedzę i umiejętności wspólne dla zawodów branży elektronicznej
oraz podstawowe wiadomości dotyczące teletransmisji. W chwili obecnej można znaleźć
w internecie i w czasopismach wiele publikacji na temat światłowodowych mediów
transmisyjnych.

W poradniku zamieszczono:

–

Wymagania wstępne, które określają wiedzę i umiejętności, jakie powinieneś posiadać
przed rozpoczęciem pracy z poradnikiem,

–

Cele kształcenia, które określają umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z tym
poradnikiem,

–

Materiał nauczania, który zawiera:
a) treści potrzebne do nabycia wiedzy niezbędnej do wykonania ćwiczeń oraz zaliczenia

sprawdzianów z zakresu montażu i eksploatacji sieci i urządzeń transmisji
światłowodowej. Przy wyborze odpowiednich treści pomoże Ci nauczyciel, który
wskaże Ci zarówno materiały jak i czynności niezbędne do wykonania zadań
określonych w wymaganiach dla zawodu technik telekomunikacji,

b) pytania sprawdzające, które sprawdzą wiedzę niezbędną do wykonania przez Ciebie

ćwiczeń. Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczeń, sprawdzisz czy jesteś do tego
odpowiednio przygotowany udzielając odpowiedzi na pytania poprzedzające
ćwiczenia,

c) ćwiczenia, które umożliwią Ci nabycie umiejętności praktycznych niezbędnych do

wykonania montażu i eksploatacji sieci i urządzeń transmisji światłowodowej,
Wykonując ćwiczenia zawarte w poradniku, zgodnie z instrukcją zaproponowaną
przez nauczyciela, przypomnisz sobie podstawowe prawa optyki geometrycznej
mające zastosowania w technologii światłowodowej, poznasz podstawowe cechy
konstrukcyjne i oznaczenia oraz parametry kabli światłowodowych a także metody
kontroli parametrów kabli światłowodowych i jakości transmisji sygnałów w torach
światłowodowych,

d) wykaz materiałów, narzędzi i sprzętu potrzebnych do realizacji ćwiczenia,
e) sprawdzian postępów, który pomoże Ci ocenić poziom Twojej wiedzy, nabytej

podczas wykonywania ćwiczeń.

–

Sprawdzian osiągnięć, który umożliwi sprawdzenie wiadomości i umiejętności
opanowanych przez Ciebie podczas realizacji programu jednostki modułowej „Montaż
i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej.
Sprawdzian osiągnięć zawiera:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

a) Instrukcję dla ucznia, w której omówiono sposób postępowania podczas

przeprowadzania sprawdzianu,

b) Zestaw zadań testowych,

–

Przykładową kartę odpowiedzi, do której wpiszesz wybrane przez Ciebie odpowiedzi na
pytania znajdujące się w teście,

–

Wykaz literatury, która zalecana jest do wykorzystania w procesie uczenia się w celu
pogłębienia wiedzy z zakresu „Montażu i eksploatacji sieci i urządzeń transmisji
światłowodowej”.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych czynności. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki. Niezależnie od tego
powinieneś pamiętać że promień świetlny nadawany przez nadajnik laserowy
(światłowodowy) lub otwarty kabel światłowodowy posiada dużą moc zawartą w bardzo
małej powierzchni i jest bardzo szkodliwy dla wzroku! Sygnalizuje to specjalny symbol
umieszczony obok złącza nadajnika (zamieszczony w dalszej części poradnika). Pod żadnym
pozorem nie należy patrzeć w nieosłonięte gniazdo, do którego nie jest dołączone złącze
światłowodowe. Również obserwacja końca światłowodu, w którym prowadzone jest światło
grozi uszkodzeniem wzroku.

Schemat układu jednostek modułowych w module 311[37].Z2

Moduł 311[37].Z2

Montaż i eksploatacja sieci oraz urządzeń transmisji

kablowej, światłowodowej i bezprzewodowej

Jednostka modułowa 311[37].Z2.01

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej

Jednostka modułowa 311[37].Z2.02

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej

Jednostka modułowa 311[37].Z2.03

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji bezprzewodowej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej Z2.02 „Montaż i eksploatacja

sieci i urządzeń transmisji światłowodowej ” powinieneś umieć:

−

rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne i ich jednostki należące do układu SI,

−

rozróżniać podstawowe pojęcia i wielkości występujące w optyce geometrycznej,

−

szacować oraz obliczać wartości wielkości elektrycznych,

−

charakteryzować podstawowe zjawiska zachodzące w polu elektrycznym, magnetycznym
i elektromagnetycznym oraz opisane w fizyce, w dziale optyka,

−

rozpoznawać elementy torów telekomunikacyjnych oraz źródła sygnałów na podstawie:
wyglądu, oznaczeń i symboli graficznych,

−

planować pomiary podstawowych wielkości elektrycznych,

−

rysować schematy podstawowych układów elektronicznych i pomiarowych stosując
odpowiednie symbole graficzne,

−

rozróżniać i stosować kody liczbowe,

−

opisywać zasady modulacji i demodulacji fali nośnej,

−

dobierać metody i przyrządy pomiarowe do pomiarów podstawowych wielkości
elektrycznych,

−

stosować, zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji obsługi, woltomierz, oraz
miernik uniwersalny, generator sygnałów sinusoidalnych, oscyloskop, miernik poziomu,
zasilacz, licznik częstotliwości itp.,

−

wykonywać pomiary podstawowych wielkości elektrycznych i parametrów elementów
elektronicznych,

−

stosować i przeliczać podstawowe jednostki wielkości elektrycznych w układzie SI,

−

przedstawiać wyniki pomiarów w formie tabel i wykresów,

−

odczytywać informację z tabel lub wykresów zawartych w katalogach lub normach,

−

analizować i interpretować wyniki pomiarów oraz wyciągać wnioski praktyczne,

−

obserwować i interpretować przebiegi sygnałów obserwowanych na oscyloskopie,

−

prezentować efekty wykonywanych pomiarów,

−

korzystać z książek, katalogów, czasopism w celu odnalezienia potrzebnej informacji
o elementach i układach elektronicznych,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

stosować różne metody i środki (symbole, rysunki, zdjęcia itp.) w porozumiewaniu się
na temat zagadnień technicznych,

−

stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, przeciwpożarowe i przepisy o
ochronie środowiska,

−

oceniać ryzyko zagrożenia życia i zdrowia w trakcie badań obwodów i układów
stosowanych w technice światłowodowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej Z2.02 „Montaż i eksploatacja sieci

i urządzeń transmisji światłowodowej” powinieneś umieć:

–

wyjaśnić zasady transmisji sygnałów optycznych w światłowodach wielomodowych,
skokowych i gradientowych oraz w światłowodach jednomodowych,

–

scharakteryzować parametry światłowodów i kabli światłowodowych,

–

scharakteryzować różne rodzaje łączeń światłowodów i straty mocy sygnału na
łączeniach,

–

rozróżnić przewody i kable światłowodowe,

–

zmierzyć parametry światłowodów,

–

wykorzystać oprogramowanie narzędziowe w technice pomiarowej,

–

odczytać proste rysunki mechaniczne,

–

dobrać elementy mechaniczne stosowane przy montażu urządzeń transmisji
światłowodowej,

–

dobrać połączenia mechaniczne elementów konstrukcyjnych,

–

zastosować wymagania określone przez producenta i dotyczące warunków zasilania
i zabezpieczania urządzeń teletransmisyjnych,

–

posłużyć się normami, dokumentacją techniczną, instrukcjami, i schematami
montażowymi urządzeń,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy przy montażu i obsłudze urządzeń
z zakresu jednostki modułowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Klasyfikacja światłowodów.

4.1.1. Materiał nauczania

Informacje wstępne o światłowodach

W dzisiejszych czasach informacja jest najbardziej poszukiwanym i cenionym produktem

przeznaczonym do sprzedaży. Pod względem szybkości i jakości przepływu informacji
światłowody stanęły wysoko ponad wszelką konkurencją. Już w roku 1876 -Aleksander
Graham Bell opracował a w 1880 opatentował urządzenie nazwane fototelefon. W urządzeniu
tym wykorzystał do przekazu głosu modulację wiązki światła poprzez drgające w takt głosu
zwierciadło i następnie transmisję promienia świetlnego w wolnej przestrzeni. Za pomocą
fototelefonu można było komunikować się na odległość 200 m. W roku 1890 Lord Tyndall
przedstawił wyniki prac nad efektem światłowodowym w dielektrykach. Wymienione i inne
rozwiązania praktyczne były kosztowne i zawodne. W tym czasie parametry kabli
miedzianych w zupełności odpowiadały stawianym wymaganiom związanym z ilością
przekazywanej informacji. Jednak, wraz z rozwojem zapotrzebowania na nowe usługi,
telekomunikacja potrzebowała systemów transmisyjnych o coraz większej pojemności.
Rozwój technologii wytwarzania światłowodów w oparciu o powszechną dostępność
w skorupie ziemskiej kwarcu oraz dopracowanie konstrukcyjne wydajnych źródeł światła –
nadajników optycznych i odbiorników promieniowania spójnego, które nastąpiło w latach
siedemdziesiątych i osiemdziesiątych ubiegłego stulecia, umożliwił wprowadzenie do
eksploatacji

nowych

typów

łączy-łączy światłowodowych. Jednocześnie Sektor

Telekomunikacji Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU-T), który
formalnie zastąpił (w 1993 r.) organizacje europejską CCITT (Międzynarodowy Komitet
Doradczy ds. Telefonii i Telegrafii), opracował wymagania i metody kontroli parametrów
światłowodowych łączy wielomodowych i jednomodowych zawarte w standardach, do
których należą:

−

ITU-T G.652, Standardowy światłowód jednomodowy,

−

ITU-T G.653, Światłowód jednomodowy z przesuniętą dyspersją,

−

ITU-T G.655, Światłowód jednomodowy z niezerową dyspersją.

Stworzyło to warunki do ekonomicznego zastosowania technologii światłowodowej nie tylko
w telekomunikacji i teleinformatyce ale także w wielu innych dziedzinach.

Światło widzialne:

–

jest falą elektromagnetyczną zawierającą fale o długościach z zakresu od 0,39 μm do
0,74 μm tj o częstotliwościach rzędu 10

–

rozchodzi się w próżni z jednakową prędkością wynoszącą c = 299 792 458 m/s.
niezależnie od długości fali (tak jak ogólnie wszystkie fale elektromagnetyczne),

–

jest odbierane przez ludzki narząd wzroku – oko,

–

niesie ze sobą energię oraz informację,

–

może być w przybliżeniu opisywane prawami optyki geometrycznej.
W

technologii

światłowodowej

znalazło

zastosowanie

promieniowanie

elektromagnetyczne o długościach fal leżących w pobliżu światła widzialnego, w zakresie od
0,6

m do 1,7

Od dobrych parametrów mediów transmisyjnych w zasadniczy sposób zależy jakość

wymiany informacji. Dlatego też pojawia się pytanie, kiedy warto stosować światłowód
zamiast torów przewodowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W porównaniu z technikami tradycyjnymi:

–

transmisja światła w światłowodzie jest niewrażliwa na zakłócające, zewnętrzne pola
elektromagnetyczne oraz na oddziaływanie między sąsiednimi włóknami co jest
szczególnie istotne w instalacjach wykonywanych w środowisku przemysłowym,

–

możliwe jest wykorzystanie bardzo szerokiego pasma częstotliwości rzędu wielu GHz
przy zasięgu ponad 100 km bez regeneratorów przydatne podczas transmisji cyfrowych
sygnałów telefonii, transmisji danych oraz sygnałów telewizyjnych o bardzo dużej
przepływności binarnej,

–

włókna optyczne są idealnymi izolatorami,

–

dostęp do przesyłanej informacji jest bardzo utrudniony, ponieważ światłowód
praktycznie nie emituje energii na zewnątrz,

–

tłumienność światłowodów jest znacznie niższa niż tłumienność kabli miedzianych.
Najbardziej przydatne są światłowody wtedy, gdy występuje zapotrzebowanie na duże

szybkości transmisji, przekraczające 100 Mbit/s, oraz duże odległości (100 – 200 km). Firmy
zajmujące się technologią światłowodową pracują nad tym, aby koszty instalacji traktów
i urządzeń światłowodowych były takie same lub mniejsze od kosztów kanałów
telekomunikacyjnych wykonanych z przewodów miedzianych. W kablach miedzianych
można uzyskiwać duże szybkości transmisji sygnałów, ale na odległości ograniczone do
kilkuset metrów. Głównymi dostawcami kabli światłowodowych są: TELE-FONIKA Kable
S.A., Lucent Technologies i MOD-TAP.

„Zasady transmisji sygnałów w torach światłowodowych – przypomnienie wiadomości

z podstaw optyki geometrycznej”
Światło jest falą elektromagnetyczną o określonej częstotliwości. W wielu przypadkach
wykorzystuje się opis światła oparty jest na idei promieni światła. Przybliżenie to jest dobre
dla promieni szerokich w porównaniu do długości fali. Opis ten wykorzystuje prawa odbicia
i załamania fali świetlnej na granicy 2 ośrodków. W opisie tym „Promień świetlny” to droga
w przestrzeni wyznaczona przez falę płaską biegnąca wzdłuż linii prostej, w ośrodku
jednorodnym, tzn. takim, którego właściwości są jednakowe w każdym jego punkcie.
Światło rozchodzi się jako strumień promieni (wiązka fal o zbliżonych częstotliwościach).
Przyjmuje się też, że promienie te biegną prostoliniowo od źródła światła do miejsca,
w którym napotkają na przeszkodę, lub zmianę ośrodka. Światło rozchodzi się w ośrodkach
przezroczystych - np. w powietrzu, szkle, wodzie. Niestety w ośrodkach materialnych światło
jest zawsze w jakimś stopniu pochłaniane. Najlepiej (najszybciej i bez strat) światło rozchodzi
się w próżni. Ponadto, jak wynika z teorii falowej światła, okazuje się że światło, ulega
dyfrakcji i interferencji a więc nie jest takim jednorodnym, prostoliniowym promieniem.
Jednak w wielu typowych, znanych z codziennego życia, zastosowaniach, model optyki
geometrycznej całkiem nieźle się sprawdza. W oparciu o ten model świetnie działają takie
przyrządy jak: aparaty fotograficzne, okulary, lornetki i teleskopy oraz można wytłumaczyć
podstawowe procesy zachodzące w światłowodach.
W przypadku, gdy promień świetlny napotyka na swej drodze granicę dwóch ośrodków np.
powietrza i wody, to dochodzi do zmiany kierunku biegu tego promienia. Na granicy dwóch
ośrodków może wystąpić zjawisko odbicia promieni lub odbicia i załamania w zależności od
tego czy promień wnika do drugiego ośrodka czy nie. „Prawo odbicia światła” (rysunek 1a)

W idealnym przypadku odbicie światła może być zwierciadlane (takim będziemy się

głównie zajmować) lub dyfuzyjne, w którym światło jest odbijane (rozpraszane) we
wszystkich możliwych kierunkach. Odbicie dyfuzyjne występuje gdy powierzchnia odbijająca
jest nieregularna. Odpowiednia „gładkość” powierzchni odbijającej pozwala na
sformułowanie zasady mówiącej że (rysunek 1a): Na granicy dwóch ośrodków kąt odbicia

równy jest kątowi padania

oraz że promień padający i promień odbity leżą w jednej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

płaszczyźnie. Zarówno kąt padania, jaki i odbicia liczone są od normalnej (prostopadłej do
powierzchni), a nie od powierzchni rozgraniczającej ośrodki

Typowe, najbardziej znane nam odbicie zachodzi wtedy, gdy drugi ośrodek jest w ogóle

nieprzepuszczalny dla światła. Jeżeli dodatkowo w tym drugim ośrodku światło nie jest
pochłaniane, to cała wiązka ulega odbiciu. (jak np. w zwierciadle). „Załamanie światła”
(rysunek 1b)

Załamanie światła polega na zmianie kierunku biegu promienia na granicy dwóch

ośrodków o różnej gęstości optycznej i jest związane ze zmianą prędkości propagacji fali
świetlej po przejściu z jednego ośrodka do drugiego przy zachowaniu tej samej
częstotliwości. Inna prędkość fali świetlnej powoduje zmianę jej długości. A więc po
przejściu promienia świetlnego do innego ośrodka dochodzi do zmiany kierunku
rozchodzenia się światła.
Uwaga: Nie należy mylić załamania z ugięciem promienia świetlnego. Załamanie zachodzi na
granicy 2 ośrodków, natomiast ugięcie promienia świetlnego ma inną naturę i zachodzi
w jednym ośrodku.(inaczej przebiega)

Rys. 1 Prawo odbicia i załamania światła [8]

Prawo załamania, przedstawione na rysunku 1b, sformułowane jest w następującej

postaci:
Zgodnie z rysunkiem 1b, promień świetlny pochodzący z ośrodka 1 na granicy dwóch
ośrodków załamuje się i biegnie w ośrodku 2. Jeżeli narysujemy linię normalną (prostopadłą)
do granicy ośrodków i oznaczymy przez

kąt padania oraz przez

kąt załamania to sinusy

tych kątów wiąże następująca zależność:
v – prędkość światła w danym ośrodku,
c – prędkość światła w próżni (c = 299 792 458 m/s),
n – bezwzględny współczynnik załamania.

mamy:

sin

Czyli; dla danego światła monochromatycznego stosunek sinusa kąta padania do sinusa

kąta załamania jest wielkością stałą, charakterystyczną i nazywa się współczynnikiem
załamania ośrodka drugiego, do którego światło wpada, względem ośrodka pierwszego,
z którego światło wychodzi. Promień padania, promień załamania oraz prostopadła w punkcie
załamania leżą w jednej płaszczyźnie.

Jeżeli światło wychodzi z danego ośrodka do próżni lub do atmosfery, to mówimy

o bezwzględnym współczynniku załamania światła. Możemy to zapisać w postaci wzoru:

Znajomość bezwzględnych współczynników załamania umożliwia szybkie obliczenie

prędkości rozchodzenia się światła w danych ośrodku, wg wzoru:

Przejście fali

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

elektromagnetycznej do ośrodka zmniejszającego jej prędkość powoduje zmianę długości fali

zgodnie z zależnością:

gdzie: − λ

- długość fali w ośrodku,

–

λ - długość fali w próżni,

–

- współczynnik załamania światła ośrodka względem próżni.

Prawo załamania zostało doświadczalnie odkryte przez Willebrod’a Snell’a i nazywane jest
prawem Snella lub Snelliusa.

Przykład:
Prędkość światła w szkle wynosi ok. 2/3 prędkości światła w próżni. Współczynnik załamania
szkła wynosi więc 3/2 czyli 1,5.

Mając bezwzględne współczynniki załamania ośrodka, z którego wychodzi światło

i ośrodka 2, do którego przechodzi światło, można wyznaczyć również względny
współczynnik załamania

- bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 (z którego wychodzi światło),

– bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2 (do którego przechodzi światło),

– współczynnik załamania (względny) ośrodka 2 względem ośrodka 1

Tabela 1

Względny współczynnik załamania światła

decyduje o tym, jak bardzo światło ma tendencję
do

zmieniania

swego

kierunku

podczas

przechodzenia do innego ośrodka. Inaczej mówiąc
-

przy

dużym

względnym

współczynniku

załamania światło będzie się silniej załamywać.

W przypadku, gdy nie ma dokładnego

stwierdzenia

jaki

współczynnik

chodzi,

najczęściej

samo

wyrażenie

"współczynnik

załamania" należy rozumieć jako "bezwzględny
współczynnik załamania". Jeżeli medium ma
zmienny współczynnik załamania, powoduje to
powstanie znacznych zakłóceń w rozchodzącej się
fali. Przykładem tego może być powietrze, którego

lokalne i chwilowe fluktuacje gęstości są przyczyną zmian współczynnika załamania i przez
to zakłócają obrazy teleskopów optycznych rozmieszczonych na powierzchni Ziemi.
Przykłady współczynników załamania światła względem próżni, dla fali o długość 580 nm,
dla różnych materiałów przedstawiono tabeli 1.

Promień świetlny przy przechodzeniu z ośrodka optycznie rzadszego do ośrodka

optycznie gęstszego ( n

) załamuje się ku prostopadłej padania. Gdy promień świetlny

przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego (n

) załamuje

się od prostopadłej padania. Zjawisku załamania światła towarzyszy zawsze odbicie światła.

W technice światłowodowej szczególnie interesująca jest sytuacja, w której kąt

załamania jest większy od kąta padania. Jeżeli w ośrodku 1 optycznie gęstszym fale o pewnej
częstotliwości mają prędkość propagacji v

, a w drugim fale o tej samej częstotliwości mają

prędkość propagacji v

to kat załamania

będzie większy od kąta

. Dla pewnego kąta

kat załamania

może wynosić 90

. Taki kąt padania

nazywamy kątem granicznym. Dla

wszystkich kątów padania większych od kąta granicznego będzie występowało całkowite
wewnętrzne odbicie. W tych warunkach promień świetlny nie przechodzi do drugiego

Materiał

Współczynnik

załamania

Próżnia

powietrze(1013 hPa 20

C) 1,0003

Woda

1,33

Lód

1,310

alkohol etylowy

1,36

dwusiarczek węgla

1,63

jodek metylu

1,74

topiony kwarc

1,46

szkło (kron)

1,52

szkło (flint)

1,66

chlorek sodu(flint)

1,53

Diament

2,417

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu i nie występują straty mocy promienia świetlnego.
Światło padające na granicę ośrodków pod kątem mniejszym od granicznego zostaje
częściowo odbite a częściowo przechodzi do drugiego ośrodka (jest załamane).
Matematycznie można to przedstawić w następujący sposób:

Znając współczynnik załamania dla danej fali można
wyznaczyć jej prędkość w drugim ośrodku. Wartość
współczynnika załamania zależy od długości fali
przykładową

taką

zależność,

dla

szkła

borowo-

krzemowego oznaczanego jako BK7 przedstawiono na
rysunku 3.

Kąt załamania światła na granicy dwóch ośrodków

zależy również od częstotliwości fali. W zakresie światła
widzialnego wzrost częstotliwości powoduje zmniejszenie prędkości fali, a więc przy
większych częstotliwościach występuje mniejsze załamanie. Szerokie pasma przenoszenia
w wielomodowych światłowodach gradientowych uzyskuje się w wyniku optymalizowania,
w procesie wytwarzania, profilu współczynnika załamania światła ze względu na długość fali.
Ta optymalizacja następuje w procesie wytwarzania rdzeni światłowodów poprzez dodawanie
do krzemu dodatkowych pierwiastków rzadkich.

Współczynnik

Wartość

1.15150

1.18584x10

-1

1.26301

1.05984x10

-2

-1.18225x10

-2

1.29618x10

Rys. 3 Zależność współczynnika załamania od
długości fali światła dla szkła BK7

Dyspersja-czyli rozszczepienie

Dyspersją nazywamy zjawisko, w którym prędkość rozchodzenia się fali

elektromagnetycznej zależy od długości fali.

Dyspersja światłowodu powoduje, że sygnał

niesiony przez falę elektromagnetyczną rozchodzącą się w ośrodku ulega odkształceniu, które
rośnie wraz z odległością transmisji i w końcu utrudnia prawidłowe dekodowanie sygnałów.
Odkształcenie przekazywanych impulsów przedstawiono na rysunku 4. Zjawisko to określa
przydatność włókna światłowodowego do transmisji długodystansowej.

Ośrodek 1

Ośrodek optycznie gęstszy

środ

rza

szy

Graniczny kąt padania
światła

=90

Rys. 2 Całkowite

wewnętrzne odbicie [14]

v - prędkość propagacji fali świetlnej,
c - prędkość światła w próżni,
n

- współczynnik załamania światła przy

przejściu z próżni do medium dla
częstotliwości f

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dyspersja”

całkowita skła

„Dyspersja chromatyczna”

–nazywana również
materiałową, spektralną, lub
widmową jest najbardziej
znacząca i spowodowana
zależnością prędkości
rozchodzenia

się

światła

oraz współczynnika
załamania światła w danym
ośrodku od częstotliwości. Przesyłane impulsy (pochodzące nawet z najlepszych laserów
optycznych) składają się w rzeczywistości z wielu fal monochromatycznych należących do
pewnego zakresu częstotliwości. Fale o różnych długościach poruszają, się w rdzeniu
z różnymi prędkościami. Zjawisko to powoduje poszerzanie przesyłanych włóknem impulsów
tak, jak to pokazano na rysunku 4. Im węższe jest widmo sygnału, czyli im światło jest
bardziej spójne (koherentne), tym wpływ dyspersji chromatycznej jest mniejszy
i zniekształcenia sygnału na wejściu odbiornika mniejsze.

„Dyspersja modowa” – występuje w światłowodach

wielomodowych. Impuls światła (przedstawiony na
rysunku 5 na początku światłowodu) wiedziony przez
światłowód jest superpozycją wielu (na rysunku 5
dwóch

modów)

modów

(fal,

różnych

częstotliwościach), z których prawie każdy, na skutek
różnych kątów odbicia od granicy rdzenia, ma do
przebycia inną długość drogi między odbiornikiem a
nadajnikiem. Powoduje to rozmycie transmitowanego

impulsu zależne od długości światłowodu. Dyspersja modowa jest największa dla
światłowodów skokowych i przekracza znacznie wszystkie pozostałe dyspersje. Dodatkowo
z powodu dużego tłumienia jednostkowego tych włókien docierający na wejście odbiornika
sygnał ma wyraźnie inny kształt i niniejszą amplitudę. Zniekształcenie to rośnie wraz
z długością światłowodu. Ograniczenie dyspersji modowej i zwiększenie pasma
światłowodów wielomodowych do 1200 MHz*km uzyskano wprowadzając włókna
gradientowe.

„Dyspersja modowa” występująca w światłowodach gradientowych, jest mniejsza, gdyż

poszczególne mody (fali długości 850 lub 1300 nm) pokonują, w przybliżeniu jednakową
drogę. We włóknach jednomodowych dyspersja modowa nie występuje i możliwe jest
uzyskanie bardzo szerokiego pasma. Jednak szerokość tego pasma ogranicza dyspersja
chromatyczna i falowodowa.

„Dyspersja falowodowa” - spowodowana jest tym, że efektywna prędkość fal jest zależna

jednocześnie od własności materiału rdzenia i płaszcza. Przy dużych częstotliwościach
promienia świetlnego pole modu zawarte jest w rdzeniu włókna. Dla niższych częstotliwości
promienia świetlnego zwiększa się pole prowadzenia modu powodując tym samym
zniekształcenia transmitowanych impulsów.

Zniekształcenia geometrii włókna szklanego podczas produkcji lub podczas instalacji

powodują powstanie „dyspersji polaryzacyjnej”, której wpływu nie można pominąć przy
transmisji sygnałów optycznych przy prędkości powyżej 1 Gbit/s.
Do problemu dyspersji powrócimy jeszcze przy okazji parametrów światłowodów.

Aby możliwe było przesyłanie jednym światłowodem informacji pochodzących od wielu

użytkowników, a tym samym, aby wyeliminować konieczność stosowania wielu

Rys. 4 Dyspersja w światłowodzie – transmisja impulsu

Rys. 5 Dyspersja modowa [5]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

światłowodów, stosuje się zwielokrotnienie tj. multipleksowanie. Wyróżnia się 3 metody
multipleksowania:

−

Zwielokrotnienie czasowe, częstotliwościowe i falowe
Multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM; ang. Freqency Division

Multiplexing).

Multipleksowanie

tego

rodzaju

zwiększa

przepustowość

sytemu

transmisyjnego. Jest to układ, w którym kanały transmisyjne sąsiadują ze sobą. Przesyłane
sygnały niesione są na częstotliwości nośnej – innej dla każdego z kanałów. Aby nie
powstawały interferencje każda z nośnych musi różnić się od pozostałych co najmniej
o 2,2GHz. Metoda ta ma zastosowanie w transmisji sygnałów analogowych.

Multipleksowanie z podziałem czasu (TDM), stosowane w kanałach przewodowych

i światłowodowych, polega na tym, że przesyłane sygnały dzielone są na części, które później
przesyłane są w kolejnych szczelinach czasowych. Najpierw przesyłana jest pierwsza cześć
pierwszego sygnału, potem pierwsza cześć drugiego sygnału itd. Gdy zostaną przesłane
wszystkie pierwsze części, do głosu dochodzą drugie części sygnału. W przypadku wolnych
połączeń końcowych metoda ta pozwala na efektywne wykorzystanie przepustowości
światłowodu. Multipleksowanie tego rodzaju jest odpowiednie zwłaszcza do przesyłania
sygnałów cyfrowych. Multipleksery cyfrowe łączą na ogół do 16 linii wejściowych.

„Multipleksowanie z podziałem długości fali” (WDM – ang. Wavelength Division
Multiplexing). - polega na tym, że w jednym torze światłowodowym można przesyłać

równolegle, jednocześnie i niezależnie wiele promieni świetlnych o różnych długościach fali.
Każdy przesyłany sygnał przekazuje informacje z innego źródła. Zwyczajowo przyjmuje się,
że zwielokrotnienie do kilku fal w jednym oknie włókna światłowodowym oznacza się jako
WDM, natomiast zwielokrotnienie o większej gęstości (odstęp międzykanałowy 0,8 nm)
określa się przez DWDM., lub jako UWDM przy odstępach 0,4 nm i mniejszych.
Sygnały po stronie odbiorczej rozdziela się za pomocą np. siatki dyfrakcyjnej, pryzmatu lub
wielowarstwowych filtrów interferencyjnych.
Zalety światłowodów

Opisane wyżej zjawiska odbicia i złamania światła są wykorzystywane podczas

kierunkowego przesyłania promienia świetlnego w specjalnym falowodzie, częściej
nazywanym światłowodem. Pierwotnie miał on postać metalowych rurek o wypolerowanych
ściankach, służących do przesyłania promieniowania podczerwonego. Obecnie występuje
w formie włókien dielektrycznych wykonanych najczęściej ze szkła kwarcowego (rdzeń
warstwa wewnętrzna i płaszcz- warstwa zewnętrzna) z otuliną z tworzywa sztucznego.
W celu zapewnienia właściwego funkcjonowania światłowodu czystość i jednorodność
materiału, z którego wykonany jest rdzeń i płaszcz, musi być bardzo duża oraz współczynnik
załamania dla rdzenia powinien być większy niż dla płaszcza.

Częstotliwość przesyłanego promienia świetlnego jest rzędu 10

Hz. Dzięki temu sygnał

ten można modulować również z dużą częstotliwością i możliwa jest transmisja sygnałów
cyfrowych z przepływnością do około 3 Tb/s. Dodatkowo przepływ danych jest
zabezpieczony w sposób naturalny przed niepowołanym dostępem, ponieważ światłowody
nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego. Z tego samego powodu podsłuchanie
transmisji jest bardzo utrudnione. Światłowody cechuje również duża odporność na
zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne. Światłowody można z powodzeniem stosować
w pobliżu linii energetycznych lub nawet prowadzić światłowód wewnątrz kabla
energetycznego. Dla fali świetlnej o długości 1,5 μm, uzyskiwana elementowa stopa błędów
jest mniejsza niż 10

-10

przy najwyższych przepływnościach binarnych i przy małej

tłumienności jednostkowej kabla (około 0,20 dB/km).

Ogólnie światłowód, jako struktura prowadząca światło, może przyjmować różne formy

i może być wykonany z różnych materiałów. Zastosowanie światłowodów wykracza daleko
poza telekomunikację i obejmuje takie dziedziny jak medycyna, systemy oświetleniowe oraz

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

czujniki, sterowanie, sygnalizacje itp. Światłowody różnią się między sobą ze względu na
strukturę modową, kształt, materiał wykonania, rozkład współczynnika załamania w rdzeniu
i mechanizm prowadzenia światła.

Ze względu na właściwości techniczne włókna światłowodowe dzieli się na

jednomodowe i wielodomowe.

„Światłowody jednomodowe” (ang. Single Mode Fibers, SMF) posiadają średnicę rdzenia

od 8 do 10 mikrometrów, a średnicę płaszcza 50 ÷ 150 μm. W światłowodach
jednomodowych przesyłany jest sygnał monochromatyczny, wytworzony przez laser
półprzewodnikowy, zawierający jedną, wyróżnioną częstotliwość fal optycznych o wąskiej
szerokości linii widmowej. Sygnał ten ulega tylko niewielkim zniekształceniom (brak
dyspersji międzymodowej). Fala świetlna rozchodzi się prawie równolegle do osi
światłowodu i dociera do końca włókna w jednym modzie – tzw. modzie podstawowym tak
jak na rysunku 6.

Światłowody jednomodowe charakteryzują się małą średnicą rdzenia – zwykle od 8 do

10 mikrometrów (porównywalną z długością fali świetlnej), a także skokową zmianą
współczynnika załamania światła. Ten rodzaj światłowodów nadaje się do dalekosiężnej
telekomunikacji światłowodowej, gdyż sygnał może być transmitowany bez wzmacniania na
odległość do 100 km, zaś ich żywotność wynosi do 25 lat.

Technologia i precyzja wytwarzania światłowodów jednomodowych jest droga i wymaga,

aby częstotliwość znormalizowana V była mniejsza niż 2,405. Częstotliwość znormalizowana
V określona jest zależnością:

Gdzie: d – średnica rdzenia światłowodu,
λ(lambda) – długość fali optycznej,
n

i n

– odpowiednio: współczynniki załamania rdzenia i płaszcza.

Liczba dozwolonych modów w światłowodzie określona jest zależnością

Światłowody jednomodowe przy wykonywaniu połączeń rozłącznych za pomocą wtyków
narzucają tolerancję rzędu ułamka mikrona.

Źródłem światła w światłowodach jednomodowych jest laser o długości fali 1,3 μm lub

1,5 μm. Możliwości transmisyjne światłowodów jednomodowych ogranicza tylko tłumienie
szkła i dyspersja chromatyczna. W wyniku doskonalenia technologii wytwarzania włókien
jednodomowych uzyskano bardzo małą wartość dyspersji co daje możliwość wykorzystania
pasma przenoszenia rzędu dziesiątek GHz.

„Światłowody wielomodowe” (ang. Multi Mode Fiber, MMF) buduje się tak, aby

średnica rdzenia wynosiła 50 lub 62,5 mikrometra. W światłowodzie wielomodowym
następuje rozdzielenie fali wejściowej na wiele promieni o takiej samej długości fali, lecz
propagowanymi po innych drogach. W światłowodach wielomodowych występuje zjawisko
zniekształcenia impulsu wyjściowego a co za tym idzie, ograniczenie prędkości transmisji

Rys. 6. Przepływ strumienia świetlnego w światłowodzie

jednomodowym [14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i odległości, na jaką można transmitować sygnał. Światłowody wielomodowe (rysunek 7
i 8).dzielimy na :

−

światłowody wielomodowe skokowe – o skokowej zmianie współczynnika załamania

−

światłowody wielomodowe gradientowe - o gradientowej zmianie współczynnika
załamania

Rys. 7 Światłowód wielomodowy gradientowy [14]

Rys. 8 Światłowód wielomodowy skokowy [14]

Rdzeń światłowodu gradientowego ma budowę warstwową. Każda warstwa jest inaczej

domieszkowana związkami np. pięciotlenku fosforu, dzięki czemu współczynnik załamania
światła zmienia się w sposób ciągły wzdłuż promienia rdzenia.. Wartość maksymalną
przyjmuje na osi rdzenia zaś minimalną na granicy z płaszczem. Kształt rozkładu
współczynnika załamania światła w przekroju poprzecznym rdzenia ma wpływ na własności
propagacyjne światłowodu i powoduje zmniejszenie dyspersji sygnału.
Światłowody gradientowe zapewniają – dla różnych modów (poruszających się po łukach) –
tę samą prędkość rozchodzenia wzdłuż kabla. Dzieje się tak, gdyż fale rozchodzące się
w większej odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym współczynniku
załamania, oznacza to że mają większą prędkość liniową.

W światłowodzie skokowym współczynnik załamania zmienia się skokowo pomiędzy

rdzeniem i płaszczem. Mody prowadzone są w rdzenia pod różnymi kątami, przez co mają
różną drogę do przebycia. Jak wiadomo prędkość rozchodzenia światła w światłowodzie
o stałym współczynniku załamania, jest stała (w szkle wynosi około 200 000 km/s), dlatego
czasy przejścia promieni przez światłowód są różne. Jest to przyczyną tzw. dyspersji
międzymodowej, która powoduje poszerzenie impulsu docierającego na koniec światłowodu.
Powoduje to ograniczenie pasma przenoszenia i odległości, na jaką mogą być transmitowane
sygnały. Ze względu na dyspersję modową można wyciągnąć wniosek, że im cieńszy jest
światłowód tym jest lepszy.

Dyspersja chromatyczna występuje zarówno w światłowodach jednomodowych jak

i w światłowodach wielomodowych.

Ze względu na dyspersję wykonanie światłowodów pozwala na zakwalifikowanie ich do

grup:

−

klasyczne (z dyspersją naturalną),

−

z przesuniętą dyspersją (DSF),

−

z poszerzoną dyspersją (DWF),

−

z odwróconą dyspersją.

Ze względu na strukturę światłowody możemy dzielić na włókniste i planarne, (rysunek 9)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9 Struktura światłowodów: włóknista i planarna, [14]

Ze względu na materiał: wykonania mamy:

−

światłowody SiO2 (domieszkowane),

−

światłowody z innego szkła, np. ZBLAN (Zr, Ba, La, Al, Na),

−

światłowody z materiałów krystalicznych – szafir,

−

światłowody plastikowe (PMMA),

−

światłowody wielowarstwowe, epitaksjalne (np. GaAs/AlGaAs),

−

światłowody warstwowe dielektryczne (Ta2O5, ZnO, Si3N3/SiO2),

−

światłowody warstwowe polimerowe (PMMA, PS).
Ze względu na możliwość wzmacniania transmitowanych sygnałów mamy światłowody:

pasywne (transmisja sygnałów lub danych), aktywne (wzmacniacze optyczne), specjalne

Pod względem zastosowania mamy światłowody:

–

telekomunikacyjne,

–

dla sieci komputerowych,

–

czujnikowe.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzić, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie prawa opisują zachowanie się promieni świetlnych na granicach dwóch ośrodków ?
2. Jak sformułowane jest prawo odbicia światła ?
3. Jak sformułowane jest prawo załamania światła ?
4. Jak sformułowany jest współczynnik załamania światła w ośrodku przeźroczystym ?
5. Co to jest światłowód ?
6. Jakie cechy opisują światłowód wielomodowy ?
7. Jakie cechy opisują światłowód jednomodowy ?
8. Jakie są sposoby klasyfikacji światłowodów ?
9. Jaka jest budowa typowego włókna światłowodowego ?
10. Jaki jest podział światłowodów uwzględniający materiał, z którego są wykonane ?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz

współczynnik

załamania

szkła,

którym

długość

fali

światła

monochromatycznego o częstości 4,4x10

Hz wynosi 400 nm ?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator, poradnik dla ucznia,

−

literatura [8].

Ćwiczenie 2

Wyznacz długość fali w próżni monochromatycznego światła, którego długość fali w

szkle o współczynniku załamania 1.5 wynosi 450 nm?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura [8].

Ćwiczenie 3

Wyznacz prędkość rozchodzenia się monochromatycznego światła w szkle, jeśli jego

współczynnik załamania w tym szkle wynosi 1,7.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura [10].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Korzystając ze wzorów zamieszczonych na stronie 15 wylicz ile modów pojawi się w

rdzeniu o średnicy 50

m i fali roboczej 1

m ? Współczynnik załamania szkła płaszcza

wynosi n

= 1,45, współczynnik załamania szkła rdzenia wynosi n

= 1,4645

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura [10].

Ćwiczenie 5

Narysuj rozkład modu w światłowodzie jednomodowym i wielomodowym oraz wyjaśnij,

posługując się tym rysunkiem, różnicę pomiędzy światłowodem wielomodowym
a jednomodowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura [10].

Wykonując ćwiczenia pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na;

–

znajomość praw optyki geometrycznej i poprawność analizy danych,

–

sprawność wyszukiwania przez ciebie informacji,

–

umiejętność stosowania wzorów i korzystania z informacji zawartych w tablicach,

–

poprawność wykonania obliczeń z zachowaniem odpowiednich jednostek,

–

umiejętność formułowania wniosków i przeprowadzenia samooceny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować prawo odbicia światła oraz podać jego zastosowania ?



2) zdefiniować i wyjaśnić prawo załamania światła oraz podać jego

zastosowania ?



3) wyjaśnić na czym polega całkowite wewnętrzne odbicie i co to jest kąt

graniczny ?



4) opisać zależność pomiędzy współczynnikiem załamania światła a

prędkością rozchodzenia się fali świetlnej w danym środowisku?



5) wyjaśnić zalety i wady transmisji światłowodowej ?



6) opisać właściwości światłowodów jednomodowych i wielomodowych ?



7) przedstawić praktyczne zastosowania światłowodów ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Budowa i parametry światłowodów.

4.2.1. Materiał nauczania

Prędkość światła w próżni i w atmosferze wynosi w przybliżeniu 3 x 10

m/s. Prędkość

rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w kablach miedzianych oraz kablach
światłowodowych jest w przybliżeniu taka sama i wynosi 2 x 10

m/s. We wszystkich trzech

przypadkach najbardziej podstawową zależnością matematyczną jest równanie wiążące
długość fali rozchodzącego się sygnału λ, jej częstotliwość f oraz prędkość propagacji fali V

[m/s] =

[μm]

•

f [MHz}

Kable światłowodowe – budowa

Rozmiar zewnętrzny jest stały dla wszystkich typów światłowodów. Wynika to

z potrzeby łączenia światłowodów ze sobą i konieczności przekazywania sygnału między
nimi. Obecnie spotyka się światłowody o grubości 125 μm, choć występują jeszcze takie
o rozmiarze 140 μm.
Rozmiar rdzenia.

Wyróżniamy dwa typy. Pierwszy o grubości 9 μm i drugi – w starszej wersji jako 62,5

μm oraz nowszej 50 μm (o gorszych parametrach tłumiennościowych, ale lepszych
dyspersyjnych).

Włókno światłowodowe jest z reguły pokryte warstwą polimeru. Jest to tak zwane

pokrycie pierwotne, zabezpieczające włókno przed wpływem otoczenia. Włókno z pokryciem
pierwotnym może być chronione przez kolejne warstwy. Utworzona w ten sposób konstrukcja
nosi nazwę kabla światłowodowego.

Struktura kabla światłowodowego zależy od planowanego rejonu instalacji, zasięgu

i występujących zagrożeń. W skład jej wchodzą (rysunek 10):
a) Zewnętrzna warstwa ochronna kabla mająca na celu ochronę przed warunkami

zewnętrznymi,

b) Warstwa "nitek" z tworzywa sztucznego służąca do zapobiegania uszkodzeniom, do

których mogłoby dojść w trakcie instalacji kabla,

c) Kolejna warstwa ochronna, wewnątrz której umieszczony jest żel,
d) Żel uszczelniający, w którym umieszczone są światłowody. Żelu używa się w przypadku

kabli uniwersalnych, które mogą być kładzione pod ziemią w kanałach
telekomunikacyjnych,

e) Ostatnia warstwa, która otacza pojedyncze włókno światłowodowe. Warstwa ta chroni

delikatne włókno szklane przed złamaniem i innymi uszkodzeniami. Światłowód
umieszczony wewnątrz tej warstwy można wyginać niemal pod dowolnym kątem
(nie powinno się wyginać zbyt mocno). W celu poprawnego podłączenia wtyczek po obu
końcach światłowodu warstwa ta każdego światłowodu posiada inny kolor,

f) Włókno światłowodowe przez które przebiega sygnał w postaci światła o różnej długości

fali. Szkło z którego wykonane jest włókno jest bardzo kruche i może złamać się pod
wpływem nawet niewielkiego zagięcia, w związku z tym należy używać okularów
ochronnych chroniących oczy przed odpryskami szkła.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Światłowody (rdzeń + płaszcz) nie są odporne na działanie czynników zewnętrznych.

W większości zastosowań nie mogą być używane bez dodatkowych zabezpieczeń ze względu
na ich małe wydłużenie zrywające oraz wzrost tłumienności wskutek działania naprężeń
rozciągających, zginających i skręcających. Zabezpieczenie światłowodów przed wpływami
otoczenia osiągamy poprzez odpowiednią konstrukcję pokrycia wtórnego jak i metodę
zestawienia wszystkich elementów kabla w strukturę spełniającą wszystkie stawiane jej
wymagania.

Konstrukcja kabla światłowodowego pełni funkcję:

–

zabezpiecza światłowód przed uszkodzeniem w trakcie instalacji i eksploatacji kabla,

–

zapewnienia stabilność parametrów transmisyjnych światłowodów przez cały okres
eksploatacji kabla,

–

zapewnienia odporność kabla na działanie czynników mechanicznych i środowiskowych.
Pokrycie wtórne jest więc głównym elementem chroniącym włókna światłowodowe

przed wpływem czynników zewnętrznych. Jest ono przeważnie realizowane w postaci trzech
podstawowych struktur:

–

ciasnej tuby,

–

luźnej tuby,

–

rozety.
Tuby i elementy wypełniające nawinięte wokół centralnego elementu konstrukcyjnego

kabla tworzą wraz z nim jego ośrodek.
Bezpośrednie nałożenie pokrycia ze specjalnego tworzywa na światłowód w pokryciu
pierwotnym, jest najprostszym sposobem jego zabezpieczenia przed działaniem czynników
zewnętrznych. Światłowód w ścisłym pokryciu może być użyty we wszystkich konstrukcjach
kabli przeznaczonych do krótkich połączeń (wewnątrzobiektowych).

W konstrukcjach tych światłowód w ścisłym pokryciu pełni taką samą rolę, jak w luźnej

tubie w kablach dalekosiężnych. Budowę takiego światłowodu przedstawiono na rysunku.
Tuba może zawierać od jednego do kilkudziesięciu światłowodów, a jej zadaniem jest
dostateczne zabezpieczenie światłowodów przed deformacjami oraz wpływem sił tarcia - zbyt
duże powodują powstanie makro i mikro zgięć. Luźna tuba posiada wszystkie cechy
podstawowego elementu konstrukcyjnego kabla i może być wykorzystana uniwersalnie
w różnych jego konstrukcjach. Światłowód, bądź światłowody, umieszczone są swobodnie
we wnętrzu tuby.

Długość światłowodu jest większa niż długość tuby. Wielkość nadmiarowej długości

włókna w tubie zależy od ilości światłowodów, geometrii tuby, sposobu jej ułożenia w kablu

Rys. 10. Budowa schematyczna

(przekrój) światłowodowego kabla

8-żyłowego [20]

a) Zewnętrzna warstwa ochronna kabla mająca na celu ochronę przed

warunkami zewnętrznymi,

b) Warstwa "nitek" z tworzywa sztucznego służąca do zapobiegania

uszkodzeniom, do których mogłoby dojść w trakcie instalacji kabla,

c) Kolejna warstwa ochronna, wewnątrz której umieszczony jest żel,
d) Żel w którym umieszczone są światłowody. Żelu używa się w

przypadku kabli uniwersalnych, które mogą być kładzione pod ziemią
w kanałach telekomunikacyjnych,

e) Ostatnia warstwa, która otacza pojedyncze włókno światłowodowe.

Warstwa ta chroni delikatne włókno szklane przed złamaniem i
innymi uszkodzeniami. Światłowód umieszczony wewnątrz tej
warstwy można wyginać niemal pod dowolnym kątem (nie powinno
się wyginać zbyt mocno). W celu poprawnego podłączenia wtyczek
po obu końcach światłowodu warstwa ta każdego światłowodu
posiada inny kolor,

f) Włókno światłowodowe przez które przebiega sygnał w postaci
światła o różnej długości fali. Szkło z którego wykonane jest włókno
jest bardzo kruche i może złamać się pod wpływem nawet niewielkiego
zagięcia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i jest tak dobrana, aby z jednej strony naprężenia rozciągające nie przenosiły się na włókno,
z drugiej zaś, aby naprężenia ściskające działające na powłokę (niskie temperatury) nie
powodowały wzrostu tłumienności światłowodu wskutek strat na makro i mikrozgięciach.

W przypadku konstrukcji kabli z luźną tubą, znajduje się tam żel hydrofobowy

wypełniający tubę. Ma on za zadanie:

−

blokowanie dostępu wody do jej wnętrza,

−

zmniejszenie

wrażliwości

światłowodu na straty na mikrozgięciach dzięki

właściwościom tiksotropowym (jest ciekły w sytuacjach dynamicznych - ruch i stały
w statycznych)

−

zwiększa odporność na drgania.
Rozeta jest elementem ośrodka kabla stosowanym alternatywnie do luźnej tuby.

Wykonywana najczęściej z polipropylenu, wypełniona żelem, chroni włókna przed wpływami
zewnętrznymi pozostawiając im swobodę ruchu. Rozety najczęściej wykonuje się jako
dziesięcio- lub dwunastorowkowe. Rowki ułożone są spiralnie wzdłuż elementu
wytrzymałościowego kabla. W rowku może znajdować się jeden lub kilka światłowodów.
Produkcja kabla z ośrodkiem rozetowym jest tańsza, lecz kabel taki ma mniejszą
wytrzymałość na uderzenia boczne od tubowego.

Z reguły w liniach optotelekomunikacyjnych stosuje się światłowody wielomodowe.

Wynika to z tego, że moc optyczna w światłowodzie jest proporcjonalna do kwadratu
apertury numerycznej oraz do kwadratu średnicy rdzenia. Około 160 razy więcej mocy
optycznej można wprowadzić do światłowodu wielomodowego niż jednomodowego.
Ekonomiczniej jest więc stosować włókna wielomodowe, szczególnie wtedy, gdy zasięg
transmisji jest niewielki.

Rys. 12 Budowa światłowodu w luźnej tubie [20]

Osłony włókien światłowodowych zabezpieczają światłowód przed uszkodzeniami,

naprężeniami mechanicznymi i korozją szkła wynikającą z wpływu wilgoci. Na pokryciu
światłowodu umieszcza się jego podstawowe parametry techniczne w postaci symbolicznej.
Jako parametry techniczne kabla podaje się jego wymiary geometryczne (średnicę, długość,
itp.),

zakres

temperatur

(montażu,

użytkowania,

transportu),

promień

zginania

(jednokrotnego, wielokrotnego) oraz dopuszczalne naprężenia sił rozciągania. Dla
światłowodów wielomodowych głównym jego parametrem technicznym jest średnica.
W wypadku światłowodów jednomodowych jako parametru technicznego nie podaje się
średnicy rdzenia, lecz średnicę pola modu propagującego się w światłowodzie. Wynika to

Rys. 11 Światłowód w ścisłym pokryciu [14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z tego, że część pola modu i tak wnika do płaszcza i propaguje się w nim. Część pola modu,
która wniknęła do płaszcza zanika eksponencjalnie wraz ze wzrostem odległości od środka
światłowodu. Kable światłowodowe ogólnie dzieli się na:

–

stacyjne (wewnętrzne),

–

trakcyjne (zewnętrzne).

Rys. 13 Budowa rozety [20]

Kable stacyjne są przeznaczone do transmisji sygnałów cyfrowych i analogowych

w całym paśmie optycznym, wykorzystywanym we wszystkich systemach transmisji danych,
głosu i obrazu, stosowanych w teleinformatycznych sieciach dalekosiężnych i rozległych,
w każdej konfiguracji przestrzennej. Mogą być też one stosowane w teleinformatycznych
sieciach lokalnych. Kable są przystosowane do układania w pomieszczeniach zamkniętych,
w tunelach kolejowych i drogowych, wykonywania połączeń między urządzeniami
optoelektronicznymi i rozgałęzieniami sieci w budynkach. Zewnętrzna powłoka kabli jest
wykonana z materiałów trudnopalnych, może być jednocześnie bezhalogenowa. Często
stanowi też ochronę przed atakami gryzoni. W niektórych kablach centralny dielektryczny
element wytrzymałościowy oraz wzmocnienie na ośrodku z włókien aramidowych
zespolonych tzw. hot-meltem, pozwalają na uzyskanie dużej odporności kabli na naprężenia
podłużne i poprzeczne.

W oznaczeniach kabli stacyjnych kolor zewnętrznej powłoki najczęściej informuje nas

o tym, z jakim rodzajem światłowodu mamy do czynienia. Stosuje się oznaczenia:

–

kolor żółty - światłowód jednodomowy

–

kolor pomarańczowy - światłowód wielomodowy.

Rys. 14 Optotelekomunikacyjne kable stacyjne w ścisłej tubie wielowłóknowe, rozdzielcze [20]

moduł ze światłowodami,

włókno optyczne: jednomodowe, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5,

tuba: ścisła 0.9mm,

włókna: aramidowe w ośrodku modułu,

powłoka kabla: polwinitowa.

Na rysunkach 13, 14 15, 16 i 17 przedstawiono przykładową konstrukcję kilku rodzajów
kabli trakcyjnych produkowanych przez jedną z polskich firm.

Kable trakcyjne, podobnie jak stacyjne, są przeznaczone do transmisji sygnałów

cyfrowych i analogowych w całym paśmie optycznym, wykorzystywanym we wszystkich
systemach transmisji: danych, głosu i obrazu, stosowanych w teleinformatycznych sieciach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dalekosiężnych, rozległych i lokalnych w każdej konfiguracji przestrzennej. Kable są
przystosowane do układania w kanalizacji kablowej pierwotnej i wtórnej

Rys. 15 Optotelekomunikacyjne kable stacyjne w ścisłej tubie wielowłókowe [20]

włókno optyczne: jednomodowe, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5.

b) tuba: ścisła 0.9mm.
c)

włókna: aramidowe w ośrodku modułu.

powłoka kabla: polwinitowa

Podstawowe parametry włókien światłowodowych -włókna jednomodowe „Tłumienność
jednostkowa” [dB/km]

Jedną z podstawowych cech światłowodu, tak jak każdego medium transmisyjnego, są

straty mocy sygnału optycznego określane przez tłumienie sygnału optycznego. Te straty
mocy optycznej wynikają z niedoskonałości falowodu. Jeżeli przez P

(λ) oznaczymy moc

optyczna na wejściu światłowodu, a przez P

(λ) moc optyczną na wyjściu światłowodu to

dla fali o długości λ. i dla światłowodu jednorodnego można zdefiniować tłumienność
jednostkową (współczynnik niezależny od długości światłowodu) przy pomocy wzoru:

]

[

]

)[

(

]

)[

(

log

]

)[

(

tłumienie 3 dB oznacza zmniejszenie mocy do 50 %
tłumienie 20 dB oznacza zmniejszenie mocy do 1 %
tłumienie 30 dB oznacza zmniejszenie mocy do 0,1 %
tłumienie 40 dB oznacza zmniejszenie mocy do 0,01 %

W rzeczywistym światłowodzie występuje: absorpcja (pochłanianie energii przez

materiał światłowodu), rozpraszanie energii spowodowane przez fluktuacje gęstości
i współczynnika załamania szkła (tzw. rozpraszanie Rayleigha). W czasie instalacji
i użytkowania światłowodów mogą pojawić się dodatkowe składniki tłumienia takie jak
zgięcia lub mikropęknięcia. A więc na wielkość tłumienia mają wpływ: materiały, z których
światłowód jest wykonany, długość fali świetlnej, rozproszenie z powodu fluktuacji gęstości
materiału rdzenia. Dla wybranych długości uzyskuje się najkorzystniejsze warunki transmisji
sygnałów i najmniejsze tłumienie. Te długości nazywają się „oknami” transmisyjnymi. Dla
najczęściej spotykanych długości fali świetlnej mamy
Okna transmisyjne - zależność tłumienia od długości fali
I okno λ=0,85 μm < 3 dB/km
II okno λ=1,3 μm < 0,4 dB/km
III okno λ=1,55 μm < 0,2 dB/km
Dla czystego szkła kwarcowego tłumienność spowodowana rozproszeniem Rayleigh'a wynosi
dla długości fali transmitowanej w światłowodzie λ=850 nm -1,53 dB/km, dla λ=1300 nm -
0,28 dB/km, a dla λ=1550 nm - 0,138 dB/km.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oprócz rozpraszania Rayleigh'a istnieje silna absorpcja zarówno w podczerwieni, jak

i w nadfiolecie związana bezpośrednio z samymi własnościami szkła krzemowego SiO

. Nie

pozwala ona na wykorzystanie jeszcze dłuższych fal do transmisji.

Dodatkowo na straty mocy w światłowodzie wpływają deformacje włókna takie jak

fluktuacje średnicy rdzenia, zgięcia włókna, nierównomierność rozkładu współczynnika
załamania w rdzeniu i w płaszczu, oraz wszelkie inne odstępstwa od geometrii idealnego
światłowodu cylindrycznego. Mikrozgięcia powstają w procesie wytwarzania włókien i są to
nieregularności kształtu rdzenia i płaszcza rozłożone wzdłuż włókna losowo lub okresowo.
Wywołują w światłowodzie wielomodowym mieszanie się modów i ich konwersję w mody
wyciekające do płaszcza. W światłowodzie jednomodowym mikrozgięcia powodują
natomiast rozmycie modu. Tłumienie wywołane makrozgięciami, czyli wywołane fizycznym
zakrzywieniem włókna światłowodowego, jest pomijalnie małe dla promieni zakrzywień
większych od kilku centymetrów. Mniejsze powodują zmianę współczynnika załamania
w obszarze zgięcia, co także prowadzi do tworzenia się modów wyciekających i uwidacznia
się efektem świecenia włókna na powierzchni. Straty mocy sygnału powodowane są również
przez przesunięcia, rozsunięcia oraz wzajemny obrót światłowodów w miejscach połączeń.
Wynikowa tłumienność w zakresie pasm użytecznych (0,8-1,5 μm) zależy od rodzaju
domieszek oraz od sposobu ich koncentracji. Ponadto powyższe zanieczyszczenia powodują
selektywny wzrost tłumienia. Wybór okien transmisyjnych wynika z konieczności pominięcia
tych pasm absorpcyjnych.

Rys. 16 Optotelekomunikacyjne kable tubowe wewnątrzobiektowe [20]

element wytrzymałościowy centralny: dielektryczny pręt FRP w powłoce z PE, lub bez powłoki,

tuba: luźna ze światłowodami wypełniona żelem optycznym,

wypełnienie tuby: żel optyczny,

włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub
wielomodowe G/62,5,

ośrodek kabla: skręcone tuby lub tuby i wkładki wokół elementu centralnego; ośrodek jest 6-cio, 8-mio
lub 12-to elementowy,

uszczelnienie ośrodka: żel hydrofobowy,

powłoka kabla: bezhalogenowa (tworzywo trudnopalne),

wkładka: polietylenowa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17 Optotelekomunikacyjne kable tubowe samonośne, ósemkowe [20]

element wytrzymałościowy centralny: dielektryczny pręt FRP w powłoce z PE, lub bez powłoki,

tuba: luźna ze światłowodami wypełniona żelem optycznym,

żel optyczny: o właściwościach hydrofobowych,

włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub
wielomodowe G/62,5,

ośrodek kabla: skręcone tuby lub tuby i wkładki wokół elementu centralnego; ośrodek jest 6-cio, 8-mio
lub 12-to elementowy,

uszczelnienie ośrodka: żel hydrofobowy,

powłoka kabla: polietylenowa, łączy mostkiem kabel z elementem nośnym, czarna,

wkładka: polietylenowa,

element nośny: linka stalowa lub pręt dielektryczny umieszczony w mostku.

„Dyspersja”

Informacje przesyłana jest w światłowodzie w postaci krótkich impulsów. Impuls

biegnący w falowodzie ulega wydłużeniu (rozmyciu), co ogranicza maksymalną
częstotliwość powtarzania sygnału przesyłanego przez falowód. Zjawisko to jest wynikiem
dyspersji. Dodatkowo fale świetlne biegnące w falowodzie nie mają dokładnie jednakowej
długości fali, ale różnią się nieznacznie. W wyniku różnic w prędkości poruszania się różnych
fal, fale wysłane jednocześnie nie docierają do odbiornika jednocześnie. W rezultacie na
wyjściu pojawia się szerszy impuls, który rośnie wraz ze wzrostem długości światłowodu.
Przepływność transmisyjna włókna jest więc określona przez to, jak blisko siebie można
transmitować kolejne impulsy bez ich wzajemnego nakładania się na siebie (przy zbyt
bliskich impulsach zleją się one w światłowodzie w jedną ciągłą falę). Dyspersja ogranicza
długość światłowodu, przez który może być transmitowany sygnał. Rozróżnia się dwa typy

Rys. 18 Tłumienie włókna ze szkła kwarcowego

w funkcji długości światła

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dyspersji. Dyspersję międzymodową występującą w światłowodach wielomodowych oraz
dyspersję chromatyczną występującą w włóknach jednomodowych.
Wykorzystanie w systemach światłowodowych większych długości fali przede wszystkim ok.
1300 nm, zamiast 830÷900 nm wykorzystywanych w pierwszych systemach przynosi
poważne korzyści jeśli chodzi o dyspersję, gdyż dyspersja materiałowa w tym obszarze
długości fali jest znacznie mniejsza.
„Dyspersja modowa”

Dyspersja modowa występuje w światłowodach wielomodowych. Impuls światła

wiedziony przez światłowód jest superpozycją wielu modów, z których prawie każdy, na
skutek różnych kątów odbicia od granicy rdzenia, ma do przebycia inną długość drogi między
odbiornikiem a nadajnikiem. Dyspersja modowa światłowodów skokowych przekracza
znacznie wszystkie pozostałe dyspersje. Dodatkowo z powodu dużego tłumienia
jednostkowego tych włókien docierający sygnał ma wyraźnie inny kształt i mniejszą
amplitudę. Zniekształcenie to rośnie wraz z długością światłowodu. Ograniczenie dyspersji
modowej i zwiększenie pasma światłowodów wielomodowych do 1200 MHz×km uzyskano
wprowadzając włókna gradientowe.
„Dyspersja chromatyczna”

[ps/nm·km]

Z racji tego, że światłowody jednomodowe propagują tylko jeden mod, nie występuje

tutaj zjawisko dyspersji międzymodowej. Uwidacznia się natomiast inny, dotychczas
niewidoczny rodzaj dyspersji, dyspersja chromatyczna. Składają się na nią dwa zjawiska:
dyspersja materiałowa i falowa.
„Dyspersja materiałowa”

Dyspersja materiałowa powodowana jest zmianą współczynnika załamania szkła

kwarcowego w funkcji długości fali. Ponieważ nie istnieje źródło światła ściśle
monochromatyczne, gdyż każdy impuls światła składa się z grupy rozproszonych
częstotliwości optycznych rozchodzących się z różną prędkością, docierający po przebyciu
fragmentu włókna mod charakteryzuje się rozmyciem w czasie.
„Dyspersja falowodowa”

Dyspersja falowodowa częściowo powodowana jest wędrowaniem wiązki przez płaszcz

światłowodu. Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości materiałowych płaszcza.
Długość fali dla zerowej dyspersji [nm]
Mod światłowodu

Wiele właściwości światłowodu, w tym pojęcie modu, można wyjaśnić tylko

uwzględniając fakt, że światło to fala elektromagnetyczna rozchodząca się w falowodzie
o małych wymiarach poprzecznych. Najprościej i najkrócej można powiedzieć, że mod to
droga pojedynczej fali elektromagnetycznej (świetlnej) o określonej długości (częstotliwości,
czyli barwie), przemieszczająca się wzdłuż rdzenia (włókna). W światłowodzie
jednodomowym (SM) jest to pojedyncza droga, podczas gdy w światłowodzie wielo-
modowym jest to wiele dróg rozchodzenia się strumienia świetlnego (rysunek 19).

Dla naszych potrzeb najważniejsze są cechy transmisyjne światłowodów. Światłowód

jednomodowy oferuje większe pasmo i transmisję na większe odległości. Źródła światła,
złącza i urządzenia do światłowodów jednomodowych są jednak znacznie droższe.

Rys. 19 Pola modów w światłowodach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Światłowody wielomodowe (tańsze źródła światła, detektory światła, złącza i urządzenia)
stosuje się, gdy zapotrzebowanie na pasmo i zasięgi są mniejsze, np. doprowadzenia
abonenckie wewnątrz budynku lub obiektu.
„Średnica pola modu” [μm]

Średnica pola modu (MFD) 2w jest miarą rozciągłości natężenia pola

elektromagnetycznego w poprzecznym przekroju światłowodu. Odległość pomiędzy
środkiem pola modu i środkiem płaszcza nazywa się błędem koncentryczności pola modu.
Długość fali odcięcia [nm]

Teoretycznie, długość fali odcięcia to najmniejsza długość fali, przy której

w światłowodzie rozchodzi się tylko jeden mod. Przy długościach poniżej długości odcięcia
w światłowodzie rozchodzi się kilka modów i światłowodu nie można uważać za
jednomodowy. We włóknach światłowodowych przejście od zachowania wielo do
jednomodowego nie występuje gwałtownie, tylko dla pewnego zakresu długości fal. Długość
fali odcięcia jest definiowana jako długość, dla której stosunek mocy całkowitej (wszystkie
mody) do mocy modu podstawowego maleje do 0,1 dB. Zgodnie z tą definicją mod
dodatkowy jest tłumiony o 19,3 dB silniej niż mod podtawowy, w sytuacji gdy oba mody są
wzbudzane jednakowo.

Dodatkowe wymagania dotyczące parametrów kabli światłowodowych:

–

powłoka zewnętrzna kabla światłowodowego powinna być wykonana z tworzywa
sztucznego nie rozprzestrzeniającego płomieni, bezhalogenowego,

–

kable powinny zawierać światłowody o zbliżonych parametrach transmisyjnych ,

–

dla kabli powinny być również określone warunki pracy:

–

zakres temperatur w eksploatacji -10°C +60°C,

–

zakres temperatur instalowania 0°C +50°C,

–

zakres temperatur przechowywania -30°C +60°C.

–

dla kabli powinny być również określone wymagania dotyczące wytrzymałości na
rozciąganie np. odcinek kabla stacyjnego jednowłóknowego o długości 30 m poddany
sile rozciągającej 150 N w czasie 5 min nie powinien wykazywać zmian tłumienności
o więcej, niż 0,2 dB. Po ustąpieniu siły rozciągającej zmiana tłumienności powinna
ustąpić z dokładnością do 0,05 dB,

–

dla kabli powinien być również określony sposób cechowania barwnego.

Podsumowując

Do zalet światłowodów zaliczamy:

–

szeroki zakres transmitowanych częstotliwości,

–

dobra odległość transmisji dla wysokich częstotliwości bez konieczności wzmacniania
i regeneracji transmitowanego sygnału,

–

dobra

odporność

zewnętrzne

pola

magnetyczne

brak

emisji

pola

elektromagnetycznego,

–

możliwość uzyskania stopy błędu mniejszej niż 10

-9.

w światłowodzie jednodomowym,

przy szybkości - do 10 Gb/s oraz przy odległościach do 200 km.
Negatywne efekty występujące w światłowodach:

–

tłumienie światłowodu powodujące straty mocy optycznej sygnału i ograniczenie
odległości transmisji, a więc długości odcinków międzygeneratorowych,

–

dyspersja powodująca poszerzenie czasowe impulsów i niebezpieczeństwo przypisania
im błędnych wartości w odbiorniku - poszerzenie to rośnie wraz z odległością transmisji,

–

nieliniowość optyczna szkła powodująca zniekształcenia transmitowanych impulsów,

–

wysokie koszty instalacji szczególnie torów jednomodowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak zbudowany jest światłowód?
2. Jak zbudowane są kable stacyjne ?
3. Jak zbudowane są kable trakcyjne?
4. Jakie są parametry kabli światłowodowych ?
5. W jaki sposób i w jakich jednostkach określamy tłumienność kabli światłowodowych ?
6. Na czym polega dyspersja w kablach światłowodowych i jakie są rodzaje dyspersji?
7. Co rozumiemy pod pojęciem mod światłowodu ?
8. Jakie czynniki ograniczają zasięg transmisji sygnałów w torze światłowodowym ?
9. Jakie są wady i zalety przewodów światłowodowych ?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

W oparciu o dane zwarte w katalogu pt. „Optotelekomunikacyjne kable i przewody”,

wydanym przez producenta kabli, opisz rodzaje kabli światłowodowych i warunki ich
eksploatacji. Przeprowadź porównanie zrobionych opisów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2) wpisać dane do wzoru,
3) wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura.

Ćwiczenie 2

Przygotuj odcinek kabla światłowodowego, dostarczony przez prowadzącego, do

łączenia. Zdejmij poszczególne warstwy zabezpieczające. Opisz budowę poszczególnych
warstw tego kabla, ze szczególnym uwzględnieniem sposobu oznaczania włókien. Wykonaj
odpowiedni rysunek w zeszycie przedmiotowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z danymi katalogowymi kabla [20], który będzie używany do ćwiczenia,
2) przygotować odcinki kabli światłowodowych,
3) przygotować narzędzia przydatne do ręcznego wykonywania połączeń,
4) wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura.

Ćwiczenie 3

Przygotuj informacje (plansze) na temat oznaczeń stosowanych dla kabli

światłowodowych wielomodowych w oparciu o dane zawarte w katalogu firmowym TELE-
FONIKA Kable S.A lub na stronach internetu producentów kabli. W opracowaniu podaj
przykłady oznaczeń kabli.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki kabla światłowodowego,

–

narzędzia do ręcznego łączenia,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Wykonując ćwiczenie pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na;

–

poprawność nazewnictwa różnych rodzajów kabli,

–

prawidłowość identyfikacji i interpretacji oznaczeń kabli,

–

właściwa kolejność czynności.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić

warstwy

ochronne,

które

tworzą

strukturę

kabla

światłowodowego ?



2) opisać jaką funkcję pełnią poszczególne warstwy ochronne w strukturze

kabla światłowodowego ?



3) objaśnić zasady budowy kabli światłowodowych w luźnej tubie ?



4) objaśnić zasady budowy kabli światłowodowych w postaci rozety ?



5) objaśnić zasady budowy kabli światłowodowych w ścisłej tubie?



6) objaśnić zasady budowy kabli światłowodowych tubowych,

samonośnych ?



7) opisać rodzaje dyspersji w światłowodach ?



8) opisać pojęcie modu w światłowodach ?



9) opisać zalety i wady stosowania kabli światłowodowych ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Łączenie światłowodów

4.3.1. Materiał nauczania

Zasady łączenia światłowodów oraz wymagania na złączki światłowodowe służące do

podłączania i odłączania światłowodów jednomodowych, od urządzeń teletransmisyjnych lub
przyrządów pomiarowych, a także kable stacyjne współpracujące z tymi złączkami określone
są w między innymi w normie wydanej przez TELEKOMUNIKACJE POLSKĄ S.A. numer
ZN-96

TPSA-007

pt.

Telekomunikacyjne

linie

kablowe

dalekosiężne

Linie

optotelekomunikacyjne

ZŁĄCZKI

ŚWIATŁOWODOWE i KABLE STACYJNE.

Wymagania i badania.

W normie tej zostały zdefiniowane następujące pojęcia dotyczące technologii

światłowodowej:

–

złącze światłowodowe - miejsce połączeń światłowodów,

–

złączka światłowodowa - element osprzętu służący do rozłączalnego połączenia
światłowodów, składający się zazwyczaj z dwóch wtyków (półzłączek) i tulejki
złączowej centrującej (coupler),

–

półzłączka - część wtykowa złączki światłowodowej stanowiąca zakończenie kabla
stacyjnego (pigtaila, patchcordu),

–

tulejka centrująca (coupler) - część środkowa złączki światłowodowej służąca do
centrycznego połączenia dwóch półzłączek, mocowana na polu przełącznicy,

–

złącze światłowodowe rozłączne - połączenie światłowodów z zastosowaniem złączki
światłowodowej, rozłączalne,

–

złącze światłowodowe stałe - trwałe połączenie światłowodów wykonane metodą
spajania lub z użyciem łącznika światłowodów,

–

płyn immersyjny - rodzaj płynu stosowanego na doczołowym styku światłowodów
między sobą lub z elementami funkcjonalnymi dla zmniejszenia strat sprzężeniowych,

–

złącze światłowodowe spajane - trwałe połączenie światłowodów wykonane metodą
spajania w łuku elektrycznym,

–

spoina - miejsce trwałego połączenia światłowodów wykonanego metodą spajania w łuku
elektrycznym,

–

przełącznica światłowodowa (skrzynka lub stojak) - urządzenie umożliwiające
przełączanie światłowodów oraz dołączanie do nich kabli stacyjnych, montowane na
każdym końcu linii optotelekomunikacyjnej,

–

sznur optyczny zakończeniowy (pigtail) - krótki odcinek jednowłóknowego kabla
stacyjnego zakończony tylko z jednego końca wtykiem (półzłączką),

–

sznur optyczny łączeniowy (patchcord) - krótki odcinek jednowłóknowego kabla
stacyjnego zakończony obustronnie wtykami (półzłączkami), służący do połączenia
urządzeń teletransmisyjnych z przełącznicą światłowodową lub z przyrządami
pomiarowymi.
Wymagania na wykonywane połączenia:

–

złączki światłowodowe powinny zapewniać łatwe i niezawodne łączenie światłowodów,
przełączanie torów światłowodowych i dołączanie ich do urządzeń teletransmisyjnych,

–

połączenia nie powinny wprowadzać istotnych strat mocy optycznej przesyłanej w torach
światłowodowych ani też odbić w miejscach złączy,

–

złączki powinny zapewniać co najmniej 15-letnią sprawność eksploatacyjną, przy
praktycznie niezmiennych parametrach połączeń,

–

złączki światłowodowe powinny umożliwiać zamienność i współpracę ich elementów
pochodzących od różnych wytwórców dla złączek tego samego rodzaju. Kable stacyjne

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dołączane do złączek światłowodowych jako pigtaile i patchcordy powinny zawierać
światłowody o tych samych parametrach, co kable optotelekomunikacyjne w budowanej
linii. Długość pigtaili i patchcordów powinna być odpowiednia dla konfiguracji urządzeń
na stacji teletransmisyjnej,

–

powierzchnie lub elementy złączek, które decydują o jakości połączenia, powinny być
zabezpieczone przed kurzem i zabrudzeniem zarówno przed montażem, jak i po
zamontowaniu w przełącznicy,

–

niecentryczność światłowodu względem złączki nie powinna być większa niż 0,5 m,

–

średnia tłumienność odbieranej partii złączek nie powinna przekraczać 0,3 dB przy
odchyleniu standardowym 0,15 dB,

–

tłumienność odbiciowa złączek, czyli reflektancja,

mierzona w warunkach

laboratoryjnych u producenta, powinna wynosić co najmniej 50 dB.

„Połączenia światłowodowe rozłączne - złączki światłowodowe”

Zasady stosowania kabli światłowodowych zawarte są w normach: ISO/IEC 11801 i EN

50173 oraz TIA/EIA 568A. Według ISO/IEC 11801 i EN 50173 do transmitowania sygnałów
na małe odległości przy niezbyt wygórowanych wymaganiach dotyczących prędkości
transmisji preferowane są kable wielomodowe 62,5/125nm, a w nowych instalacjach należy
stosować złącza duplex-SC.

Starsze złącza ST nie zapewniają tak dobrych parametrów połączenia jak SC (poprawna

polaryzacja, stabilność mechaniczna łącza), jednak w sieciach Ethernet są nadal stosowane.
Elementy składowe złączki światłowodowej (rysunek 21)

Złączka światłowodowa łączy dwa włókna tak, że światło może przechodzić z jednego

do drugiego. Podstawowe wymagania dotyczące konstrukcji złączki:
a) minimalizacja strat i odbić przez dostosowanie do typu światłowodu,
b) realizacja połączenia stabilnego mechanicznie i optycznie,
c) straty typowych złączek zawierają się w granicach od 0.25 do 1.5dB.

Rys. 21 Budowa złączki światłowodowej [15]

Rys. 20 Złącza światłowodowe ST i S.C.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

„Zasady posługiwania się złączami światłowodowymi”

Złącza światłowodowe [17], [18] - zwłaszcza jednomodowe - są elementami o bardzo

wysokiej precyzji. Rdzeń światłowodu jednomodowego ma średnicę zaledwie 8

µm.

Zanieczyszczenie o zbliżonych rozmiarach może zatem spowodować znaczne stłumienie
sygnału i całkowicie uniemożliwić transmisję. Dlatego należy obchodzić się z nimi ostrożnie,
unikać nadmiernych sił przy wykonywaniu połączenia i rozłączaniu oraz dbać o idealną
czystość gniazda i "ferruli" wtyku. W razie zabrudzenia gniazdo można przedmuchać
czystym sprężonym powietrzem, natomiast ferrulę przemyć alkoholem izopropylowym lub
etylowym (niedopuszczalne jest użycie "denaturatu"). Należy przy tym posługiwać się
szmatką nie pozostawiającą włókien. Jeśli do urządzenia nie są dołączone wtyki
światłowodowe, gniazda powinny być zawsze chronione nasadkami ochronnymi,
zabezpieczającymi przed przedostawaniem się kurzu.

W celu wykonania połączenia należy wykonać następujące czynności:

–

zdjąć nasadki ochronne z gniazda i ferruli wtyku,

–

wsunąć ferrulę do oporu do gniazda dbając o dokładne pokrywanie się osi gniazda
i wtyku (próby wciśnięcia wtyku "na ukos" mogą spowodować uszkodzenie złącza).
Należy zwrócić uwagę na to, aby klucz umieszczony na obwodzie wtyku (poza ferrulą)
trafił w wycięcie w gnieździe,

–

w przypadku złącza ST zatrzasnąć oprawkę bagnetową (tak jak w złączu elektrycznym
typu BNC),

–

w przypadku złącza FC dokręcić nakrętkę do lekko wyczuwalnego oporu.

Należy pamiętać, aby tor światłowodowy był dołączony z jednej strony do nadajnika

optycznego - z drugiej strony do odbiornika. Wszelkie manipulacje złączami
światłowodowymi mogą być wykonywane przy włączonym zasilaniu nadajników
optycznych. W większości przypadków można połączyć bezpośrednio wyjście toru
nadawczego z wejściem toru odbiorczego w pętlę pomiarową i to nawet wtedy, gdy
minimalna tłumienność linii światłowodowej równa się zero. Nie dotyczy to dwóch sytuacji:

–

gdy urządzenia przystosowane są do współpracy z linia długą i wyposażone są
w nadajniki laserowe,

–

gdy użyty jest światłowód wielomodowy 62,5/125 µm.
W obu tych przypadkach moc wyjściowa z nadajnika jest większa od wartości

maksymalnej tolerowanej przez odbiornik i mogą wystąpić błędy transmisji. Aby zapobiec
przesterowaniu, pomiędzy wyjście nadajnika a wejście odbiornika należy włączyć
odpowiedni tłumik optyczny.

Procedura wyboru typu złączki powinna uwzględniać następujące czynniki:

1. typ kontaktu włókien (NC, PC, SPC, APC),
2. sposób bazowania światłowodów,
3. rodzaj złączki (n.p., SMA, Biconic, ST, FC, SC, DIN, itd.),
4. technologię wykonania (n.p., żywica termoutwardzalna/polerowanie, techn. bezklejowa,

itd.),

5. rodzaj materiału (n.p. materiał ferruli i obudowy).

Złączki bez zatrzasku charakteryzuje duży rozrzut strat własnych, ponieważ włókno

znajduje się w innej pozycji (względem osi) przy każdym połączeniu. Złączki z zatrzaskiem
przy każdym połączeniu znajdują w tej samej pozycji. W ten sposób poprawia się parametry
i zmniejsza ich rozrzut. Dodatkowo, w konstrukcjach współczesnych, buduje się złącza
strojone i niestrojone

Złącze SMA SMA 905, SMA 906:

–

pierwszy znormalizowany konektor światłowodowy, opracowany w firmie Amphenol
jako adaptacja popularnego złącza mikrofalowego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

Złącze niekluczowane, gwintowane, światłowody nie kontaktują się (polerowane płasko,
wielomodowe),

–

dwa typy: 905 - ferrula prosta, 906 ferrula skokowa (preferowana, większa precyzja),

–

najnowsza wersja - FSMA, spotykana w systemach militarnych, pomiarowych
i starszych sieciowych.

Producenci oferują dużą ilość różnego typu złączek.

Aby wykonać połączenie 2 odcinków kabla światłowodowego należy najpierw

przygotować odpowiednie materiały w kolejności, w jakiej są wykorzystane przy montażu
złączki:. zatyczka do wtyczki światłowodu wtyczka do światłowodu tulejka, która zaciska się
na światłowodzie i trzyma go nieruchomo we wtyczce, rurka z tworzywa sztucznego do
umieszczenia wewnątrz tulejki oraz metalowe osłonki różnego typu

Rys. 22 Zatyczka do

wtyczki światłowodu

Rys. 23 . Wtyczka do światłowodu

Rys. 24

Tulejka do wtyczki

światłowodowej i rurka z tworzywa

Połączenia światłowodowe nierozłączne [17] - trwałe połączenie światłowodów

wykonane metodą spajania w łuku elektrycznym wykonuje się przy pomocy specjalnych
spawarek światłowodowych zapewniających trwałego łączenie włókien światłowodowych
metodą spajania w łuku elektrycznym oraz optyczną kontrole prawidłowości wykonanych
połączeń Złącze ZSJ powinno umożliwiać stałe połączenie światłowodów z sąsiednich
odcinków

instalacyjnych

kabli

światłowodowych wchodzących w skład linii

optotelekomunikacyjnej, z zachowaniem jak najlepszej jednorodności linii, trwałości
połączeń i niezmienności ich parametrów w długim okresie czasu (około 30 lat)

Kolejne etapy ręcznego wykonania złącza światłowodowego są następujące:

–

nacinamy delikatnie zewnętrzną warstwę ochronną światłowodu,

–

naginamy delikatnie światłowód w miejscu nacięcia do momentu przerwania tej warstwy,

–

po oddzieleniu się naciętej warstwy ściągamy ją,

–

obcinamy warstwę "nitek",

–

obcinamy kolejną warstwę uważając, aby nie naciąć światłowodów,

–

rozdzielamy wszystkie pojedyncze światłowody i wycieramy z nich pozostały żel przy
użyciu suchej szmatki lub szmatki z dodatkiem alkoholu,

–

wybieramy jeden światłowód i "zdrapujemy" z niego ostatnią warstwę przy użyciu
uniwersalnego nożyka lub przy pomocy nożyka używanego do "zdrapywania" grubej
warstwy światłowodu. Nożyk należy ustawić pod pewnym kątem w stosunku do
światłowodu i zedrzeć ostatnią warstwę jednym ciągłym ruchem. Nożyk nie powinien
być ustawiany pod kątem 90° w stosunku do światłowodu gdyż może to doprowadzić do
obcięcia światłowodu.

–

do tak włożonej tulejki należy włożyć rurkę z tworzywa sztucznego,

–

do tak przygotowanej wtyczki należy włożyć włókno światłowodowe od strony rurki
z tworzywa sztucznego. Włókno światłowodowe należy wsuwać delikatnie do momentu
wyczucia oporu. Nie należy wsuwać włókna na siłę gdyż można doprowadzić do
złamania włókna co będzie widoczne przy użyciu mikroskopu. Włókno światłowodowe
powinno wyjść z drugiej strony na odległość ok. 0,5 cm (dokładna długość zależy od
długości zdrapanej osłony z punktu 5g).

–

tak przygotowany światłowód należy zacisnąć przy użyciu zaciskarki,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

wystający światłowód należy obciąć przy użyciu nożyka naciskając przycisk na górze
narzędzia. Naciskając przycisk w jednym końcu w drugim końcu wysuwa się malutki
nożyk, który obcina wystające włókno światłowodowe na odległość ok. 1-2 mm,

–

tak obcięty światłowód należy wyszlifować używając dwóch grubości papieru ściernego.
Na pierwszym papierze należy usunąć wystające jeszcze resztki światłowodu wykonując
ruchy w kształcie ósemki. Na drugim papierze należy doszlifować światłowód aby
pozbyć się wszelkich zadrapań wykonując ruchy w kształcie ósemki.

–

Po wyszlifowaniu należy sprawdzić przy użyciu mikroskopu czy światłowód nie uległ
uszkodzeniu podczas montażu. Test należy przeprowadzić wkładając końcówkę wtyczki
do mikroskopu i patrząc się z drugiej strony mikroskopu w wizjer. W celu lepszej jakości
obrazu można włączyć żarówkę i przekręcić ją w stronę światłowodu. Można także użyć
pokrętła które służy do regulacji ostrości, a także pokrętła przy pomocy którego można
powiększyć oglądany obraz.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie wymagania musi spełniać dobrze wykonane połączenie światłowodów ?
2. Jaka jest budowa złącza światłowodowego rozłącznego ?
3. Jaka jest kolejność czynności pozwalająca na wykonanie złącza światłowodowego

spajanego ?

4. Jakie są wymagania dotyczące parametrów wykonywanych połączeń rozłącznych

i nierozłącznych ?

5. Jakie są elementy składowe złączek światłowodowych ?
6. Jakie są technologie wykonania złączek światłowodowych ?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przygotuj w zeszycie odpowiednie rysunki i opisz sposób prawidłowego wykonania

połączenia rozłącznego dla 2 odcinków światłowodów. Opisz, w jaki sposób można
sprawdzić poprawność wykonania połączenia światłowodowego ?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki kabla światłowodowego,

–

narzędzia do ręcznego łączenia,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Przygotuj rysunki i wykonaj krótki łącznik wielomodowego włókna światłowodowego

62,5/125 lub 50/125 – patchcord – dwustronnie zakończony znormalizowanymi złączami
optycznymi, używany do krosowania torów światłowodowych w szafkach dystrybucyjnych.
W jaki sposób można sprawdzić poprawność wykonania połączenia światłowodowego ?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w normach . [15], [16] i [17],
2) przygotować odcinki kabli światłowodowych oraz złączki,
3) wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki kabla światłowodowego,

–

narzędzia do ręcznego łączenia,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Ćwiczenie 3

Przygotuj rysunki o objaśnij wymagania zawarte normach a dotyczące wykonania

połączenia trwałego 2 odcinków światłowodów. W jaki sposób można sprawdzić poprawność
wykonania połączenia światłowodowego ?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w normach . [15], [16] i [17],
2) przygotować odcinki kabli światłowodowych oraz złączki,
3) wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki kabla światłowodowego,

–

narzędzia do ręcznego łączenia,

–

przybory do pisania, kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Wykonując ćwiczenia 1, 2 i 3 pamiętaj, że podczas oceny Twojej pracy nauczyciel

zwróci uwagę na:

–

poprawność

słownictwa

używanego

podczas

przygotowywania

materiałów

i wykonywania ćwiczenia,

–

prawidłowość przygotowania planu czynności z uwzględnieniem informacji zawartych
w normach zakładowych ZN-96/TP S.A–006 pt. Złącza spajane światłowodów
jednomodowych. Wymagania i badania oraz w [15], [16], [17], .

–

umiejętność poprawnego opisywania wykonywanego zadania,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

sposób rysowania rysunków,

–

sposób prezentacji wyników,

–

umiejętność formułowania wniosków.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) przedstawić

wymagania

dotyczące

dobrego

wykonania

połączeń

światłowodów rozłącznych i nierozłącznych ?



2) przedstawić wymagania dotyczące złączek światłowodowych rozłącznych ?



3) objaśnić

zasady

wykonywania

połączeń

trwałych

odcinków

światłowodowych ?



4) wyjaśnić z jakich elementów składa się złączka światłowodowa ?



5) opisać parametry dobrych złączek światłowodowych ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Straty mocy optycznej w torach światłowodowych

4.4.1. Materiał nauczania

Promień światła wędrując w rdzeniu światłowodu (o współczynniku załamania n

napotyka na środowisko o innym współczynniku załamania (n

) - płaszcz. Gdy promień pada

od strony rdzenia na płaszcz pod kątem α, to pewna część światła zostaje odbita i wraca do
rdzenia. W zależności od kąta padania α i współczynników załamania materiałów rdzenia
i płaszcza, zmienia się ilość odbitego światła. Powyżej pewnego kąta zachodzi zjawisko
całkowitego odbicia wewnętrznego i światło padające zostaje odbite bez strat.

Kąt akceptacji – apertura numeryczna

Aby promień pozostał w rdzeniu i podlegał całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na

granicy rdzenia i płaszcza, kąt jego padania względem osi światłowodu w powietrzu nie
powinien przekroczyć wartości krytycznej - wartość ta nosi nazwę kąta akceptacji
światłowodu (alfa max). Zgodnie z tym wszystkie promienie padające na powierzchnię
czołową rdzenia światłowodu pod kątem mniejszym od (alfa max) zostaną wprowadzone do
rdzenia. W płaszczu współczynnik załamania światła jest mniejszy niż w rdzeniu, wiąże się to
też ze współczynnikiem odbicia. Włókno światłowodowe zbudowane jest z 2 rodzajów szkieł:

–

szkła kwarcowego (zbudowany jest z niego rdzeń),

–

szkła kwarcowego z dodatkami (zbudowany jest z niego płaszcz).

Oba pojęcia: kąt akceptacji i apertura numeryczna służą do określenia tego samego

zjawiska - kąta wprowadzenia światła z diody lub lasera do światłowodu wielomodowego.
Elementy optyczne wykorzystywane do transmisji sygnałów cyfrowych to nadajniki
i odbiorniki Najważniejszym elementem systemu optycznego jest źródło sygnału (nadajnik).

W systemach światłowodowych fale nośne wytwarzane są przez generatory optyczne

zawierające:

–

diody laserowe (LD) - światło monochromatyczne, spójne i skolimowane,

–

diody elektroluminescencyjne (LED) - światło monochromatyczne.
W telekomunikacji światłowodowej, jako źródła swiatła, zastosowanie znalazły trzy:

–

dioda powierzchniowa,

–

dioda krawędziowa,

–

dioda superluminescencyjna.

W idealnym przypadku źródło powinno dostarczać stabilnej fali o określonej częstotliwości
i wystarczającej mocy. Istotne elementy nadajnika to: źródło światła i układ modulujący.

Rys. 25 Płaszcz - apertura numeryczna

światłowodu, czyli kąt akceptacji

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Uwaga: Promieniowanie emitowane przez nadajnik laserowy (światłowodowy) jest

szkodliwe dla wzroku! Sygnalizuje to symbol umieszczony obok złącza nadajnika. Pod
żadnym pozorem nie należy patrzeć w nieosłonięte gniazdo, do którego nie jest dołączone
złącze światłowodowe. Również obserwacja końca światłowodu, w którym prowadzone jest
światło grozi uszkodzeniem wzroku. Nadajnik może emitować pełną moc zawsze, gdy tylko
urządzenie jest włączone – niezależnie od tego czy do wejścia elektrycznego doprowadzony
jest jakikolwiek sygnał, czy też nie.

Nadajnik odbiera od przełączników i routerów dane, które muszą zostać przesłane. Dane

mają postać sygnałów elektrycznych. Nadajnik konwertuje sygnały elektroniczne
w odpowiadające im impulsy światła. Istnieją dwa typy źródeł światła używanych do
kodowania i wysyłania danych za pośrednictwem kabla:
a) Diody świecące (LED) wytwarzające światło podczerwone o długości fali równej 850 nm

lub 1310 nm. Są one używane w światłowodach wielomodowych w sieciach LAN. Do
skupienia wiązki światła podczerwonego na końcu światłowodu wykorzystywane są
soczewki,

b) Lasery to źródła tworzące cienką wiązkę intensywnego podczerwonego światła o długości

fali wynoszącej zazwyczaj 1310 nm lub 1550 nm. Lasery są używane w światłowodach
jednomodowych na dużych dystansach, z którymi mamy do czynienia w sieciach WAN
lub szkieletach sieci kampusowych. Konieczne jest zachowanie szczególnej ostrożności,
aby zapobiec uszkodzeniu oka.

Każde źródło światła można bardzo szybko zapalić i zgasić w celu wysłania danych (jedynek
i zer) z szybkością wielu bitów na sekundę.

Nadajniki optyczne (rysunek 27) Nadajnik optyczny odpowiednio wysterowany

sygnałem elektrycznym generuje strumień światła, który możemy przesłać światłowodem.
Źródłem światła dla światłowodów wielomodowych jest odpowiednio wysterowana dioda
elektroluminescencyjna, natomiast źródłem światła dla światłowodów jednomodowych jest
laser. Dla zainicjowania akcji świecenia prąd zasilający musi mieć odpowiednią wartość
zwaną prądem progowym.

Obok przedstawiono przykładowy sposób sterowania diody świecącej. W rzeczywistości

źródło światła powinno generować strumień o najkorzystniejszym widmie dla danego typu
światłowodu czyli źródło światła, światłowód i odbiornik powinny być odpowiednio dobrane.

Rys. 26 Symbol oznaczający

promieniowanie

Rys. 27. Układ prostego nadajnika

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Parametry optyczne diod świecących:

a) strumień energetyczny – S

(moc emitowana przez diodę IR), wyrażamy w watach, lub

strumień świetlny (moc emitowana przez diodę świecącą - rysunek 28) wyrażamy
w lumenach. Wartość mocy emitowanej przez diodę rośnie ze wzrostem prądu
przewodzenia, a maleje ze wzrostem temperatury złącza,

b) natężenie promieniowania – J

– stosunek strumienia energetycznego do kąta bryłowego –

dla diod IR, którego jednostką jest wat na steradian,

c) światłość

– stosunek strumienia świetlnego do kąta bryłowego – dla diod LED, wyrażona

w kandelach.

Podczas transmisji sygnałów cyfrowych z dużymi szybkościami sygnały przeznaczone do

nadawania formułuje się do postaci mającej kształt zbliżony do funkcji sekans hiperboliczny
nazywanej solitonem. Kształt solitona pokazano na rysunku 29. W nowoczesnej technice
sieciowej impuls solitonowy wytwarzany jest przez modulator laserowy i transmitowany
przez medium światłowodowe.

Poprzez dobór odpowiedniego natężenia sygnału, jego czasu trwania i właściwej

obwiedni, możliwy jest przekaz takiego impulsu świetlnego praktycznie bez żadnej dyspersji
i zmiany kształtu na dowolną odległość.

Taki kształt transmitowanego sygnału pozwala na właściwą kompensację efektów

dyspersji chromatycznej włókna oraz nieliniowości optycznej szkła kwarcowego, z którego są
wykonywane (tzw. Efekt Kerra polegający na zależności prędkości światła w szkle, a więc
również współczynnika załamania od natężenia
światła. Użycie solitonów pozwala na osiąganie
bardzo dużych prędkości przesyłu na duże odległości.
Wykorzystując

standardowe

światłowody

solitonami o szerokości od 20 do 50 ps, uzyskuje się
transmisję sygnałów cyfrowych o przepływności
10÷20 [Gb/s] na odległość ok. 36 000 [km].
Odbiorniki optyczne

Na drugim końcu światłowodu znajduje się

odbiornik. Do detekcji sygnału świetlnego używa się
fotodiody lub fotodetektory. Sygnał elektryczny po detekcji jest bardzo słaby, dlatego
podajemy go na wzmacniacz. Aby ostatecznie uzyskać końcowy elektryczny poziom zer
i jedynek stosujemy komparator wzmocnionego napięcia z napięciem odniesienia Przybliżone
przebiegi w kolejnych punktach układu przedstawiono na wykresach. Zademonstrowany
sposób pozwala odbierać sekwencje świetlne i przekształcać je w odpowiednie impulsy
elektryczne. Urządzenia półprzewodnikowe, które są zazwyczaj używane jako odbiorniki

Moc świetlna

emisja
wymuszona

emisja
spontaniczna natężenie prądu

prąd progowy

Rys. 28 Moc emitowana przez diodę świecącą

Rys. 29. Impuls solitonowy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w łączach światłowodowych, to fotodiody półprzewodnikowe, fotodiody lawinowe,
fotopowielacze. Fotodiody PIN są tak konstruowane, aby były wrażliwe na światło o długości
fali 850, 1310 lub 1550 nm. Gdy na fotodiodę PIN padnie impuls światła o odpowiedniej
długości fali, wytworzy się na jej wyjściu szybko odpowiedni impuls elektryczny. Gdy tylko
światło przestaje padać na fotodiodę PIN, ustaje wytwarzanie napięcia. W rzeczywistej
komunikacji światłowodowej układy nadajników i odbiorników są o wiele bardziej
skomplikowane.

Rus. 30 Modulacja analogowa i cyfrowa w diodzie laserowej

Często zapewnia się podział częstotliwościowy kanału i przesyłanie wielu różnych

informacji tym samym medium transmisyjnym aby detektory promieniowania mogły służyć
telekomunikacji światłowodowej muszą spełniać szereg warunków:

–

duża dokładność odzyskania sygnału,

–

duża czułość w odpowiednich zakresach promieniowania,

–

wystarczająco duża odpowiedź napięciowa (prądowa) na odebrany sygnał optyczny,

–

małe szumy własne dla uzyskania odpowiedniego stosunku sygnału do szumu,

–

mała wrażliwość na wpływ czynników zewnętrznych (temperatury, zasilania, ..) na prace
fotodetektora,

–

wysoka niezawodność i niski koszt.

Straty mocy w torach światłowodowych

Rys. 31. Układ prostego odbiornika oraz przebiegi czasowe w

zaznaczonych punktach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podczas transmisji sygnałów w torach światłowodowych występują straty mocy, które

opisują następujące parametry:
a) Tłumienność włókna, która określa się jako spadek mocy sygnału wraz z przebytą

odległością. Tłumienność włókna wyznacza się dzieląc różnicę poziomu mocy sygnału
przez odległość transmisji. Dla powszechnie stosowanych światłowodów tłumienność
jednostkowa wynosi 0,4 dB/km dla długości fali 1310 nm oraz 0,25 dB/km dla długości
fali 1550 nm,

b) Tłumienność wtrącona, która jest związana z takimi nieciągłościami włókna jak: spawy,

spoiny, połączenia mechaniczne, odbicie wsteczne złączek czyli reflektancja.
Tłumienność spawu przyjmuje się na poziomie 0,15 dB, natomiast tłumienność złączki
0,5 dB dla obu okien transmisyjnych. Także makrozgięcia i mikrozgięcia kabla mogą
powodować znaczny wzrost tłumienia, dużo większy niż w przypadku spawu.
Najbardziej wrażliwe na zgięcia jest okno trzecie. Wartość tłumienia dla długości fali
1550 nm może nawet dwukrotnie przekroczyć tłumienność dla długości fali 1310 nm.
Mikrozgięcia spowodowane są niewielkimi poprzecznymi przesunięciami osi lub
powierzchni światłowodu powstałymi w procesie technologicznym,

c) Szerokość pasma przenoszenia wyrażona

[MHz·km],

d) Długość fali dla zerowej dyspersji [nm],
e) Długość fali odcięcia [nm], tj taka najmniejsza długość fali, przy której w światłowodzie

rozchodzi się tylko jeden mod.

„Zasięg transmisji”

Aby określić zasięg transmisji w kanale światłowodowym należy sporządzić bilans mocy,

który uwzględnia moc nadajnika, czułość odbiornika, zalecany margines odbieranych
poziomów oraz parametry kabla światłowodowego.

Przykład:

–

tłumienność światłowodu 50/125 µm 3 dB/km,

–

poziom mocy nadajnika -22 dBm,

–

czułość odbiornika -35 dBm,

–

margines mocy 5 dB,

–

budżet mocy -22 dBm - (-35 dBm) = 13 dB,

–

uwzględniając margines 13 dB - 5 dB = 8 dB,

–

zasięg transmisji 8dB : 3 dB/km

≤ 2,5 km.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie wartości parametrów diod elektroluminescencyjnych i fotodiod można odczytać

z katalogu producenta elementów optoelektronicznych ?

2. Jakie są charakterystyki widmowe diody LED i fotodiody ?
3. Jaki jest przebieg charakterystyki prądowo-napięciowej dla diody

elektroluminescencyjnej LED ?

4. Jak można wyznaczyć kąt akceptacji dla włókna światłowodowego ?
5. Jaką postać ma sygnał świetlny w torze optotelekomunikacyjnym ?
6. W jaki sposób wykonuje się bilans mocy w kanale światłowodowym ?
7. Od jakich parametrów włókna optycznego zależy szybkość i zasięg transmisji sygnałów

cyfrowych w światłowodzie?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie1

Wypisz podstawowe parametry diody elektroluminescencyjnej i fotodiody oraz

fototranzystora. Na charakterystykach zaznacz wpływ czynników zewnętrznych np.
temperatury otoczenia, napięcia zasilania, na pracę omawianego elementu Pod parametrami
zamieść legendę wyjaśniającą przyjęte oznaczenia. Nanieś oznaczenia na symbolach
graficznych elementów. Czas ćwiczenia określi nauczyciel. Po upływie czasu przedstaw
wyniki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w katalogach [20],
2) wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

diody elektroluminescencyjne,

–

fotodiody oraz fototranzystory,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Ćwiczenie2

Wyrysuj charakterystyki widmowe diody elektroluminescencyjnej np. LED 665 nm, LED

820 nm, oraz fototranzystora. Na charakterystykach zaznacz wpływ czynników zewnętrznych
np. temperatury na pracę omawianego elementu.

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w katalogach [20],
2) wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

diody elektroluminescencyjne,

–

fotodiody oraz fototranzystory,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Ćwiczenie 3

Przeprowadź badanie charakterystyki prądowo-napięciowej diody LED 665 nm, LED

820 nm. Pomiary wykonaj w pracowni, zgodnie ze wskazówkami zawartymi w instrukcji do
ćwiczenia. Czas na wykonanie ćwiczenia określi nauczyciel. Układ pomiarowy montuj
zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej. W celu zwiększenia czytelności
montażu należy stosować przewody połączeniowe w różnych kolorach. Podczas dobierania

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

mierników zwracaj uwagę na oznaczenia zacisków i zakresy pomiarowe. Zanotuj oznaczenia
zastosowanych mierników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w katalogach [20],
2) połączyć układ pomiarowy zgodnie z zaproponowanym schematem ,
3) zmierzyć charakterystykę prądowo-napięciową diody LED w zakresie :

–

dla polaryzacji zaporowej: dla napięć U

≤

4 V,

–

dla polaryzacji w kierunku przewodzenia : dla prądu I

≤

25 mA),

4) zaobserwować, dla jakiej polaryzacji i przy jakim prądzie dioda zaczyna świecić.

Wyposażenie stanowiska pracy: diody elektroluminescencyjne, fotodiody oraz

fototranzystory, zestaw badaniowy, oscyloskop dwukanałowy, dwa multimetry, zasilacz
stabilizowany. przybory do pisania, kalkulator, poradnik dla ucznia, literatura - katalogi firmy
TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli światłowodowych
Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym musi sprawdzić nauczyciel przed
podłączeniem napięcia zasilania.

Wykonując ćwiczenia pamiętaj, że podczas oceny Twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:

–

poprawność

słownictwa

używanego

podczas

przygotowywania

materiałów

wykonywania ćwiczenia,

–

prawidłowość przygotowania planu wykonania zadania,

–

poprawność wykonania połączeń i umiejętność lokalizacji błędów w połączeniach,

–

sposób rysowania rysunków,

–

sposób prezentacji wyników,

–

umiejętność formułowania wniosków dotyczących poprawności uzyskanych rezultatów.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić znaczenie apertura numeryczna czyli kąt akceptacji ?



2) opisać zasadę funkcjonowania diody elektroluminescencyjnej ?



3) opisać zasadę funkcjonowania fotodiodydiody ?



4) wyjaśnić zasady pomiaru charakterystyk i parametry diody

elektroluminescencyjnej ?



5) opisać zasady pomiaru charakterystyk i parametry fotodiody ?



6) opisać zasadę działania lasera ?



7) opisać znaczenie pojęcia „soliton”?



8) zaprezentować parametry włókna światłowodowego ?



9) objaśnić jak zmierzyć straty mocy w łączu światłowodowym ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Kody transmisyjne i pomiary w torach światłowodowych

4.5.1. Materiał nauczania

„Kodowanie transmisyjne”

Sygnał kodowy sterujący pracą nadajnika optycznego jest sygnałem binarnym,

unipolarnym, w kodzie NRZ i mógłby służyć do modulacji fali świetlnej. Jednakże w celu
zapewnienia właściwego widma sygnałów zmodulowanych, ułatwienia pracy układów
realizujących regeneracje sygnałów transmitowanych oraz umożliwienia odbiornikowi
wykonywania operacji wykrywania błędów w transmitowanych sygnałach stosuje się
w nadajniku kodowanie transmisyjne, które realizują układy elektroniczne nazywane
transkoderami.

W transkoderach optycznych dla systemów PDH, dla przepływności 34 Mbit/s stosowany

jest kod typ 5B

−

6B. W nadajniku, szeregowy strumień sygnałów cyfrowych dzielony jest w

rejestrach na piątki bitów i każdej piątce bitów (z 2

możliwych kombinacji)

przyporządkowana jest szóstka bitów wybrana z 2

możliwych kombinacji zgodnie

z określoną regułą zachowująca odpowiednie rozłożenie zer i jedynek w słowie
sześciobitowym.

W ten sposób sygnał o przepływności 34 Mbit/s zostaje przetworzony na strumień

o przepływności 41 Mbit/s o korzystnych własnościach transmisyjnych. Zwiększenie
przepływności w łączu światłowodowym przy zachowaniu dwuwartościowej techniki
odwzorowania informacji pozwala na:

–

dopasowanie widma sygnału do charakterystyki toru,

–

wyłowienie w urządzeniach traktu liniowego przebiegu synchronizacyjnego (zegara)
w każdym punkcie toru niezależnie od przesyłanej kombinacji zer i jedynek,

–

wykrywanie

szóstek

bitów

zdekodowanych

w odbiorniku a nie przewidzianych w kodzie nadawczym tj. na wykrywanie błędów
w transmitowanym sygnale.

Funkcje odbiornika są następujące:

–

odtworzenie sygnałów zegarowych czyli przebiegów prostokątnych o częstotliwości
równej przepływności binarnej sygnału a także częstotliwości pojawiania się słów
kodowych itd.,

–

zapewnienie synchronizacji słów podczas dekodowania,

–

przetwarzanie zregenerowanego sygnału kodowego 6B na wyjściowy sygnał binarny w
kodzie 5B czyli synchroniczne przyporządkowanie każdej odebranej szóstce bitów
odpowiedniej piątki bitów,

–

wykrywanie błędów w odebranym sygnale poprzez wykrywanie zaburzeń w odbieranym
kodzie,

–

sygnalizacja zakłóceń w odbiorze sygnałów z linii światłowodowej.

W transmisji sygnałów cyfrowych w łączach światłowodowych stosuje się jeszcze inne
nadmiarowe kodowanie transmisyjne typu nB

−

mB wprowadzające pewien nadmiar bitów w

transmitowanych sygnałach. Ogólnie można powiedzieć że im większy nadmiar, tym lepsza
jest skuteczność wykrywania błędów w transmisji. Do częściej stosowanych kodów
liniowych należą 1B

−

2B, 2B

−

3B, 3B

−

4B oraz 4B-5B.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 5

Tabela 6

Przykładowe zasady kodowania przedstawiono w tabeli 6 i na rysunku
32 (dla kodowania 2B-3B.
Kodowanie 4B-5B

Idea kodowania jest następująca: strumień szeregowych sygnałów

informacyjnych dzieli się w nadajniku na czwórki bitów. Każde kolejne
4 bity są kodowane przy pomocy „znaku” złożonego z 5 bitów.
Efektywność takiego kodowania wynosi zatem 80%. Prędkość 100 Mbps
jest osiągane przy transmisji 125 milionów symboli na sekundę.
Odbiornik dekoduje odebrane piątki bitów i każdej z nich
przyporządkowuje odpowiednią czwórkę bitów. Oczywiście tylko 16
kombinacji jest poprawnych, gdyż długość ciągów, które kodujemy
wynosi 4 bity. Jeżeli odbiornik wykryje kombinacje, która nie była
przewidziana w tabeli słów nadawanych to uznaje że w transmisji są
błędy.
„Zwielokrotnienie falowe WDM”

Zwielokrotnienie jest to technika pozwalająca na jednoczesną

transmisję pewnej ilości sygnałów w jednym torze transmisyjnym. Jak
już wspomniano w rozdziale 4.1 stworzenie możliwości dla
transmitowania dużych ilości informacji w pojedynczym włóknie
światłowodowym możliwe jest właśnie dzięki technologii pozwalającej

na przekazywanie w tym włóknie jednocześnie wielu fal nośnych o bliskich lecz odmiennych
częstotliwościach (długościach), z których każda stanowi odrębny kanał transmisyjny.

Kod

1B-2B

Kod

−

Kod 3B

−

001 000

0101

010 001

1001

100

....

110

.....

....

100

0111

101

1011

Rys. 32 Przykładowe przebiegi czasowe dla kodowania 2B-3B

Dane Postać
Wej. kodowa
0000 11110
0001 01001
0010 10100
0011 10101
0100 01010
0101 01011
0110 01110
0111 01111
1000 10010
1001 10011
1010 10110
1011 10111
1100 11010
1101 11011
1110 11100
1111 11101

Kodowanie

4B-5B

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sumaryczna przepływność binarna kanału ulega zwielokrotnieniu przez liczbę fal

nośnych prowadzonych w tym włóknie. Najwcześniej zastosowaną techniką umożliwiającą
zwielokrotnienie w dziedzinie długości fali jest technologia WDM, która zapewnia
szerokopasmową multipleksację i demultipleksację w dwóch pasmach 1310nm oraz 1550nm
dla kilku lub kilkunastu fal optycznych. Zwielokrotnienie WDM wymaga stosowania
spójnego źródła światła złożonego z laserów o wąskiej charakterystyce widmowej i bardzo
stabilnej częstotliwości pracy oraz elementów do multipleksacji i demultipleksacji fal
optycznych o różnych długościach fal. W systemach WDM łączna przepływność w jednym
włóknie optycznym osiąga pojemność transmisyjną 100-500 (Tbit/s)

•

km Wprowadzenie

DWDM (gęste zwielokrotnienie w dziedzinie długości fali) - zwielokrotnienia dużej ilości
kanałów optycznych przy odstępie międzyfalowym 0,8 nm, zapewniającego również pełną
swobodę wyboru jednego z dostępnych kanałów, dało zupełnie nowe możliwości
w dziedzinie przepływności połączeń optycznych.

We wczesnych latach 80, w lokalnych sieciach komputerowych LAN, zastosowanie

znalazły metody zwielokrotnienia optycznego polegające na transmisji poprzez światłowód
wielomodowy kilku kanałów w oknie 850nm. Opracowane w latach dziewięćdziesiątych
specyfikacje IEEE 802.3 określają multipleksację w oknie 850 nm jako CWDM a w oknie
1310nm jako WWDM. (Wide Wave Division Multiplexing). Korzyści z zastosowania
zwielokrotnienia falowego w łączach światłowodowych stają się jeszcze większe po
zastosowaniu wzmacniaczy optycznych domieszkowanych erbem typu EDFA. łączach
optotelekomunikacyjnych Zalety zwielokrotnienia falowego: możliwość rozbudowy
istniejących kanałów, osiąganie dużych przepływności, niezależność kanałów optycznych,
brak potrzeby stosowania dodatkowych sygnałów synchronizujących (zegarowych),
wzmocnienie wszystkich kanałów transmisji za pomocą jednego wzmacniacza optycznego.
„Badania i pomiary linii światłowodowych, rodzaje pomiarów”

Kable optotelekomunikacyjne stosowane do budowy linii optotelekomunikacyjnych

muszą mięć aktualne świadectwo homologacji Ministerstwa Łączności. Aby je uzyskać
należy, u producenta, wykonać szereg badań. wg norm ITU-T G.652, G.653 oraz innych,

Rys. 33 Zasada zwielokrotnienia falowego

Rys. 34 Systemy zwielokrotniania optycznego WDM, wczesny

CWDM, WWDM, DWDM [5, s.28]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w zależności od życzeń odbiorcy. Podstawowe badania kabli optotelekomunikacyjnych
polegają na sprawdzeniu:
a) tłumienności i długości optycznej,
b) dyspersji chromatycznej,
c) średnicy pola modów,
d) długości fali odcięcia,
e) odporności na rozciąganie,
f) odporności na zgniatanie,
g) odporności na przeginanie,
h) odporności na skręcanie,
i)

odporności na zmiany temperatury,

odporności na wnikanie wody,

oraz innych parametrów jak np. badanie niejednorodności punktowych tłumienności, długości
fali odcięcia czy tłumienia w zakresie maksimum absorpcji jonów OH.

W skład pomiarów wykonywanych w eksploatowanych torach światłowodowych

wchodzą:
a) pomiary parametrów źródeł światła,
b) pomiary światłowodów telekomunikacyjnych,
c) badanie wpływu polaryzacji światła na jakość transmisji optycznej,
d) pomiary parametrów światłowodowych wzmacniaczy optycznych,
e) pomiar parametrów krotnic falowych,
f) badanie nieliniowości światłowodu,
g) badanie jakości transmisji optycznej sygnałów cyfrowych,
h) testowanie systemu optotelekomuniakcyjnego.

Wykonanie tych pomiarów pozwala zlokalizować nieprawidłowości, jakie mogą

wystąpić w kanałach światłowodowych. Podczas budowy i konserwacji torów przeprowadza
się:

–

wizualizacje uszkodzeń,

–

pomiary transmisyjne (dwupunktowe),

–

pomiary reflektometryczne (jednopunktowe),

przy wykorzystaniu:

–

testerów optycznych,

–

zastawów pomiarowych zawierających źródło i miernik mocy optycznej,

–

telefonów optycznych,

–

reflektometrów optycznych.

Poniżej zamieszczone zostały przykładowe wymagania transmisyjne dla montowanego

odcinka, nie wymagającego wzmocnienia sygnałów, zawarte są w normie ZN-02/TD S.A.-09
pt: „Budowa sieci optotelekomunikacyjnych” Wrocław, marzec 2002 r

Wszystkie tory światłowodowe jednomodowe, przygotowane do eksploatacji, powinny

mieć zmierzoną tłumienność dla fal 1310 nm i 1550 nm, a następnie wyliczoną tłumienność
jednostkową. Jako decydujący należy przyjmować wynik pomiaru dla fali 1550 nm.

Tłumienność jednostkowa każdego toru światłowodowego (bez połączeń) nie powinna

przekraczać wartości przepisanych w wymaganiach technicznych dla kabli danej klasy,
z uwzględnieniem bilansu mocy dla danego odcinka linii. Tłumienność każdego toru
światłowodowego (włókien wraz z ich połączeniami) nie powinna przekraczać wartości sumy
tłumienności wszystkich połączonych odcinków włókien powiększonej o tłumienność
połączeń stałych i rozłącznych.

Połączenia światłowodów jednomodowych powinny być tak wykonane, aby:

−

tłumienność nie przekroczyła wartości 0,10 dB dla połączeń spajanych, określona jako
wartość średnia (z uwzględnieniem znaków) z pomiarów w obu kierunkach transmisji,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

tłumienność nie przekroczyła wartości 0,3 dB, jeśli 2 próby spajania nie pozwoliły na
uzyskanie wartości 0,10 dB, przy czym uzyskiwane wyższe wartości były prawie
jednakowe,

−

tłumienność nie przekroczyła wartości 0,5 dB dla złączy rozłączalnych, jako wartość
maksymalna przyjmowana do obliczeń, a średnia wartość tej tłumienności nie powinna
przekraczać 0,3 dB,

−

tłumienność odbiciowa złączek światłowodowych (reflektancja) nie była mniejsza niż 35
dB,

−

zmiana tłumienności jednostkowej wzdłuż odcinka, pomiędzy sąsiednimi złączami
światłowodowymi, nie przekraczała 0,1 dB/km dla fal 1310 nm i 1550 nm, na każdym
dowolnie wybranym jednokilometrowym odcinku światłowodu,

−

skokowy wzrost tłumienności wywołany punktowymi wtrąceniami nie był większy od
0,1 Db.
W trakcie budowy i montażu linii światłowodowej wykonuje się pomiary w następującej

kolejności:
a) po ułożeniu kabla, a przed rozpoczęciem montażu złączy mierzy się parametry

zastosowanych światłowodów przy pomocy reflektometru dla fali 1550 nm,

b) po wykonaniu połączeń światłowodów należy mierzy się tłumienie poszczególnych

włókien metodą reflektometryczną, z obydwu stron zmontowanego odcinka, dla fal 1310
nm i 1550 nm, w celu stwierdzenia poprawności wykonanych połączeń,

c) po całkowitym zmontowaniu odcinka linii, mierzy się metodą reflektometryczną

parametry dla każdego włókna, dla fal o długościach 1310 nm i 1550 nm, z obydwu
stron odcinka.
Przed oddaniem do eksploatacji należy zmierzyć na odcinku linii:

a) tłumienność wynikową wszystkich światłowodów metodą transmisyjną, przy

wykorzystaniu stabilizowanego źródła światła i miernika mocy optycznej,

b) tłumienność odbicia wstecznego (reflektancji) złączek światłowodowych z dokładnością

1-2 dB, wystarczającą dla celów eksploatacyjnych, z zastosowaniem sprzęgacza
kierunkowego lub z zastosowaniem reflektometru poprzez porównanie poziomu mocy P

(dBm) odbicia pochodzącego od mierzonego złącza z odbiciem pochodzącym od wzorca.

Pomiary wykonuje się światłem niemodulowanym.

„Sposoby wykonywania pomiarów:”

Pomiary tłumienności połączeń spajanych w czasie ich montażu

W czasie łączenia odcinków kabla należy sprawdzić wszystkie połączone włókna przy
pomocy reflektometru. Należy również odnotować długość optyczną linii przed i po
połączeniu odcinków kabli. Pomiary należy wykonać dla fal 1310 i 1550 nm. Jeśli jest to
możliwe, pomiar ten należy wykonywać z zakończeń kablowych tj. z przełącznicy
światłowodowej. W każdym razie pomiary te mogą być wykonane z końca odcinka linii albo
też z jakiegokolwiek odpowiedniego punktu na trasie linii z zastosowaniem adapterów do
podłączania włókien światłowodowych. Ponieważ przy pomiarze reflektometrem występuje
pewna strefa martwa, są trudności przy pomiarze tłumienności złączy położonych w pobliżu
punktu pomiarowego. Sposobem na pokonanie tej trudności jest przeprowadzenie pomiaru ze
złącza odległego o co najmniej 40 m od złącza badanego, albo też zastosowanie odpowiednio
długiego odcinka tzw. włókna rozbiegowego. Wykonanie spoiny o minimalnej tłumienności
może wymagać kilku prób i powtórzeń. Aby ilość prób spajania przy wykonywaniu złącza
pozostawić na rozsądnym poziomie, należy przyjąć następujące zasady:

−

jeśli tłumienność połączenia jest wyższa niż 0,10 dB (odczyt ze spawarki), włókno
powinno być przecięte i ponownie spojone,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

jeśli ponowna próba spajania nie daje pozytywnego rezultatu, należy przejść do montażu
włókna następnego,

−

jeśli to następne włókno daje się zmontować poprawnie, należy powrócić do włókna
poprzedniego i starać się uzyskać prawidłowe połączenie,

−

jeśli próby ponownego spojenia włókna nie dają pozytywnego rezultatu odnośnie
tłumienności spoiny, a osiągane wyniki nie spełniają wymagań, ale są zbliżone co do
wartości, należy uznać, że przyczyną są różne parametry światłowodów.

Przy tej metodzie ilość prób na jedno włókno nie powinna przekroczyć trzech. Jeśli nie można
uzyskać wymaganej tłumienności również na innym włóknie, a różnice osiąganych
tłumienności włókien są stosunkowo duże, należy sprawdzić spawarkę i starannie oczyścić
elektrody zgodnie z instrukcją obsługi. Jeśli połączenie włókna można uznać za poprawne,
należy umieścić na swoim miejscu osłony spoiny włókna. Ważne jest, aby ułożenie pętli
zmontowanego włókna w osłonie złączowej wykonać dopiero po całkowitym ostygnięciu
osłonki spawu. Po zmontowaniu i ułożeniu włókna należy ponownie sprawdzić, czy
tłumienność połączenia nie uległa zmianie. Sprawdzenie należy wykonać dla fal 1310 i 1550
nm i odnotować w protokole.
Do pomiarów na odcinkach krótkich należy stosować możliwie krótki impuls sygnału
pomiarowego.

Tłumienność połączenia mierzona dla fali 1550 nm nie może różnić się od wartości

uzyskanych dla fali 1310 nm o więcej, niż 0,05 dB. Jeśli ta różnica jest większa dla jakiegoś
włókna, to prawdopodobną przyczyną jest nadmierne jego naprężenie lub istnienie
mikrozgięć w sąsiedztwie połączenia włókna. Jeśli to zjawisko obserwuje się na wszystkich
włóknach, to należy sądzić, że kabel został zbyt mocno zagięty lub ściśnięty w pobliżu złącza.

„Pomiar tłumienności światłowodu” jest podstawowym pomiarem wykonywanym

podczas badania włókna światłowodowego w czasie produkcji, u dostawcy oraz podczas
prac instalacyjnych a także podczas kontroli okresowej torów światłowodowych
i okablowania światłowodowego. W praktyce stosuje się dwie metody pomiaru tłumienności
światłowodów: transmisyjna i reflektometryczną.

W metodzie transmisyjnej do pomiarów światłowodów stosujemy zestaw pomiarowy

złożony z dwu mierników – źródła światła (nadajnika) pozwalającego na nadawanie sygnałów
świetlnych w określonym „oknie” transmisyjnym i miernika mocy optycznej oraz dwu
patchcordów wzorcowych (wyposażenie fabryczne miernika). W trakcie pomiarów, które są
wykonywane sygnałem niemodulowanym, moc źródła nie powinna się zmieniać więcej niż
0,1 dB/godz. Wyniki pomiarowe należy przedstawić albo w mW albo w decybelach
absolutnych Ponieważ tłumienie światłowodu jest różne dla różnych długości fal świetlnych,
to pomiary należy wykonywać przy długościach fal używanych w sprzęcie
telekomunikacyjnym. Kolejność czynności podczas wykonywania pomiarów: Oczyść
starannie wszystkie złącza. Do czyszczenia styków w złączach konieczna jest butelka
sprężonego powietrza, jak również płyn czyszczący, najlepiej czysty alkohol etylowy (99%),
lub isopropylowy. Nie należy używać acetonu lub podobnych płynów, gdyż mogą one
uszkodzić lub zniszczyć styki w złączu.

Rys. 35: Układ pomiarowy tłumienia światłowodu [7, s.16]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pomiar wykonaj w następujący sposób:

1. wykonaj niezbędne połączenia,
2. włącz źródła światła i mierniki,
3. przeczytaj wskazania miernika, zanotuj wyniki pomiarów i wykonaj odpowiednie

przeliczenia,

4. powyższą procedurę można powtórzyć dla różnych włókien lub połączeń

światłowodowych.

„Pomiar tłumienności światłowodu przy pomocy reflektometru”

Reflektometr (OTDR Optical Time-Domain Reflectometer) jest drogim, ale bardzo

wygodnym, urządzeniem pomiarowym stosowanym przy budowie i eksploatacji linii
światłowodowych. Umożliwia on wykonywanie różnego rodzaju pomiarów, między innymi
tłumienia światłowodu spowodowanego przez:

–

straty transmisyjne,

–

straty na połączeniach,

–

defekty w kablach światłowodowych (uszkodzenia mechaniczne typu przerwy, złamania,
wgniecenia itp.

Pomiar przy wykorzystaniu reflektometru może być prowadzony z jednego końca linii,

w 3 oknach telekomunikacyjnych (0,85 μm, 1,31 μm, 1,55 μm - w zależności od
zastosowanej wkładki optycznej). Na rysunku 35 przedstawiono układ blokowy
reflektometru. System mikroprocesorowy steruje generatorem impulsów pobudzających diodę
laserową (LD) emitującą impulsy optyczne. Impulsy te poprzez sprzęgacz optyczny (SO) są
wysyłane do mierzonego światłowodu. Światłowód dołączony jest do reflektometru przy
pomocy złącza rozdzielczego. Wysyłane do światłowodu impulsy optyczne charakteryzuje
moc szczytowa P o wartości 10 mW oraz czas trwania Δt o wartości od kilku nanosekund (np.
5 ns) do kilku mikrosekund (np.10 mikrosekund) a także częstotliwość powtarzania od 1 kHz
do 20 kHz. Małe częstotliwości repetycji stosuje się do długich światłowodów, o duże
częstotliwości dla włókien krótkich. Częstotliwość repetycji musi być tak dobrana, by
powracający sygnał ze światłowodu nie zachodził na impuls nadawany. Sygnał zwrotny ze
światłowodu (rozproszenie wsteczne, odbicie) skierowany jest przez sprzęgacz optyczny (SO)
do diody odbiorczej (APD). Następnie sygnał jest wzmacniany i przetwarzany na postać
cyfrową. Układ uśredniania zwiększa odstęp sygnału użytecznego od szumu oraz przelicza
wartość mocy na skalę logarytmiczną. Na monitorze są wyświetlane zależności w układzie
współrzędnych: x - odległość i y - poziom mocy sygnału zwrotnego. Czas od wysłania
impulsu do powrotu wynika z dwukrotnego przejścia światła przez mierzony światłowód.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Opóźnienie i natężenie sygnału odbitego docierającego do detektora, opisuje parametry

łącza optycznego. Na tej podstawie określa się poziom sygnału w danym punkcie łącza oraz
odległość do tego punktu. Dobry reflekometr posiada jedno wejście-wyjście lub osobne
wejście i wyjście.

Podstawowe parametry reflektometru:

−

Zakres dynamiczny mierzony w dB, który jest różnicą pomiędzy poziomem sygnału na
początku światłowodu oraz poziomem szumu na końcu światłowodu.

−

Zakres pomiaru, który jest zdefiniowany jako maksymalne tłumienie, które może
zmierzone z zachowaniem akceptowalnej dokładności.

−

Strefy martwe – odległości od miernika (zależne od zakresu pomiarowego), w których
nie można mierzyć ponieważ impuls odbity pokrywa się z nadanym Dokładność
reprezentuje różnicę pomiędzy wartością mierzoną i wartością rzeczywistą.

Zasada pomiaru przy wykorzystaniu reflektometru

Pomiar reflektometrem rozpoczyna się testami układu pomiarowego i mierzonego

obiektu. Następuje weryfikacja i dopasowanie parametrów pracy. Wstępne ustawienia
zawierają: typ światłowodu (wielomodowy czy jednomodowy), długość fali, współczynnik
załamania światłowodu (tzw. zintegrowany współczynnik załamania podawany przez
producenta kabla dla celów OTDR). Następnie ustawia się trzy główne, dobierane przez
operatora, parametry pomiaru, do których należą: zakres odległości, szerokość impulsu, czas
akwizycji danych Zakres odległości pokazuje jaka długość wykresu jest prezentowana na
ekranie. Zazwyczaj jest ustawiany nieco większy niż rzeczywista długość światłowodu.
Szerokość impulsu jest czasem trwania impulsu pobudzającego włókno optyczne, a także jego

Rys. 36 Układ blokowy reflektometru

Rys. 37 Obserwacja impulsów odbitych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

fizyczną długością rozciągnięcia wzdłuż światłowodu w czasie propagacji. Szerokość impulsu
jest wstępnie ustawiana dla określonych zakresów odległości, tzn. mniejsze szerokości dla
krótszych odległości. W celu uzyskania maksymalnej rozdzielczości należy wybrać
najmniejszą szerokość impulsu, jednak taką, która dotrze do końca światłowodu. Zbyt krótki
impuls o zbyt małej energii może nie dotrzeć do końca światłowodu poprzez wcześniejsze
wyczerpanie swojej energii na rozproszenie wsteczne i wydarzenia odbiciowe. Krótsze
impulsy pozwalają odróżniać dwa blisko siebie położone zdarzenia bliższe wejściowego
końca światłowodu. Dłuższe impulsy wstrzykują większą energię do światłowodu i propagują
na większe odległości ale generują większe strefy martwe.

Rys. 38 Przykładowe wyniki na lampie reflektometru

Elementy odbiciowe na śladzie OTDR dotyczą złączy rozłączalnych, trwałych złączy

mechanicznych, pęknięć, złamań, oraz odległego zakończenia światłowodu badanego i są
rozpoznawane przez znaczne piki na śladzie rozproszeniowym. Im wyższy jest pik względem
poziomu rozproszenia, tym większa reflektancja.

Elementy nie odbiciowe są powodowane przez spawy odcinków światłowodów,

nadmierne zakrzywienia włókna powodujące naprężenia i ucieczkę części mocy optycznej na
zewnątrz. Dyskretny spadek sygnału rozproszonego wstecz na śladzie jest manifestacją
i lokalizacją tych zjawisk.
Zakończenie światłowodu badanego może być obserwowane jako wydarzenia odbiciowe i nie
odbiciowe. Miejsce zakończenia światłowodu charakteryzuje się przez występowanie
szumów po końcu włókna (tak jak na rysunku 38 ).

Prawidłowa interpretacja wyników pomiarów uzyskanych przy pomocy reflektometru

wymaga pewnej wprawy i doświadczenia. Najkorzystniej jest jeżeli pomiary te mogą być
wykonane w dwóch kierunkach transmisji a ich wyniki porównane.

Dalsze pomiary torów światłowodowych w zakresie:

a) badanie wpływu polaryzacji światła na jakość transmisji optycznej,
b) pomiary parametrów światłowodowych wzmacniaczy optycznych,
c) pomiar parametrów krotnic falowych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

d) badanie nieliniowości światłowodu,
e) badanie jakości transmisji optycznej sygnałów cyfrowych,
f) testowanie systemu optotelekomuniakcyjnego.

Pozwalają na dokładne określenie własności sieci światłowodowej pod kątem

przydatności do realizacji różnych usług telekomunikacyjnych. Do wykonania tych pomiarów
potrzebne są przyrządy pomiarowe:

–

analizatory widma (WDM, pomiary spektralne światłowodów),

–

interferometry (ocena jakości powierzchni czołowej złączy),

–

mierniki reflektancji odbiciowej,

–

mierniki długości fali,

oraz drobny osprzęt pomiarowy: złącza, patchcordy, tłumiki, kable referencyjne, zestawy
czyszczące.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Dlaczego stosuje się kodowanie sygnałów cyfrowych przeznaczonych do transmitowania

w torze światłowodowym ?

2. Jaka jest zasada przekształcania sygnałów cyfrowych podczas kodowania

transmisyjnego 4B-5B lub 5B-6B ?

3. Jakie czynniki mają wpływ na zasięg transmisji (bez regeneracji) sygnałów cyfrowych w

torze światłowodowym ?

4. Jaka jest zasada zwielokrotnienia falowego WDM ?
5. W jaki sposób wykonuje się pomiary tłumienności toru światłowodowego ?
6. W jaki sposób można wykonać pomiary tłumienności odbiciowej toru światłowodowego ?
7. Jak można zmierzyć wartość apertury numerycznej ?
8. Jak funkcjonuje reflektometr ?
9. Jakie pomiary można wykonać przy pomocy reflektometru ?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeprowadź badanie wielkości apertury numerycznej dla światłowodu wielomodowego.

Pomiary wykonaj w pracowni, zgodnie ze wskazówkami zawartymi w instrukcji do
ćwiczenia. Czas na wykonanie ćwiczenia określi nauczyciel. W celu zwiększenia czytelności
montażu należy stosować przewody połączeniowe w różnych kolorach. Podczas dobierania
mierników zwracaj uwagę na oznaczenia zacisków i zakresy pomiarowe. Zanotuj oznaczenia
zastosowanych mierników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w instrukcji do ćwiczenia schemat odpowiedniego układu pomiarowego
2) opisać czynności wykonywane podczas pomiarów
3) połączyć układ pomiarowy zgodnie z schematem zaproponowanym w instrukcji

pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

4) zmierzyć wielkości apertury numerycznej dla światłowodu wielomodowego,
5) zaobserwować, dla jakiej wartości apertury numerycznej zanika transmisja w

światłowodzie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw badaniowy,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

dwa multimetry,

−

zasilacz stabilizowany,

−

miernik mocy optycznej nadawanej.

Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym musi sprawdzić nauczyciel przed
podłączeniem napięcia zasilania.

Ćwiczenie 2

Przeprowadź badanie wielkości strat mocy w złączu światłowodowym podczas

zwiększania szczeliny powietrznej w światłowodzie oraz podczas zwiększania przesunięcia
osi łączonych światłowodów wielomodowych. Pomiary wykonaj w pracowni, zgodnie ze
wskazówkami zawartymi w instrukcji do ćwiczenia. Czas na wykonanie ćwiczenia określi
nauczyciel. Podczas dobierania mierników zwracaj uwagę na oznaczenia zacisków i zakresy
pomiarowe. Zanotuj oznaczenia zastosowanych mierników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w instrukcji do ćwiczenia schemat odpowiedniego układu pomiarowego
2) opisać czynności wykonywane podczas pomiarów,
3) połączyć układ pomiarowy zgodnie z schematem zaproponowanym w instrukcji

pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

4) zmierzyć wielkości strat mocy w złączu światłowodowym w zależności od wielkości

szczeliny powietrznej i od przesunięcia osiowego,

5) zaobserwować, dla jakiej wielkości szczeliny powietrznej w światłowodzie zanika

transmisja.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw badaniowy,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

dwa multimetry,

−

zasilacz stabilizowany,

−

miernik mocy optycznej nadawanej.

Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym musi sprawdzić nauczyciel przed
podłączeniem napięcia zasilania.

Ćwiczenie 3

Przeprowadź badanie możliwości transmisji sygnałów analogowych i cyfrowych

w światłowodach o różnych długościach. Pomiary wykonaj w pracowni, zgodnie ze
wskazówkami zawartymi w instrukcji do ćwiczenia. Czas na wykonanie ćwiczenia określi
nauczyciel. W celu zwiększenia czytelności montażu należy stosować przewody
połączeniowe w różnych kolorach. Podczas dobierania mierników zwracaj uwagę na
oznaczenia zacisków i zakresy pomiarowe. Zanotuj oznaczenia zastosowanych mierników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) odszukać w instrukcji do ćwiczenia schemat odpowiedniego układu pomiarowego,
2) opisać czynności wykonywane podczas pomiarów,
3) połączyć układ pomiarowy zgodnie z schematem zaproponowanym w instrukcji,

pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

4) określić warunki, w zależności od typu i długości zastosowanego światłowodu oraz okna

transmisyjnego, przy których sygnał wyjściowy (zdekodowany sygnał elektryczny) nie
zawiera zniekształceń,

5) obserwować, na oscyloskopie, przebiegi sterujące i przebiegi zdekodowane,
6) notować wyniki zwracając uwagę na stosowanie odpowiednich jednostek.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw badaniowy,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

generator sygnałów sterujących np. generator funkcyjny,

−

koder PCM, multiplekser,

−

dwa multimetry,

−

miernik mocy optycznej,

−

zasilacz stabilizowany.

Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym musi sprawdzić nauczyciel przed
podłączeniem napięcia zasilania.

Wykonując ćwiczenia pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:

–

prawidłową analizę parametrów mierzonych układów toru światłowodowego,

–

trafny wybór parametrów do kontroli,

–

zaproponowany układ pomiarowy,

–

cechy charakterystyczne zastosowanych mierników,

–

poprawność zastosowanych symboli i oznaczeń na schematach,

–

poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić znaczenie pojęcia kodowanie transmisyjne stosowane podczas

transmisji sygnałów cyfrowych w torze światłowodowym ?



2) opisać znaczenie pojęcia transmisja sygnałów cyfrowych w paśmie

podstawowym w torze światłowodowym?



3) opisać sposób realizacji kodowania transmisyjnego 4B-5B w torze

światłowodowym ?



4) wyjaśnić zasadę realizacji zwielokrotnienia falowego WDM ?



5) opisać sposób pomiaru tłumienności toru światłowodowego ?



6) opisać metodę pomiaru tłumienności odbiciowej toru światłowodowego ?



7) opisać możliwości wykrywania błędów w sygnałach cyfrowych

transmitowanych w torze światłowodowym ?



8) opisać sposób wykonywania pomiarów przy pomocy reflektometru

optycznego w torze światłowodowym ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Konserwacja i lokalizacja uszkodzeń w torach

światłowodowych

4.6.1. Materiał nauczania

Konserwację linii kablowych można podzielić na:

–

konserwację zapobiegawczą,

–

konserwacje doraźną,

–

remonty.
Pod pojęciem konserwacji bieżącej należy rozumieć wykonywanie przez służby

eksploatacyjne czynności profilaktycznych i drobnych napraw, do których należą:

–

obchody i objazdy tras kabla,

–

przegląd obiektów i urządzeń kablowych,

–

pomiary elektryczne, okresowe kabli,

–

przegląd urządzeń kontroli ciśnieniowej,

–

przegląd urządzeń ochrony przed korozją,

–

usuwanie stwierdzonych podczas przeglądów usterek i uszkodzeń,

–

przebudowy na krótkich odcinkach tras kabla,

Rodzaje uszkodzeń złączy światłowodowych wykrytych przy użyciu mikroskopu

Podczas montażu światłowodu może dojść do wielu

uszkodzeń spowodowanych złą jakością materiałów, z których
wykonany

był

światłowód,

także

nieostrożnym

obchodzeniem się ze światłowodem lub używaniem
nieodpowiednich narzędzi służących do montażu tego
światłowodu. Idealny wygląd światłowodu jaki powinien być
widoczny przy użyciu mikroskopu przedstawiony jest na rys.
39. W przypadku zobaczenia w mikroskopie uszkodzeń
takich jak na rysunku 40 lub 41, które oznaczają nadłamania
światłowodu przechodzące przez środek lub całkowite
złamanie włókna jedynym wyjściem, należy powtórnie
wykonać

połączenia

ponieważ

tak

uszkodzonym

światłowodzie będą straty mocy sygnału i zasięg transmisji
będzie ograniczony. Część uszkodzeń, w połączeniach

rozłącznych, można poprawić poprzez powtórne szlifowanie odpowiednio dobranym
rodzajem papieru (niewyczuwalna szorstkość). Do usuwalnych uszkodzeń można zaliczyć:
pozostałości po kleju (jedna z metod montażu światłowodu przy użyciu kleju), drobne
zarysowania, drobne nadłamania przy zewnętrznej krawędzi światłowodu, zabrudzenia. Część
z tych uszkodzeń pokazane są na rysunku .

Konserwacja doraźna to przeglądy tras kabla i urządzeń oraz usuwanie usterek

wykonywane nieplanowo, np. po powodzi. W ramach konserwacji doraźnej wykonuje się
również niektóre pomiary toru kablowego np. pomiar tłumienia toru , pomiar tłumienności
odbiciowej toru. Remonty wykonywane są zgodnie z planem i dotyczą zaplanowanego
zakresu prac.

Przeglądy okresowe kabli i urządzeń kablowych są planowane na roczny okres czasu.

W tym czasie powinny być skontrolowane wszystkie elementy sieci takie jak: kanalizacja
kablowa, szafki, puszki i skrzynki kablowe, instalacje abonenckie itp. Dokładny zakres
czynności wchodzących w skład przeglądów określają instrukcje zakładowe. Okresowe
pomiary parametrów torów światłowodowych znacznie ułatwia stosowania specjalnych
testerów kablowych, szczególnie reflektometrów. Nadal co kilka lat powstają kolejne

Rys. 39. Idealny wygląd

światłowodu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

generacje przenośnych mikroprocesorowych urządzeń do sprawdzania parametrów
i charakterystyk światłowodów - coraz mniejszych i lżejszych, ale wyposażonych w znacznie
więcej funkcji pomiarowych.
Dla

przykładu

lokalizator

uszkodzeń

VFL

,mający

zastosowanie

kabli

światłowodowych,

jedno

i wielomodowych, to niezwykle pomocny przyrząd emitujący
falę optyczną w zakresie widma widzialngo o barwie
czerwonej. Tester emituje sygnał optyczny, który jest
widoczny na drugim końcu kabla światłowodowego lub
poprzez jego płaszcz, w miejscu wystąpienia uszkodzenia
(przerwy, zagięcia kabla, uszkodzenia złącza, miejsca łączenia
włókien – klejenie lub spawanie). Jest to niezwykle użyteczne
kiedy istnieje konieczność wyszukania, wyśledzenia kabla
światłowodowego lub złącza oraz przeprowadzenia jego
wstępnej weryfikacji.

Możliwości techniczne lokalizatora uszkodzeń:

–

źródło światła widzialnego o długość 650 nm,

–

szybkie sprawdzanie ciągłości kabli światłowodowych (kable wielomodowe do 3 km
i jednomodowe do 4 km),

–

precyzyjne sprawdzanie przebiegu i identyfikacja torów optycznych,

–

sprawdzenie polaryzacji fali świetlnej,

–

pomoc w lokalizacji podstawowych uszkodzeń torów optycznych: zagięcia kabli,
przerwy w torach kablowych oraz uszkodzenia złącz,

–

emisja sygnału optycznego ciągłego oraz pulsacyjnego (2-3 impulsy na sek.),

–

obudowa odporna na uszkodzenia mechaniczne,

–

uniwersalne złącze kompatybilne z większością złącz optycznych (tj. ST, SC, FC i FJ dla
standardu 2.5mm oraz z opcjonalnym adapterem również złącza standardu 1.25 mm tj.
LC),

czas pracy wynosi ponad 80 godz. przy użyciu standardowych baterii typu AA

Rodzaje uszkodzeń lokalizowane za pomocą lokalizatora uszkodzeń VFL:

–

wykrywanie uszkodzeń w obszarze strefy martwej reflektometru,

–

wykrywanie zgięć powodujących straty mocy,

–

wykrywanie złych połączeń,

–

wykrywanie uszkodzonych złącz,

–

identyfikacja włókien w kablu,

–

wykrywanie defektów powierzchni czołowych złącz.
Zaawansowane wersje reflektometrów optycznych winny umożliwiać testowanie

z rozdzielczością nie gorszą niż 1 ns, dla co najmniej następujących pomiarów fizycznych:

–

pomiar podstawowych parametrów źródła światła: mocy,
długości fali i szerokości widmowej nadajnika optycznego,

–

pomiar charakterystyki przenoszenia i badanie fluktuacji
fazy sygnału w badanym włóknie światłowodowym,

–

pomiar czułości odbioru sygnałów optycznych,

–

pomiar tłumienności spawów i złączy światłowodowych w
torze, wraz z lokalizacją ich odległości od źródła,

–

badanie strat związanych z dyspersją w światłowodzie,

–

badanie tolerancji toru i urządzeń końcowych na zmiany
częstotliwości zegara,

–

badanie kształtu impulsów elektrycznych na wyjściu

urządzenia końcowego.

Rys. 40 Zarysowania i
zabrudzenie klejem światłowodu

Rys. 41 Pęknięty i złamany

światłowód

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przykładowe dane testerów firmy FLUKE
A. Zestaw pomiarowy komplety nadajnik i odbiornik FTK100 i FTK200

Autonomiczne zestawy do pomiaru okablowania światłowodowego w oknach

optycznych 850/1300/1310 i 1550 nm. Oba komplety FTK100 i FTK200 umożliwiają pomiar
mocy optycznej i tłumienności pojedynczych traktów optycznych. Urządzenie FTK200
w odróżnieniu od urządzania FTK100 (miernik mocy optycznej) wyposażone jest w pamięć
podręczną umożliwiają zapisanie do 100 wyników oraz w złącze RS-232 służące do
wyeksportowania danych. Dodatkowo w zestawie FTK200 zawarte jest źródło optyczne
o lepszych parametrach.

Możliwości:

–

pomiar światłowodów wielomodowych w oknach 850nm i 1300nm,

–

pomiar światłowodów jednomodowych w oknach 1310nm i 1550nm (przy zastosowaniu
opcjonalnego źródła światła w postaci np. urządzenia LS-1310/1550),

–

pomiar mocy optycznej (dBm lub W),

–

pomiar tłumienności traktów (dB),

–

zapisywanie wyników i tworzenie raportów (tylko FL-FTK200).

B. REFLEKTOMETR

Reflektometr (OTDR Optical Time-Domain Reflectometer) jest podstawowym

urządzeniem pomiarowym stosowanym przy budowie i eksploatacji linii światłowodowych
oraz produkcji kabli. Reflektometr wykorzystuje zjawisko rozproszenia mocy optycznej w
różnych punktach włókna optycznego. Pomiar wykonuje się z jednego końca toru
optycznego. Za pomocą tej metody, podłączając tester z jednego końca toru, można
przeanalizować zmiany tłumienności wzdłuż włókna i tym samym określić straty
transmisyjne spowodowane łączeniem włókien
oraz sprawdzić i zlokalizować niejednorodności tłumienia. Tym samym można wyszukać
defekty i uszkodzenia kabli światłowodowych. Pomiar prowadzony jest z jednego końca
linii we wszystkich oknach transmisyjnych. Urządzenie OptiFiber składa się z obudowy OF-
500 oraz modułów (moduły typu MM - OFTM-5610, OFTM-5611, OFTM-5612 oraz moduły
typu SM - OFTM-5630, OFTM-5631, OFTM-5632), które umieszczane są wewnątrz
obudowy i decydują o właściwościach urządzenia.

Właściwości:

–

pomiar wykonuje się z jednego końca kabla optycznego,

–

pomiar odległości oraz analiza uszkodzeń lub zmiany struktury włókna(złącze, spaw,
adapter, itp.) w funkcji odległości,

–

detekcja punktowej niejednorodności włókien optycznych,

–

pełna analiza OTDR (pomiary reflektometryczne) okablowania wielomodowego (moduły
OFTM-5610, OFTM-5611, OFTM-5612) i jednomodowego (moduły OFTM-5630,
OFTM-5631, OFTM- 5632),

–

certyfikacja okablowania światłowodowego (tak jak testery serii DTX, DSP i
OMNIScanner) z zintegrowaną funkcją OTDR,

–

paszportyzacja wyników pomiarów oraz generowanie raportów pomiarów,

–

zintegrowana kamera inspekcyjna do sprawdzenia wszystkich punktów stycznych złącz,
gniazd, wtyków i przejściówek,

–

modułowa konstrukcja ułatwiająca użycie modułów jedno- i wielomodowych,

–

funkcja „ChannelMap”.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie rodzaje uszkodzeń mogą wystąpić w torach światłowodowych ?
2. Jakie rodzaje uszkodzeń w torach światłowodowych można wykryć przy pomocy

lokalizatora uszkodzeń ?

3. Jakie pomiary wykonujemy podczas lokalizacji uszkodzeń toru światłowodowego ?
4. Jakie znasz inne wykonania zestawów pomiarowych dla kontroli parametrów łączy

światłowodowych ?

5. Jakie parametry łączy światłowodowych można zmierzyć przy pomocy reflektometru ?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przygotuj referat opisujący wykonywanie czynności konserwujących dla elementów toru

światłowodowego. W referacie uwzględnij wskazania podawane przez producentów sprzętu
przeznaczonego do budowy i remontów torów światłowodowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w normach [15], [16] i [17],
2) przygotować opis czynności konserwujących dla elementów toru światłowodowego.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura.

Ćwiczenie 2

Przygotuj projekt opisu czynności umożliwiających pomiar tłumienia toru oraz

tłumienności odbiciowej występującej w torze światłowodowym przy pomocy reflektometru.
W projekcie powinny się znaleźć: wymagane wartości mierzonych parametrów, schemat
układu pomiarowego z zastosowaniem właściwych symboli graficznych, wykaz czynności
związanych z uruchomieniem i wykonywaniem pomiarów, przykładowe wyniki pomiarów
przedstawione w tabelkach i na wykresach, wskazania eksploatacyjne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego zgodnie ze wskazaniami zawartymi

w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

2) wykonać czynności zapisane w zadaniu,
3) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania i rysowania,

−

katalog specjalizowanych układów scalonych stosowanych w telekomunikacji, literatura
[3]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Przygotuj opis czynności umożliwiających pomiar tłumienia wprowadzanego przez

złącza światłowodowe lub połączenia światłowodowe oraz tłumienności odbiciowe
występujące w połączeniach światłowodowych. W opisie powinny się znaleźć: wymagane
wartości mierzonych parametrów, schemat układu pomiarowego z zastosowaniem
właściwych symboli graficznych, wykaz czynności związanych z uruchomieniem
i wykonywaniem pomiarów, przykładowe wyniki pomiarów przedstawione w tabelkach i na
wykresach, wskazania eksploatacyjne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego zgodnie ze wskazaniami zawartymi

w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

2) wykonać czynności zapisane w zadaniu,
3) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania i rysowania,

−

katalog złącz światłowodowych stosowanych w telekomunikacji,

−

literatura [3]

Ćwiczenie 4

Przygotuj materiały do referatu na temat: jakie czynności wykonuje się podczas

pomiarów zdawczo-odbiorczych nowo budowanej linii światłowodowej.

W przygotowywanych materiałach powinny się znaleźć odpowiedzi na pytania:

–

jak wypełnia się protokół powykonawczy zawierający wyniki pomiarów kontrolnych ?

–

kto zatwierdza wyniki pomiarów kontrolnych ?
a także:

–

wymagane wartości mierzonych parametrów,

–

schematy układów pomiarowych z zastosowaniem właściwych symboli graficznych,

–

wykaz czynności związanych z uruchomieniem i wykonywaniem pomiarów,

–

przykładowe wyniki pomiarów przedstawione w tabelkach i na wykresach,

–

wskazania eksploatacyjne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) przygotować druki odpowiednich dokumentów wykorzystywanych podczas pomiarów

zdawczo-odbiorczych nowo budowanej linii światłowodowej,

2) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego zgodnie ze wskazaniami zawartymi

w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

3) wykonać czynności zapisane w zadaniu,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania i rysowania,

−

literatura [3]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W trakcie prezentacji przygotowanych materiałów nauczyciel będzie kontrolował na

bieżąco sposób przygotowania prezentacji oraz umiejętność wyciągania odpowiednich
wniosków.

Podczas oceny Twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:

–

poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania,

–

umiejętność wypełniania odpowiednich formularzy.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) wskazać dokumenty, w których znajdują się wymagane parametry torów

światłowodowych ?



2) wymienić rodzaje prac pomiarowo-kontrolnych wykonywanych dla łączy

światłowodowych ?



3) opisać czynności wykonywane przez służby eksploatacyjne podczas

pomiarów zdawczo-odbiorczych nowo budowanej linii światłowodowej ?



4) wymienić jakie parametry światłowodowych torów telekomunikacyjnych

można mierzyć przy pomocy zestawów pomiarowych dla torów
światłowodowych ?



5) opisać metodę pomiaru poziomu sygnału szumu i stosunku sygnału do

sygnału szumu ?



6) wymienić parametry światłowodowych torów telekomunikacyjnych, które

można mierzyć przy pomocy reflektometrów dla torów światłowodowych ?



7) opisać zasady lokalizacji uszkodzeń stosowane w szukaniu niesprawności

toru światłowodowego ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
6. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
7. Test zawiera 30 zadań dotyczących Montażu i eksploatacji sieci i urządzeń transmisji

światłowodowej. Zadania: (od 1 do 19) są zadaniami, w których tylko jedna odpowiedź
jest prawidłowa, zadania: (20 do 30) to zadania, wymagające krótkiej odpowiedzi lub
odpowiedzi opisowej.

8. Na rozwiązanie wszystkich zadań masz 60 minut. Zadania oznaczone gwiazdką mogą

sprawić Ci trudność. Jeśli początkowo wydadzą Ci się trudne, to spróbuj je rozwiązać
wówczas, gdy zostanie Ci jeszcze wolny czas po rozwiązaniu zadań łatwiejszych.

9. W pytaniach wymagających wyboru odpowiedzi, zaznacz prawidłową odpowiedź

znakiem X zrobionym na literze a), b), c) lub d). W przypadku pomyłki błędną odpowiedź
zaznacz kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową,

10. Zadania 20 – 30 wymagają wpisania w miejsce kropek

−

odpowiedzi na zadane pytania,

−

wyrazów uzupełniających definicje, określenia i wzory

11. W zadaniach z krótką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole,
12. W zadaniach opisowych, wpisz krótką charakterystykę w wyznaczone pole.
13. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Powodzenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Który, z wymienionych światłowodów umożliwia uzyskanie największej szybkości

transmitowania sygnałów cyfrowych.

a) światłowód wielomodowy gradientowy,

b) światłowód wielomodowy skokowy,

c) światłowód jednomodowy ,

d) szybkości transmitowania sygnałów jest nie zależy od typu światłowodu.

2. Włókien światłowodowych nie wykonuje się z:

a) krzemu,

b) szkła kwarcowego,

c) polimerów,

d) szafiru.

3. Mod światłowodu to:

a) typ światłowodu określony normą telekomunikacyjną,

b) charakterystyczny rozkład fali elektromagnetycznej w światłowodzie,

c) kanał telekomunikacyjny lub cyfrowy zestawiony w łączu światłowodowym,

d) rodzaj transmisji światłowodowej (np. wielomodowa, jednomodowa).

4. Światłowody telekomunikacyjne mogą przesyłać sygnały świetlne o trzech
określonych długościach fali (tzw. okna telekomunikacyjne). Zaznacz długości
fal, które są standardowo przesyłane w łączach światłowodowych:

a) 850 nm, 1320 nm, 1550 nm,

b) 1000 nm, 2000 nm, 3000 nm,

c) 1540 nm, 1550 nm, 1560 nm,

d) światło zielone, czerwone, podczerwone.

5. Dioda laserowa służy do:

a) detekcji światła laserowego,

b) generacji światła monochromatycznego,

c) generacji światła białego,

d) prostowania prądu zmiennego w układzie zasilania lasera.

6. W światłowodzie, relacja między współczynnikiem załamania światła rdzenia n

i płaszcza

ma postać:

a) n

= n

b) n

< n

c) n

> n

d) n

+ n

= 2.

7. Tłumienie światłowodów wyraża się wzorem

log

]

[

O ile procent

zmniejszy się moc na wyjściu światłowodu jeżeli tłumienie odcinka wynosi 3 dB

a) 33 %,
b) 50 %,
c) 3 %,
d) 66 %.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8. Światłowód telekomunikacyjny jest wykonany z materiałów o właściwościach

elektrycznych:

przewodnika,

półprzewodnika,

padprzewodnika,

dielektryka.

9. FITL jest to skrót oznaczający:

a) technikę wykorzystującą światłowód w sieci abonenckiej,
b) technikę tworzenia sygnału zbiorczego w światłowodowej sieci telekomunikacyjnej,
c) zespół funkcjonalny sieci światłowodowej,
d) protokół transmisyjny w sieci światłowodowej.

10. Systemy WDM i DWDM to:

a) światłowodowe systemy transmisyjne z podziałem falowym,
b) światłowodowe systemy transmisyjne z podziałem czasu,
c) światłowodowy system zarządzania sieciami dostępowymi,
d) system przetwarzania sygnałów optycznych w terminalach abonenckich.

11. Laser to:

a) wzmacniacz optyczny,
b) generator optyczny,
c) filtr optyczny,
d) komparator optyczny.

12. Do pasma podczerwieni należy pasmo:

a) 100 nm - 550 nm,
b) 200 nm - 600 nm,
c) 1000 nm - 1100 nm,
d) 30 nm - 70 nm.

13. Największe zasięgi transmisji sygnałów danych uzyskuje się przy wykorzystaniu:

a) pierwszego okna transmisyjnego obejmującego fale w okolicy 0,85 μm,
b) drugiego okna transmisyjnego obejmującego fale w okolicy 1,3 μm,
c) trzeciego okna transmisyjnego obejmującego fale w okolicy 1,55 μm,
d) maksymalny zasięg transmisji nie zależy od długości fali.

14. Laserami nadawczymi w optotelekomunikacji światłowodowej są:

a) Gazowe,
b) Molekularne,
c) półprzewodnikowe,
d) barwnikowe.

15 Najkrótsze impulsy świetlne to:

a) impulsy femtosekundowe ( kilka razy 10

-15

s),

b) impulsy milisekundowe (kilka razy 10

-3

s),

c) impulsy pikosekundowe (kilka razy 10

-12

s),

d) impulsy nanosekundowe (kilka razy 10

-9

s).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16. Sieć gwiaździsta w porównaniu z siecią wieloboczną jest:

a) bardziej niezawodna,
b) bardziej zawodna,
c) tak samo zawodna,
d) zawodność zależy od innych czynników.

17. Miarą jakości transmisji sygnałów cyfrowych w kanałach optotelekomunikacyjnych jest:

a) elementowa stopa błędu,
b) moc sygnału odebranego,
c) poziom szumu w kanale,
d) moc sygnału nadanego.

18. Największy wpływ na ograniczenie zasięgu transmisji sygnałów w kablach

jednomodowych wywiera:

a) dyspersja chromatyczna materiałowa,
b) dyspersja modowa,
c) dyspersja chromatyczna falowa,
d) temperatura otoczenia.

19. Znak przedstawiony na rysunku oznacza

a) Promieniowanie emitowane przez

nadajnik laserowy jest szkodliwe dla
wzroku,

b) Urządzenie może być przystosowane do

współpracy z światłowodem,

c) Urządzenie nie może być dołączone do kanału światłowodowego,
d) Zakaz zbliżania się do urządzenia z otwartym ogniem.

Część II

20. Objaśnij pojęcie: kabel światłowodowy o konstrukcji ścisłej tuby i luźnej tuby?

…………………………………………………………………………………………

……..............................................……………………………………………………..

21. Opisz zasady kodowania transmisyjnego 4B-5B
…………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………..……………
22. Objaśnij sposób w jaki odbiornik może wykrywać błędy w transmisji światłowodowej
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….
23. Przedstaw sposób obliczania bilansu mocy dla konwertera optycznego pozwalający

określić maksymalny zasięg transmisji przy zastosowaniu światłowodu wielomodowego,
gradientowego 50/125

a) dane, które trzeba odczytać z katalogu dla długości fali np.

= 860 nm

…………………………………………………………………………………………
b) obliczenia …………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………
24. Wymień wszystkie parametry optyczne interfejsu S1 z kanałem światłowodowym
………………………………………………………………………………………….
25. Objaśnij pojęcie światłowód wielomodowy?
………………………………………………………………………………………….

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26. Objaśnij znaczenie pojęć okna transmisyjne w światłowodach?
………………………………………………………………………………………….
……………………………..………………………………………………………….

27. Jakie parametry łączy można mierzyć przy pomocy reflektometru optycznego ?

…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….

28. Objaśnij, czy można połączyć (optycznie) światłowód wielomodowy z jednomodowym

oraz jednomodowy z wielomodowym?

…………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….

29. Opisz podstawowe przyczyny strat mocy we włóknach światłowodowych ?

30. Opisz postać i cel stosowania impulsów transmitowanych w kanale światłowodowym

tzw. Solionów.
……………………………………………………………………………….………….

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ………………………………………………

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej 311[37].Z2.02

Numer

pytania

Odpowiedź

Punktacja

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

Razem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1. Dudziewicz Jerzy Pomiary Teletransmisyjne Wydawnictwa Komunikacji i Łączności

Warszawa Wydanie 1 1982 r.

2. Drabik Zenon Sposób na kable światłowodowe TP S.A. Lublin
3. Instrukcja obsługi miernika mocy optycznej MPM 1000
4. Jeruszka Urszula Pomiar wyników a jakość kształcenia zawodowego wydawnictwo

Wyższej Szkoły Pedagogicznej Towarzystwo Wiedzy Powszechnej Warszawa 2000 r.

5. Karta wybranych wzorów i stałych fizycznych Materiały pomocnicze opracowane dla

potrzeb egzaminu maturalnego i dopuszczone jako pomoce egzaminacyjne. publikacja
współfinansowana przez Europejski Fundusz Społeczny

6. Kula Sławomir Systemy transmisyjne Wydawnictwa komunikacji i Łączności Warszawa

2004 r.

7. Norma zakładowa ZN-02/TD S.A.-09 TELEFONIA DIALOG S.A. Budowa sieci

optotelekomunikacyjnych Wrocław marzec 2002 r.

8. Patela Sergiusz Reflektometr optyczny art.
9. Read Richard Telekomunikacja WKiŁ Warszawa Wydanie 1 2000 r.
10. J. Siuzdak „Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej” WKiŁ, Warszawa

1995

11. Sojecki Antoni Optyka Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 1997
12. Standard wyposażenia dydaktycznego pracowni kształcenia zawodowego Zawód:

technik telekomunikacji Symbol cyfrowy: 311[37] Wydział Kształcenia Zawodowego
i stawicznego, KOWEZiU

13. VADEMECUM TELEINFORMATYKA I (książkowe) Praca zbiorowa IDG Poland

S.A. Warszawa 1999 Sieci komputerowe, telekomunikacja, instalatorstwo

14. VADEMECUM TELEINFORMATYKA II Praca zbiorowa IDG Poland S.A. Warszawa

2002 sieci nowej generacji, technologie internetowe, metrologia sieciowa

15. VADEMECUM TELEINFORMATYKA III Praca zbiorowa IDG Poland S.A.

Warszawa 2004 Komunikacja mobilna, bezpieczeństwo, technologie i protokoły sieciowe

16. Standardy ITU-T zawierające szczegółowe parametry fizyczne, geometryczne,

mechaniczne oraz charakterystyki transmisyjne jednomodowych włókien optycznych.

–

G.652 - dla jednomodowych włókien (SM) oraz kabli optycznych;

–

G.653 - dla włókien SM z przesuniętą dyspersją (DS) oraz kabli optycznych;

–

G.654 - dla włókien SM z przesuniętym odcięciem (cut-off) i kabli;

–

G.655 - dla włókien SM z niezerową (NZ) i przesuniętą (DS) dyspersją oraz kabli
wykonanych z tych włókien.

17. Net World - czasopismo Wydawnictwo IDG Poland S.A. Warszawa
18. Źródło: "http://pl.wikipedia.org
19. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 002 Linie optotelekomunikacyjne. Ogólne

wymagania i badania

20. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 005 Kable optotelekomunikacyjne. Wymagania

i badania

21. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 006 Złącza spajane światłowodów jednomodowych.

Wymagania i badania

22. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 007 Złączki światłowodowe i kable stacyjne.

Wymagania i badania

23. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 008 Przełącznice światłowodowe. Wymagania

i badania.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej
03 Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej
Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej
Ogólne zasady eksploatacji i ruchu sieci,urządzeń i instalacji elektroenergetycznych 2
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] o1 04 n
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] o1 04 u
Montaż naprawa i eksploatacja maszyn i urządzeń Górecki
Sieci media transmisyjne
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] o1 01 n
Lepkość, Eksploatacja maszyn i urządzeń, eksploatacja maszyn i urządzeń rolniczych
monter sieci i urzadzen telekomunikacyjnych 725[02] z1 01 n
Eksploatowanie Maszyn i Urządzeń Stosowanych w Produkcji Zwierzęcej
11 04 Montazowy sprzet pomocniczy haki zawiesia trawersy stezenia montazowe
04 Wyklad4 predykcja sieci neuronoweid 523 (2)
bezpieczeństwa i higieny pracy przy budowie i eksploatacji sieci gazowych oraz uruchamianiu instalac

więcej podobnych podstron