Światłowód - falowód służący do przesyłania promieniowania świetlnego. Pierwotnie miał postać metalowych rurek o wypolerowanych ściankach, służących do przesyłania promieniowania podczerwonego. Obecnie występuje w formie włókien dielektrycznych - najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego, charakteryzującego się mniejszym współczynnikiem załamania światła niż wartość tego współczynnika dla szkła.

Do transmisji danych, zamiast prądu elektrycznego, wykorzystywana jest odpowiednio modulowana wiązka światła (zapobiegająca zniekształceniom sygnału), której źródłem może być laser lub dioda LED. Dzięki temu możliwa jest transmisja danych do 3 Tb/s, a przepływ danych jest zabezpieczony przed niepowołanym dostępem. Światłowody nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego, w związku z czym niemożliwe jest podsłuchanie transmisji. Cechuje je duża odporność na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne, stopa błędów mniejsza niż 10^-10 przy najwyższych przepływnościach binarnych, mała tłumienność jednostkowa (około 0,20 dB/km dla fali o długości 1,5 μm).

RODZAJE ŚWIATŁOWODÓW

Światłowody telekomunikacyjne dzielimy na jedno- i wielomodowe.

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 czujniki.

Światłowody różnią się ze względu na strukturę modową, kształt, materiał wykonania, rozkład współczynnika załamania w rdzeniu i mechanizm prowadzenia światła.

Kabel zewnętrzny z włóknami w luźnych tubach, jest odporny na oddziaływanie warunków zewnętrznych. Wypełnione żelem luźne tuby zawierają jedno lub kilka włókien i oplatają centralny dielektryczny element wzmacniający. Rdzeń kabla otoczony jest specjalnym oplotem oraz odporną na wilgoć i promienie słoneczne polietylenową koszulką zewnętrzną.

Kable wewnętrzne przeznaczone są do układania wewnątrz budynku. Posiadają cieńszą warstwę ochronną i nie są tak odporne jak kable zewnętrzne.

ŚWIATŁOWODY JEDNOMODOWE STANDARDOWE

Pozwalają transmitować dane na odległość 100 km bez wzmacniacza. Prowadzą jeden mod. W światłowodzie tym zastosowano rdzeń o odpowiednio małym promieniu i odpowiednio mały skok współczynnika załamania światła na granicy rdzeń-płaszcz. Włókna jednomodowych kabli światłowodowych mają zwykle od 5 do 10 mikronów średnicy i otoczone są ochronnym wypełnieniem o średnicy 125 mikronów. Ponieważ instalacja oparta na światłowodach jednomodowych jest bardzo droga i cechuje się dużą szerokością udostępnianego pasma, dlatego stosuje się ją przy budowie wysokiej jakości infrastruktur informatycznych i w sieciach telekomunikacyjnych. Wadą światłowodów jednomodowych jest to, że w związku z bardzo małym rdzeniem, trudniej jest je zakończyć, wszelkie elementy wymagają większej dokładności, znacznie droższe są też obecne urządzenia (karty sieciowe, koncentratory itp.) współpracujące z takimi światłowodami. Generalnie wydajność systemu wzrasta ze wzrostem długości fali świetlnej, wzrastają także koszty. Systemy wielomodowe dla zastosowań LAN pracują albo na 850 nm lub 1300 nm używając źródeł LED, podczas gdy systemy jednomodowe stosuje 1300 nm ze źródłami laserowymi. Im większa długość fali tym mniejsze tłumienie i szersze pasmo. Zauważamy także znaczący wzrost wydajności systemu przy przejściu z 850 do 1300 nm. Im mniejszy jest rdzeń światłowodu tym mniejsze tłumienie sygnału i szersze pasmo. Włókno jednomodowe tłumienie ok. 0.4 dB/km. Włókno wielomodowe tłumienie ok. 4.0 dB/km.

Tłumienie nie powoduje zmiany kształtu sygnału, zmniejsza jedynie jego moc. Tłumienie światłowodów kwarcowych zależy od długości fali światła, rodzaju i czystości szkła kwarcowego, z którego zbudowany jest rdzeń. Tłumienie rośnie wraz ze wzrostem długości łącza - ma więc bezpośredni wpływ na zasięg łącza. Tłumienie wywołane jest absorpcją światła (rdzeń przepuszcza promieniowanie o ograniczonej długości fali) i rozpraszaniem: chemiczne zanieczyszczenia włókna, niejednolitość światłowodu wywołana w procesie technologicznym - różna gęstość rdzenia powodująca zmiany w własnościach fizycznych, straty wynikające z niekontrolowanych zmian współczynnika załamania wiązki światła - możliwość wyjścia poza rdzeń i płaszcz, zanieczyszczenie szkła jonami metali i OH. Do skompensowania tłumienia wykorzystuje się wzmacniacze optyczne. Do transmisji sygnałów na małe odległości (sieci lokalne) służą włókna światłowodowe wielomodowe. Rdzeń telekomunikacyjnego światłowodu wielomodowego składa się z setek (a nawet kilku tysięcy) warstw szkła kwarcowego (SiO2) domieszkowanego dwutlenkiem germanu (GeO2), przy czym najwięcej domieszki jest w osi rdzenia. Warstwowe domieszkowanie rdzenia powoduje powstanie gradientowego profilu współczynnika załamania.

ŚWIATŁOWODY WIELOMODOWE

Do transmisji sygnałów na małe odległości (sieci lokalne) służą włókna światłowodowe wielomodowe. Są to światłowody, których struktura włókna pozwala na rozprzestrzenianie się wielu promieni (modów światła) biegnących pod różnymi kątami w stosunku do osi włókna. Przekrój włókna wielomodowego jest bardzo zbliżony do włókna jednomodowego, z tą różnicą, że dla wielomodowego średnica rdzenia jest o wiele większa.

Rdzeń telekomunikacyjnego światłowodu wielomodowego składa się z setek (a nawet kilku tysięcy) warstw szkła kwarcowego (SiO2) domieszkowanego dwutlenkiem germanu (GeO2), przy czym najwięcej domieszki jest w osi rdzenia. Właściwe warstwowe domieszkowanie powoduje gradientowego lub skokowego współczynnika załamania światła. Średnica obecnie stosowanych włókien światłowodowych wielomodowych wynosi: 50 lub 62,5mm. Na przykład oznaczenie: G 50 / 125 - oznacza światłowód wielomodowy, gradientowy, o średnicy rdzenia 50mm i średnicy płaszcza 125mm. Światłowody wielomodowe posiadają tłumienność sygnału wyjściowego w stosunku do wejściowego rzędu:

• dla promieniowania podczerwonego o długości 850nm - mniejszą od 3 dB/km,

• dla promieniowania podczerwonego o długości 1300nm - mniejszą od 1 dB/km.

ŚWIATŁOWODY O SKOKOWYM WSPÓŁCZYNNIKU ZAŁAMANIA ŚWIATŁA

Jak sama nazwa wskazuje w światłowodzie tym 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 jest stała (w szkle 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 i odległości, na jaką mogą być przesyłane sygnały. Dyspersja chromatyczna występuje zarówno w światłowodach jednomodowych jak i w światłowodach wielomodowych.

---