Transmisja danych

laboratorium

Kierunek studiów:	Informatyka	Rok studiów:	III
Numer grupy:	L7
Rok akademicki:	2014/2015	Semestr:	V

Temat:
Pomiary tłumienia

Lp.	Nr indeksu	Imię i nazwisko	Data oddania I	Data oddania II	OCENA
1.	84134	Mateusz Szubert
2.	84137	Dawid Szymczak

Termin zajęć:		Prowadzący:
dzień:	środa	^dr inż. Małgorzata Zygarlicka
godzina:	9:15

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodą wtrąceniową pomiaru tłumienia światłowodów oraz elementów biernych. Wykonanie pomiarów tą metodą oraz niezbędnych obliczeń.

2. Wstęp teoretyczny.

Telekomunikacja światłowodowa jest nierozłącznym elementem każdej sieci wymagającej dużej przepustowości. Znajduje zastosowanie szczególnie w transmisji danych, jednakże wykorzystywana jest także w technice pomiarowej. Znajduje głównie zastosowanie wszędzie tam, gdzie potrzebna jest przepustowość dużo większa niż oferują ją media transmisyjne wy-korzystające połączenia miedziane oraz wolną przestrzeń. Do głównych zalet światłowodów można zaliczyć:

• prędkość transmisji,

• odporność na zakłócenia fal elektromagnetycznych,

• odporność na warunki atmosferyczne,

• małe wymiary włókna,

• możliwość transmisji na dziesiątki kilometrów bez konieczności regeneracji sygnału.

Światłowód jednomodowy

Światłowody jednomodowe (ang. Single Mode Fiber, SMF) charakteryzują się średnicą rdzenia od 8 do 10 mikrometrów, a także skokową zmianą współczynnika załamania światła. W światłowodach jednomodowych sygnał - wytworzony przez laser półprzewodnikowy - 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. Ten rodzaj światłowodów nadaje się do dalekosiężnej telekomunikacji światłowodowej, gdyż sygnał może być transmitowany bez regeneracji na odległość do 100 km, zaś ich żywotność wynosi 25 lat. Umożliwiają one stosowanie wielu protokołów jednocześnie, co zapewnia bardzo efektywny transfer danych. Światłowody jednomodowe przy wykonywaniu połączeń rozłącznych za pomocą wtyków narzucają tolerancję rzędu ułamka mikrometra. Wykonanie takich czynności w normalnych warunkach polowych jest trudne i zmusiło do poszukiwania innych rozwiązań. Źródłem światła w światłowodach jednomodowych jest laser o długości fali 1,3 lub 1,5 mikrometra. Możliwości transmisyjne światłowodów jednomodowych ogranicza tłumienie szkła, dyspersja chromatyczna, dyspersja polaryzacyjna i optyczne efekty nieliniowe. Dzięki domieszkowaniu, w pewnych granicach, można zmieniać parametry światłowodu, zmniejszając jego dyspersję chromatyczną.

Rys. 1 Przekrój poprzeczny światłowodu jednomodowego

Światłowód wielodomowy

Światłowody wielodomowy (ang. Multi Mode Fiber, MMF) charakteryzują się zwykle średnicą rdzenia 50 lub 62,5 mikrometra. W światłowodzie wielodomowy fala o takiej samej długości fali może rozchodzić się wieloma drogami zwanych modami. Prędkość ruchu modów wzdłuż falowodu może być różna, powodując zniekształcenie (rozmycie) impulsu, a co za tym idzie, ograniczenie prędkości transmisji lub odległości transmisji.

Rys.2 Przekrój poprzeczny światłowodu wielomodowego.

Tłumienie światłowodu

Przyczyną tłumienia światła w światłowodach są dwa zjawiska: pochłanianie i rozpraszanie. Na rys. 1. przedstawiono typowy wykres tłumienności w funkcji długości fali w światłowodzie ze szkła kwarcowego. Występują tam tzw. okna transmisyjne dla fal o długościach 860 nm, 1300 nm oraz 1550 nm. Wykres dotyczy tłumienności spowodowanej rozpraszaniem. Światło rozchodzące się wzdłuż światłowodu w sposób spełniający kryteria całkowitego wewnętrznego odbicia i zgodności z modem światłowodu jest rozpraszane w różnych kierunkach i tracone, gdyż przestaje spełniać jedno lub oba te kryteria.

Poważny wpływ na transmisję sygnału w światłowodzie mają straty mocy optycznej. Straty wynikające z właściwości zastosowanych materiałów do produkcji włókien i procesu ich wytwarzania dzielimy na absorpcyjne i rozproszeniowe. Wszystkie zanieczyszczenia i defekty w szkle, powstające w wyniku wprowadzenia różnego typu domieszek, w większym lub mniejszym stopniu zwiększają straty mocy. Na skutek nieidealnych właściwości fizycznych występują straty rozproszeniowe powodujące, że energia modu prowadzącego przechodzi do innych modów. Powoduje to, że część mocy zostaje wypromieniowana ze światłowodu.

.

Rys. 3. Wykres przykładowej zależności tłumienności światłowodu od długości fali

Wielkość tłumienia określa spadek mocy sygnału przepływającego przez łącze transmisyjne. Wartość wyznaczana jest jako logarytm stosunku mocy sygnału na wyjściu do mocy sygnału na wejściu.

W sprawozdaniu został wykorzystany wzór służący do przeliczenia wartości mocy wyrażonej w jednostce logarytmicznej na wartość mocy wyrażonej w miliwatach:

Gdzie:

P(wi) - moc wyrażona w wi,

P(dBm) - moc wyrażona w dBm.

W sprawozdaniu został wykorzystany wzór służący do obliczenia tłumienia z którego został wyprowadzony wzór na moc wyjściową:

Gdzie:

P2 - moc wyjściowa [dBm]

P1 - moc wejściowa [dBm]

P0 - tłumienie [dB]

3. Wykaz przyrządów.

Na stanowisku znajduje się urządzenie główne oraz podstawowe elementy bierne służące do wykonywania pomiarów.

Wykaz elementów biernych:

• patchcordy światłowodowe,

• złączki światłowodowe,

• tłumik 5dB wbudowany w urządzenie.

Rys. 3 Widok panelu urządzenia głównego.

Na rysunku (Rys. 3) przedstawiono widok panelu urządzenia głównego. W jego skład wchodzą:

1. Przełącznik obrotowy „Wybór źródła” do wyboru pomiaru.

2. Przełącznik „Kalibracja” służący do kalibracji pomiaru.

3. Potencjometr „Regulacja mocy” służący do regulacji mocy wyjściowej.

4. Złącza „Źródła światła” zawierające diody laserowe niezbędne do przeprowadzenia pomiaru.

5. Tłumik o wartości 5 dB (rzeczywista wartość jest różna dla różnych długości fali).

6. Fotodioda z gniazdem światłowodowym, niezbędna do detekcji sygnału optycznego.

7. Wyświetlacz LCD pokazujący podczas pomiaru niezbędne dane oraz wynik.

4. Schematy pomiarowe stosowane w ćwiczeniu.

Rys. 4 Schemat podłączenia układu do kalibracji.

Rys. 5 Schemat 1 podłączenia (krótki odcinek światłowodu, adapter, krótki odcinek światłowodu).

Rys. 6 Schemat 2 podłączenia(krótki odcinek światłowodu podłączony do tłumika, krótki odcinek światłowodu podłączony od tłumika do fotodiody)

Rys. 7 Schemat 3 podłączenia (krótki odcinek światłowodu podłączony do tłumika, krótki odcinek światłowodu podłączony od tłumika do adaptera, krótki odcinek światłowodu podłączony od adaptera do fotodiody).

Rys. 8 Schemat 4 podłączenia (krótki odcinek światłowodu podłączony do adaptera, krótki odcinek światłowodu podłączony od adaptera do tłumika, krótki odcinek światłowodu podłączony od tłumika do fotodiody.

V. Tabele pomiarowe

Wyniki dla okna transmisyjnego 850 nm.

850nm (wielomodowe)
Badany element	tłumienie [dB]	Moc na wyjściu [mW]	Moc na wyjściu [dbm]
2m + złączka	0,07	0,13	-8,856099952
2m + tłumnik	∞	#ARG!	#ARG!
3m + 2 złączki	0,60	0,16	-7,83867231

Wyniki dla okna transmisyjnego 1310 nm.

1310nm (jednomodowe)
Badany element	tłumienie [dB]	Moc na wyjściu [mW]	Moc na wyjściu [dbm]
2km + 5m + tłumnik + złączka	21,43	0,99	-0,053958673
2km + 3m + tłumnik	20,80	0,99	-0,062382283
2m + tłumnik	5,60	0,62	-2,065671528
3m + tłumnik + złączka	7,00	0,71	-1,496446736
3m + 2 złączki	1,70	0,31	-5,070622315
2km + 2m	14,00	0,93	-0,298580378

Wyniki dla okna transmisyjnego 1550 nm.

1550nm (jednomodowe)
Badany element	tłumienie [dB]	Moc na wyjściu [mW]	Moc na wyjściu [dbm]
2km + 5m + tłumnik + złączka	15,00	0,95	-0,221359436
2km + 3m+ tłumnik	16,00	0,96	-0,17583205
2m + tłumnik	5,15	0,61	-2,138444779
3m+ tłumnik + złączka	5,80	0,65	-1,841187594
3m + 2 złączki	1,70	0,34	-4,732580828
2km + 2m	13,37	0,93	-0,322179602

VI. Wnioski.

W związku z wzrostem tłumienia, dochodzi do spadku mocy wyjściowej - jednakże w światłowodzie wielomodowym jest on mniejszy większy niż w przypadku spadku mocy w światłowodzie jednomodowym. Znacznie większy spadek można jednak zauważyć podczas zastosowania tłumika 5db oraz adapterów.

5. Literatura.

1. http://mk.swiatlowody.prv.pl/metody1.html

2. Instrukcja załączona do wykonania Pomiaru Tłumienia na zajęciach.

POLITECHNIKA OPOLSKA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI

SPRAWOZDANIE

2 | Strona

---