systemy wiat owodowe pomoc dydaktyczna n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Systemy światłowodowe - pomoc dydaktyczna PowerPoint Presentation
Download Presentation
Systemy światłowodowe - pomoc dydaktyczna

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 124

Systemy światłowodowe - pomoc dydaktyczna - PowerPoint PPT Presentation


  • 243 Views
  • Uploaded on

Systemy światłowodowe - pomoc dydaktyczna. Zbigniew Siwek. Zapotrzebowanie na coraz szersze pasmo – podstawowy problem współczesnej telekomunikacji. Wzrastająca liczba użytkowników indywidualnych i grupowych. Rozwój wymiany informacji. Szersze Pasmo (Większa Przepływ-ność).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Systemy światłowodowe - pomoc dydaktyczna' - daxia


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
zapotrzebowanie na coraz szersze pasmo podstawowy problem wsp czesnej telekomunikacji
Zapotrzebowanie na coraz szersze pasmo – podstawowy problem współczesnej telekomunikacji.

Wzrastająca liczba użytkowników indywidualnych i grupowych

Rozwój wymiany informacji

Szersze

Pasmo

(Większa

Przepływ-ność)

Wzrastająca zawartość serwisów multimedialnych

Nowe usługi i aplikacje

historia
Historia

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

1876 - Aleksander Graham Bell wynalazł (1880 opatentował) fototelefon. Komunikacja na odległość 200 m

1966 – wyeliminowano OH, dzięki temu tłumienie spadło z ~1000 dB do kilku dB

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

1970 – laser półprzewodnikowy1979 – 100 Mb/s na 69 km, na LED1980 – 565 Mb/s na 110 km

1985 Opracowanie wzmacniacza światłowodowego

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

  • 1996 Fujitsu, NTT Laboratoriów, i Bell Labs. uzyskują 1 Tbit/s
  • 2001 Firma NEC uzyskała przepływność ponad 10 Tbit/s.
zalety wiat owod w
Zalety światłowodów
  • ogromna pojemność informacyjna pojedynczego włókna
  • małe straty = zdolność przesyłania sygnałów na znaczne odległości
  • całkowita niewrażliwość na zakłócenia oraz przesłuchy elektromagnetyczne
  • mała waga i małe wymiary
  • bezpieczeństwo pracy (brak iskrzenia)
  • utrudniony (prawie niemożliwy) podsłuch przesyłanych danych
  • względnie niski koszt (ciągle spada)
  • duża niezawodność (poprawnie zainstalowanych łączy)
  • prostota obsługi
  • nie ulegają procesowi utleniania (brak korozji)
widmo fal wykorzystywanych w wiat owodach
Widmo fal wykorzystywanych w światłowodach
  • Znamionowe długości fal okien optycznych:
  • I okno 850 nm
  • II okno 1310 nm
  • III okno 1550 nm
  • IV okno 1625 nm
  • V okno 1440 nm
wybrane zale no ci z optyki wiat owodowej
Wybrane zależności z optyki światłowodowej
  • Szybkość rozchodzenia się fali
  • Prawo Snella
  • Kąt akceptacji, apretura numeryczna
szybko rozchodzenia si fali
Szybkość rozchodzenia się fali
  • w próżni c  3·108 m/s
  • w innym ośrodku

gdzie: n - współczynnik załamania światła, określa gęstość optyczną i wynosi dla:

powietrza = 1

wody = 1,33

szkła = 1,5

germanu = 4

prawo snella
Prawo Snella
  • Zakładając rozchodzenie się fal wzdłuż linii prostych,
  • Kąt padania promienia na granicy ośrodków jest równy kątowi odbicia,
  • Kąty padania i załamania spełniają tzw. prawo załamania światła (prawo Snella):
slide11

Apertura numeryczna i kąt akceptacji

Apertura numeryczna (Numerical aperture NA):

Kąt akceptacji θ - jest to największy kąt padania promieni na powierzchnię czołową światłowodu przy którym nastąpi całkowite odbicie promieni od powierzchni granicznej płaszcza i rdzenia.

slide12
Kąt akceptacji to maksymalny kąt, przy którym następuje całkowite odbicie od powierzchni granicznej rdzenia i płaszcza.

Wyznacza on aperturę numerycznąNA. Jest to miara maksymalnego dopuszczalnego kąta między wchodzącym promieniem światła a osią światłowodu.

Im większa apertura numeryczna, tym większą część światła można wprowadzić do wnętrza światłowodu, a więc włókno wykazuje większą podatność jako światłowód wielomodowy.

klasyfikacja wiat owod w
Klasyfikacja światłowodów

Podstawowa klasyfikacja światłowodów:

  • ze względu na konstrukcję
      • włókniste
      • planarne
  • ze względu na charakterystykę modową
      • wielomodowe
      • jednomodowe
  • ze względu na rozkład współczynnika załamania w rdzeniu
      • skokowe
      • gradientowe
rodzaje konstrukcji
Rodzaje konstrukcji
  • światłowód włóknisty
  • światłowód planarny
slide16

Światłowody włókniste

Propagacja wiązki światła w światłowodzie włóknistym.

n1>n2

Wartość kąta całkowitego wewnętrznego odbicia wynosi:

gdzie: n1 – współczynnik załamania w rdzeniu

n2 – współczynnik załamania w płaszczu

slide17
Światłowody włókniste są cylindrycznymi szklanymi włóknami, otoczonymi powłoką gumową nadającą im wytrzymałość oraz odporność na oddziaływanie czynników zewnętrznych. Włókna światłowodowe zostały wykonane ze szkła kwarcowego. Można w nich wyróżnić dwa obszary różniące się wartością współczynnika załamania światła: centralnie położony......... o podwyższonym współczynniku załamania oraz otaczający go............ .

Płaszcz jest wykonany z czystego szkła kwarcowego, natomiast sam rdzeń włókna ma domieszkę germanu i innych pierwiastków rzadkich, co zwiększa współczynnik załamania światła w rdzeniu o wielkość zależną od koncentracji domieszek - w praktyce o 1 procent.

rdzeń

płaszcz

slide18
Mod światłowodowy jest pojedynczym rodzajem drgań własnych światłowodu, spełniający równanie falowe z warunkami brzegowymi, zależnymi od wymiarów i konstrukcji światłowodu. Maksymalna liczba, postać i rozkład modów zależą od geometrii światłowodu i od właściwości optycznych materiałów stosowanych na światłowody.

Częstotliwość znormalizowana określa modowość światłowodu:

gdzie : rf - promień rdzenia,  - długość fali w próżni

Jeżeli V < 2,405 to światłowód jednomodowy.

Jeżeli V  2,405 to światłowód wielomodowy.

slide19

Zależność liczby modów od długości fali λ

Im większa jest długość fali λtym mniejsza wartość V, co oznacza mniejszą liczbę propagowanych modów.

λC - długość fali odcięcia drugiego modu

- światłowód jednomodowy

- światłowód wielomodowy

w telekomunikacji znajduj zastosowanie nast puj ce typy wiat owod w
W telekomunikacji znajdują zastosowanie następujące typy światłowodów:
  • światłowody wielomodowe o profilu skokowym,
  • światłowody wielomodowe o profilu ciągłym (gradientowe),
  • światłowody jednomodowe standardowe (Standard Fibre,SF),
  • światłowody jednomodowe o przesuniętej dyspersji (Dispersion-Shifted Fibre,DSF),
  • światłowody jednomodowe o przesuniętej i niezerowej dyspersji (Non-Zero Dispersion-Shifted Fibre,NZDSF).
slide21

Światłowody wielomodowe

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

Podział światłowodów wielomodowych ze względu na profil współczynnika załamania:

  • Światłowody wielomodowe o profilu skokowym SI
  • Światłowody wielomodowe o profilu gradientowym GI
slide22

Świtłowody wielomodowe o profilu skokowym

Światłowody o profilu skokowym SI (Step-index fiber) są zbudowane z cylindrycznego rdzenia otoczonego płaszczem. Rdzeń posiada stały współczynnik załamania o wartości n1, i następnie ulega raptownej zmianie do wartości n2 wewnątrz płaszcza.

slide23

Światłowody wielomodowe o profilu gradientowym

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

slide24

Opis współczynnika załamania

Promienie światła w światłowodzie gradientowym nie są odbijane od granicy płaszcz-rdzeń, lecz zakrzywiają się, przebiegając obszar rdzenia liniami falistymi.

Zmiana współczynnika załamania od osi włókna w kierunku do płaszcza jest opisana zależnościami:

dla

dla

gdzie:

n1 i n2 – współczynnik załamania w płaszczu i rdzeniu, a – średnica rdzenia, α - parametr określający profil rdzenia, Δ – względna zmiana współczynników załamania (n1-n2)/n1

wiat owody jednomodowe
Światłowody jednomodowe

Światłowody jednomodowe są efektywniejsze od światłowodów wielomodowych i pozwalają transmitować dane na odległość 100 km bez wzmacniacza. Jednak ze względu na wysoki koszt interfejsów przyłączeniowych jest to bardzo drogie rozwiązanie.

W światłowodzie o skokowym profilu współczynnika załamania światła, może propagować się tylko jeden mod, tzw. mod podstawowy.

parametry transmisyjne wiat owod w
Parametry transmisyjne światłowodów
  • Tłumienność
  • Dyspersja
  • Efektywność sprzężenia źródła światła ze światłowodem
t umienno
Tłumienność

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

slide28

Tłumienie światłowodów

  • Tłumienie mocy sygnału optycznego w światłowodzie jest spowodowane następującymi czynnikami:
  • straty materiałowe
  • straty falowodowe
  • Straty materiałowe:
  • rozproszenie Rayleigha (spowodowane niejednorodnością struktury szkła)
  • absorpcja w podczerwieni i nadfiolecie
  • zanieczyszczenia w postaci wody (jony OH-)
slide30

Straty falowodowe:

  • niejednorodności materiałowe
  • mikrozgięcia
  • zgięcia makroskopowe
slide31

Okna transmisyjne

Zależność tłumienia światłowodu od długości fali

 okno transmisyjne na fali 850 nm

 okno transmisyjne na fali 1310 nm

 okno transmisyjne na fali 1550 nm

V okno transmisyjne na fali 1625 nm

dyspersja
Dyspersja

Dyspersja zmienia kształt sygnału, powoduje rozszerzenie i rozmycie transmitowanego impulsu, w czasie i w przestrzeni, rosnące wraz z odległością.

rodzaje dyspersji
Rodzaje dyspersji
  • Dyspersja międzymodowa (modowa)
  • Dyspersja chromatyczna
  • dyspersja materiałowa
  • dyspersja falowodowa
  • Dyspersjapolaryzacyjna
slide34

Dyspersja międzymodowa

Dyspersja międzymodowa, występuje jedynie we włóknach transmitujących więcej niż jeden mod światła, czyli w światłowodach wielomodowych. Ten typ dyspersji jest spowodowany różną prędkością grupową przyporządkowaną pojedynczym modom świetlnym prowadzonym jednocześnie wzdłuż światłowodu, co wynika z różnej drogi przebytej przez poszczególne mody.

Wielkość dyspersji międzymodowej w światłowodzie o profilu skokowym:

Wielkość dyspersji międzymodowej w światłowodzie o profilu gradientowym:

slide35

Wyznaczanie dyspersji chromatycznej światłowodu

W praktyce dyspersja światłowodu jest wyznaczana w następujący sposób: przez odcinek światłowodu o długości L przesyła się sukcesywnie dwa impulsy na różnych długościach fali optycznej λ1 i λ2 . Następnie mierzy się odpowiadające im jednostkowe czasy przejścia τ1 i τ2.

Poszerzenie czasowe impulsu Δτ wynosi:

slide37

Dyspersja polaryzacyjna

Najmniejszy wpływ na całkowitą wartość dyspersji światłowodu ma dyspersja polaryzacyjna PMD (Polarization Mode Dispersion), również powodująca szkodliwe rozszerzanie kształtu prowadzonych sygnałów świetlnych. Ten rodzaj dyspersji jest związany z niejednorodną geometrią włókna.

efektywno sprz enia r d a wiat a ze wiat owodem
Efektywność sprzężenia źródła światła ze światłowodem

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

wytwarzanie wiat owod w
Wytwarzanie światłowodów

Wytwarzanie światłowodów cylindrycznych obejmuje trzy etapy:

  • formowanie preformy,
  • CVD (Chemical Vapor Deposition)
  • VAD (Vapor Axal Deposition)
  • OVD (Outside Vapor Deposition)
  • wyciąganie światłowodu z preformy.
metoda cvd
Metoda CVD

Wykonywanie preformy przez osadzenie kolejnych warstw tworzących rdzeń wewnątrz rury kwarcowej, której ścianki tworzą po wyciągnięciu płaszcz światłowodu.Metoda tam umożliwia stosunkowo proste kształtowanie profilu rdzenia światłowodu przez nakładanie kolejnych warstw różnie domieszkowanych. Wymaga ona jednak użycia rury kwarcowej o bardzo dobrych właściwościach optycznych i mechanicznych oraz wąskich tolerancjach wymiarów, gdyż jej ścianka staje się płaszczem światłowodu.

metoda vad
Metoda VAD

Wykonywanie preformy przez osadzenie jednocześnie w całym przekroju poprzecznym warstw o założonej zmianie współczynnika załamania, aż do utworzenia preformu o pożądanej długości.W tej metodzie, najtrudniejszej technologicznie, preform narasta wzdłuż długości, co utrudnia uzyskanie idealnej jednorodności wzdłużnej jego parametrów. Poza tym niezwykle skomplikowane jest domieszkowanie jednocześnie różne w przekroju poprzecznym, co uniemożliwia dowolne kształtowanie profilu wytwarzanego światłowodu.

metoda ovd
Metoda OVD

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

wyci ganie wiat owod w
Wyciąganie światłowodów

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

slide44
RODZAJE KABLI
  • Kable zewnętrzne
  • kanałowe
  • wzmacniane
  • przeciwgryzoniowe
  • samonośne
  • ziemne
  • podwodne
  • Kable wewnątrzobiektowe
  • wzmacniane i niewzmacniane
  • przeciwgryzoniowe
  • Kable stacyjne
  • jednowłóknowe
  • dwuwłóknowe
  • wielowłóknowe rozdzielane
  • Kable samonośne dla linii energetycznych i telekomunikacyjnych
konstrukcje kabli wiat owodowych
Konstrukcje kabli światłowodowych

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

Konstrukcja tubowa

Konstrukcja rozetowa

elementy optoelektroniczne
Elementy optoelektroniczne
  • źródła światła,
  • detektory optyczne,
  • regeneratory optoelektroniczne,
  • wzmacniacze optyczne
r d a wiat a
Źródła światła

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

struktury diod elektroluminescencyjnych
Struktury diod elektroluminescencyjnych
  • dioda powierzchniowa,
  • dioda krawędziowa,
  • dioda superluminescencyjna.
lasery kraw dziowe z rezonatorem fabry perota
Lasery krawędziowe z rezonatorem Fabry- Perota,

Szkic lasera półprzewodnikowego z rezonatorem Fabry – Perota

Szkic nowoczesnej konstrukcji lasera krawędziowego z rezonatorem Fabry – Perota, generującego w paśmie 1,3 – 1,55 m

lasery z wieloma studniami kwantowymi mqw
Lasery z wieloma studniami kwantowymi MQW

W takich laserach warstwa aktywna składa się z wielu bardzo cienkich warstw, rzędu 10nm, różniących się wartością przerwy energetycznej: właściwe warstwy aktywne przeplatają się z warstwami barier potencjału, przy czym w zależności od rozwiązania jest ich od kilku do kilkunastu.

Heterostruktura MQW InGaAsP/InP

lasery z selektywnym sprz eniem zwrotnym
Lasery z selektywnym sprzężeniem zwrotnym
  • lasery DBR (Distributed Bragg Reflector),
  • lasery DFB (Distributed Feedback)
  • lasery z zewnętrzną wnęką rezonansową – ECL (External Cavity Lasers)
struktury laser w z roz o onym sprz eniem zwrotnym
Struktury laserów z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym

a)

b)

Schemat lasera z zewnętrzną wnęką optyczną ELC

Struktury laserów a) DFB, b) DBR

vcsel vertical cavity surface emitting laser
VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)

Zasada konstrukcji lasera z pionowa wnęka rezonansowa o emisji powierzchniowej – VCSEL

inne struktury laser w p przewodnikowych
Inne struktury laserów półprzewodnikowych

Struktura laserów półprzewodnikowych: a) z prowadzeniem światła za pomocą wzmocnienia, b) z prowadzeniem światła za pomocą odpowiednio ukształtowania współczynnika załamania

detektory optyczne
Detektory optyczne

Fotodetektor dokonuje zamiany strumienia świetlnego na prąd elektryczny. Ta zamiana, czyli proces fotodetekcji, polega na optycznej absorpcji fotonów w materiale półprzewodnikowym. Jako fotodetektory w systemach transmisji światłowodowej są stosowane fotodiody p-n, fotodiody p-i-n oraz fotodiody lawinowe.

regeneratory optoelektroniczne
Regeneratory optoelektroniczne

Regeneratory elektroniczne to elementy, które znakomicie nadają się do odtwarzania impulsów optycznych przy transmisji cyfrowej. Przy czym przez odtworzenie sygnału rozumie się: odtworzenie mocy (Regeneration), odtworzenie kształtu (Reshaping) oraz odtworzenie właściwego czasu pojawienia się porcji sygnału (Retiming).

Zasadnicze elementy regeneratorów to:

  • detektor sygnału optycznego (fotodioda),
  • elektroniczny układ decyzyjny,
  • źródło światła (laser lub dioda LED).
wzmacniacze optyczne
Wzmacniacze optyczne

Wzmacniacze optyczne są to przyrządy pozwalające bezpośrednio wzmacniać strumień świetlny. W odróżnieniu od układów optoelektronicznych nie wymagają zamiany sygnału świetlnego na elektryczny. Wzmacniacze optyczne odgrywają coraz ważniejszą rolę w optycznych systemach transmisyjnych, ponieważ umożliwiają bezpośrednie wzmocnienie światła i wykorzystują do tego celu minimalną liczbę elementów elektronicznych.

Wzmacniacze można podzielić na dwie podstawowe grupy (ze względu na charakterystykę pracy):

  • wzmacniacze półprzewodnikowe,
  • wzmacniacze optyczne.
wzmacniacze p przewodnikowe
Wzmacniacze półprzewodnikowe
  • wzmacniacze Fabry-Perot (FPA)
  • wzmacniacze z falą bieżącą (TWA)
wzmacniacze wiat owodowe
Wzmacniacze światłowodowe

Schemat optycznego wzmacniacza światłowodowego

sprz gacze kierunkowe
Sprzęgacze kierunkowe

Sprzęgacze światłowodowe mają za zadanie wprowadzenie mocy świetlnej pochodzącej z kilku światłowodów do jednego lub kilku światłowodów wyjściowych. Sprzęgacze są podstawowymi elementami rozgałęzionych sieci optycznych o dowolnej konfiguracji i pozwalają dołączyć do niej wielu użytkowników. Mogą znacznie rozbudować sieć przez rozdzielenie sygnału z wyznaczonym stosunkiem podziału. Najczęściej spotykane są sprzęgacze typu 12, 22, NN.

techniki wykonywania sprz gaczy
Techniki wykonywania sprzęgaczy

Czołowy sprzęgacz optyczny wykorzystujący soczewki światłowodowe i lustro półprzepuszczalne

  • sprzęganie czołowe
  • sprzęganie boczne

Sprzęgacz optyczny wykorzystujący sprzężenie boczne

sprz gacze gwiazdowe
Sprzęgacze gwiazdowe

Przykładowa konfiguracja sprzęgacza gwiazdowego 88 we/wy

Struktura sprzęgacza powstałego przez stopienie i wyciągnięcie wielu światłowodów

podstawowe parametry sprz gacza wiat owodowego
Podstawowe parametry sprzęgacza światłowodowego

Kierunkowość sprzężenia:

Współczynnik sprzężenia:

Straty wewnętrzne:

Efektywność sprzężenia:

po czenia trwa e
Połączenia trwałe

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

Zgrzewanie światłowodów zapewnia najmniejszą tłumienność połączenia oraz małą reflektancję odbicia (około 60 dB). Proces zgrzewania światłowodów odbywa się w automatycznych zgrzewarkach, w których końce światłowodów ulegają nadtopieniu i połączeniu.

parametry po cze wiat owod w
Parametry połączeń światłowodów
  • Przesunięcie poprzeczne
  • Przerwa miedzy czołami
  • Ustawienie kątowe osi
  • Nierówności powierzchni końca włókien
po czenia roz czne
Połączenia rozłączne

Połączenia rozłączne przeznaczone są do przedłużania kabli światłowodowych lub łączenia z siecią teleinformatyczną. Oprócz przenoszenia energii świetlnej z małymi stratami, muszą zapewniać powtarzalność parametrów w kolejnych wielokrotnych połączeniach światłowodów. Uzyskanie jak najmniejszych strat (0,5dB) wymaga jednak precyzyjnej obróbki mechanicznej elementów złączki, prawidłowego osiowania włókna, czystości łączonych powierzchni oraz odpowiedniego zbliżenia powierzchni czołowych światłowodów.

standardowe z czki
Standardowe złączki

Złączka typu FC

Złączka typu ST

Złączka typu SC

Złączka typu E2000

slide79

Złącza światłowodowe

  • Najpopularniejsze rodzaje złączek światłowodowych to:
  • złączki typu PC
  • złączki typu ST i SC
  • złączki dupleksowe MT-RJ
zastosowanie wiat owod w
Zastosowanie światłowodów

Do przesyłania sygnałów mowy wykorzystujemy światłowody w:

  • Łączach telefonicznych
  • Wewnętrznych
  • Międzymiastowych
  • Podmorskich
  • Sieciach telekomunikacyjnych w elektrowniach
  • Liniach telekomunikacyjnych wzdłuż linii energetycznych
  • Telekomunikacyjnej sieci kolejowej
  • Łączności terenowej
slide81
Do przesyłania sygnałów wizji wykorzystujemy światłowody w:
  • Rozgłośniach telewizyjnych
  • Transmisjach na żywo
  • Telewizji kablowej
  • Łączach między źródłami sygnału a centralą
  • Dystrybucji programów
  • Zdalnego kontrolowania i ostrzegania
  • Powszechnych wielofunkcyjnych sieciach telekomunikacyjnych

Światłowody znalazły również zastosowanie w transmisji danych :

  • Komputerach
  • Wewnętrznych przekazywaniach danych
  • Lokalnych sieciach komputerowych
  • Okablowaniu samolotów i statków
  • Naziemnych stacjach satelitarnych

Włókna światłowodowe znalazły zastosowania w czujnikach:

  • Żyroskopach
  • Hydrofonach
  • Czujnikach temperatury
  • Czujnikach położenia
wiat owodowe sieci dost powe fitl
Światłowodowe sieci dostępowe (FITL).

(Fiber In The Loop – światłowód w pętli). Sieci FITL realizują dostęp abonencki polegający na doprowadzeniu światłowodu jak najbliżej abonenta. Obejmują one następujące konfiguracje:

-         FTTB – (Fiber To The Building) światłowód do budynku,

-         FTTC – (Fiber To The Curb),światłowód do krawężnika,

FTTH – (Fiber To The Home)światłowód doprowadzony do mieszkania

-     

technika wdm
Technika WDM

System zwielokrotnienia z podziałem falowym WDM (Wavelength Division Multiplexing), umożliwia zwielokrotnienie przepływności światłowodu przez równoległą, równoczesną i niezależną transmisję wielu kanałów optycznych, czyli promieni laserowych o różnych długościach fali świetlnej (transmisja kolorowa) - prowadzonych w jednym włóknie światłowodowym.

podzia wdmu
Podział WDMu

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

zalety techniki wdm
Zalety techniki WDM:
  • możliwość stopniowej rozbudowy istniejącego systemu transmisji danych bez konieczności wymiany już położonych torów światłowodów;
  • niezależność kanałów optycznych;
  • osiągnięcie wysokich przepływności binarnych;
  • brak potrzeby stosowania jakichkolwiek dodatkowych sygnałów zegarowych;
  • wzmacnianie wszystkich kanałów transmisji za pomocą jednego wzmacniacza optycznego EDFA;
  • możliwość tworzenia wielokanałowych połączeń dwupunktowych.
komponenty wdm
Komponenty WDM
  • źródła światła,
  • detektory sygnału świetlnego,
  • multipleksery i demultipleksery,
  • optyczne krotnice transferowe OADM,
  • przełącznice optyczne OXC.
slide90

Nowy rekord szybkości DWDM Firma NEC poinformowała na początku października o ustanowieniu nowego rekordu szybkości transmisji w sieciach szkieletowych DWDM, uzyskując wynik 6,4 Tb/s. Rekord został ustanowiony na odcinku o długości 186 km. Uzyskana szybkość transmisji odpowiada przesłaniu miliona filmów jednocześnie przez jedno tylko włókno światłowodowe. Jest to znaczące poprawienie poprzedniego rekordowego wyniku (5,12 Tb/s) uzyskanego przez firmę Alcatel.

r d a wiat a1
Źródła światła

W technice WDM jako źródła światła mogą być używane zarówno lasery półprzewodnikowe, jak i diody elektroluminescencyjne LED. Promień świetlny pochodzący z LED jest zwykle modulowany amplitudowo, a wyjściowy sygnał optyczny jest poddawany filtracji widmowej. W rozwiązaniach typowych z podziałem widma można uzyskać jednoczesną transmisję kilkunastu kanałów optycznych na odległość paru kilometrów, z przepływnością pojedynczych Mb/s.

Z laserów półprzewodnikowych największe możliwości prezentują wielosekcyjne lasery o podwyższonej stabilności temperaturowej (0,1 nm/ oC) znane jako: lasery z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym DFR (Distributed Feedback) lub lasery z rozproszonym odbiciem DBR (Distributed Bragg Reflector).

detektory sygna u wietlnego
Detektory sygnału świetlnego

Detektory wykorzystywane w systemach WDM są zazwyczaj takie same, jak detektory używane w konwencjonalnej transmisji światłowodowej. Różnica w zastosowaniu polega na tym , że w technice WDM detektory pracują przy innej charakterystyce szumu. Związane jest to z wykorzystaniem wzmacniaczy optycznych w sieci optycznej, wówczas szum jest większy dla jedynek niż dla zer. Próg decyzyjny w odbiorniku musi być wówczas odpowiednio dostrojony.

multipleksery i demultipleksery
Multipleksery i demultipleksery

Urządzenia te pozwalają połączyć wiele sygnałów o różnych długościach fal dochodzących odrębnymi wejściami w jeden sygnał (multipleksery), bądź rozdzielić sygnał wejściowy o wielu długościach fal pomiędzy wiele wyjść, tak aby na każdym wyjściu znalazł się tylko jeden sygnał określonej długości fali (demultipleksery).

W zależności od zjawiska jakie jest wykorzystywane dla uzyskania (de)multipleksacji można wyróżnić:

rutery falowodowe
Rutery falowodowe:

Optyczny ruter falowodowy /ruter Dragone/

optyczna krotnica transferowa oadm
Optyczna krotnica transferowa OADM

OADM(Optical Add-Drop Multiplexers)jest urządzeniem umożliwiającym wydzielenie ze zbiorczego sygnału optycznego jednej lub kilku długości fali optycznej, oraz wprowadzenie jednej lub kilku fali składowych do sygnału zbiorczego.

Zasada dziłania krotnicy OADM

prze cznice optycznych oxc
Przełącznice optycznych OXC

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

Ogólny schemat działania komutatora optycznego OXC

slide103
Obecnie są już dostępne w wersji produkcyjnej (i nadal rozwijane) dwa konkurencyjne rozwiązania OXC o całkowicie odmiennej technologii bezpośredniego krosowania wiązek fotonów: przełączniki optyczne wykonane w mikroelektromechanicznej technologii MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) i ciekłokrystaliczne przełączniki optyczne.

Schemat działania układu MEMS

Struktura ciekłokrystalicznego przełącznika światła

posumowanie
Posumowanie

Ogromne przepustowości jakie dają nam światłowody są źródłem intensywnego rozwoju systemów światłowodowych, które są coraz częściej wykorzystywane w sieciach telekomunikacyjnych. Pragnąc osiągnąć jak największe przepływności tych sieci, wykorzystuje się technikę WDM, która zapewnia stale rosnącą prędkość przesyłanych informacji. Planuje się, że w najbliższej przyszłości zostaną wdrożone już sieci całkowicie optyczne, które umożliwiać będą coraz większe przepustowości.