Optikai szálak

1. Optikai szálak Nagy Szilvia

2. KábelTV hálózat

3. Fény – modellek • A fény leírására szolgáló modellek: • részecske kép: fotonok hn energia lézerek, detektorok • elektromágneses hullámok Maxwell-egyenletek monomódusú szálak • geometriai optika: fénysugarak, sugármenet Schnell-tv,…

4. UV LÁTHATÓ IR KOZMIKUS RÖNTGEN FÉNY KOMMUNIKÁCIÓ 1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106 frekvencia 250 THz 1 THz 1 GHz 1 MHz 10-12 10-9 10-6 10-3 100 102 hullámhossz 1 pm 1 nm 1 µm 1 mm 1 m 100m II. III. I. c=2,99792458 *108 m/s 1625/1650 850 1310 1550 670 780 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 µm I 1270 - 1650 nm Fény – elektromágneses hullám

5. Optikai hullámvezető Az optikai szálak elektromágneses hullámvezetők, melyben a fény különböző propagáló módusokban terjed

6. a a n1 n2 b Geometriai optika • teljes visszaverődés, törés Snellius-Descartes: n1 sina = n2 sinb terjedési sebesség: v = c/ni n1 < n2

7. a < ah a = ah a > ah b b a a a a Geometriai optika • Határszög: n1>n2 n1 sinah = n2

8. Optikai szálak

9. Optikai szálak

10. Optikai szálak Ha akkor a numerikus apertúra is kicsi. A távközlésben kis numerikus apertúrával gyártott szálakat, ún. gyengén vezető szálakat alkalmaznak.

11. Geometriai optika Numerikus apertúra Akceptanciaszög (): maximális belövési nyílásszög  maximum

12. Módustér-átmérő • A fény nem csak a magban terjed, különösen többmódusú szálakban • „behatol” a köpenybe is • a köpenyben kisebb a törésmutató, így nagyobb a terjedési sebesség

13. Veszteségek • A vákuumtól eltérő anyagban haladó fény veszteségeket szenved. • Az átviteli veszteségek fő okai: • Elnyelődés (abszorpció): az atom, vagy molekula a beérkező fotont elnyeli s hatására magasabb energiájú állapba kerül. • Diszperzió: a közegben haladó fény sebessége függ a hullámhosszától. Miután a fény több különböző hullámhosszúságú rezgés keveréke, összetevőire bomlik és színek szerint változó sebességgel halad.

14. Veszteségek • Szóródás: az anyagban lévő inhomogenitásokon a fény energiája szóródik. • Tükröződés: a fény valamely közeg határára érve arról részben visszaverődik, a teljes energia visszavert hányada az anyag törésmutatójától függ (Fresnel reflexió). Tükröződésről beszélünk, ha a visszaverődés tökéletesen sík felületről történik. • Szórt visszaverődés: az optikailag durva felületről való visszaverődés (a visszaverő felület nem tökéletesen sima, sík felület).

15. Száljellemzők • Csillapítás (veszteség) függ: • - az anyag hőmérsékletétől, • - a tisztaságától és • - a fény hullámhosszától. • Abszorpció: • UV abszorpció, • IR abszorpció • Rayleigh szórás • Levágási hullámhossz (Brillouin-szórás, SPM) • Mikro- és makrohajlítások

16. a [dB/km] UV abszorpció 10 IR abszorpció OH gyök 1 II. III. Rayleigh szórás 0.1 I. 850 1300 1550 l [nm] Száljellemzők Csillapítás • I. ablak első generációs 850 nm környéke, 2.5−3.5 dB/km • II. ablak minimális diszperziójú 1300 nm környéke, 0.36 dB/km • III. ablak minimális csillapítású 1550 nm környéke, 0.24 dB/km

17. Száljellemzők Csillapítás a [dB/km]

18. Száljellemzők diszperzió – kromatikus diszperzió D (ps/nm) 1 1 3 10 2 l(nm) 2 1200 1400 1600 3 -10

19. Száljellemzők Diszperzió: • módus diszperziót • anyag és geometria következtébenfellépő diszperziót, • hullámvezető diszperziót • a polarizációs módus diszperzióját. A diszperzió megengedett értékét általában a bitidő 10%-ában határozzák meg. kromatikus diszperzió

20. Száljellemzők diszperzió - módusdiszperzió

21. Optikai szál gyártása A gyártás fázisai: - előforma készítése szál szerkezetének előállítása - külső kémiai gőzlecsapatás - belső kémiai gőzlecsapatás - növesztéses eljárás - szálhúzás - szál átmérő - primer védelem (esetleg festés) - kábelgyártás - több szál összefogása - különböző védelmek kialakítása

22. SiCl4 O2 GeCl4 BBr3 1300 OC Preform készítése Belső kémiai gőzlecsapatás: - tisztítás - hordozócső készítés - mag növesztése (lecsapatása) - zsugorítás

23. Szálhúzás Preform Grafit kemence Primer védelem Vezérlő egység Hűtőfolyadék Száldetektor Csévélő dob Feszítő dob

24. Kábelgyártás Dobok a szálakkal SZ sodrat Vazelin Pászma növesztése Vezérlő egység Pászma átmérő detektor

25. SZ sodrat S Z irány (jobb majd bal sodrat) 70 cm-enként - csak laza szerkezetűnél - nem csak szálaknál, hanem pászmáknál is

26. Védőcső (pászma) Optikai szál (primer védelemmel) Vazelin . . . . . . 2.4 - 3.0 mm Pászma kialakítása 1. Laza szerkezetű, vazelin töltés SZ sodrat festés 2. Szoros felépítésű kábelek

27. Optikai kábelek fajtái • Kültéri: • Légkábelek • Nem önhordó • Önhordó • Földalatti kábelek • Behúzó • Páncélos • Víz alatti kábelek • Folyami • Tenger alatti

28. Optikai kábelek fajtái • Beltéri: • Switch kábelek • Patch kábelek • Pigtail kábelek

29. Behúzó kábel tehermentesítő szál másodlagos védelem vazelin töltéssel műgyantás kevlár fekete köpeny

30. Spirál, hornyos szálvezetősoptikai kábel tárcsás rögzítő és tehermentesítő vájat az elsődleges védelemmel ellátott szálak részére

31. Páncélos kábel

32. . . . . . . . . . . . . Önhordó légkábel Acélsodrony Polietilén köpeny Optikai szálak Központi elem Pászma Kevlar Vakpászma

33. acélsodrony pászma optikaiszálak Nagyfeszültségű légkábel nullvezeték

34. Optikai szalagkábelek 8 - 10 - 20 szálas kivitel speciális szerszámokkal tisztítható és hegeszthető szekunder védelem primer védelemmel ellátott optikai szál