Produkcja włókien światłowodowych rozpoczyna się od przygotowania długich szklanych rur, które po oczyszczeniu w kwasie fluorowodorowym są podgrzewane. Następnie końce rur są łączone. Do obracających się rur wpuszcza się mieszaninę gazów zawierających m.in. krzem i german. Ze względu na ciągły proces podgrzewania i stygnięcia uzyskuje się osad w postaci szkła wzbogaconego dostarczonymi pierwiastkami. Proces powtarzany jest wielokrotnie, dzięki temu uzyskuje się wielowarstwową strukturę o żądanych właściwościach. W efekcie powstaje szklany pręt, tzw. preforma. Dzięki specjalnym wyciągarkom z preformy wyciąga się kilkanaście kilometrów światłowodów.

R12T9GFZ70AWc

Na zdjęciu widoczny jest szklany pręt w kształcie długopisu z mocno zwężającą się końcówką. Pręt jest podświetlony.

RURtKIuixBpdv

Na zdjęciu widoczna jest wysoka konstrukcja stalowo‑aluminiowa sięgająca od podłogi do sufitu. Na najwyższym poziomie znajduje się podest, a nad nim zamontowany jest stalowy bęben, z którego opuszczana jest nitka szkła do produkcji preformy. Na dole znajduje się duży bęben, na który nawijana jest szklana nić. Po lewej stronie wieży znajdują się panele do obsługi urządzenia.

Można wyróżnić następujące metody wytwarzania preformy:

• metoda podwójnego tygla wymaga kontrolowania temperatury i czasu kontaktu pomiędzy rdzeniem a płaszczem; w wyniku dyfuzji powstaje włókno gradientowe; problemem są zanieczyszczenia;

• zewnętrzne osadzanie z oparów (ang. Outside Vapour Deposition, OVD) – w tej metodzie podczas osadzania krzem i domieszkowane cząstki krzemu (german, fluor, fosfor, tytan) są wytwarzane w płomieniu przy spalaniu metanu podczas reakcji hydrolizy; porowata preforma jest osuszana w dwuchlorku w celu usunięcia cząsteczek wody i metalicznych zanieczyszczeń, a następnie spiekana do postaci gładkiego bloku szklanego;

• osadzanie pionowo‑osiowe (ang. Vapour Axial Deposition, VAD) jest odmianą metody OVD, w której materiał rdzenia oraz płaszcza mogą być nanoszone razem lub osobno; umożliwia wytworzenie preform mocno domieszkowanych;

• bezpośrednie nanoszenie nanocząstek (ang. Direct Nanoparticle Deposition, DNP) jest technologią wytwarzania włókien laserujących oraz wzmacniających (włókna domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich: $\text{Yb}$, $\text{Er}$, $\text{Nd}$);

• zmodyfikowane chemiczne osadzanie z oparów (ang. Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD) wynika z technologii CVD (ang. Chemical Vapor Deposition), która stosowana jest w przemyśle elektronicznym do wytwarzania domieszkowanych warstw wewnątrz krzemowych rurek; charakteryzuje się dużą szybkością procesu poprzez ponad $\mathrm{10}$-krotne zwiększenie szybkości przepływu gazu w rurze; zwykle uzyskuje się od $30$ do $100$ warstw;

• plazmowe chemiczne osadzanie z oparów (ang. Plasma Chemical Vapor Deposition, PCVD) jest podobne do MCVD, jednak utlenianie w rurze jest inicjowane przez mikrofalową plazmę, a nie jej zewnętrzne ogrzewanie.

Włókno światłowodowe stanowi dielektryczne medium służące do przewodzenia sygnału optycznego. Jako materiał dielektryczny stosuje się szkło lub tworzywa sztuczne. Propagacja sygnału odbywa się poprzez zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia, przy czym do budowy światłowodów wykorzystuje się materiały (szkło krzemowo‑germanowe) o różnych kątach odbicia. Podstawą zastosowania techniki światłowodowej w przesyłaniu informacji jest rozwój nauki związany z koniecznością zapewnienia połączeń na dużych odległościach, możliwości połączenia różnych urządzeń oraz zapewnienia dużej przepustowości i szybkości transmisji. Aby spełnić wymienione wymagania, należy zastosować światłowody. Pozwalają one osiągnąć bardzo duże prędkości transmisji rzędu 5 Tb/s (dla porównania: w przewodach tradycyjnych miedzianych prędkości wynoszą do 10 Gb/s).

R1Wbm5AuiL4l9

Na przedstawionej grafice widoczny jest przekrój kabla światłowodowego. Zewnętrzna zielona warstwa to lakier ochronny, który chroni włókno przed uszkodzeniami. Pod nią znajduje się płaszcz włókna, która otacza rdzeń. Najbardziej wewnętrzną warstwę stanowi rdzeń, który wraz z płaszczem umożliwia transmisję fali świetlnej.

W budowie włókna światłowodowego (rys. 2.2) można wyróżnić trzy podstawowe elementy: rdzeń, płaszcz i powłokę ochronną.

Rdzeń włókna światłowodowego

Rdzeń jest najbardziej wewnętrznym elementem budowy włókna światłowodowego. Wraz z płaszczem, wykorzystując zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła na granicy dwóch ośrodków (rdzenia i płaszcza), umożliwia transmisję fali świetlnej. We włóknach światłowodowych rdzeń najczęściej wykonany jest z domieszkowanego szkła (np. GeOIndeks dolny 2₂ + SiOIndeks dolny 2₂).

Płaszcz włókna światłowodowego

Płaszcz jest integralną częścią włókna światłowodowego, przy czym współczynnik załamania światła płaszcza musi mieć mniejszą wartość niż współczynnik załamania światła rdzenia. Zapewnia to utrzymanie promienia światła we wnętrzu rdzenia. Światło odbija się od płaszczyzny pomiędzy rdzeniem a płaszczem w wyniku zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia. Stan ten powtarza się po dotarciu promienia do przeciwległej ściany włókna światłowodowego.

Pokrycie włókna światłowodowego

Pokrycie to najbardziej zewnętrzna warstwa włókna światłowodowego, wykonana z kolorowego lakieru ochronnego. Zadaniem tej warstwy jest ochrona włókna oraz umożliwienie (dzięki różnym kolorom lakieru) identyfikacji rodzaju włókna.

Kabel światłowodowy

Ośrodkiem kabla światłowodowego jest włókno światłowodowe zbudowane ze rdzenia, płaszcza i pokrycia. Włókno umieszczone jest w tubie i dodatkowo chronione przez włókna aramidowe. Powłoka zewnętrzna kabla wykonywana jest najczęściej z polietylenu, polwinitu lub poliamidu, czyli materiałów odpornych na działanie wilgoci, temperatury i promieni UV. W celu amortyzacji oddziaływań mechanicznych powłoka jest konstrukcją kilkuwarstwową. Chroni włókno światłowodowe przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz mikropęknięciami, które mogą powstać podczas instalacji i transportu kabli.

RO7YsMiAp9CWH

Grafika przedstawia elementy budowy kabla światłowodowego. Idąc od środka, przedstawiono: cienki rdzeń otoczony płaszczem, który jest chroniony pokryciem pierwotnym. Następna warstwa to tuba ścisła, otoczona włóknami aramidowymi. Ostatnia, najbardziej zewnętrzna warstwa to powłoka wykonana z tworzywa.

Zalety światłowodów

• bardzo duża przepustowość umożliwiająca przesyłanie bardzo dużych ilości informacji jednocześnie;

• bardzo duża szybkość transmisji danych;

• małe straty i zdolność przesyłania sygnałów na duże odległości – światłowód pozwala na transmisję sygnałów „point to point” na duże odległości (np. $40 \text{km}$);

• pełna odporność na zakłócenia elektromagnetyczne – szczególnie ma to znaczenie w miejscach instalacji napędów o dużych indukcyjnościach oraz w przypadku występowania sygnałów o częstotliwości radiowej;

• bezpieczeństwo transmisji sygnałów – zewnętrzna ingerencja we włókna światłowodowe powoduje istotne obniżenie poziomu sygnału, co jest łatwo wykrywalne;

• brak zagrożenia związanego z iskrzeniem;

• duża niezawodność układów transmisyjnych;

• prosta obsługa;

• szerokie zastosowanie – zarówno w sieciach globalnych, jak i lokalnych.

Wady światłowodów

• występowanie zjawiska dyspersji w światłowodach wielomodowych; zjawisko polega na zwiększeniu szerokości promienia świetlnego w wyniku rozszczepienia światła podczas załamania; zjawisko dyspersji ogranicza szerokość pasma transmisji;

• dyspersja szkła (występuje w światłowodach jedno- i wielodomowych) wynikająca z różnych współczynników załamania światła, powodowanych niejednolitą strukturą szkła;

• występowanie tłumienia, które zależne jest od długości fali, rodzaju i grubości materiału włókna światłowodowego (obecnie najniższe teoretyczne tłumienie występuje przy fali o długości 1500 nm);

• skomplikowany, czasochłonny i wymagający precyzji proces łączenia światłowodów przy użyciu spawarki światłowodowej, która jest drogim urządzeniem;

• pojawienie się tzw. odbicia Fresnela na styku dwóch części światłowodu (zwiększają tłumienie transmisji);

Podział światłowodów zależny jest od przyjętego kryterium. Wyróżnia się w związku z tym następujące podziały:

• ze względu na strukturę:

  • światłowody włókniste, czyli najpopularniejszy rodzaj przewodu, składający się z kilku włókien,

  • światłowody warstwowe, składające się z warstw pokrycia, podłoża i warstwy światłowodowej,

  • światłowody paskowe, stosowane w laserach półprzewodnikowych układach fotoniki zintegrowanej do specjalistycznych zastosowań, np. w interferometrach czy w multiplekserach;

• ze względu na strukturę modową:

  • światłowody jednomodowe,

  • światłowody wielomodowe;

• ze względu na zmiany współczynnika załamania światła:

  • światłowody skokowe,

  • światłowody gradientowe,

• ze względu na rodzaj wykorzystanego materiału:

  • światłowody szklane,

  • światłowody plastikowe,

  • światłowody półprzewodnikowe.

Światłowody jednomodowe pozwalają na przewodzenie sygnałów na ogromne odległości, nawet setki kilometrów. Średnica rdzenia włókna jednomodowego wynosi zwykle od 8–10 mikrometrów (standardowo 9 µm), a najczęściej spotykana znormalizowana średnica płaszcza wynosi 125 mikrometrów (zarówno dla światłowodów jedno-, jak i wielomodowych). W światłowodach jednomodowych promień świetlny wytwarzany jest przez lasery emitujące światło spójne. Istotną cechą światłowodów jednomodowych jest małe tłumienie fali świetlnej. W światłowodzie jednomodowym dzięki przenoszeniu tylko jednej składowej (modu) wszystkie promienie światła mają ten sam kąt odbicia od granicy rdzeń‑płaszcz. W związku z tym mody przebywają jednakową drogę w jednakowym czasie. Zapobiega to występowaniu niekorzystnego zjawiska dyspersji, która powoduje rozmycie sygnału i obniża jego jakość. Średnica rdzenia w światłowodzie jednomodowym jest porównywalna z długością fali świetlnej, przez co światłowód ma bardzo dużą pojemność kanału transmisji.

R11Rpke7L50ij

Rysunek przedstawia przebieg fali sygnałowej wewnątrz światłowodu jednomodowego. Pojedyncze medium (promień światła) w postaci czerwonej linii znajduje się wewnątrz. Otoczone jest przez rdzeń włókna zaznaczony kolorem żółtym. Rdzeń z kolei otoczony jest przez płaszcz włókna, który jest zaznaczony na rysunku kolorem biało‑szarym.

Światłowody wielomodowe stosuje się do transmisji sygnału na mniejsze odległości (do kilku kilometrów). W światłowodach tych możliwe jest zasilanie za pomocą diody świecącej LED. W porównaniu ze światłowodami jednomodowymi charakteryzują się silniejszym tłumieniem.

W światłowodzie wielomodowym średnica rdzenia jest większa niż w jednomodowym i  wynosi najczęściej 50 lub 62,5 mikrometra. Mody poruszające się w rdzeniu odbijają się od granicy rdzeń‑płaszcz pod różnymi kątami, co powoduje, że przebywają różną drogę i w różnym czasie docierają na koniec włókna. To z kolei sprawia, że impuls docierający do końca światłowodu poszerza się, czyli rozmywa, a zjawisko to jest nazywane dyspersją międzymodową. Powoduje to ograniczenie pasma przenoszenia światłowodu.

RZNz9QUXLkgbE

Rysunek przedstawia przebieg fali świetlnej wewnątrz światłowodu wielomodowego skokowego. Medium (promień światła) w postaci dwóch czerwonych linii znajduje się wewnątrz. Otoczone jest przez rdzeń włókna zaznaczony kolorem żółtym. Rdzeń z kolei otoczony jest przez płaszcz włókna, który jest zaznaczony na rysunku kolorem biało‑szarym. Fala świetlna przemieszcza się wzdłuż rdzenia i odbijając się od granicy rdzenia i płaszcza, tworzy linie proste łamane, odbijające się w różnych punktach.

R1Nhfd3LQKPPH

Rysunek przedstawia przebieg fali świetlnej wewnątrz światłowodu gradientowego. Medium (promień światła) w postaci dwóch czerwonych linii znajduje się wewnątrz. Otoczone jest przez rdzeń włókna zaznaczony kolorem żółtym. Rdzeń z kolei jest otoczone przez płaszcz włókna, który jest zaznaczony na rysunku kolorem biało‑szarym. Fala świetlna przemieszcza się wzdłuż rdzenia i odbijając się od granicy pomiędzy rdzeniem a płaszczem, przybiera kształt linii sinusoidalnej.

Światłowody wielomodowe efektywnie wykorzystywane są przy transmisji sygnału do ok. 2 km. Jakość transmisji przewodami wielomodowymi zależna jest od klasy sprzętu optycznego, jednak powyżej długości 2 km powinny być stosowane regeneratory, które przywracają postać sygnału sprzed zniekształcenia dyspersją i następnie go wzmacniają. Na długich trasach przesyłu stosuje się światłowody jednomodowe.

Ze względu na sposób przesyłu sygnału i zmianę współczynnika załamania wyróżnia się dwa typy światłowodów wielomodowych: skokowe i gradientowe.

W światłowodach skokowych mody poruszające się w rdzeniu skokowo, odbijając się od granicy rdzeń‑płaszcz pod różnymi kątami. Ze względu na zróżnicowane kąty długość drogi każdego z modów jest inna. Prędkość rozchodzenia się światła jest stała (w szkle wynosi ok. 2108 m/s), dlatego czas przejścia poszczególnych modów przez światłowód jest różny. W efekcie powstaje zjawisko dyspersji – poszerzania się i rozmycia promienia świetlnego wraz z drogą przebytą wewnątrz światłowodu. Powoduje to ograniczenie odległości, na jaką mogą być przesyłane sygnały w światłowodzie wielomodowym skokowym.

W światłowodach gradientowych rdzeń wykonany jest z wielu tysięcy warstw, każda warstwa jest domieszkowana inaczej, co powoduje, że rozkład współczynnika załamania światła jest płynny. Wartość minimalna współczynnika występuje na granicy rdzeń‑płaszcz, natomiast maksymalna na osi rdzenia. Światłowody tego rodzaju zapewniają podobną prędkość rozchodzenia się różnych modów (poruszających się po łukach) wzdłuż światłowodu, ponieważ fale rozchodzące się w większej odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym współczynniku załamania, dzięki czemu mają większą prędkość liniową.  W pewnym stopniu niweluje to rozmycie sygnału.

R1PUGehNT85Ui

Rys. 3.4. Sposoby rozchodzenia się fali świetlnej w światłowodzie wielomodowym skokowym i gradientowym

Wśród używanych grup przewodów światłowodowych (tabela 2.1) stosowane są oznaczenia charakteryzujące ich średnice (w postaci X/Y, gdzie wielkość X oznacza średnicę rdzenia, zaś Y oznacza średnicę płaszcza):

• włókna wielomodowe $\mathrm{62,5}/125$ ($\left(\text{OM}1\right)$),

• włókna wielomodowe $50/125$$\left(\text{OM}2, \text{OM}3, \text{OM}4\right)$,

• włókna jednomodowe $9/125$$\left(\text{G.xxx}\right)$.

Indeks górny Źródło: https://onninen.pl/. Indeks górny koniec^{Źródło: https://onninen.pl/.}

RXujXEw2zaOwJ

Ilustracja przedstawia patchcord światłowodowy wielomodowy. Widoczny jest cienki przewód, który służy do przesyłania sygnałów między urządzeniami. Składa się z cienkiego włókna szklanego, które pokryte jest warstwą ochronną. Na końcach włókna znajdują się złącza. Mają one kształt scalonych ze sobą dwóch podłużnych prostokątów, w których umieszczone jest włókno.

R1dJevqG2WB8i

Ilustracja przedstawia patchcord światłowodowy wielomodowy. Widoczny jest cienki przewód, który służy do przesyłania sygnałów między urządzeniami. Składa się z cienkiego włókna szklanego, które pokryte jest warstwą ochronną. Na końcach włókna znajdują się złącza. Mają one kształt scalonych ze sobą dwóch podłużnych prostokątów, w których umieszczone jest włókno. Patchcord światłowodowy wielomodowy jest zakończony złączami LC‑LC.

Parametry światłowodu

Podczas użytkowania światłowodów należy zwrócić uwagę na kilka ich parametrów. Dla użytkownika znaczenie mają przede wszystkim geometryczne oraz transmisyjne parametry światłowodów. Są one następujące:

• Kąt akceptacji światłowodu określa maksymalny kąt liczony w stosunku do osi światłowodu, dla którego zachodzi jeszcze propagacja fal wykorzystujących całkowite wewnętrzne odbicie na granicy rdzeń–płaszcz.

• Apertura numeryczna określa kąt, pod którym światłowód przyjmuje wprowadzony sygnał optyczny i emituje go na końcu linii. Parametr ten jest istotny w momencie sprzęgania światłowodu ze źródłem światła.

gdzie:

• $n_1$ – współczynnik załamania światła w rdzeniu,

• $n_2$ – współczynnik załamania światła w płaszczu,

• Średnica płaszcza i rdzenia jako parametry są istotne podczas łączenia włókien (spawania) oraz spinania włókien złączkami. Włókna wysokiej jakości charakteryzują się małą rozbieżnością średnicy płaszcza i rdzenia. W przypadku dużych rozbieżności średnicy proces spawania związany z kalibracją włókien sprawia trudności. Podczas łączenia włókien o różnych średnicach rdzeni dochodzi do powstania mikrozwierciadeł, które powodują odbijanie sygnału wewnątrz włókna, co skutkuje wzrostem tłumienności i zniekształceniami sygnału.

• Tłumienność jednostkowa, wyrażona przez jednostkę $\text{dB}/\text{km}$, charakteryzuje stratę mocy sygnału na jednostkę długości. Źródłem tłumienności jednostkowej są właściwości materiałowe światłowodu: struktura krystaliczna, czystość włókna (jakość wykonania). Jest to zjawisko naturalne, wynikające z absorpcji i rozproszenia. Tłumienność jednostkowa jest zależna od długości fali nośnej (rys. 2.10). Na podstawie wykresu tłumienności określono trzy główne okna transmisyjne zapewniające optymalny przesył.

R5XtobMsetQtd

Na wykresie przedstawiona jest tłumienność funkcji długości fali świetlnej w światłowodzie. Oś X przedstawia długość fali w nanometrach, a oś Y przedstawia tłumienność w decybelach na kilometr kwadratowy. W przedziale od 400 do 700 nm na wykresie zaznaczono przedział światła widzialnego, który jest reprezentowany przez pryzmat, zaczynający się od koloru fioletowego i kończący się na czerwonym. Na osi X zaznaczone są trzy okna transmisyjne, których wartości wynoszą 850, 1310 oraz 1550 nanometrów. Linia krzywa, reprezentująca straty całkowite światłowodu, osiąga najniższy punkt w okolicach tych okien transmisyjnych, co oznacza, że tam następuje najmniejsze tłumienie sygnału.

• Tłumienność całkowita wynika z tłumienności jednostkowych i tłumienności lokalnych wywołanych elementami połączeniowymi lub rozdzielającymi sygnał.

• Dyspersja chromatyczna określa zależność współczynnika załamania światła włókna światłowodowego od długości fali.

• Maksymalny promień gięcia kabla światłowodowego jest związany z promieniem gięcia każdego włókna i zwykle nie powinien być większy od $20$-krotności średnicy kabla.

• Pasmo przenoszenia określa zdolność do transmisji danych. Wielkość ta wyrażana jest w MHz∙km i jest szczególnie istotna dla światłowodów wielomodowych. W światłowodach wielomodowych na minimalne efektywne pasmo przenoszenia wpływa zjawisko tzw. dyspersji modalnej, czyli opóźnień promieni świetlnych. Minimalne efektywne pasmo przenoszenia określa zdolność do przesyłania przez włókno światłowodowe zadanej ilości danych na konkretną odległość przy znanej długości fali świetlnej nadajnika. W przypadku światłowodów jednomodowych minimalne efektywne pasmo przenoszenia jest praktycznie nieograniczone. Ponieważ sygnał jest transmitowany w postaci jednego promienia, nie podaje się minimalnej efektywnej wartości opisującej ich zdolność do przesyłania danych na konkretną odległość.

Zastosowanie światłowodów

Światłowody znalazły bardzo szerokie zastosowanie w technice. Głównymi obszarami zastosowań są: telekomunikacja, obróbka i prezentacja informacji, czujniki w systemach sterowania, wzierniki (obrazowody), oświetlenie, zdobnictwo, sztuka. Poniżej wymieniono przykładowe zastosowania światłowodów:

• telekomunikacja (dane internetowe, połączenia telefoniczne) – wykorzystywane do przesyłu danych na duże odległości bez straty jakości informacji;

• internet – stanowią podstawę sieci światłowodowych, które dostarczają szerokopasmowy dostęp do internetu. Dzięki nim można osiągnąć bardzo wysokie prędkości przesyłania danych;

• sieci komputerowe – stosowane w sieciach komputerowych, zwłaszcza w centrach danych i dużych przedsiębiorstwach, pozwalają na szybkie i niezawodne połączenia między komputerami i serwerami;

• telekomunikacyjna sieć w elektrowniach, wzdłuż linii energetycznych – duża odporność na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne sprawia, że światłowody wykorzystuje się również na stosunkowo niewielkich odległościach, ale w trudnych warunkach;

• telewizja kablowa – doprowadzanie sygnału telewizyjnego do odbiorcy drogą kablową przy zachowaniu dużej szybkości transmisji;

• zdalna kontrola i ostrzeganie – światłowody wykorzystywane są jako np. znaki drogowe, które charakteryzują się wysoką jasnością świecenia, czytelnością i świetną widocznością;

• badania naukowe – w naukach przyrodniczych mogą być używane do pomiarów optycznych, takich jak spektroskopia czy interferometria;

• medycyna – w chirurgii laserowej, czyli w endoskopii, jako wzierniki;

• endoskopia przemysłowa – wzierniki służące do wyszukiwania wad urządzeń technicznych (turbin, pomp, sprężarek itp.);

• wojskowość – używane w systemach komunikacji i transmisji danych;

• lokalne sieci komputerowe – okablowanie samolotów i statków, miejsca zagrożone wybuchem, narażeniem na działanie czynników chemicznych i pyłów, takie jak zakłady chemiczne, rafinerie, kopalnie, młyny (brak ryzyka iskrzenia, wysoka jakość i bezpieczeństwo przesyłu informacji).

Zagadnienia związane z określeniem i zdefiniowaniem zagadnień dotyczących techniki światłowodowej zostały ujednolicone przez organizację IEC (ang. International Electrotechnical Commision). Normy IEC definiują oznaczenia światłowodów ze względu na różne kryteria podziału, przy czym najpopularniejszymi są oznaczenia związane z wydajnością transmisyjną:

• kategoria OM – ang. Optical Multimode, światłowody wielomodowe (OM$1$, OM$2$, OM$3$, OM$4$),

• kategoria OS – ang. Optical Singlemode, światłowody jednomodowe (OS$1$, OS$2$).

Należy zwrócić uwagę, że nazewnictwo włókien wielomodowych wg IEC (OM$1$, OM$2$, OM$3$, OM$4$) jest powszechnie stosowane, zaś nazewnictwo włókien jednomodowych (OS$1$, OS$2$) stosowane raczej rzadko. Przyjęto, że dla włókien jednomodowych stosuje się przeważnie nazwy wprowadzone przez międzynarodową organizację ITU (International Telecommunication Union), a dokładnie dział zajmujący się standaryzacją w dziedzinie telekomunikacji (ITU‑T). Ponadto do określenia standardów transmisyjnych wprowadzono grupę G. Wskazuje ona rekomendacje dotyczące kabli światłowodowych, dla których przewidziano zakres G.$650$-G$659$. Każda z rekomendacji związana jest z innym typem włókna, dlatego nazwy rodzajów włókien bezpośrednio dotyczą numeru rekomendacji.

Wybrane normy i rekomendacje norm dotyczących techniki światłowodowej

Normy ISO/IEC:

• IEC $60793$ – standard dotyczący parametrów włókna światłowodowego:

  • IEC $60793-2-10$ (dotyczy włókien wielomodowych $50/125$ A$1$a oraz $62,5/125$ A$1$b),

  • IEC $60793-2-50$ (dotyczy włókien jednomodowych $9/125$typu B$1.1$, B$1.2$, B$1.3$, B$2$, B$4$, B$5$),

• IEC $60794-2$ – określa wymagania dla sprzętu do zastosowań wewnętrznych,

• IEC $60794-3$ – określa wymagania dla sprzętu do zastosowań zewnętrznych,

• ISO/IEC $11801$ – dotyczy okablowania dla budynków użyteczności publicznej; definiuje kanały transmisyjne, określa tłumienie dla danego kanału, maksymalną tłumienność oraz minimalną szerokość pasma.

Normy IEC są tłumaczone na język polski, np.: PN‑EN $60793-2:2012$: Światłowody – Część $2$: Specyfikacja wyrobu – Postanowienia ogólne.

Rekomendacje ITU‑T:

• ITU‑T G.$650.1$ oraz G.$650.2$ – dotyczą definicji oraz sposobów testowania właściwości jednomodowych włókien kabli,

• ITU‑T G.$651.1$ – dotyczy charakterystyki włókien wielomodowych $50/125 \text{μm}$,

• ITU‑T G.$\mathrm{652}$ – dotyczy charakterystyki włókien jednomodowych $9/125 \text{μm}$, (wyróżnia $4$ wersje światłowodów: A, B, C, D),

• ITU‑T G.$653$ – dotyczy charakterystyki włókien jednomodowych o przesuniętej charakterystyce dyspersyjnej,

• ITU‑T G.$654$ – dotyczy charakterystyki włókien jednomodowych o przesuniętej fali odcięcia,

• ITU‑T G.$655$ – dotyczy charakterystyki włókien jednomodowych o przesuniętej niezerowej dyspersji,

• ITU‑T G.$656$ – dotyczy charakterystyki włókien jednomodowych o niezerowej dyspersji przeznaczonych do transmisji danych z wykorzystaniem jak najszerszego pasma widma optycznego,

• ITU‑T G.$657$ – dotyczy charakterystyki włókien jednomodowych o zmniejszonym promieniu gięcia (wyróżnia się włókna typu A oraz typu B).

Duża liczba dokumentów określających komunikację światłowodową w zakresie włókien jednomodowych wynika z szybkiego rozwoju techniki. Należy również zwrócić uwagę, że włókna jednomodowe są tańsze niż wielomodowe, lecz koszty urządzeń współpracujących z nimi są wyższe. Wśród włókien jednomodowych stosuje się standardy:

• G.$\mathrm{652}$ – definiuje cztery rodzaje włókien: A, B, C, D (najbardziej popularnym jest G.$\mathrm{652}$.D); pozostałe standardy charakteryzują się gorszymi wartościami tłumienności jednostkowej oraz współczynnikiem dyspersji;

• G.$655$ – przeznaczony do systemów wykorzystujących DWDM (podstawowy system w sieciach globalnych wykorzystujący $48$ długości fal) w III oknie transmisyjnym (siatka $100 \text{GHz}$); charakteryzuje się niezerowym współczynnikiem dyspersji chromatycznej w całym paśmie pracy;

• G.$656$ – przeznaczone do pracy w systemach szerokopasmowych wykorzystujących zarówno DWDM, jak i CWDM ($\mathrm{18}$ długości fali od $1270 \text{nm}$ do $1610 \text{m}$ z krokiem co $20 \text{m}$); przeznaczone do pracy na długości fali od $\mathrm{1460}$ do $1625 \text{nm}$;

• G.$657$ – ulepszone włókno G.$\mathrm{652}$.D; charakteryzuje się zwiększoną odpornością mechaniczną – może być stosowane w bardzo wymagających instalacjach.

Oznaczenia przewodów na powłoce zewnętrznej

Ze względu na różne rodzaje kabli światłowodowych stosowane są trzy systemy oznaczania. W przypadku Polski najpowszechniej stosowanym jest system europejski. Oznaczenie kabli znajduje się na poszyciu zewnętrznym w odstępach $1 \text{m}$. Zawiera następujące informacje:

• typ konstrukcji kabla,

• rodzaj uszczelnienia,

• rodzaj materiałów poszyć zewnętrznych,

• rodzaj i liczba włókien wewnątrz kabla,

• parametry wytrzymałościowe kabla,

• nazwa producenta,

• długość od początku odcinka (w metrach),

• dodatkowe symbole związane z przeznaczeniem kabla.

R1Ima0y7fjNIC

Grafiki przedstawiają dwa typy kabli światłowodowych. W jednym kablu rdzeń składa się z włókien światłowodowych umieszczonych w osłonkach, natomiast w drugim kablu włókna są skręcone w pary, a kabel wyposażony jest w dodatkowe kable wzmocnieniowe. Oba modele kabli posiadają warstwy wewnętrzne i zewnętrzną, która stanowi ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Rsb7SpK0MxZmh

Grafika przedstawia kabel światłowodowy rozetowy w przekroju. W centrum znajduje się biały cienki pręt wzmacniający, otoczony przez rozetę z rowkami, w których umieszczone są włókna światłowodowe. Chroni je polipropylenowa osłona i włókna aramidowe. Zewnętrzna warstwa kabla jest wykonana z polietylenu.

RGN4DT22Lgxn6

Grafika przedstawia przekrój kabla światłowodowego. W centrum znajdują się włókna zamknięte w ścisłej tubie wypełnionej żelem hydrofobowym. Warstwę ochronną stanowią włókna aramidowe, a najbardziej zewnętrzna, czarna warstwa kabla wykonana jest z tworzywa.

RWuz4ohGxYrNN

Grafika przedstawia płaskie odwzorowanie przekroju kabla światłowodowego. Rysunek składa się z okręgów: największy, czarny, to warstwa zewnętrzna kabla, kolejny, żółty, to włókna aramidowe, następny, szary, ilustruje tubę, kolejny, biały, to żel hydrofobowy. W centrum znajdują się dwa okrągłe punkty, czerwony i zielony, które reprezentują włókna światłowodowe.

RKBktAX8MpmAW

Grafika przedstawia budowę kabla światłowodowego w tubie luźnej. W centrum znajduje się wiązka włókien światłowodowych w kolorowych osłonkach. Otacza je luźna tuba wypełniona żelem ochronnym Kolejna warstwa to włókna szklane stanowiące ochronę. Kabel wzmocniony jest przez dwa żółte pręty FRP, których końcówki wystają z powłoki zewnętrznej kabla. Czerwono‑biała końcówka to fragment linki pomocniczej (ripcordu), która służy do usuwania zewnętrznej powłoki kabla. Zewnętrzna, czarna warstwa jest wykonana z tworzywa.

R1CevTZ02Sy9j

Grafika przedstawia przekrój kabla światłowodowego z tubą luźną. Składa się z kilku okręgów o zmniejszającej się średnicy. Zewnętrzna, czarna warstwa to powłoka z tworzywa, w której umieszczone są dwa pręty wzmacniające FRP, przedstawione jako białe punkty. Kolejna warstwa to włókna szklane, wśród których umieszczona jest linka pomocnicza (ripcord) przedstawiona jako czerwony punkcik. Pod włóknami szklanymi znajduje się luźna tuba wypełniona żelem ochronnym, a w samym centrum włókna światłowodowe przedstawione jako kolorowe punkty ułożone w okręgu.

RzQKeKSkOf9rc

Grafika przedstawia budowę kabla światłowodowego płaskiego. Kabel jest podwójny, otoczony powłoką z tworzywa, wzmocniony dwoma prętami ARP. W centralnej części znajdują się dwa włókna światłowodowe pokryte kolorowymi warstwami ochronnymi.

RqiuXH5r5ZeuK

Grafika przedstawia przekrój kabla światłowodowego płaskiego. Powłokę zewnętrzną reprezentują dwa czarne złączone elementy, kształtem zbliżone do kwadratów z zaokrąglonymi rogami. W środku każdego z nich znajduje się biały punkt, który przedstawia pręt wzmacniający ARP. W centralnej części grafiki znajdują się dwa małe punkty: czerwony i niebieski, które reprezentują włókna światłowodowe.

Projektowanie linii światłowodowej należy rozpocząć od zaplanowania maksymalnego zasięgu transmisji toru optycznego. W tym celu przeprowadza się bilans mocy linii światłowodowej. Bilans mocy to porównanie wartości mocy na wejściu toru optycznego oraz strat i wzmocnień sygnału w linii światłowodowej. Znając te wartości, można dobrać optymalne parametry urządzeń nadawczych i odbiorczych tak, by zapewniały niezakłóconą transmisję sygnału.

Jednostką tłumienności światłowodu jest decybel (dB) oraz decybel odniesiony do miliwata (dBm).

Podczas wyznaczania bilansu mocy optycznej decybel jest jednostką logarytmiczną używaną przy porównywaniu wielkości, z których jedna jest poziomem odniesienia. Dla światłowodów jest to stosunek mocy na wejściu do mocy na wyjściu linii światłowodowej. Natomiast decybele w odniesieniu do miliwata to stosunek wartości mocy wejściowej do 1 mW. Obliczenia mocy w dB i dBm można dokonać przy użyciu równania:

gdzie P1 = moc wejściowa, P2 = moc wyjściowa.

Dobierając parametry urządzeń nadawczych i odbiorczych na linii między urządzeniami końcowymi, należy oszacować:

gdzie:

(PIndeks dolny nad1_nad1; PIndeks dolny nad2_nad2) to zakres poziomu mocy optycznej na wejściu linii światłowodowej wyrażony w dBm. PIndeks dolny nad1_nad1 to maksymalna moc nadajnika, PIndeks dolny nad2_nad2 to minimalna moc nadajnika.

(PIndeks dolny odb1_odb1; PIndeks dolny odb2_odb2) to zakres czułości fotodetektora wyrażona w dBm. PIndeks dolny odb1_odb1 to maksymalna czułość odbiornika, PIndeks dolny odb2_odb2 to minimalna czułość odbiornika.

PIndeks dolny s_s to całkowite straty linii światłowodowej, czyli tłumienie wprowadzanie przez światłowód, złącza optyczne, spawy światłowodowe wyrażone w dB.

PIndeks dolny z_z to całkowite wzmocnienie wprowadzane przez wzmacniacze optyczne wyrażone w dB.

PIndeks dolny m_m to margines bezpieczeństwa uwzględniający starzenie się elementów nadawczo‑odbiorczych, wpływ temperatury na urządzenia elektroniczne i elektrooptyczne, straty mocy na zgięciach światłowodów itp. wyrażony w dB. Wartość marginesu mocy przyjmuje się w granicach od 3 do 6 dB.

Trasę linii światłowodowej należy wyznaczać tak, aby w jej przebiegu ograniczyć do minimum:

• liczbę przejść linii przez obszary o zwiększonym zagrożeniu pożarem lub wybuchem;

• liczbę skrzyżowań linii z innymi urządzeniami uzbrojenia terenowego;

• liczbę przejść przez ściany i stropy;

• liczbę przejść i zbliżeń do cieków wodnych, zbiorników wodnych oraz instalacji melioracyjnych.

Projektowane linie kablowe powinny być jak najmniej narażone na szkodliwe oddziaływania mechaniczne, środowiskowe oraz środków chemicznych. Trasa linii światłowodowej musi zapewniać ławy dostęp do kabli i innych urządzeń infrastruktury podczas budowy i eksploatacji. Trasy kabli powinny przebiegać pod ciekami wodnymi, omijając mosty i trasy nad przepustami.

Odcinki instalacyjne kabli powinny być tak ułożone, aby złącza kabli światłowodowych były zlokalizowane w miejscach łatwo dostępnych, nienarażonych na zalewanie, podmywanie lub osuwanie się gruntu, co najmniej 5 m od brzegów dużych rowów i kanałów ściekowych. Złącza kabli światłowodowych należy umieszczać w studniach kablowych albo w zasobnikach złączowych zapewniających szczelność przez cały okres eksploatacji.

W studniach kablowych i zasobnikach należy oznaczyć trwale znajdujące się rurociągi kablowe i kable optotelekomunikacyjne (np. za pomocą zawieszek). Oznaczenie należy umieścić przy wejściu i wyjściu rurociągu ze studni.

Narzędzia do obróbki kabli światłowodowych

Montaż i konserwacja sieci światłowodowych wymagają wykonania dokładnych i pewnych połączeń. Niekoniecznie jest to prosta czynność i wymaga zastosowania wysokiej jakości narzędzi optycznych. Każdy instalator linii światłowodowych powinien w związku z tym zadbać o odpowiednie narzędzia. Oto kilka podstawowych.

• Stripper służy do zdejmowania izolacji z przewodów, co jest konieczne do wykonania połączeń przewodu z urządzeniem końcowym. Ze względu na różne rodzaje przewodów stosowane są różne strippery, np. do zdejmowania warstwy ochronnej ze światłowodu (warstwa ochronna nie nadaje się do spawania, pozostawia się włókno złożone z rdzenia i płaszcza).

R6BOTlWiV2RHp

Na grafice przedstawiony jest stripper. Jest to narzędzie do usuwania izolacji z końcówek kabli, bez naruszania elementów wewnętrznych. Narzędzie to jest małe i ma ergonomiczny kształt. Składa się z dwóch uchwytów, zakończonych ostrzami tnącymi. Ostrza te są tak wyprofilowane, że po zaciśnięciu tworzą okrągły otwór, w którym umieszcza się kabel. Dzięki temu narzędzie zapewnia lepszy chwyt i trzymanie przewodu podczas skrawania lub obcinania.

Rsiw6gOFoVXHQ

Grafika przedstawia narzędzie wykonane z tworzywa, w kształcie dwóch ramion. W miejscu, gdzie ramiona się łączą, wewnątrz, umieszczone jest ostrze, które służy do przecinania tuby światłowodu. Można to zrobić, zaciskając ostrze wokół tuby i wykonując stripperem ruch obrotowy wokół niej.

• Czyścik do złącz światłowodowych stosuje się, aby zapewnić odpowiednie parametry toru światłowodowego. Czyści się nim czoło złącza, czyli idealnie płaską i gładką powierzchnię końcową włókna światłowodowego, która jest dopasowana do czoła włókna w drugim złączu. W przeciwnym razie zanieczyszczenia mogą zakłócić transmisję.

R5xatk0xXOKZZ

Ilustracja przedstawia czyścik do złącz światłowodowych. Jest to narzędzie służące do czyszczenia końcówek złączy światłowodowych. Składa się z trzonka zakończonego szczoteczką. Część górna jest chroniona osłonką. Osłonka jest przezroczysta. Posiada także cienką, elastyczną rurkę, która uniemożliwia jej uszkodzenie.

• Nożyce do kevlaru przeznaczone są do cięcia włókien optycznych oraz włókien wykonanych z kevlaru (aramidu), które tworzą warstwę ochronną dla włókna optycznego.

RDVswlmx354Mq

Ilustracja przedstawia nożyce do kevlaru. Jest to narzędzie, które służy do cięcia włókien kevlarowych. Nożyce wyposażone są w ergonomiczne uchwyty, które zapewniają wygodny i pewny chwyt podczas cięcia. Zakończone są prostymi ostrzami, które są w stanie przeciąć mocne i odporne na przecięcie włókno.

Urządzenia do spawania kabli światłowodowych

• Gilotyna do włókien stosowana w celu wykonania precyzyjnego cięcia włókna światłowodowego, co ma wpływ na jakość transmisji i połączenia.

Rcmzcvtp1MtYw

Grafika przedstawia otwarta gilotynę do włókien światłowodowych. Urządzenie składa się z metalowego korpusu, w którym umieszcza się włókno. Zamknięcie gilotyny powoduje, że znajdujące się wewnątrz ostrze przycina włókno.

• Spawarka światłowodowa

R1VsyLyJqV77a

Grafika przedstawia spawarkę światłowodową wykorzystującą technologię centrowania do rdzenia. Korpus ma kształt prostopadłościanu, a krawędzie są masywniejsze niż pozostałe elementy obudowy. W przedniej części umieszczony jest ekran LCD, który wyświetla informacje o procesie spawania, a nad nim znajduje się tabliczka z nazwą modelu. W górnej części obudowy znajduje się ruchoma klapa dociskowa, która po podniesieniu umożliwia dostęp do wnętrza. Na klapie widoczny jest znak trójkąta ostrzegawczego. Wewnątrz pod klapą znajdują się przyciski sterowania urządzeniem oraz miejsce na ułożenie ciętego kabla. Grafika pokazuje poszczególne elementy budowy spawarki: 1) zgrzewarkę osłonki spawu; 2) uchwyty do włókien; 3) optykę centrowania, 4) elektrody.

R2c7tynf8ZiKN

Grafika przedstawia spawarkę światłowodową wykorzystującą technologię centrowania do płaszcza. Korpus ma kształt płaskiego prostopadłościanu. W przedniej części umieszczony jest ekran dotykowy LCD, który wyświetla informacje o procesie spawania, i umożliwia wybór funkcji. W górnej części obudowy znajduje się ruchoma klapa dociskowa, która po podniesieniu umożliwia dostęp do wnętrza. Wewnątrz pod klapą znajdują się przyciski sterowania urządzeniem oraz miejsce na ułożenie ciętego kabla. Grafika pokazuje także elementy budowy spawarki: 1) zgrzewarkę osłonki spawu; 2) uchwyty do włókien; 3) optykę centrowania, 4) elektrody.

Spawarka światłowodowa to urządzenie wyspecjalizowane, służące do łączenia włókien, czyli do tzw. spawania światłowodów. Stanowi podstawowy przyrząd każdego instalatora pracującego w technice światłowodowej. W technice spawania światłowodów wyróżnia się dwa rodzaje technologii centrowania włókien światłowodowych: aktywne, czyli centrowanie do rdzenia, oraz pasywne, czyli centrowanie do płaszcza.

• Centrowanie do rdzenia polega na łączeniu dwóch lub więcej światłowodów w taki sposób, aby rdzenie światłowodów były dokładnie osiowe względem siebie. Spawarka wykonuje w tym celu serię powiększeń, aby wyszukać rdzenie obu łączonych włókien, a następnie ustawia rdzenie idealnie naprzeciwko siebie. Poprawne centrowanie rdzeni światłowodów jest kluczowe dla minimalizowania strat w trakcie przesyłania światła i powoduje, że światło jest skutecznie przekazywane z jednego światłowodu do drugiego. Jest to najpopularniejszy sposób centrowania, zapewniający dużą dokładność spawania. Centrowanie do rdzenia stosuje się przede wszystkim w dużych sieciach, wymaga zastosowania spawarek wysokiej klasy.

RIk5rRyiHkSpw

Grafika przedstawia sposób centrowania do rdzenia. Po lewej i po prawej stronie grafiki narysowano dwie szerokie szare linie równoległe wobec siebie, symbolizujące włókna światłowodowe. W centrum grafiki linie są rozdzielone (przerwa symbolizuje granicę dwóch włókien). Pomiędzy szarymi liniami, w środku wzdłuż całej ich długości, biegnie cienka zielona łamana linia, która symbolizuje falę świetlną.

• centrowanie do płaszcza to sposób dopasowania włókien na podstawie ich płaszczy, których średnica wynosi standardowo 125 μmum. Połączenia tego typu mogą charakteryzować się nieco wyższym tłumieniem, ale z powodzeniem sprawdzą się w instalacjach FTTH, w których zgodnie z normami tłumienie toru budynkowego nie może przekroczyć 1,2 dB oraz w sieciach światłowodowych, w których na trasie urządzenie‑urządzenie jest nie więcej niż kilka spawów, takich jak sieci LAN, sieci CCTV.

R1G7yFTEDjPBw

Grafika przedstawia sposób centrowania do płaszcza. Po lewej i po prawej stronie grafiki narysowano dwie szerokie szare linie lekko przesunięte względem siebie wobec siebie w kierunku góra/dół, symbolizujące włókna światłowodowe. W centrum grafiki linie są rozdzielone (przerwa symbolizuje granicę dwóch włókien). Pomiędzy szarymi liniami, w środku wzdłuż całej ich długości, biegnie cienka zielona łamana linia, która symbolizuje falę świetlną. Na granicy między włóknami bieg fali świetlnej jest lekko zaburzony.

Urządzenia pomiarowe do sieci światłowodowej

Do prawidłowego funkcjonowania łączy światłowodowych konieczna jest ich właściwa konserwacja i obserwacja. Dlatego niezbędne jest używanie odpowiednich przyrządów pomiarowych, aby zidentyfikować możliwe uszkodzenia, które nie zapewniałyby wymaganych parametrów transmisji.

• Reflektometry optyczne to urządzenia służące do lokalizowania zdarzeń oraz różnego rodzaju uszkodzeń włókna światłowodowego. Charakteryzują się dużą precyzją pracy w różnych długościach fal optycznych. Pozwala to na wykorzystanie jednego urządzenia w wielu sytuacjach.

R1IzIEwNFKfwb

Reflektometr światłowodowy to urządzenie, które służy do pomiaru parametrów światłowodowych. Jest to ergonomiczne urządzenie mobilne. Kształt obudowy przypomina prostopadłościan. W części przedniej znajduje się ekran wyświetlacza, gdzie prezentowane są wyniki mocy, tłumienia i strat sygnału odbitego. Widoczne są dane w postaci cyfrowej oraz wykresy. Pod ekranem znajduje się panel z przyciskami sterującymi. W części górnej korpusu umieszczony jest port wejściowy.

R13BhXRVO5LSD

Grafika przedstawia przykład rzeczywistego reflektogramu. Linia światłowodowa przedstawiona na reflektogramie obejmuje: 150 m (w istocie 150 m oraz 2 × 1,5 przyłącza, w sumie 153 m) włókna rozbiegowego (wartość 161 m dla pierwszego zdarzenia wynika z występowania strefy martwej – dystans prawidłowo naliczany jest od 8 m); zdarzenia na 161 m, które przez reflektometr oznaczone zostało jako spaw o tłumieniu 0,26 dB. W rzeczywistości jest to połączenie rozbiegówki z mierzonym torem. Połączenie to jest połączeniem SC/APC bardzo wysokiej jakości i o bardzo niskiej reflektancji. Połączenie to wykazuje więc tłumienie typowe dla złącza, natomiast jego reflektancja jest tak niska, że nie jest rejestrowane jako złącze, a właśnie jako spaw. Nierzadko w takich sytuacjach, dla „poprawienia” reflektogramu, osoby wykonujące pomiar specjalnie brudzą złącze, aby wykazało ono charakter reflektancyjny (odbiło światło) i uwidoczniło się na wykresie; 172 m światłowodu (odcinek 161–333 m) do złącza rozłączonego o tłumieniu 0,14 dB i reflektancji 48,36 dB (tutaj zdarzenie obejmuje również 1 spaw); 30 m patchcordu (odcinek 333–363 m) do złącza rozłączonego o tłumieniu 0,32 dB i reflektancji 47,85 dB (tutaj zdarzenie obejmuje również 1 spaw); 41 m światłowodu, którego zakończenie stanowi koniec mierzonej linii światłowodowej.

• Miernik mocy optycznej to urządzenie pomiarowe pozwalające na sprawdzenie poziomu mocy optycznej w poszczególnych punktach sieci oraz strat powstających w sieci.

R19LuS4JvegkJ

Grafika przedstawia miernik mocy optycznej. Obudowa urządzenia ma kształt prostokątny z lekko zaokrąglonymi krawędziami w dolnej części. Na przednim panelu znajdują się cztery przyciski funkcyjne a nad nimi wyświetlacz LED, który pokazuje wartości pomiarowe. Powyżej wyświetlacza umieszczono logotyp producenta, a w górnej części znajduje się złącze dla przewodu pomiarowego.

• Źródło lasera widzialnego (wizualny lokalizator uszkodzeń) emituje promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali $650 \text{nm}$. Stosowane jest do identyfikacji włókien oraz lokalizacji uszkodzeń w przypadku źle wykonanych spawów i zbyt dużych zgięć kabla.

R1bCvjvJlhhdz

Na grafice przedstawiony jest lokalizator uszkodzeń. Urządzenie to służy do wykrywania uszkodzeń w sieciach światłowodowych za pomocą światła czerwonego lasera. Obudowa urządzenia ma kształt walca, a laser znajduje się wewnątrz tulei, która zabezpieczona jest nakrętką z tworzywa sztucznego. Dzięki temu rozwiązaniu laser jest bezpiecznie chroniony przed uszkodzeniem. Urządzenie umożliwia wykrycie uszkodzeń na odległość do 5 km.

• Stabilizowane źródło światła laserowego to urządzenie emitujące promieniowanie elektromagnetyczne o określonej długości fali i mocy optycznej. W sieciach optycznych urządzenie jest wykorzystywane do identyfikacji konkretnych włókien światłowodowych i, wraz z miernikiem mocy optycznej, do pomiaru strat mocy optycznej.

R1XpjfAjpRiD0

Na grafice widoczny jest model urządzenia emitującego promieniowanie elektromagnetyczne. Korpus stabilizowanego źródła lasera przypomina prostopadłościan z lekko zaokrąglonymi krawędziami w dolnej części. Na przedniej ścianie urządzenia umieszczony jest wyświetlacz, na którym można odczytać informacje o pracy lasera. Poniżej ekranu znajduje się panel z przyciskami funkcyjnymi, które pozwalają na regulację lub zmianę parametrów pracy lasera. W górnej części obudowy widoczne jest złącze a w nim żółty kabel.

• Identyfikatory transmisji służą do wykrywania sygnału optycznego we włóknie, pozwalają na określenie jego typu oraz kierunku. Pomiar wykonywany za ich pomocą jest nieinwazyjny i nie wprowadza zakłóceń dla sygnału.

R1LZ9ajIfMtv3

Grafika przedstawia cyfrowy identyfikator transmisji włókna optycznego. Jest to niewielkie urządzenie o kształcie przypominającym długi prostopadłościan. Na jednym z końców znajduje się miejsce, gdzie wsunięte jest badane włókno optyczne. Poniżej wbudowany jest niewielki wyświetlacz cyfrowy, który pokazuje informacje o identyfikowanej transmisji.

• Inspektor czystości złączy (mikroskop optyczny) dzięki zastosowaniu kamery o wysokim stopniu powiększenia pozwala na precyzyjną i dokładną kontrolę jakości powierzchni czołowej złącza.

R1DSvqyhitzM4

Widoczny na grafice model to wideoinspektor złączy i adapterów. Jest to urządzenie w kształcie kompaktowego prostopadłościanu z wyświetlaczem LED. Pod wyświetlaczem znajdują się przyciski funkcyjne. Urządzenie jest połączone z rękojeścią. Na jej końcu znajduje się długa końcówka z kamerę. Urządzenie to jest wykorzystywane do wizualnej inspekcji trudno dostępnych miejsc, takich jak rury kanalizacyjne, instalacje wentylacyjne i wiele innych. Spiralny elastyczny kabel umożliwia łatwe manewrowanie końcówką w różnych kierunkach.

• Tester Ethernet to urządzenie przeznaczone do testowania instalacji sieci Ethernet. Może pomóc w zlokalizowaniu przerw w kablu światłowodowym lub zakłóceń sygnału. Używa się go także do pomiaru różnych parametrów, np. prędkości transmisji danych, opóźnień, błędów transmisji.

RpXPY5JySMluF

Na grafice przedstawiony jest tester sieci Ethernet. Jest to mobilne urządzenie służące do testowania i diagnostyki. Wygląd zewnętrzny przypomina kalkulator. Na przedniej części urządzenia znajduje się ekran LCD, który wyświetla informacje o stanie sieci oraz wyniki testów. Pod ekranem znajdują się przyciski funkcyjne, które umożliwiają nawigację po menu i wybór różnych funkcji.

• Analizatory CWDM i DWDM umożliwiają przeprowadzenie diagnostyki łącza w sieciach CWDM oraz DWDM. Sieć CWDM/DWDM charakteryzuje się wieloma sygnałami optycznymi w jednym łączu, tzw. multipleksacją, na różnych długościach fal.

R1Nu6la7EIU8k

Grafika przedstawia model optycznego miernika kanałów CWDM. Jest to urządzenie służące do pomiaru mocy sygnałów światłowodowych w systemach transmisji światłowodowej. Korpus wyglądem zewnętrznym przypomina prostopadłościenną skrzyneczkę. W części górnej znajdują się dwa wtyki. Na części frontowej umieszczony jest ekran wyświetlacza. Pod ekranem na panelu przycisków znajduje się między innymi przycisk uruchamiania, nawigacji we wszystkich kierunkach, cofania wykonanych działań.

• Platforma testowa to urządzenie wielofunkcyjne przeznaczone do testowania sieci optycznych. Umożliwia pomiar strat w połączeniach światłowodowych, co jest kluczowe dla zapewnienia właściwej jakości transmisji. Lokalizuje i identyfikuje ewentualne usterki w sieci. Może być wykorzystywana do pomiarów różnych parametrów, takich jak straty w połączeniach, tłumienie, długość fali.

RTm4uHq3HCfkg

Na grafice znajduje się model platformy testowej. Jest to urządzenie do wykonywania testów sieci. Na przedniej ściance umieszczono duży, dotykowy ekran z intuicyjnym menu. Przy samej krawędzi ekranu po prawej stronie znajduje się panel z wygodnymi przyciskami strzałkowymi w kierunkach góra, dół, lewo i prawo, które pozwalają na precyzyjną nawigację po menu. Na górnym panelu urządzenia, umieszczony jest także przycisk włączania, a po lewej stronie widnieje nazwa i model urządzenia. W części górnej znajdują się dwa złącza.

• Rozbiegówka światłowodowa (włókna rozbiegowe) wykorzystywana jest przy pomiarach reflektometrem w celu sprawdzenia sieci, stanowi patchcord światłowodowy typu simplex. Składa się z pojedynczego włókna o długości od 100 m do 5000 m. Cechą rozbiegówki są wysokiej jakości złącza (jedno odpowiada złączu reflektometru, a drugie złączu w mierzonej sieci). Typ włókna, które zastosowano w rozbiegówce, powinien odpowiadać typowi włókna wykorzystanemu do budowy sieci.

RJeDS1hYLMf3D

Grafika przedstawia zwinięty żółty kabel światłowodowy. Dwa jego końce podłączone są do czarnego prostopadłościanu, a dwa przeciwległe końce zakończone są złączkami: zieloną i niebieską. Zwój kabla spięty jest rzepami, które chronią go przed rozwijaniem się.

Diagnostyka łączy światłowodowych powinna być wykonywana na bieżąco i regularnie nawet w przypadku małych instalacji. Wynika to z faktu, że należy lokalizować przypadki wystąpienia zwiększonego tłumienia sygnału powodowanego np. przez zmiany długości fali – połączenie $1310 \text{nm}$ zastąpiono urządzeniami o długości $1550 \text{nm}$. Jest to spowodowane faktem, że zwiększone tłumienie sygnału dla mniejszych długości fal może spowodować zanik sygnału przy większej długości fali. Ponadto wykonywanie pomiarów jest bardzo istotne w miejscach szczególnie narażonych na występowanie dużych zanieczyszczeń.

Ważną czynnością w zakresie konserwacji instalacji światłowodowej jest czyszczenie złączy. Wprawdzie zwiększa to koszty eksploatacyjne (koszt narzędzi i materiałów), jednak jest ważne ze względu na poziom zakłóceń i tłumienie sygnału. Na czyszczenie złączy należy zwrócić szczególną uwagę przez wzgląd na reflektancję, czyli zjawisko odbijania sygnału przez złącze. Na poziom tego zjawiska mają wpływ nawet małe zabrudzenia. Wartość reflektancji można pominąć jedynie w małych systemach światłowodowych, takich jak sieci LAN, systemy monitoringu CCTV, które pracują przy długości fali 1310 nm (zwykle moc sygnału w tych układach przekracza wartość wymaganą).

Przygotowanie kabla do łączenia

Jest to bardzo wymagający etap, gdyż wiąże się z koniecznością zachowania dużej czystości i precyzji wykonania łącza. Odbywa się w kilku krokach:

• zdjęcie warstwy ochronnej włókna za pomocą strippera obrotowego,

ROM0P1WBe5I0U

Zdjęcie przedstawia przygotowanie włókna do ucięcia za pomocą strippera. Widoczne są palce trzymające wiązkę włókien światłowodowych. Dwa włókna są już pozbawione tuby, trzecie jest uchwycone przez stripper, który służy do zdejmowania tuby.

• czyszczenie włókna (stosuje się alkohol izopropylowy i chusteczki bezpyłowe),

RWDBnlrnLdmx4

Widoczne schematyczne rysunki przedstawiają złą i dobrą praktykę czyszczenia kabla światłowodowego. Prawidłowo wykonane czynności wykonywane są jedynie przy użyciu alkoholu izopropylowego i specjalnych chusteczek. Należy unikać kontaktu kabla z kurzem. Z uwagi na delikatne włókna i możliwość uszkodzenia, ruchy podczas czyszczenia powinny być ostrożne.

• cięcie włókna,

RTaMFKQTjGQFa

Widoczne schematyczne rysunki przedstawiają prawidłowo i nieprawidłowo wykonane cięcie włókna światłowodowego. Aby prawidłowo przyciąć włókno światłowodowe, należy najpierw ułożyć je w szczypce ściskacza, a następnie delikatnie docisnąć szczękę. Ważne jest, aby nie wywierać na włókno zbyt dużej siły. Cięcie powinno być wykonane ostrzem i być gładkie oraz proste.

Łączenie włókien może być wykonane przez spawanie, przez wykorzystanie złączy mechanicznych lub metodą wklejania.

1. Spawanie metodą termiczną, przy którym wykorzystywany jest łuk elektryczny nadtapiający światłowody, wykonuje się przy użyciu spawarek światłowodowych (więcej informacji na ten temat znajdziesz w filmie instruktażowymD3ztB4i4hfilmie instruktażowym zamieszczonym w lekcji).

2. Spawy mechaniczne wykonuje się przy użyciu obudowy z tworzywa sztucznego. Włókna są ustawiane osiowo względem siebie, a połączenie uzupełnia się żelem optycznym, aby wyeliminować niedokładności i zapobiec stratom mocy. Spawy mechaniczne stosuje się np. do łączenia kabla dystrybucyjnego z pigtailami w przełącznicach budynkowych oraz do naprawy uszkodzonych linii optycznych.

R9wn2fWsbDocd

Grafika przedstawia spaw mechaniczny, który służy do łączenia włókien światłowodowych. Jest to czarny wydłużony prostopadłościan ze zwężającymi się końcówkami, zakończonymi tulejkami. Przedmiot wykonany jest z tworzywa. Na środku znajduje się żółta klapka, którą podnosi się, żeby umieścić w spawie włókno światłowodowe.

3. Łączenie metodą wklejania wymaga zastosowania klejów epoksydowych.

Instalacja światłowodowa musi zawierać trzy podstawowe elementy: źródło światła, światłowód oraz odbiornik światła. Elementy te zostały już omówione w poprzednich rozdziałach. Aby jednak spełniać warunki transmisji sygnału w sieciach telekomunikacyjnych i internetowych, w instalacjach muszą znajdować się jeszcze dodatkowe urządzenia.

• Sprzęgacze światłowodowe (splittery optyczne) to urządzenia pasywne sieci światłowodowej. Służą do dzielenia sygnału świetlnego z jednego portu na kilka lub do łączenia sygnału z kilku portów do jednego w sieci między terminalami. Splittery można podzielić na symetryczne, w których moc dzielona jest równo pomiędzy porty, oraz niesymetryczne, w których każdy port ma przypisany inny procent mocy.

RQNzSa3jkfq17

Splitter (sprzęgacz) światłowodowy składa się z płaskiego korpusu. W korpusie znajduje się otwór, przez który przeprowadza się wtyki końcówek kabli. Widoczna jest wiązka żółtych kabli, zakończonych zielonymi końcówkami, pigtailami, umożliwiającymi łatwe i szybkie podłączenie ich do innych kabli lub urządzeń.

• Przełącznik optyczny jest to optyczne urządzenie światłowodowe, które zachowuje optyczną formę sygnału dla każdej szybkości i protokołu transmisji. Przełączniki mogą rozdzielać sygnał ze względu na długość fali i następnie przesyłać je do różnych portów. Współczesne przełączniki łączące linie światłowodowe są urządzeniami elektro‑optycznymi, w których fotony z linii światłowodowej zamieniane są na sygnały elektryczne (układ elektroniczny), po czym sygnał elektryczny ponownie zamieniany jest na optyczny i wprowadzany do światłowodu.

R1B6Z2uLa0bqy

Przełącznik optyczny na grafice to niewielki element wyglądem przypominający kostkę. Na części przedniej ścianie znajduje się dioda sygnalizująca działanie urządzenia. Na bocznej ścianie znajdują się dwa wyjścia oznaczone jako OUT 1 i OUT 2. Na tylnej ścianie znajduje się wejście zasilające oznaczone jako DC 5 V.

• Multipleksery światłowodowe umożliwiają zwielokrotnienie przepustowości łącza poprzez przesyłanie w jednym kanale fizycznym od kilku do kilkuset kanałów logicznych w technologii WDM. Każdy z tych kanałów jest wydzielony poprzez różne długości fali; WDM umożliwia zwielokrotnienie przepływności światłowodu przez równoległą, równoczesną i niezależną transmisję wielu kanałów optycznych, czyli promieni laserowych o różnych długościach fali świetlnej; przesyłanie informacji w technologii WDM odbywa się jednym włóknem światłowodowym na 2–4 różnych częstotliwościach fal świetlnych. Gęstsze zwielokrotnianie – powyżej 4 i nie więcej niż 100 fal w jednym oknie – nazywa się DWDM, a powyżej – UDWDM. Z kolei demultiplekser światłowodowy pozwala na przesłanie informacji ze światłowodu na kilka torów transmisyjnych.

RJWvrpgS9JiK4

Multiplekser światłowodowy przedstawiony na grafice to urządzenie w kształcie płaskiego prostopadłościanu, w którym po trzy ułożone są gniazda wejściowe dla poszczególnych sygnałów. Są one ułożone szeregowo.

• Szerokopasmowy wzmacniacz optyczny EFDA (ang. Erbium‑Doped Fiber Amplifier) to wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem dla systemu WDM. Wzmacnia sygnał optyczny bez konieczności przekształcania go na sygnał elektryczny przed wzmocnieniem. Wzmacniacz pozwala na równoczesną transmisję wielu optycznych fal nośnych o innych częstotliwościach w pojedynczym włóknie światłowodowym. Każda z fal nośnych stanowi odrębny kanał transmisyjny. Sumaryczna przepływność takiego włókna ze wzmacniaczami EDFA ulega zwielokrotnieniu przez liczbę fal nośnych prowadzonych we włóknie światłowodowym, np. 2,5 Gb/s x 4 = 10 Gb/s. W zaawansowanych systemach zwielokrotnienia w jednym włóknie optycznym mieści się kilkaset kanałów optycznych, osiągając pojemność transmisyjną nawet w Tb/s. W celu zwiększenia zasięgu instaluje się wzmacniacze optyczne i elementy kompensujące.

R1EMRFrE69JnC

Przedstawiony na grafice wzmacniacz optyczny to niewielki, wąski prostopadłościenny element, którego górną część pokrywa przezroczysta klapka.

• Tłumiki światłowodowe stosuje się w celu zmniejszenia wartości mocy optycznej sygnału. Jest to istotne w przypadku dopasowania mocy do wartości tolerowanej przez odbiornik.

RzrydZClzuQuk

Tłumik światłowodowy to mały element, który ma kształt podobny do wtyku światłowodowego. Z jednej strony posiada wystającą tuleję, która pozwala na podłączenie tłumika do urządzenia lub kabla światłowodowego. Z drugiej strony tłumik jest zakończony płaskim plastikowym elementem, który może służyć osłabieniu sygnału światłowodowego.

• Adaptery (couplery) stosowane są przy łączeniu dwóch włókien zakończonych złączem tego samego lub różnych typów.

R100wCLYMivEb

Grafika prezentuje adapter. Jest to niewielkie element służące do połączenia dwóch złącz światłowodowych. Ma prostokątny kształt, a na końcach znajdują się dwa identyczne otwory.

• Mufa światłowodowa służy do ochrony połączenia światłowodów.

RbodzGXfQXLLQ

Grafika przedstawia mufę światłowodową. Mufa światłowodowa to element stosowany w sieciach telekomunikacyjnych do łączenia i ochrony kabli światłowodowych. Jest to urządzenie zamontowane w obudowie w kształcie prostokątnego korpusu wykonanego z tworzywa sztucznego. Na bokach korpusu widoczne są otwory, przez które wprowadza się kable światłowodowe, a następnie mocuje je wewnątrz korpusu

Rkz2GVhf8QVIz

Wnętrze mufy światłowodowej zawiera białą tackę o owalnym kształcie, na której rozkłada się włókna światłowodowe, porządkując je dzięki specjalnym rowkom.

• Szybkozłącza (złącza rozłączne) pozwalają na montaż złącza na końcu włókna bez użycia spawarki. Złącza rozłączne może mieć gorsze parametry niż złącze spawane, ale stosuje się je ze względu na łatwość zestawiania połączeń i możliwość szybkiego dokonywania zmian w infrastrukturze sieci.

Wyróżnia się następujące rodzaje złącz rozłącznych:

R9BS7GswubC8z

Grafika przedstawia dwa złącza: czerwone i czarne, oba zakończone są karbowaną metalową nasadka, z której wystaje małe tulejki wykonane z białego tworzywa.

RI7PH3eY8uTI5

Grafika przedstawia dwie złączki, czerwona i czarną, połączone ze sobą w plastikowym małym korpusie oznaczonym z jednej strony literą A, a z drugiej literą B. Z obu stron korpusu wystają małe tulejki wykonane z białego tworzywa.

RgOahCquM2gMj

Grafik przedstawia dwie złączki: czerwoną i czarną. Obie zakończone są korpusem wykonanym z tworzywa, z zatrzaskiem. Jedna ze złączek jest zamknięta przez ochronną tulejkę, w drugiej, otwartej, widać styk wykonany z tworzywa.

ROgyCr27xvrut

Grafika przedstawia dwie złączki: czerwoną i czarną. Obie są zakończone metalową karbowaną nasadką. Czarna złączka jest zamknięta ochronną tulejką, w czerwonej, otwartej, widać styk wykonany z tworzywa.

• Pigtail to krótki kabel światłowodowy fabrycznie zakończone złączem tylko z jednej strony. Pigtaile stosowane są w okablowaniu wewnętrznym.

R1Tanc5c9DIkw

Grafika przedstawia zwinięty żółty kabel światłowodowy. Na jednym końcu kabla znajduje się zielone złącze w kształcie prostopadłościanu.

• Patchcord to kabel światłowodowy stosowany w okablowaniu wewnętrznym, z obu stron zakończony złączem. Służy on do łączenia różnych urządzeń i elementów sieci światłowodowej i przekazywania sygnałów światłowodowych między tymi urządzeniami. Patchcordy pozwalają na elastyczne i szybkie łączenie i rozłączanie komponentów sieci światłowodowej.

RMLk1l9zOu21V

Grafika przedstawia zwój żółtych kabli światłowodowych. Kable są cienkie, a na obu ich końcach znajdują się zielone złącza.

1. Przy pracach prowadzonych ze światłowodami należy zachować szczególną ostrożność. 

2. Ułamane lub odcięte końce światłowodu są bardzo ostre. Ich niewielkie fragmenty mogą przez nos lub skaleczenia dostać się do krwioobiegu, serca i mózgu, co może poważnie zagrażać zdrowiu. Są także szczególnie niebezpieczne dla oczu, ust i skóry twarzy. Krótkie odcinki kabli i włókien światłowodowych powinny być starannie zbierane i wkładane do specjalnych pojemników, a następnie likwidowane w taki sposób, aby nie były bezpośrednio dostępne dla osób nieświadomych ich szkodliwości.

3. Monterzy i technicy powinni być przeszkoleni z zakresu techniki obchodzenia się z kablami i włóknami światłowodowymi w czasie ich obróbki i montażu oraz pracy z urządzeniami i przyrządami emitującymi światło laserowe.

4. Przyrządy stosowane do pomiarów parametrów transmisyjnych kabli, linii i urządzeń światłowodowych oraz urządzenia teletransmisyjne są wyposażone w lasery, będące źródłem niewidzialnego promieniowania optycznego dużej mocy, szczególnie niebezpiecznego dla wzroku. Nie wolno więc patrzeć bezpośrednio w: porty urządzeń, porty na przełącznicy światłowodowej, czoła otwartych złączy, czoła światłowodów.

RqZrNS7Hllh73

Grafika przedstawia piktogram ostrzegawczy: Zagrożenie promieniowaniem laserowym. Jest to żółty trójkąt równoboczny otoczony czarną ramką. Wewnątrz trójkąta znajduje się czarny punkt, od którego odchodzą krótsze i dłuższe promienie.

Przejdź do animacji „Wytwarzanie włókien i propagacja światła we włóknach, budowa i wytwarzanie kabli światłowodowych”DOg5e30gFPrzejdź do animacji „Wytwarzanie włókien i propagacja światła we włóknach, budowa i wytwarzanie kabli światłowodowych”

Wróć do spisu treściDxc7o3Y5YWróć do spisu treści

Powrót do materiału głównegoDJ7PjTKBRPowrót do materiału głównego