Włókna światłowodowe klasyfikuje się według ich średnicy, tłumienności, dyspersji, zakresu zmian współczynnika załamania oraz liczby prowadzonych modów (promieni wiązki świetlnej).

W najlepszych seryjnie produkowanych światłowodach jednomodowych tłumienność w kolejnych oknach optycznych wynosi w przybliżeniu: I okno (850 nm) – 0,7 dB/km, II okno (1300 nm) – 0,4 dB/km i III okno (1550 nm) – 0,2 dB/km.

Zasadniczą cechą włókna są mody światłowodowe, określające rozkład pola i fizyczny kształt wiązki świetlnej układającej się w światłowodzie.

W światłowodzie wielomodowym przesyłamy wzdłuż osi włókna optycznego wiele dyskretnych modów (promieni świetlnych), o tej samej długości fali i różnej szybkości propagacji.

W opcji jednomodowej stosuje się światłowody o małej średnicy rdzenia (9 µm), porównywalnej z długością fali świetlnej. W układach tych jest prowadzona tylko jedna monochromatyczna wiązka świetlna o stałej szybkości propagacji impulsu, co minimalizuje dyspersję (poszerzenie) i zwiększa efektywną długość toru światłowodowego bez potrzeby regeneracji sygnału.

W telekomunikacji są stosowane następujące rodzaje włókien:

• jednomodowe (J) o własnościach określonych wg ITU‑T G‑652

• jednomodowe z przesuniętą dyspersją (Jp) określone wg ITU‑T G‑653

• jednomodowe o niezerowej dyspersji (Jn) określone wg ITU‑T G‑655

• wielomodowe gradientowe (G 50/125) o własnościach wg ITU‑T G‑651

• wielomodowe gradientowe (G 62,5/125) o własnościach wg ITU‑T G‑651

Jakość systemu światłowodowego określa się za pomocą dwóch powiązanych parametrów: przepływności binarnej B i maksymalnego zasięgu L lub iloczynu tych parametrów B x L.

• Przepływność binarna B – podawana w Mbps (lub Gbps) – jest parametrem ważnym w sieciach tranzytowych, gdzie łączy się ruch z wielu kanałów transmisyjnych i wymagana jest wysoka przepływność.

• Zakres sieci L – podawany w km – określa maksymalną odległość między regeneratorami sieci światłowodowej, zapewniającą dopuszczalny bilans mocy na końcach światłowodu (po uwzględnieniu strat wnoszonych przez tłumienność jednostkową kabla, strat na złączach oraz ubytku mocy optycznej pobieranej przez urządzenie końcowe). Bezpośredni wpływ na długość L ma tłumienność jednostkowa będąca funkcją częstotliwości pracy światłowodu, rodzaju pracy modowej (skokowy, gradientowy, wielomodowy), wielkości dyspersji chromatycznej oraz typu i jakości wykonania nośnika.

• Iloczyn B x L – stosowany do określania pojemności traktu światłowodowego – charakteryzuje parametry transmisyjne linii optycznej. Definiuje nowoczesne sieci światłowodowe o niewielkiej mocy optycznej i znikomej dyspersji (transmisja solitonowa).

Medium transmisyjne światłowodu stanowi szklane włókno kwarcowe wykonane z dwutlenku krzemu o kołowym przekroju, w którym światło jest zamknięte, dzięki otoczeniu nieprzeźroczystym płaszczem centralnie położonego rdzenia.

Średnicę światłowodu określa w mikronach specyfikacja kabla, która podaje zarówno średnicę rdzenia, jak i powłoki zewnętrznej.

We współcześnie produkowanych światłowodach jednomodowych średnica rdzenia wynosi od 4 do 10 mikrometrów (µm), przy średnicy powłoki od 75 do 125 µm. W światłowodach wielomodowych o skokowej (jednorodna struktura rdzenia) lub gradientowej (rdzeń niejednorodny) zmianie współczynnika odbicia średnica rdzenia mieści się w zakresie od 50 do 1000 µm, natomiast zależy od struktury wewnętrznej i wynosi:

• od 125 do 140 µm w światłowodach ze współczynnikiem gradientowym,

• od 125 do 1050 µm w światłowodach ze skokowym współczynnikiem odbicia.

Najczęściej spotykana znormalizowana średnica zewnętrzna płaszcza światłowodu wynosi 125 µm, zaś średnica z pokryciem lakierowym 250 µm. Przykładowo światłowód rekomendowany dla interfejsu FDDI (Fiber Distributed Data Interface) to wielomodowy światłowód 62,5/125, co oznacza, że rdzeń ma średnicę 62,5 µm przy zewnętrznej powłoce płaszcza 125 µm.

Tłumienność jednostkowa – wyrażana w dB/km (rys. 4.3) – określa wielkość strat absorpcyjnych na wszelkiego rodzaju domieszkach, zanieczyszczeniach w materiale rdzenia oraz na skupiskach jonów OH i metali (będących produktem ubocznym w procesie jego tworzenia). Charakterystyka wyróżnia trzy zakresy o obniżonej tłumienności (tzw. okna optyczne), odpowiadające długości podczerwonej fali świetlnej A = 850 nm, 1300 nm i 1550 nm. Dla najlepszych, seryjnie produkowanych światłowodów jednomodowych, tłumienność w kolejnych oknach wynosi (w przybliżeniu): I okno – 0,7 dB/km, II – 0,4 dB/km i III – 0,2 dB/km.

Dyspersja chromatyczna włókna jest parametrem określającym przydatność światłowodu do transmisji długodystansowej. Powoduje ona przenoszenie impulsów świetlnych przez medium w zniekształconej postaci. Deformacja (poszerzenie) impulsu na skutek jej działania rośnie wraz z odległością transmisji i powoduje nierozróżnialność kolejnych impulsów. Wpływając na zmianę współczynnika załamania światła w medium transmisyjnym, możemy uzyskać dwa typy dyspersji:

• dyspersję normalną, przy której fale dłuższe przemieszczają się szybciej niż fale krótsze (o większej częstotliwości),

• dyspersję anomalną, o działaniu odwrotnym, w której fale krótsze poruszają się szybciej niż fale dłuższe.

Jednomodowe światłowody telekomunikacyjne wykazują zero dyspersji dla długości fali λlambda – 1300 nm, dyspersję normalna dla fal krótszych i anomalną dla fal dłuższych.

Wykorzystując inne nieliniowe własności światłowodu dokładnie kompensujące poszerzanie impulsu na skutek dyspersji, można przesyłać przez światłowód impulsy świetlne zachowujące swój pierwotny kształt, tzw. solitony.

Uzyskiwanie dużych przepływności w łączach transkontynentalnych jest możliwe dzięki wzmacniaczom optycznym EDFA oraz przez stosowanie technologii zwielokrotnienia falowego WDM (Wavelength Division Multiplexing).

Wzmacniacz optyczny pozwala w pojedynczym włóknie światłowodowym na równoczesną transmisję (np. 2,5 Gb/s) wielu optycznych fal nośnych o odmiennych częstotliwościach, z których każda stanowi odrębny kanał transmisyjny.

Sumaryczna przepływność takiego włókna ze wzmacniaczami EDFA ulega zwielokrotnieniu poprzez liczbę fal nośnych prowadzonych we włóknie światłowodowym, np. $4\times 2,5 \raisebox{1ex}{$Gb$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$s$}\right. = 10 \raisebox{1ex}{$Gb$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$s$}\right.$ (Standard G.652).

W zaawansowanych systemach WDM w jednym włóknie optycznym mieści się powyżej 100 kanałów optycznych, co daje pojemność transmisyjną od 100 do 500 $\frac{Tb}{s}·km$.

Przy długich łączach, gdzie zmultipleksowany sygnał WDM jest wzmacniany wielokrotnie (kilkadziesiąt do kilkaset razy), zachodzi konieczność stosowania wzmacniaczy EDFA z równomierną charakterystyką wzmocnienia w całym paśmie, aby wszystkie transmitowane kanały były wzmacniane jednakowo. Osiągamy to dwoma sposobami:

• przez stosowanie odpowiednich domieszek w odcinkach światłowodów EDFA, powodujących „spłaszczenie” charakterystyki wzmacniacza,

• przez wprowadzenie dodatkowego tłumienia w przypadku fal optycznych o największym wzmocnieniu.

Łączenie światłowodów obejmuje dwa zasadnicze typy połączeń: rozłączne za pomocą złączek i trwałe.

Połączenia rozłączne są przeznaczone do przedłużania kabli światłowodowych (lub ich krosowania z siecią teleinformatyczną), umożliwiają przenoszenie energii świetlnej z małymi stratami i powtarzalnością parametrów w jej kolejnych wielokrotnych połączeniach. Uzyskanie jak najmniejszych strat (od 0,5 do 3 dB) umożliwia precyzyjna obróbka mechaniczna elementów złączki, prawidłowe osiowanie włókna i przede wszystkim czystość łączonych powierzchni. Do najbardziej popularnych zaliczane są proste złącza stykowe oraz soczewkowe i gradientowe typu GRIN/SELFOC. Dobrej jakości złącza rozłączne wprowadzają straty nie większe niż 1 dB mocy.

Połączenia trwałe, inaczej spawy światłowodowe, umożliwiają wykonywanie długodystansowych, jednorodnych według struktury linii transmisyjnych między dwoma regeneratorami optycznymi toru światłowodowego. Połączenia trwałe, wykonywane przez spawy termiczne, uzyskują tłumienność przejścia sygnału poniżej 0,1 dB.

Najszersze zastosowanie znalazły spawarki łukowe, łączące włókno w łuku elektrycznym jedną z trzech metod:

• LID (Local Injection and Detection), centrowanie łączonych światłowodów na podstawie pomiaru strat na styku włókien,

• PAS (Profile Alignment System), z optyczną obserwacją za pomocą kamery wizyjnej stanu łączonych rdzeni we włóknach światłowodowych i obliczanie tłumienności z wymiarów geometrycznych połączenia,

• RTC (Reat Time Control), automatyczne centrowanie włókien i dynamiczną kontrolę w czasie rzeczywistym parametrów elektrycznych wytwarzanego łuku.

Końcówki włókien kabla światłowodowego, zakończone fabrycznie standardowymi złączami, zwane są pigtailami. Do krosowania torów światłowodowych w łącznicach telekomunikacyjnych i węzłach stosuje się krótkie odcinki światłowodowe, zakończone dwustronnie odpowiednimi złączkami – są to patchcordy.

Wróć do spisu treściD19MCOS02Wróć do spisu treści

Przejdź do infografkiD1BnXG1LcPrzejdź do infografki