Przeźroczysta zamknięta struktura z włókna szklanego wykorzystywana do propagacji światła jako nośnika informacji. Światłowody są także używane w celach medycznych, np. w technice endoskopowej i w zastosowaniach dekoracyjnych. Światłowody są wykorzystywane w telekomunikacji, telewizji kablowej, technice laserowej. Światłowody znajdują zastosowanie jako elementy urządzeń optoelektronicznych i jako składniki optycznych układów zintegrowanych. Medium transmisyjnym jest włókno światłowodowe o średnicy nieco większej od średnicy ludzkiego włosa. Wykorzystywane zalety światłowodu to zasięg i pasmo transmisji większe niż dla innych mediów transmisji.
Kabel światłowodowy (ang. Optical fiber cable) – kabel zawierający jedno lub więcej włókien szklanych prowadzących impulsy światła.
W telekomunikacji wykorzystuje się zwykle światło podczerwone. Kable utworzone z włókien szklanych są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne i mają dużą przepustowość. Przy ich użyciu można osiągać szybkości przesyłania do 100 Gb/s (ok. 12,5 GB/s); najszybsze systemy światłowodowe mogą prowadzić sygnał rzędu kilku Tb/s. Kłopot konstrukcyjny sprawia tylko stosunkowo duży promień zgięcia światłowodu. Musi wynosić on kilka centymetrów, aby było możliwe właściwe wewnętrzne odbijanie i rozchodzenie się światła, a samo włókno nie uległo uszkodzeniu.
Włókno światłowodowe jest z reguły pokryte warstwą polimeru. Jest to tak zwane pokrycie pierwotne, zabezpieczające włókno przed wpływem otoczenia. Włókno z pokryciem pierwotnym może być chronione przez kolejne warstwy. Utworzona w ten sposób konstrukcja nosi nazwę kabla światłowodowego.
2.Wygląd i budowa:
Struktura światłowodu jednomodowego.
1. Rdzeń: 8 μm.
2. Włókno: 125 μm.
3. Pokrycia wewnętrzne: 250 μm.
4. Pokrycie zewnętrzne: 400 µm.
Struktura kabla światłowodowego zależy od planowanego rejonu instalacji, zasięgu i występujących zagrożeń.
(a) Zewnętrzna warstwa ochronna kabla mająca na celu ochronę przed warunkami zewnętrznymi, wykonana z tworzywa PCV pod tą warstwą możemy także spotkać warstwę z metalu/ołowiu, chroniącą kabel przed uszkodzeniami,
(b) Warstwa kevlarowych "nitek" wzmacniająca konstrukcje kabla,
(c) Kolejna warstwa ochronna, wewnątrz której umieszczony jest żel,
(d) Żel w którym umieszczone są światłowody. Żelu używa się w przypadku kabli uniwersalnych które mogą być kładzione pod ziemią w kanałach telekomunikacyjnych,
(e) Ostatnia warstwa, która otacza pojedyncze włókno światłowodowe. Warstwa ta chroni delikatne włókno szklane przed złamaniem i innymi uszkodzeniami. Światłowód umieszczony wewnątrz tej warstwy można wyginać niemal pod dowolnym kątem (nie powinno się wyginać zbyt mocno). W celu poprawnego podłączenia wtyczek po obu końcach światłowodu warstwa ta każdego światłowodu posiada inny kolor,
(f) Włókno światłowodowe przez które przebiega sygnał w postaci światła o różnej długości fali. Szkło z którego wykonane jest włókno może złamać się w trakcie obróbki kabla, w związku z tym w czasie pracy należy używać okularów ochronnych chroniących oczy przed drobinami szkła.
Rdzeń – jego grubość wynosi w zależności od rodzaju światłowodu od 5 do 50 mikronów. Zbudowany jest najczęściej ze szkła kwarcowego lub plastiku, rzadziej z innych rodzajów szkieł lub materiałów krystalicznych, jak np. szafir.
Płaszcz – jego średnica to ok. 125 µm. Jest wykonany z materiału o mniejszym współczynniku załamania światła, niż rdzeń. Najczęściej są to plastiki, lecz niekiedy także stosuje się szkła z odpowiednimi domieszkami.
Pokrycie – jego zadaniem jest chronienie płaszcza i rdzenia przed mikropęknięciami. Wykonane jest z elastycznych materiałów, jak np. akryl. W procesie technologicznym najczęściej składa się z dwóch lub więcej warstw; łączna średnica to ok. 250 µm.
3.Zasada działania
elektrycznego, wykorzystywana jest
modulowana fala świetlna, której
źródłem może być laser półprzewodnikowy
lub dioda elektroluminescencyjna (LED)
. Dzięki temu możliwa jest transmisja danych
do 3 Tb/s, a przepływ danych jest
zabezpieczony przed niepowołanym
dostępem. Światłowody, które
jako medium transmisyjne wykorzystują
powietrze, osiągają transfer
danych rzędu 74 Tb/s.
Prawidłowo eksploatowane światłowody nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego, w związku z czym podsłuchanie transmisji jest bardzo trudne technicznie i kosztowne. Cechuje je duża odporność na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne, stopa błędów mniejsza niż 10-10 przy najwyższych przepustowościach, mała tłumienność jednostkowa (około 0,20 dB/km dla fali o długości 1,5 μm).
Aby wyeliminować lub ograniczyć wypromieniowanie światła przez boczne powierzchnie światłowodu, stosuje się odpowiednie zmiany współczynnika załamania światła. Promienie światła biegną prostoliniowo (światłowód skokowy) lub krzywoliniowo (światłowód gradientowy), odbijając się od ścianek światłowodu w wyniku ciągłego zmniejszania się współczynnika załamania. W najprostszym przypadku są to zmiany skokowe – wewnątrz światłowodu współczynnik załamania ma wartość większą, niż na zewnątrz; utrzymanie promieni światła w obrębie takiego światłowodu zachodzi na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia[16]. W przypadku, gdy współczynnik załamania stopniowo zmienia się w przekroju poprzecznym światłowodu, mówimy o światłowodach gradientowych.
Takie wyobrażenie działania światłowodu jest jednak uproszczone – tym bardziej, im mniejsze rozmiary poprzeczne ma rozważany światłowód. Zamiast promieni światła (będących podstawą przybliżonej optyki geometrycznej) należy rozważać światło jako falę. Przybliżenie optyki geometrycznej jest sensowne jedynie dla światłowodów o dużych rozmiarach poprzecznych, traci natomiast sens, gdy rozmiar poprzeczny światłowodu staje się porównywalny z długością fali światła. Zjawiska falowe są istotne zwłaszcza w światłowodach jednomodowych.
4.Klasyfikacja
Światłowody mogą być klasyfikowane ze względu na ich geometrię (planarne, paskowe lub włókniste), strukturę modową (jednomodowe lub wielomodowe), rozkład współczynnika załamania (skokowe i gradientowe) oraz rodzaj stosowanego materiału (szklane, plastikowe lub półprzewodnikowe).
A) Geometria
Światłowody telekomunikacyjne dzielimy na planarne, paskowe i włókniste. Pod względem budowy różnią się one przede wszystkim grubością szklanego rdzenia (grubość pozostałych warstw jest taka sama), co wpływa na sposób przesyłania informacji.
#Światłowód planarny
Najprostszy światłowód planarny składa się z trzech warstw, z których środkowa ma większy współczynnik załamania, niż warstwy zewnętrzne. Światło jest uwięzione w tej warstwie na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia, o ile kierunki rozchodzenia się promieni tworzą z normalną kąty większe od kąta granicznego.
#Światłowód paskowy
Światłowód paskowy powstaje, kiedy propagacja wiązki w warstwie zostaje ograniczona w dwóch kierunkach. Światłowody paskowe są wykorzystywane w układach fotoniki zintegrowanej i w laserach półprzewodnikowych. W układach fotoniki zintegrowanej służą do prowadzenia światła, tworząc bardziej rozbudowane struktury jak np. interferometr Macha-Zehndera lub złożone przyrządy jak multipleksery długości fali dla systemów WDM.
#Światłowód włóknisty
Światłowód włóknisty to zazwyczaj falowód dielektryczny o przekroju kołowym, otoczony przez płaszcz z innego materiału dielektrycznego o mniejszym współczynniku załamania. Włókna światłowodowe wykonywane są najczęściej ze szkła krzemionkowego, czasem z innych szkieł lub z plastiku. Światłowody plastikowe są stosowane na krótkich odległościach (do 100 m).
B)Struktura modowa
Światłowody telekomunikacyjne dzielą się na jedno- i wielomodowe. Pod względem budowy różnią się one przede wszystkim grubością szklanego rdzenia (grubość pozostałych warstw jest taka sama), co wpływa na sposób przesyłania informacji.
#Światłowód jednomodowy
Przepływ strumienia świetlnego w światłowodzie jednomodowym
Światłowody jednomodowe (ang. Single Mode Fiber, SMF) charakteryzują się średnicą rdzenia od 8 do 10 mikrometrów, a także skokową zmianą współczynnika załamania światła. W światłowodach jednomodowych sygnał – wytworzony przez laser półprzewodnikowy – ulega tylko niewielkim zniekształceniom (brak dyspersji międzymodowej). Fala świetlna rozchodzi się prawie równolegle do osi światłowodu i dociera do końca włókna w jednym modzie – tzw. modzie podstawowym. Ten rodzaj światłowodów nadaje się do dalekosiężnej telekomunikacji światłowodowej, gdyż sygnał może być transmitowany bez regeneracji na odległość do 100 km, zaś ich żywotność wynosi 25 lat. Umożliwiają one stosowanie wielu protokołów jednocześnie, co zapewnia bardzo efektywny transfer danych.
Światłowód będzie prowadził tylko jeden mod, jeżeli jego częstotliwość znormalizowana V będzie mniejsza niż 2,405.
#Światłowód wielomodowy
Światłowody wielomodowe (ang. Multi Mode Fiber, MMF) charakteryzują się zwykle średnicą rdzenia 50 lub 62,5 mikrometra. W światłowodzie wielomodowym fala o takiej samej długości fali może rozchodzić się wieloma drogami zwanych modami. Prędkość ruchu modów wzdłuż falowodu może być różna, powodując zniekształcenie (rozmycie) impulsu, a co za tym idzie, ograniczenie prędkości transmisji lub odległości transmisji.
C)Rozkład współczynnika załamania
Rozkład współczynnika załamania światła jest charakterystyczną właściwością światłowodu, konieczną do realizacji konkretnego rozwiązania światłowodowego. Światłowody znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach i nie jest możliwe wytwarzanie ich tylko jedną metodą. Właśnie dlatego koniecznie trzeba rozróżnić światłowody pomiędzy skokowymi i gradientowymi.
#Światłowód skokowy
Przepływ strumieni świetlnych w światłowodzie wielomodowym skokowym
W światłowodzie tego typu współczynnik załamania zmienia się skokowo pomiędzy rdzeniem a płaszczem. Mody prowadzone są w rdzeniu pod różnymi kątami, przez co mają różną drogę do przebycia. Prędkość światła zależy od ośrodka, w którym światło się rozchodzi: w próżni ta prędkość wynosi 300 000 km/s a w światłowodzie 200 000 km/s, dlatego czasy przejścia promieni przez mody światłowodu są różne. Jest to przyczyną tzw. dyspersji międzymodowej, która powoduje poszerzenie impulsu docierającego na koniec światłowodu. Powoduje to ograniczenie pasma i odległości, na jaką mogą być przesyłane sygnały.
Przepływ strumieni świetlnych w światłowodzie wielomodowym gradientowym
Rdzeń światłowodu gradientowego ma budowę warstwową. Każda jest inaczej domieszkowana, dzięki czemu współczynnik załamania światła zmienia się w sposób ciągły. Największą wartość ma na osi rdzenia, zaś najmniejszą na granicy z płaszczem. Światłowody gradientowe zapewniają – dla różnych modów (poruszających się po łukach) – tę samą prędkość rozchodzenia wzdłuż modu. Dzieje się tak, gdyż fale rozchodzące się w większej odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym współczynniku załamania; oznacza to, że mają większą prędkość liczoną wzdłuż drogi poruszania się promienia.
D)Materiał
Ze względu na materiały światłowody możemy dzielić na następujące grupy: szklane, plastikowe i półprzewodnikowe.
#Światłowód szklany
Światłowody szklane są wykorzystywane do przesyłania danych na dużych odległościach i z wielkimi prędkościami. W przeźroczystym włóknie materiał rdzenia stanowi nieorganiczne tworzywo.
#Światłowód plastikowy
Światłowody plastikowe wykorzystywane są jedynie do lokalnego przesyłania danych między urządzeniami na małe odległości i z małymi prędkościami (w porównaniu ze światłowodami szklanymi). W przeźroczystym włóknie materiał rdzenia stanowi tworzywo organiczne. Światłowody plastikowe charakteryzują się trzema podstawowymi wymiarami: średnicą rdzenia, średnicą płaszcza oraz średnicą pokrycia zewnętrznego. Do grupy światłowodów plastikowych zalicza się HCS/PCS (Hard Clad Silica, Plastic Clad Silica), w których płaszcz jest plastikowy, ale rdzeń szklany. Typowe zastosowania światłowodów plastikowych to automatyka przemysłowa, motoryzacja, sprzęt domowy (np. Toslink) i rozwiązania typu Fiber To The Desktop.
#Światłowód półprzewodnikowy
Światłowody półprzewodnikowe charakteryzują się półprzewodnikowym rdzeniem, najczęściej jest to arsenek galu (GaAs).
5.Ograniczenia propagacji w światłowodach
Światłowody nie są idealnym medium transmisyjnym, biegnące nim światło ulega tłumieniu i dyspersji.
#Tłumienie
Jedną z podstawowych cech światłowodu jest tłumienie sygnału optycznego. Spowodowane jest przez straty mocy optycznej wynikające z niedoskonałości falowodu. W rzeczywistym światłowodzie występuje absorpcja (pochłanianie energii przez materiał światłowodu), rozpraszanie energii spowodowane przez fluktuacje gęstości i współczynnika załamania szkła (tzw. rozpraszanie Rayleigha). W czasie instalacji i użytkowania światłowodów mogą pojawić się dodatkowe składniki tłumienia takie jak zgięcia lub mikropęknięcia.
#Straty materiałowe
Większość światłowodów wykonana jest ze szkła krzemionkowego (SiO2). Światło ulega rozproszeniu z powodu fluktuacji gęstości materiału rdzenia, a ta spowodowana jest niedoskonałością struktury szkła. Dla czystego szkła kwarcowego stała materiałowa k = 0,8, a tłumienność spowodowana rozproszeniem Rayleigha wynosi dla fali widzianej l = 850 nm 1,53 dB/km, dla l = 1300 nm 0,28 dB/km, a dla l = 1550 nm 0,138 dB/km. Oprócz rozpraszania Rayleigha istnieje silna absorpcja zarówno w podczerwieni, jak i nadfiolecie związana bezpośrednio z samymi własnościami szkła krzemowego SiO2. Nie pozwala ona na wykorzystanie jeszcze dłuższych fal do transmisji.
#Straty falowodowe
Straty falowodowe wynikają z niejednorodności światłowodu powodowanymi fluktuacjami średnicy rdzenia, zgięciami włókna, nierównomiernością rozkładu współczynnika załamania w rdzeniu i w płaszczu oraz wszelkimi innymi odstępstwami od geometrii idealnego światłowodu cylindrycznego. Deformacje włókna mające duży wpływ na tłumienie światłowodu to mikrozgięcia i makrozgięcia[22].
#Mikrozgięcia
Mikrozgięcia powstają w procesie wytwarzania włókien. Są to nieregularności kształtu rdzenia i płaszcza rozłożone wzdłuż włókna losowo lub okresowo. Wywołują w światłowodzie wielomodowym mieszanie się modów i ich konwersję w mody wyciekające do płaszcza. W światłowodzie jednomodowym mikrozgięcia powodują natomiast rozmycie modu.
#Makrozgięcia
Tłumienie wywołane makrozgięciami, czyli wywołane fizycznym zakrzywieniem włókna światłowodowego, jest pomijalnie małe dla promieni zakrzywień większych od kilku centymetrów. Mniejsze powodują zmianę współczynnika załamania w obszarze zgięcia, co także prowadzi do tworzenia się modów wyciekających i uwidacznia się efektem świecenia włókna na powierzchni. Straty mocy sygnału powodowane są również przez przesunięcia, rozsunięcia oraz wzajemny obrót światłowodów. Absorpcja w zakresie pasm użytecznych (0,8-1,5 μm) jest niewielka, wzrasta natomiast przy niewielkiej nawet koncentracji zanieczyszczeń metali Fe, Cu, Cr, a zwłaszcza jonów OH-. Jest to proces nieodwracalny, tłumienność zależy od rodzaju domieszek oraz od sposobu ich koncentracji. Ponadto powyższe zanieczyszczenia powodują selektywny wzrost tłumienia, wybór okien transmisyjnych wynika z konieczności pominięcia tych pasm absorpcyjnych.
#Dyspersja
Impuls biegnący w falowodzie ulega wydłużeniu (rozmyciu), co ogranicza maksymalną częstotliwość sygnału przesyłanego przez falowód. Zjawisko to jest wynikiem dyspersji, fale świetlne biegnące w falowodzie nie mają dokładnie jednakowej długości fali, ale różnią się nieznacznie. W wyniku różnic w prędkości poruszania się fal o różnych długościach fale wysłane jednocześnie nie docierają do odbiornika w tym samym czasie. W rezultacie na wyjściu pojawia się szerszy impuls, którego długość rośnie wraz ze wzrostem długości światłowodu. Przepływność transmisyjna włókna jest więc określona przez to, jak blisko siebie można transmitować kolejne impulsy bez ich wzajemnego nakładania się na siebie (przy zbyt bliskich impulsach zleją się one w światłowodzie w jedną ciągłą falę). Dyspersja ogranicza długość światłowodu, przez który może być transmitowany sygnał. Rozróżnia się dwa typy dyspersji – dyspersję międzymodową występującą w światłowodach wielomodowych oraz dyspersję chromatyczną występującą we włóknach jednomodowych. Wykorzystanie w systemach światłowodowych długości fali ok. 1300 nm przynosi korzyści, jeśli chodzi o dyspersję, gdyż dyspersja materiałowa w tym obszarze długości fali jest praktycznie równa zeru.
#Dyspersja modowa
Dyspersja modowa występuje w światłowodach wielomodowych. Impuls światła wiedziony przez światłowód jest superpozycją wielu modów, z których prawie każdy, na skutek różnych kątów odbicia od granicy rdzenia, ma do przebycia inną długość drogi między odbiornikiem a nadajnikiem. Dyspersja modowa światłowodów skokowych przekracza znacznie wszystkie pozostałe dyspersje. Dodatkowo z powodu dużego tłumienia jednostkowego tych włókien docierający sygnał ma wyraźnie inny kształt i mniejszą amplitudę. Zniekształcenie to rośnie wraz z długością światłowodu. Ograniczenie dyspersji modowej i zwiększenie pasma światłowodów wielomodowych do 1200 MHz×km uzyskano wprowadzając włókna gradientowe.
#Dyspersja chromatyczna
Z racji tego, że w światłowodzie jednomodowym rozchodzi się tylko jeden mod, nie występuje w nim zjawisko dyspersji międzymodowej. Uwidacznia się natomiast inny, dotychczas niewidoczny rodzaj dyspersji, dyspersja chromatyczna. Składają się na nią dwa zjawiska: dyspersja materiałowa i falowa.
#Dyspersja materiałowa
Dyspersja materiałowa powodowana jest zmianą współczynnika załamania szkła kwarcowego w funkcji długości fali. Ponieważ nie istnieje źródło światła ściśle monochromatyczne, gdyż każdy impuls światła składa się z grupy rozproszonych częstotliwości optycznych rozchodzących się z różną prędkością, docierający po przebyciu fragmentu włókna mod charakteryzuje się rozmyciem w czasie.
#Dyspersja falowodowa
Dyspersja falowodowa jest to zależność efektywnego współczynnika załamania od częstotliwości. Dyspersja falowodowa częściowo powodowana jest wędrowaniem wiązki przez płaszcz światłowodu. Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości materiałowych płaszcza.
6.Standardy światłowodów
Światłowody telekomunikacyjne produkowane są z uwzględnieniem szeregu norm, ułatwiających tworzenie systemów transmisji danych. Współczesne protokoły komunikacyjne (SDH, Ethernet) zakładają, że sygnał w pojedynczym włóknie światłowodowym przesyłany jest tylko w jedną stronę. Chcąc mieć możliwość komunikacji dwukierunkowej (wysyłanie i odbiór) należy pomiędzy dwoma punktami (urządzeniami sieciowymi) wykonać połączenie składające się z dwóch włókien światłowodowych. Jest to wymóg standardów, a nie praw optyki. Istnieje możliwość wykonania transmisji z użyciem jednego włókna optycznego dzięki użyciu zwielokrotnienia na różnych długościach fali (technologie WDM/CWDM/DWDM).
Światłowodem łączy się najczęściej urządzenia sieciowe (np. router, przełącznik) położone od siebie w odległości powyżej 200 m. Możliwe jest bezpośrednie łączenie komputerów za pomocą światłowodów (sieć typu "światłowód do biurka" lub FTTD, ang. Fiber To The Desk), ale jest to rozwiązanie kosztowne i do łączenia pojedynczych komputerów stosuje się najczęściej zwykłą "skrętkę", którą można przesłać dane z prędkością przekraczającą 1 Gbit/s. Na odległości większe niż 2 km konieczne jest stosowanie światłowodów jednomodowych, natomiast do transmisji na odległościach do 2 km wystarczy użyć światłowodu wielomodowego.
7.Kategorie kabli
Istnieje wiele kryteriów podziału kabli światłowodowych. Wybrane kryteria:
Materiał:
Światłowody szklane (GOF), najczęściej wykorzystywane
Światłowody plastikowe (POF)
Światłowody ze szklanym rdzeniem i plastikowym płaszczem (HCS/PCS, PCF)
Jednomodowe i wielomodowe (ta cecha zależy również od długości użytej fali). Wszystkie odmiany plastikowe są wielomodowe.
Grubość rdzenia i płaszcza. Najpopularniejsze rozmiary:
9/125 µm (jednomodowe szklane)
50/125 i 62,5/125 µm (wielomodowe szklane)
200/230 µm i 400/430 µm (HCS/PCS)
980/1000 µm (POF)
Światłowody wielomodowe można podzielić na skokowe i gradientowe (lepsze). Znakomita większość obecnie używanych światłowodów szklanych to światłowody gradientowe, zaś wśród światłowodów plastikowych dominują skokowe.
Wiele typów światłowodów zostało znormalizowanych przez następujące ciała: TIA, ITU, ISO.
Same kable dzieli się m.in. na zewnętrzne (OSP - OutSide Plant) i do stosowania w pomieszczeniach (premises cables). Kable zewnętrzne mogą być zbrojone dla ochrony przed gryzoniami, dodatkowo wzmacniane dla uzyskania zwiększonej odporności na naciąganie, wersje podwodne.
Kable hybrydowe - w jednym kablu są włókna jednomodowe i wielomodowe.
Kable kompozytowe - w jednym kablu są światłowody i przewody elektryczne (zasilające, lub sygnałowe - np. HDTV1053, lub RCC45).
8.Urządzenia światłowodowe
Do zakańczania światłowodów używa się tzw. pigtaili. Pigtail jest to krótki odcinek jednowłóknowego światłowodu zakończonego z jednej strony wtykiem (półzłączką). Wtyczki mogą być zakańczane w kilku standardach, przykładowo FC, SC, ST, E2000, F3000, LC, LX.5, MU. Końcówki różnią się standardem polerowania, a także tłumiennością wtrąceniową i odbiciową, związaną odpowiednio z możliwością niecentrycznego połączenia włókien (część światła przechodzi wówczas do płaszcza dołączonego światłowodu zamiast do jego rdzenia) oraz odbiciem od płaszczyzn złącza w sytuacji, gdy nie są one ściśle dopasowane.
#Połączenia światłowodów
Spawanie mechaniczne (za pomocą szybkozłączek) polega na dosunięciu w kapilarze szybkozłączki odpowiednio wcześniej przygotowanych włókien tak, aby w przestrzeni kapilary szybkozłączki zaniknęła przerwa pomiędzy włóknami (metoda ta nadaje się do krótkich połączeń światłowodowych). Spawanie światłowodów łukiem elektrycznym to metoda trwałego łączenia światłowodów. Do spawania światłowodów służą spawarki światłowodowe, które spajają ze sobą włókna za pomocą łuku elektrycznego. Jakość spawów określają: tłumienność własna i wytrzymałość mechaniczna na rozciąganie. Adaptery światłowodowe to elementy toru światłowodowego łączące ze sobą dwa złącza światłowodowe. Adaptery dzieli się na wielomodowe i jednomodowe, które z kolei dzielą się na simplexowe, duplexowe i inne. Adaptery mogą łączyć ze sobą te same typy złącz (np. SC z SC lub FC z FC) i są to adaptery standardowe oraz różnego typu (np. SC z FC lub SC z ST) i są to adaptery hybrydowe.#Splittery
Splitter optyczny to urządzenie bierne, które rozdziela moc sygnału optycznego światłowodowego niesionego po jednym włóknie wejściowym na dwa włókna wyjściowe lub więcej. Optyczna moc wejściowa zwykle dzielona jest równomiernie między dwoma włóknami wyjściowymi. Splittery używa się także, do łączenia sygnału optycznego. Zastosowanie tych podzespołów jest powszechne m.in. w sieciach telekomunikacyjnych, laboratoriach pomiarowych, sieciach telewizji kablowej CATV[27]. Ze względu na budowę wyróżnia się splittery:
FTB – zgrzewane
PLC – planarne
9.Złącza światłowodowe
Złącze światłowodowe to stałe lub rozłączalne połączenie dwóch światłowodów.
Złącza światłowodowe rozłączne – złączki do wielokrotnego łączenia światłowodów. Typowa złączka łączy jedno lub dwa włókna światłowodowe. Podstawową cechą złączki jest możliwość wielokrotnego łączenia i rozłączania światłowodów za pomocą gniazd i wtyków (w odróżnieniu od połączeń spawanych).
Złącza światłowodowe można podzielić ogólnie na:
Złącza stałe – powstałe przez spawanie lub klejenie końcówek światłowodu. Połączone w takich złączach światłowody nie można rozdzielić bez zniszczenia struktury złącza.
Złącza rozłączalne – powstałe przez zbliżenie końcówek światłowodu i odpowiednie ich pozycjonowanie za pomocą układu mechanicznego (obudowy)
Najpopularniejsze złącza to (w kolejności historycznej):
ST (z kołnierzem bagnetowym),
FC (z korpusem gwintowanym, ang. Ferrule Connector),
SC (o przekroju prostokątnym, ang. Standard Connector),
LC (Little Connector).
Złącze SC stosowane jest w wielu urządzeniach aktywnych, takich jak media czy wideo konwertery, gwarantując szybką i łatwą realizację przyłączenia. Złącza FC posiadają gwintowany korpus zapewni niewielki w porównaniu z innymi rozmiar. Główną zaletą złączy LC są małe wymiary złączy dzięki czemu mogą być wykorzystywane w miejscach o dużym zagęszczeniu pół przełączeniowych. Dodatkowo posiadają system blokady zatrzaskowej zabezpieczający przed przypadkowym wyciągnięciem złącza.
Każdy typ złącza występuje w dwóch rodzajach: UPC (ang. Ultra Physical Contact) oraz APC (ang. Angled Physical Contact). Różnica tych rodzajów złącz polega na spolerowaniu czoła ferruli złącza. W przypadku UPC jest ono płaskie, w APC czoło złącza polerowane jest pod kątem 8 stopni. Dzięki temu, zachodzące przy przejściu światła przez granicę ośrodków zjawisko reflektancji (odbite od granicy ośrodka światło wraca do nadajnika tłumiąc użyteczny sygnał), ma mniejszy wpływ na całkowite tłumienie złącza. Złącza APC i UPC mogą być stosowane zamiennie, o ile specyfikacja techniczna urządzenia nie stanowi inaczej.
Media konwertery z reguły posiadają złącza SC, a moduły SFP, ze względu na swoje rozmiary, złącza LC.
#Złącze ST.
Do niedawna było to jedno z najczęściej stosowanych złączy w instalacjach komercyjnych. Zostało ono zaprojektowane przez firmę AT&T i obecnie jest produkowane przez bardzo wielu producentów. Zewnętrzna osłona złącza jest podobna do złącza koncentrycznego BNC (podobny sposób montowania wtyczki w gnieździe). Połączenie dwóch włókien światłowodowych wykonane przy użyciu złączy ST jest niewystarczająco stabilne, aby móc je wykorzystywać do kabli jednodomowych, dlatego złącza te wykorzystuje się przeważnie do łączenia światłowodów wielodomowych. Dodatkowo do założenia złącza na adapter potrzebna jest pewna swoboda ruchów, co powoduje, że złącza te nie mogą być zbyt gęsto upakowywane na urządzeniach aktywnych.
Najważniejsze cechy złącza:
Prosty i szybki sposób mocowania złącza światłowodowego,
Tylko transmisja simplex,
Wysokiej jakości ceramiczna profilowana ferrula,
Niezbyt stabilne,
Łączenie dwóch złączek za pomocą adapterów,
Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej.
#Złącze FC.
Złącze dające bardzo stabilne połączenie, które nawet podczas dotykania go lub przenoszenia, nie traci swoich parametrów. Dzięki temu do niedawna było ono najczęściej stosowanym złączem do łączenia włókien światłowodów jednodomowych.
Najważniejsze cechy złącza:
Wysokiej jakości ceramiczna profilowana ferrula,
Gwintowany sposób mocowania zwiększający bezpieczeństwo połączenia ,
Zastosowanie klucza przeciwdziałającego niepożądanym obrotom ferruli wewnątrz wtyku ,
Łączenie dwóch złączek za pomocą adapterów,
Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej.
#Złącze SC.
Jest to złącze dużo stabilniejsze niż złącze ST. Małe wymiary i łatwy sposób łączenia z adapterem powodują, że możliwe jest dość gęste upakowanie na urządzeniach aktywnych. Złącze SC w wykonaniu dupleksowym gwarantuje wymaganą polaryzację i pewne, stałe połączenie. Zamiana kanału nadawczego z odbiorczym jest niemożliwa.
Najważniejsze cechy złącza:
Złącze w wersjach simplex i duplex,
Wygoda i pewność połączenia złączy światłowodowych dzięki zastosowaniu mechanizmu zatrzaskowego,
Wymiary otworów w panelu identyczne jak dla standardu E2000,
Adaptery światłowodowe montowane w panelach na dwóch śrubach lub na zatrzask,
Łączenie dwóch złączek za pomocą adapterów,
Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej.
#Złącze E2000.
Złącze E2000 charakteryzuje się sposobem łączenia push & pull, dodatkowo ma tzw. "klapkę" zabezpieczającą ferrulę przed zabrudzeniem i redukującą poziom emitowanej mocy w przypadku rozłączenia złącza (dla zabezpieczenia oczu instalatora).
Najważniejsze cechy złącza:
Łatwa instalacja złącza światłowodowego w panelu typu "push & pull" dająca gwarancje symetryczności połączenia,
Adaptery światłowodowe montowane w panelach na dwóch śrubach lub na zatrzask,
Automatyczne zamknięcie czoła złącza światłowodowego chroniące wzrok oraz zapobiegające zabrudzeniu ferruli,
Łączenie dwóch złączek za pomocą adapterów,
Długie prowadnice złącza światłowodowego w adapterze,
Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej,
Możliwość kodowania złączy światłowodowych kolorem.
#Złącze MT-RJ.
Złącze zostało opracowane przez Konsorcjum MT-RJ, które rozpoczęło pracę nad nim w 1997 roku. W skład konsorcjum wchodziły między innymi takie firmy jak: Siecor, Fujikura, US Connec, AMP, HP oraz Molex-Fiberoptic Systems. Konsorcjum równocześnie z pracami nad złączem, rozpoczęło również pracę nad urządzeniami aktywnymi wykorzystującymi ten tym złączki. Sprawiło to, że obecnie, kiedy prace nad złączem są już zakończone, ma ono bardzo silne zaplecze w postaci dużej różnorodności urządzeń, To powoduje, że złącze to stało się obecnie niejako standardem wykorzystywanym w sieciach LAN i WAN.
O popularności tego złącza decydują również jego liczne zalety. Po pierwsze jest to system niedrogi, pewny w działaniu i oferujący znaczną oszczędność miejsca, ponieważ złącza występują tylko w wersjiduplexowej. Dzięki temu stworzenie połączenia duplexowego zajmuje dwa razy mniej miejsca niż takie samo połączenie wykonane na złączkach ST lub SC. Gęstość upakowania złącza MT-RJ jest taka sama jak złączy RJ-45 w technologii miedzianej. Dodatkowo czas zarabiania gniazda MT-RJ wynosi około 2 minut (2 włókna) oraz nie wymaga żadnego polerowania ani klejenia. To sprawia, że mogą one być używane wielokrotnie. W złączu MT-RJ ferrula została dostosowana do mini-MT ferruli (1,25 mm), w której umieszczono dwa włókna w odstępie 750µm. Precyzja połączenia została uzyskana dzięki umieszczeniu w gnieździe i stacji nadawczo-odbiorczej dwóch pinów pełniących rolę prowadnic.
Najważniejsze cechy złącza:
Dwukrotnie większą gęstość upakowania w stosunku do dupleksowych złączy światłowodowych SC,
Wymiary otworów w panelu identyczne jak dla standardu SC,
Posiadają zatrzaskowy mechanizm łączenia,
Typowo występują w konfiguracji gniazdo-wtyk, przy czym istnieje również możliwość ich łaczenia przy pomocy adapterów, analogicznie do złączy światłowodowych innych rodzajów,
Koncepcja oparta na ferruli mini-MT 1,25 mm (ang. Mass Termination),
Dostępny w wersji wielomodowej i jednodomowej.
#Złącze LC.
Bardzo małe złącze z ferrulą o średnicy 1,25 mm. Stosowany przede wszystkim w sytuacji, gdy potrzebna bardzo gęstego upakowania złączy. Bardzo stabilne połączenie dzięki mechanizmowi zatrzaskowemu.
Najważniejsze cechy złącza:
Wygoda i pewność połączenia złączy światłowodowych dzięki zastosowaniu mechanizmu zatrzaskowego,
Małe wymiary złącza światłowodowego pozwalające na uzyskanie dużej gęstości upakowania,
Złącza w wersjach simplex i duplex,
Koncepcja oparta na ferruli 1,25mm,
Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej.
#Złącze VF-45.
Złącze VF-45 składa się z dwóch elementów łączeniowych (gniazda i wtyku) umożliwiających wykonanie połączenia duplexowego. Zasada połączenia światłowodów w złączu VF-45 opiera się na wykorzystaniu technologii V-rowków do prowadzenia i pozycjonowania włókien optycznych. Złącze zostało stworzone na podstawie analogii do złącza RJ-45 (taki sam sposób łączenia gniazda i wtyku). Dodatkowo standard VF-45 posiada zabezpieczenie w postaci samoczynnie zamykających się osłonek w gnieździe i we wtyku, które chronią włókno światłowodowe przed zabrudzeniami oraz redukują emisję mocy w przypadku rozłączenia złącza.
Najważniejsze cechy złącza:
Dwukrotnie większa gęstość upakowania w stosunku do dupleksowych złączy światłowodowych SC,
Zastosowanie V-rowków zamiast ferrul,
Zatrzaskowy mechanizm łączenia,
Konfiguracja gniazdo-wtyk,
Automatycznie zamykające się osłony gniazda i wtyku,
Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej.
Konfiguracja gniazdo-wtyk,
Automatycznie zamykające się osłony gniazda i wtyku,
Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej.
10.Wytwarzanie światłowodów
Wytwarzanie światłowodów polega na wyciąganiu włókna światłowodowego ze specjalnie przygotowanej preformy.Służą do tego urządzenia zwane wyciągarkami.Proces ten jest przedsawiony na zdjęciu poniżej. Rozkład współczynnika załamania światła w rdzeniu (i płaszczu) decyduje o właściwościach światłowodu, koniecznych dla realizacji konkretnego rozwiązania układu optoelektronicznego. Wymagania stawiane światłowodom są tak różne, że nie jest możliwe wytwarzanie ich tylko jedną, uniwersalną metodą. Inne parametry ważne są dla telekomunikacji a inne znów dla medycznych zastosowań włókien optycznych.
