Technika Światłowodowa Źródła strat tłumieniowych
advertisement
2007-10-27 dr inż. Krzysztof Hodyr Technika Światłowodowa Źródła strat tłumieniowych • sprzężenia światłowodu ze źródłami światła i odbiornikami Część 2 • złącza i spawy Tłumienie i straty w światłowodach Pojęcie dyspersji światłowodów Technika zwielokrotnienia WDM • zjawiska fizyczne i defekty w światłowodzie: absorpcja światła rozpraszanie światła defekty geometryczne włókna Apertura numeryczna Apertura numeryczna Apertura numeryczna NA (numerical aperture) światłowodu jest bezwymiarowym parametrem równym sinusowi kąta Θ pomiędzy tworzącą stożka akceptacji światłowodu, a jego osią NA = sin Θ = (nrdzenia2 - npłaszcza2)1/2 Apertura numeryczna Straty mocy optycznej w wyniku niedopasowania apertur numerycznych elementów łącza światłowodowego Sprzęganie nadajnika/odbiornika ze światłowodem L[dB] = 10 · log10(NA1/NA2) 1 2007-10-27 Niedopasowanie na złączach i spawach Niedopasowanie na złączach i spawach Przyczyny nadmiernego tłumienia złączy światłowodowych: (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) – przerwa międzypłaszczyznowa – zanieczyszczenia między włóknami – brak osiowości – niedopasowanie kierunkowe – niedopasowanie kątowe – różne średnice rdzeni – różne apertury numeryczne – różne średnice pól modowych rdzeni – brak centryczności rdzeni – eliptyczność rdzeni Zjawiska fizyczne i defekty Tłumienność sygnału w światłowodzie to strata jego mocy następująca w wyniku przejścia sygnału przez 1 km włókna optycznego Zjawiska fizyczne i defekty Czynniki powodujące absorpcję: - podstawowe właściwości materii - obecność domieszek i zanieczyszczeń materiału z którego wykonano włókno optyczne Pwe – moc sygnału optycznego na wejściu światłowodu Pwy – moc sygnału optycznego na wyjściu światłowodu L – długość toru światłowodowego Zjawiska fizyczne i defekty Okna transmisyjne światłowodu 2 2007-10-27 Okna transmisyjne światłowodu Generacje światłowodowe Pierwsze okno – 850 nm (800 do 900 nm) Drugie okno – 1320 nm (1260 do 1360 nm) PDFA Trzecie okno – 1550 nm (1530 do 1565 nm) EDFA Czwarte okno – 1600 nm (1565 do 1625 nm) TrueWave® Piąte okno – 1450 nm (1360 do 1530 nm) AllWave® Rozpraszanie światła Dyspersja światłowodów Terminem dyspersja określamy w telekomunikacji każde zjawisko, które powoduje zniekształcenie sygnału rozchodzącego się w danym medium propagacyjnym w wyniku różnych prędkości falowych elementów składowych tego sygnału Dyspersja światłowodów Dyspersja materiałowa Dyspersja falowodowa Dyspersja materiałowa Zależność prędkości propagacji sygnału od długości fali optycznej, spowodowana zależnością współczynnika załamania światła n od długości fali λ. Światło o jednych długościach fali będzie pokonywało łącze szybciej niż światło o innych barwach. Zniekształcenia modowe Wartość dyspersji materiałowej (chromatycznej) światłowodu podawana jest w ps/(nm×km) 3 2007-10-27 Dyspersja falowodowa Zniekształcenia modowe Większość mocy optycznej, która „przeciekła” do płaszcza ulegnie stracie, ale część może ulec ponownemu załamaniu do rdzenia. Współczynnik załamania światła w płaszczu npł jest mniejszy niż w rdzeniu nrd , a więc prędkość fali optycznej w płaszczu będzie większa niż w rdzeniu. Powracające do rdzenia promienie światła będą wywoływać dyspersję sygnału zwaną falowodową. Zniekształcenia modowe nazywane są czasem niezgodnie z definicją pojęcia dyspersji w optyce – dyspersją modalną. Zniekształcenia te nie wynikają jednak z różnych prędkości falowych elementów składowych sygnału. Pojawiają się one w światłowodach wielomodowych dlatego, że różne mody światła pokonują odcinek światłowodu w różnym czasie. Zmniejszenie zniekształceń modowych umożliwia technologia wielomodowych światłowodów gradientowych (GRIN). Współczynnik załamania światła w rdzeniu takich światłowodów maleje od wartości maksymalnej występującej wzdłuż osi światłowodu do wartości minimalnej na granicy z płaszczem. Ten rodzaj dyspersji jest istotny tylko w światłowodach jednomodowych Zwiększanie pojemności łącza Techniki zwielokrotnienia łącza Sposób tradycyjny • WDM – zwielokrotnienie długości fali • FDM – zwielokrotnienie częstotliwości • SCM – zwielokrotnienie podnośnej • TDM – zwielokrotnienie czasowe Sposób nowoczesny WDM wavelength division multiplexing • CDM – zwielokrotnienie kodowe WDM wavelength division multiplexing Polega na jednoczesnym i równoległym przesyłaniu wielu kanałów za pomocą różnych długości fal światła wprowadzanych do pojedynczego włókna optycznego 4 2007-10-27 Kategorie techniki WDM Specyfikacja ITU-T G.694.2 WDM – 2 do 4 kanałów optycznych w jednym włóknie światłowodowym; pierwszy taki system był 2-kanałowy, zapewniając przesył danych na falach o długości 1310nm i 1550nm CWDM (Coarse WDM) – tzw. „rzadki” – 4 do 16 kanałów optycznych w zakresie od 1270 nm do 1610 nm z odstępem co 20 nm, zgodnych ze specyfikacją ITU-T G.694.2 DWDM (Dense WDM) – tzw. „gęsty” – do 64 kanałów optycznych z odstępem co 0,8nm, zgodnych ze specyfikacją ITU-T G.694.1 UWDM (Ultra WDM) – do 300 kanałów z odstępem 0,4nm Generacje światłowodowe 5
