Pasywne elementy traktu światłowodowego

Transkrypt

1 Pasywne elementy traktu światłowodowego Światłowody, sprzęgacze, rozgałęziacze i inne pasywne elementy toru Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 1

2 Lista elementów traktu światłowodowego Pasywne 1. Światłowody 2. Kable światłowodowe 3. Złącza 4. Rozgałęziacze 5. Soczewki (mikrosoczewki, GRIN) Aktywne 1. Źródła i detektory światła 2. Wzmacniacze światłowodowe i konwertery długości fali 3. Modulatory i przełączniki światłowodowe 4. Tłumiki, filtry, multipleksery Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 2

3 Parametry elementów traktu światłowodowego 1. Charakterystyki użytkowe, specyficzne dla określonego elementu, np. dyspersja światłowodu, charakterystyka spektralna filtra, podział mocy rozdzielacza 2. Straty własne 3. Straty odbiciowe 4. Czułość polaryzacyjna Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 3

4 Rodzaje światłowodów 1.Światłowody jednomodowe, standardowe np. G.652, SMF-28, z przesuniętą dyspersją (DSF G.653) 2.Światłowody wielomodowe, 62.5/125, 50/125 G Światłowody plastikowe (średnica rdzenia ~1mm) 4.Światłowody specjalne (światłowody polaryzacyjne i podtrzymujące polaryzację aktywne, szafirowe) Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 4

5 Podstawowe typy kabli światłowodowych Wg. ilości włókien 1. Simplex 2. Duplex Wg. obszaru zastosowań 1. Kable stacyjne 2. Kable trakcyjne 3. OPGW, ADSS, Wg. technologii wykonania 1. Ścisła tuba 2. Luźna tuba 3. OPGW, ADSS Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 8

6 Straty w elementach toru światłowodowego straty absorpcyjne - pochłanianie w obszarze materiału lub struktury straty odbiciowe - wywołane odbiciami na powierzchniach granicznych światłowodów i struktur Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 14

7 Straty absorpcyjne Straty całkowite w elementach toru światłowodowego: A[ db] = 10log P P WY WE Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 15

8 Straty odbiciowe Współczynnik odbicia na granicy dielektryków o współczynnikach załamania n 1 i n 2 2 ( n1 n2 ) R = ( n + n ) 2 1 Tłumienność odbiciowa db (optical return loss) - określa jaka część sygnału wraca w kierunku źródła: ORL [ db] = 10log( R) Tłumienność wywołana odbiciami w db - określa jaka część sygnału pozostaje w linii po odbiciu (np. tłumienność złączki): A = 10log 1 2 = 10log 2 ( n ) 1 n2 2 ( n + ) 1 n2 2 ( n ) 1 n2 2 ( n + ) 1 n2 Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 16

9 Współczynniki odbicia na granicy różnych materiałów 2 ( n1 n2 ) ( n + n ) 2 szkło n=1,5 R=4% lub -14dB GaAs n=3,2 R=27% lub -6 db Si n=4 R=36% lub -4 db R = 1 2 tłumienność odbiciowa dla złączki PC -50 db tłumienność odbiciowa dla złączki AC -80 db Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 17

10 Złączka światłowodowa Złączka światłowodowa łączy dwa włókna tak, że światło może przechodzić z jednego do drugiego. Jest ona jednym z najważniejszych elementów systemu światłowodowego. Podstawowe wymagania konstrukcji: minimalizacja strat i odbić. realizacja połączenia stabilnego mechanicznie i optycznie. Straty typowych złączek zawierają się w granicach od 0.25 do 1.5dB. Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 18

11 Schemat budowy złączki światłowodowej Tuleja Obudowa Nakrętka sprzęgająca Pierścień oporowy Tuleja zaciskowa Łącznik Tuleja Światłowód Osłona kabla Nasuwka ochronna Ferrula ceramiczna Tuleja pasująca Prosta złączka światłowodowa, z otworkiem dla cieczy immersyjnej Konstrukcja współczesnej złączki światłowodowej, z ferrulą ustalającą położenie światłowodów Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 19

12 Wybór złączki światłowodowej Wybierając złączkę projektant systemu powinien uwzględnić typ włókna, wymaganą jakość optyczną, środowisko pracy, sposób instalacji i utrzymania systemu oraz koszty. Przy rozbudowie lub modyfikacji systemu należy wziąć pod uwagę zagadnienia kompatybilności wstecznej. Procedura wyboru powinna uwzględniać następujące zagadnienia: 1. Typ kontaktu włókien (NC, PC, SPC, APC) 2. Rodzaj złączki (n.p., SMA, Biconic, ST, FC, SC, DIN, itd.) 3. Technologię wykonania (n.p., żywica termoutwardzalna/polerowanie, techn. bezklejowa, itd.) 4. Rodzaj materiału (n.p. materiał ferruli i obudowy) Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 20

13 Kształt czoła ferruli i światłowodu Szczelina powietrzna Kontakt fizyczny, płaski. Flat PC PC APC Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 21

14 FOCIS (Fiber Optic Connector Intermateability Standard) Publikowane jako standard TIA-604-XX Biconic: FOCIS 1 ST: FOCIS 2 S.C.: FOCIS 3 FC: FOCIS 4 MTP /MPO: FOCIS 5 Panduit FJ: FOCIS 6 3M Volition: FOCIS 7 Mini-MAC: FOCIS 8 (Wycofany) Mini MPO: FOCIS 9 (Wycofany) Lucent LC: FOCIS 10 Siecor SCDC/SCQC: FOCIS 11:(jeszcze nie zatwierdzony) Siecor/Amp MT-RJ: FOCIS 12: MF: FOCIS 15 LSH (LX-5): FOCIS 16 Złączka MU nie poosiada na razie standardu FOCIS. Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 22

15 Wybrane złączki światłowodowe dla standardowych światłowodów szklanych SMA 905 DIN SMA 906 D-4 ST FC, FC/PC Biconic SC HMS-10/HP Diamond FDDI Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 23

16 Najważniejsze złączki światłowodowe - wymiary Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 24

17 Technologie wytwarzania złączek światłowodowych 1. Złączki klejone przy pomocy żywic epoksydowych, utwardzane na gorąco 2. Złączki klejone technologią HotMelt (3M) 3. Złączki wstępnie zarabiane - bez kleju, bez polerowania (UniCam, LithtCrimp+ - AMP) 4. Złączki zaciskane - technika bez kleju (LightCrimp - AMP) Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 27

18 Nowe technologie i konstrukcje złączek światłowodowych Nowe technologie i rozwiązania konstrukcyjne złączek pojawiają się jako wynik zapotrzebowania na połączenia o większej gęstości upakowania (mniejszy wymiar poprzeczny) i niższej cenie. Zwraca się również uwagę na zwiększenie szybkości wytwarzania złączek. Pożądana jest również zgodność z istniejącymi technologiami światłowodowymi i sieciowymi. Wyraźnie można zauważyć tendencję do opierania się na standardzie złącza RJ-45 (Prezentowane rozwiązania określane są jako Small Form Factor (SFF) Connectors) Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 28

19 Porównanie wielkości złączki FC i LC (SFF) Small Form Factor (SFF) connectors Różne złączki SFF, od lewej do prawej: SC-DC, LC, MT- RJ, Duplex SC, Volition, Opti- Jack Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 29

20 Złącze LC (Bell Labs, Lucent) Złącze i adapter typu LC. Wielomodowe - beżowe, jednomodowe - niebieskie 2 tuleje ceramiczne, 1,25mm, złącze simpleks lub dupleks, odległość włókien 6,25 mm. Mocowanie (zatrzask) i wymiary poprzeczne jak w złączu RJ-45 Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 30

21 Złącze VF-45 (3M) Wtyk (patchcord) Gniazdo Wall Outlet Socket pozycjonowanie w V- rowkach (bez tulei), złącze dupleksowe, odległość włókien 4,5 mm. Mocowanie (zatrzask) i wymiary poprzeczne jak w złączu RJ-45 Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 31

22 Złącze MT-RJ Konsorcjum: AMP, Fujikura, HP/Agilent, Siecor, USConec 1 tuleja plastikowa 2,5 x 4,4 mm, złącze dupleksowe, odległość włókien 0,75 mm. Mocowanie (zatrzask) i wymiary poprzeczne jak w złączu RJ-45 Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 32

23 Fiber Jack (Panduit) Mocowanie (zatrzask) i wymiary poprzeczne jak w złączu RJ-45. Zbudowane w oparciu o ferrule ST. Złącze posiada wtyczkę i gniazdko (wersja męska i damska). Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 34

24 MTP/MPO multi-fibers connectors. Available for 4, 8, 12, 24 fibers, single and multimode. MTP connector Photos of two mating connectors Magnified photo of 12-fiber connector endface Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 35

25 Spawanie światłowodów włóknistych Wykonanie połączenia spawanego 1. Identyfikację światłowodów w kablu i wybór łączonych par 2. zdjęcie pokryć ochronnych z kabla i światłowodów 3. Przygotowanie powierzchni czołowych światłowodów 4. Justowanie i połączenie światłowodów (np. w łuku elektrycznym) 5. Zabezpieczenie wykonanego złącza Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 36

26 Spawanie w łuku elektrycznym - etapy uchwyty pozycjonujące 1 justowanie światłowodów 2 wygrzewanie wstępne 3 spawanie właściwe 4 odprężanie spawu Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 37

27 Spawy mechaniczne 1. Elastomeric Lab Splice. Umożliwia setki połączeń 2. 3M Fibrlok. il <0.2dB, fr >7.75 lbs. orl -35dB. V-groove -bez żywicy epoks. Stabilność termiczna -400C to 800C. 3. AMP Corelink. sl 0.15dB dla włókna 125um 4. Siemon Ultra Splice. sl -0.2dB, fr > 2 lbs 5. Corning Cable System CAM Splice. 0.5dB il - insertion loss, fr - fiber retention, orl - optical return loss, Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 38

28 Sprzęgacze światłowodowe - klasyfikacja Wg. konstrukcji 1. Sprzęgacze boczne 2. Sprzęgacze czołowe Wg. technologii 1. Sprzęgacze polerowane/klejone 2. Sprzęgacze przewężane/spawane 3. Sprzęgacze wykonane w technologii optoelektroniki zintegrowanej Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 39

29 Technologia i budowa sprzęgaczy światłowodowych 1. Dwustożkowe sprzęgacze rozciągane i stapiane 2. Sprzęgacze wykonane w technologii optyki zintegrowanej 3. Sprzęgacze polerowane i klejone Kolejne etapy wykonania sprzęgacza polerowanego i klejonego. Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 40

30 Parametry sprzęgacza światłowodowego P 1 P 2 SPRZĘGACZ P 3 P 4 P 1 -moc wejściowa P 2 - moc powracająca (odbita) P 3 -moc wyjściowa (bezpośrednia) P 4 -moc wyjściowa (sprzężona) Kierunkowość sprzężenia S = 10log P P 2 1 Stosunek sprzężenia C = 10log P P 4 1 Stosunek sprzężenia I = 10log P P 3 1 Straty wewnętrzne E = 10log P3 + P4 P 1 Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 41

31 Soczewki GRIN GRIN Lens - GRadient INdex Lens r n(r) soczewka GRIN r Rozkład współczynnika załamania n 2 [ ] ( r) = n ( 0) 1 ( gr) + h ( gr) + h ( gr) 4 6 r - odległość od osi g - stała rozkładu n - współczynnik załamania h - współczynnik rozwinięcia Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 42

32 Bieg promienia w soczewce GRIN P 0,25 P 0.5 P Typowe wymiary soczewki GRIN długość 3-30 mm średnica 1-2 mm Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 43