Elementy traktu światłowodowego

Transkrypt

1 Elementy traktu światłowodowego Światłowody, sprzęgacze, rozgałęziacze, wzmacniacze światłowodowe, modulatory i przełączniki światła Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 1

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

3 Światłowody polaryzujące Światłowody polaryzacyjne Światłowody podtrzymujące polaryzacje (PM) Polarization maintaining fibers Panda type. Panda is manufactured by Alcoa Fujikura Ltd. of Japan. All other companies are distributors of this fiber including Corning and Waveoptics. The two stress rods on either side of the core induce birefringence in the core. This creates a slow axis and a fast axis, i.e. light will travel faster down one axis than the other. The direction that bisects the core and the stress rods is the slow axis. If you only want the light to couple into one of the axis then just pick one. If you miss align the fiber even slightly then some of the light will be split off and launched down the other axis and elliptically polarized light will emerge from the other end of the fiber. If you launch at 45 degrees to the stress rods you will get 50% of the light traveling down the fast axis and 50% traveling down the slow axis. Industry standard is to have connectors aligned to the slow axis. Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 3

4 PM fibers Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 4

5 Podstawowe typy kabli światłowodowych 1. Simplex 2. Duplex 3. Kable stacyjne 4. Kable trakcyjne Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 5

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 6

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

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 8

9 Współczynniki odbicia na granicy różnych materiałów R = 2 ( n1 n2 ) ( n + n ) 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 tłumienność odbiciowa dla złączki PC -50 db tłumienność odbiciowa dla złączki AC -80 db Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 9

10 Wybrane złączki światłowodowe - światłowody szklane Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 10

11 Najważniejsze złączki światłowodowe - wymiary Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 11

12 Ferula złączki światłowodowej - wymiary (FC-PC) Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 12

13 Tłumienie złączki światłowodowej Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 13

14 Technologie wytwarzania złączek światłowodowych 1. Złączki klejone przy pomocy żywić 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 14

15 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 15

16 Złącze LC (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 16

17 Złącze VF-45 (3M) Wtyk (patchcord) Gniazdo Socket pozycjonowanie w V-rowkach (bez tulei), złącze dupleksowe, odległość włókien 4,5 mm. Mocowanie (zatrzask) i wymiary poprzeczne jak w złączu RJ-45 Wall Outlet Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 17

18 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 18

19 Złącze S.C.-DC (Siecor) 1 tuleja plastikowa z dwoma otworami, 2,5mm, złącze dupleksowe, odległość włókien 0,75 mm. Mocowanie (zatrzask) i wymiary poprzeczne jak w złączu RJ-45 Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 19

20 Fiber Jack (Panduit) Mocowanie (zatrzask) i wymiary poprzeczne jak w złączu RJ-45 Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 20

21 FOCIS (Fiber Optic Connector Intermateability Standard) Publikowane jako standard TIA-604-XX FOCIS 1: Biconic FOCIS 2: ST FOCIS 3: SC FOCIS 4: FC FOCIS 5: MTP/MPO FOCIS 6: Panduit FJ FOCIS 7: 3M Volition FOCIS 8: Mini-MAC (Withdrawn) FOCIS 9: Mini MPO (Withdrawn) FOCIS 10: Lucent LC FOCIS 11: Siecor SCDC/SCQC (not yet approved) FOCIS 12: Siecor/Amp MT-RJ FOCIS 15: MF FOCIS 16: LSH (LX-5) The MU currently has no FOCIS document. Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 21

22 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 w łuku elektrycznym 5. Zabezpieczenie wykonanego złącza Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 22

23 Spawy mechaniczne 1. CoreLink splice, AMP Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 23

24 Spawanie w łuku elektrycznym - etapy uchwyty pozycjonujące 1 justowanie światłowodów 2 wygrzewanie wstępne 3 spawanie właściwe 4 odprężanie spawu Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 24

25 Sprzęgacze światłowodowe 1. Sprzęgacze polerowane/klejone 2. Sprzęgacze przewężane/spawane 3. Sprzęgacze wykonane w technologii optoelektroniki zintegrowanej Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 25

26 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 Współczynnik sprzężenia C = 10log P P 4 1 Straty wewnętrzne I = 10log P P 3 1 Efektywność sprzężenia E = 10log P3 + P4 P 1 Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 26

27 Soczewki GRIN GRIN Lens - GRadient INdex Lens r n(r) n 2 soczewka światłowodowa r rozkład współczynnika załamania [ ] ( 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 27

28 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 28

29 Wada bezpośredniej modulacji lasera: migotanie długości fali Zawsze kiedy laser półprzewodnikowy emituje impuls, zmienia się koncentracja nośników -> co zmienia współczynnik załamania ośrodka-> co zmienia długość emitowanej fali świetlnej. Efekt nazywamy migotaniem długości fali światła. Powoduje to poszerzenie impulsu przesyłanego we włóknie na skutek dyspersji chromatycznej włókien jednomodowych. W szybkich systemach telekomunikacyjnych (>10 Gbit/s, > 100 km między wzmacniakami) konieczna będzie modulacja wolna od tego efektu. Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 29

30 Zmiana współczynnika załamania materiału i zmiana fazy fali świetlnej Faza: Współczynnik załamania: φ = 2 π n L λ n = n n r 2 E Zmiana fazy dla modulatora w GaAs (100) przy polu elektrycznym przyłożonym w kierunku <011>: φ 011 V - napięcie Γ - całka przekrycia d - odległość pomiędzy elektrodami = 2π λ L d n 3 r 41 VΓ Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 30

31 Podstawowe typy modulatorów światłowodowych Modulator Elektroabsorpcyjny Modulator Mach-Zehndera Sprzęgacz kierunkowy Sprzęgacz X Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 31

32 Inne elementy traktu światłowodowego 1. Światłowodowe wzmacniacze EDFA 2. Regeneratory sygnału 2. Multipleksery WDM 3. Multipleksery Add/Drop 4. Mufy, szafki, panele rozdzielcze 5. Elementy oznaczania linii światłowodowych (opaski, taśmy, znaczniki) Sergiusz Patela Elementy traktu światłowodowego 32