OPTOTELEKOMUNIKACJA. dr inż. Piotr Stępczak 1

Transkrypt

1 OPTOTELEKOMUNIKACJA dr inż. Piotr Stępczak 1

2 Optyczne elementy pasywne Złącza światłowodowe Sprzęgacz / rozdzielacz światłowodowy Multiplekser / Demultiplekser falowy Optoizolator i cyrkulator Filtry światłowodowe Przestrajalne filtry optyczne dr inż. Piotr Stępczak 2

3 Złącze światłowodowe rozłączalne trwałe spawane trwałe mechaniczne dr inż. Piotr Stępczak 3

4 Złącze światłowodowe Podstawowe parametry złączy wnoszone straty wynikające z niedokładności geometrycznych spowodowane przesunięciem osi szczeliną pomiędzy złączami odchyleniem kąta osi dr inż. Piotr Stępczak 4

5 Złącze światłowodowe Podstawowe parametry złączy współczynnik odbicia mocy R = Pr P n = n włókno-powietrze i 1 1 n + n Pr R = P 4% (-14dB) styk rdzeni (PC) - płaski (-35dB) - Super PC (-55dB) kątowy styk rdzeni (APC) (-70dB) i P i P r tłumienność odbiciowa (Reflection Loss) r [ ] = 10 log = 10log R RL db P P i dr inż. Piotr Stępczak 5

6 Złącza światłowodowe Technologie wykonania 1. Złączki klejone przy pomocy żywic epoksydowych, utwardzanych na gorąco 2. Złączki klejone metodą HotMelt (3M) 3. Złączki zaciskane bez kleju (AMP) dr inż. Piotr Stępczak 6

7 Złącze światłowodowe - budowa dr inż. Piotr Stępczak 7

8 Złącza światłowodowe-rozłączalne Złącza Typ. tłumienność: 0,1 0,4 db ST Sieci lokalne Adaptery FC Telekomunikacja SC Sieci komp. LC Sieci komp. dr inż. Piotr Stępczak 8

9 Złącze światłowodowe - mechaniczne o Elastomeric Lab Splice do wielokrotnego łączenia SM i MM ( µm) IL 0,5dB o AMP Corelink dla SM i MM ( µm) IL 0,15dB, RL -35dB o 3M Fibrlok Splice dla SM i MM ( µm) IL 0,2dB, RL -35dB wysoka stabilność temp. -40 o C o Simon Ultrasplice dla SM i MM ( µm) IL 0,2dB, RL -50dB o Siecor CampSplice- Corning dla MM ( µm) IL < 0,3dB, RL < -45dB dr inż. Piotr Stępczak 9

10 Złącze światłowodowe - spawane Połączenie w łuku elektrycznym stopienie elektrody uchwyt V-rowek dr inż. Piotr Stępczak 10

11 Ocena spawu Ruchome trzpienie Źródło LED V rowki Detektor APD dr inż. Piotr Stępczak 11

12 Metoda gorącego obrazu Lumines scencja [j.w.] SiO 2 +GeO 2 +Er SiO 2 +GeO 2 SiO 2 +F SiO 2 Temperatura [C] dr inż. Piotr Stępczak 12

13 Metoda gorącego obrazu dr inż. Piotr Stępczak 13

14 Metoda gorącego obrazu dr inż. Piotr Stępczak 14

15 Złącze światłowodowe - spawane ~$ ~$ $ $ ~ $ ~ $ ~ $ dr inż. Piotr Stępczak 15

16 Pomiar tłumienności toru Metoda transmisyjna tłumienie całkowite toru optycznego Metoda reflektometryczna (OTDR) tłumienie części i całości światłowodu długość światłowodu tłumienie współczynnika odbicia złączy charakterystykę dyspersyjną dr inż. Piotr Stępczak 16

17 Metoda transmisyjna Krok 1 Nadajnik złącze Światłowód wzorcowy złącze Miernik mocy P 1 Krok 2 Nadajnik złącze Światłowód wzorcowy złącze P 1 złącze P 2 Miernik mocy A = 10 log P P 2 1 = P * * 1 P2 P * i Pi = 10log 1mW dr inż. Piotr Stępczak [ dbm] 17

18 Optical Time Domain Reflectometry światłowód Nadajnik t złącze sprzęgacz kierunkowy Fotodioda Integrator ln Monitor : 2 : 2 dr inż. Piotr Stępczak 18

19 Optical Time Domain Reflectometry α s - współczynnik rozpraszania, [1/km] S - faktor rozpraszania, P 0 - moc optyczna wprowadzona do światłowodu [W], T s - straty dwukrotnego przejścia sprzęgacza, w - szerokość impulsu [s], c - prędkość światła w próżni, 3*10 8 m/s, N - grupowy współczynnik załamania r współczynnik odbicia wc P2 = Sα s P0 T s 10 N 2 αl / 10 Moc sygnału powracającego Moc [db] wc N P1 = Sα s P0 T s L = c N t 2 P = rp0 10 F T s 2αL / 10 odległość [km] α [ db km] = 2 ( L L ) czas [s] P 10 log P dr inż. Piotr Stępczak ( L1 ) ( L ) 2 19

20 [db] Optical Time Domain Reflectometry złącze ADZ 0,5dB złącze złącze spaw 0,5dB Noise Level złącze 0,1dB Noise Level DZ Duch 1550nm 0,19dB/km L 1 L 1 makro <0,1dB spaw 1310nm 0,33dB/km 1,5dB EDZ EDZ 1,5dB EDZ EDZ EDZ L [km] dr inż. Piotr Stępczak 20

21 Optyczne elementy pasywne Złącza światłowodowe Sprzęgacz / rozdzielacz światłowodowy Multiplekser / Demultiplekser falowy Optoizolator i cyrkulator Filtry światłowodowe Przestrajalne filtry optyczne dr inż. Piotr Stępczak 21

22 Sprzęgacz / rozdzielacz Technika sprzęgania czołowa technologia mikrooptyczna (klejenie elementów) pryzmaty siatki warstwy interferencyjne stożki światłowodowe soczewki objętościowe i gradientowe technologia spawania przewężenie stożkowe trawienie chemiczne dr inż. Piotr Stępczak 22

23 Sprzęgacz / rozdzielacz Klejenie elementów soczewka GRIN pryzmat dr inż. Piotr Stępczak 23

24 Sprzęgacz / rozdzielacz Klejenie elementów lustro półprzepuszczalne soczewka GRIN dr inż. Piotr Stępczak 24

25 Sprzęgacz / rozdzielacz Spawanie dr inż. Piotr Stępczak 25

26 Sprzęgacz / rozdzielacz Technika sprzęgania boczne technologia klejenia zginanie włókien boczne ścinanie włókien technologia spawania przewężenie stożkowe trawienie chemiczne dr inż. Piotr Stępczak 26

27 Sprzęgacz / rozdzielacz światłowody strefa sprzężenia obudowa włókien polerowane bocznie włókna dr inż. Piotr Stępczak 27

28 Sprzęgacz / rozdzielacz światłowody strefa sprzężenia stożkowe przewężenie strefa spawania dr inż. Piotr Stępczak 28

29 Sprzęgacz/rozdzielacz-parametry P 1 P 3 P 4 Współczynnik sprzężenia Tłumienność wtrąceniowa na kanał T 3 = P3 P + P T Przykłady: 50 / / 20 3 /T 4 T 4 = Podział mocy na wyjściu P4 P + P L L 3 4 = 10 log = 10 log L = 10 log P1 P3 P1 P4 Tłumienność wtrąceniowa całkowita P3 + P P1 4 dr inż. Piotr Stępczak 29

30 Sprzęgacz/rozdzielacz-parametry P 1 P 3 P 1 * P 2 * P 4 Tłumienność odbiciowa RL = 10 log D = 10 log P P P P * 1 Przenik zbliżny / kierunkowość * Tłumienność wtrąceniowa na kanał L L 3 4 = 10 log = 10 log L = 10 log P1 P3 P1 P4 Tłumienność wtrąceniowa całkowita P3 + P P1 4 dr inż. Piotr Stępczak 30

31 Optyczne elementy pasywne Złącza światłowodowe Sprzęgacz / rozdzielacz światłowodowy Multiplekser / Demultiplekser falowy Optoizolator i cyrkulator Filtry światłowodowe Przestrajalne filtry optyczne dr inż. Piotr Stępczak 31

32 (De)Multiplekser falowy Mikrooptyka światłowód wejściowy soczewki siatka dyfrakcyjna 7,5 o światłowody wyjściowe dr inż. Piotr Stępczak 32

33 (De)Multiplekser falowy Mikrooptyka światłowód wejściowy Soczewka GRIN szklany klin światłowody wyjściowe siatka dyfrakcyjna dr inż. Piotr Stępczak 33

34 (De)Multiplekser falowy Mikrooptyka n 2 >n 1 λ 1 +λ 2 n 2 λ 2 λ 1 n 1 soczewka GRIN filtr interferencyjny soczewka GRIN dr inż. Piotr Stępczak 34

35 (De)Multiplekser falowy Mikrooptyka λ 2 filtr interferencyjny λ 1 +λ 2 λ 1 dr inż. Piotr Stępczak 35

36 (De)Multiplekser falowy λ 1 +λ 2 +λ 3 +λ 4 +λ 5 +λ 6 λ 4 λ 5 λ 3 filtr pasmowy włókno wejściowe wspólny falowód soczewka GRIN włókno wyjściowe λ 6 λ 2 λ 1 dr inż. Piotr Stępczak 36

37 (De)Multiplekser falowy 1 P P ( L) = Po cos ( CoL) 2 ( L) = P sin ( C L) o o 2 P(L) P O P 12 P 13 3 L dr inż. Piotr Stępczak 37

38 (De)Multiplekser - Mody sprzężone λ 1 λ 2 125µm d = 8µm dr inż. Piotr Stępczak 38

39 (De)Multiplekser - Mody sprzężone λ 1 λ 2 λ 2 d = 8µm Obszar sprzężenia dr inż. Piotr Stępczak 39

40 (De)Multiplekser falowy 1 P P ( L) = Po cos ( CoL) 2 ( L) = P sin ( C L) o o 2 P(L) P O P 12 P 13 3 L dr inż. Piotr Stępczak 40

41 (De)Multiplekser falowy-parametry P 1 P 3 P 4 Współczynnik sprzężenia P3 ( ) ( λi ) T3 λi = 100 P + P T 4 ( λ ) i = P ( λi ) 4 ( λi ) P4 ( λi ) ( λ ) + P ( λ ) Podział mocy na wyjściu T Przykłady: ( λ )/ T ( λ ) 4 4 ( λi ) 0 / 100 ( λ ) 100 / 0 k i i i i 100 Tłumienność wtrąceniowa na kanał L L L 3 4 ( λ ) ( λ ) ( λ ) i i i = 10 log = 10 log = 10 log P1 P3 P1 P4 ( λi ) ( λi ) ( λi ) ( λ ) Tłumienność wtrąceniowa całkowita ( λ ) ( ) ( ) i P4 λi P1 λi P3 + i dr inż. Piotr Stępczak 41

42 Optyczne elementy pasywne Złącza światłowodowe Sprzęgacz / rozdzielacz światłowodowy Multiplekser / Demultiplekser falowy Optoizolator i cyrkulator Filtry światłowodowe Przestrajalne filtry optyczne dr inż. Piotr Stępczak 42

43 Optoizolator Polaryzator 0 o Polaryzator 45 o Ośrodek magnetooptyczny z rotacją Faradaya o 45 o dr inż. Piotr Stępczak 43

44 Optoizolator Polaryzator 0 o Polaryzator 45 o Ośrodek magnetooptyczny z rotacją Faradaya o 45 o dr inż. Piotr Stępczak 44

45 Optoizolator Płytka dwójłomna PD2 Płytka dwójłomna PD1 Ośrodek magnetooptyczny z rotacją Faradaya o 45 o dr inż. Piotr Stępczak 45

46 Cyrkulator Soczewka port - 2 Soczewka Pryzmat port - 3 Zestaw płytek dwójłomnych i rotatorów Faraday a port -1 dr inż. Piotr Stępczak 46

47 Optyczne elementy pasywne Złącza światłowodowe Sprzęgacz / rozdzielacz światłowodowy Multiplekser / Demultiplekser falowy Optoizolator i cyrkulator Filtry światłowodowe Przestrajalne filtry optyczne dr inż. Piotr Stępczak 47

48 Filtry optyczne Do najważniejszych parametrów przestrajalnych filtrów optycznych można zaliczyć: zakres przestrajania, rozdzielczość (pasmo przepustowe), szybkość przestrajania, tłumienność wtrąceniową, wrażliwość na stan polaryzacji, stabilność termiczną i mechaniczną. dr inż. Piotr Stępczak 48

49 Filtry optyczne Podstawowe konfiguracje filtrów: filtr Fabry-Perot, filtr Bragga filtr Macha-Zehndera, filtr elektro-optyczny, filtr akusto-optyczny, dr inż. Piotr Stępczak 49

50 Filtr Fabry-Perot R A u T = = L A u dr inż. Piotr Stępczak 50 jφ e R A u = 1 φ φ φ j j j e R e R A e R A u = φ φ φ φ φ j j j j j e R e R A e R e R A e R A u = +K + + = φ φ φ φ φ j j j j j e R e R A e R e R A e R A u [ ] +K + + = φ φ φ j j j e R e R e R A u = φ φ j j e R e R A u R R Lustra półprzepuszczalne ( ) φ sin R R A + c Lf φ 2πn o = λ ο π φ L n = 2

51 Filtr Fabry-Perot Transmitancja 100% 75% 50% 25% R = 8% L = > 1/2 λ fali optycznej FSR R = 20% B R = 90% L FSR c f f = 2nL 2 λ λ = 2nL 0% f o - f f o f o + f częstotliwość λ o + λ λ o λ o - λ dł. fali dr inż. Piotr Stępczak 51

52 Filtr Fabry-Perot BRAK REZONANSU R R Lustra półprzepuszczalne dr inż. Piotr Stępczak 52

53 Filtr Fabry-Perot REZONANS R R Lustra półprzepuszczalne dr inż. Piotr Stępczak 53

54 Filtr Fabry-Perot R R Lustra półprzepuszczalne dr inż. Piotr Stępczak 54

55 Filtr Fabry-Perot włókno lustro włókno L piezoelektryk dr inż. Piotr Stępczak 55

56 Światłowodowy filtr Bragga wiązka lasera ekscymerowego Λ pm światłowód Λ b λb = 2Λ b n dr inż. Piotr Stępczak 56

57 Światłowodowy filtr Bragga PORT 1 PORT 2 filtr Bragga λ 1 +λλ 2 +λλ 3 +λλ 4 +λλ 5 +λλ 6 λ 1 +λλ 2 +λλ 4 +λλ 5 +λλ 6 PORT 3 λ 3 dr inż. Piotr Stępczak 57

58 Światłowodowy filtr Bragga PORT 1 PORT 2 filtr Bragga λ 1,......,λ n PORT 3 λ λ n-1 λn dr inż. Piotr Stępczak 58

59 Światłowodowy filtr Bragga λ 1,......,λ n filtr Bragga dr inż. Piotr Stępczak 59

60 Filtr Macha-Zehndera 2 2 [ T ( ν )] = cos ( πντ ) 11 ν 1 ν 2 ν 3 ν 4 ν 2 2 [ T ( ν )] = sin ( πντ ) 21 ν ν 1 ν 3 ν dB Phase shift 3dB 2 ν ν ν 2 ν 4 ν Elektryczny sygnał sterujący o okresie τ dr inż. Piotr Stępczak 60

61 Filtr elektro-optyczny Światłowód Podłoże z LiNbO 3 Rozgałęźnik polaryzacji TE/TM Λ L konwerter modu TE/TM Rozgałęźnik polaryzacji TE/TM dr inż. Piotr Stępczak 61

62 Filtr akusto-optyczny Światłowód Podłoże z LiNbO 3 Rozgałęźnik polaryzacji TE/TM Przetwornik A/O Akustyczna fala powierzchniowa dr inż. Piotr Stępczak 62

63 Własności filtrów optycznych dr inż. Piotr Stępczak 63