Pasywne elementy traktu światłowodowego

Pasywne elementy traktu światłowodowego Światłowody, sprzęgacze, rozgałęziacze i inne pasywne elementy toru Sergiusz Patela 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 1

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 2

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 3

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.651 3.Światłowody plastikowe (średnica rdzenia ~1mm) 4.Światłowody specjalne (światłowody polaryzacyjne i podtrzymujące polaryzację aktywne, szafirowe) Sergiusz Patela 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 4

Podstawowe typy kabli światłowodowych Wg. ilości włókien 1. Simplex 2. Duplex 3.... Wg. obszaru zastosowań 1. Kable stacyjne 2. Kable trakcyjne 3. OPGW, ADSS, 4.... Wg. technologii wykonania 1. Ścisła tuba 2. Luźna tuba 3. OPGW, ADSS 4.... Sergiusz Patela 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 8

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 14

Straty absorpcyjne Straty całkowite w elementach toru światłowodowego: A[ db] = 10log P P WY WE Sergiusz Patela 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 15

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 16

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 17

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 18

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 19

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 20

Kształt czoła ferruli i światłowodu Szczelina powietrzna Kontakt fizyczny, płaski. Flat PC PC APC Sergiusz Patela 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 21

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 22

Wybrane złączki światłowodowe dla standardowych światłowodów szklanych SMA 905 DIN 47256 SMA 906 D-4 ST FC, FC/PC Biconic SC HMS-10/HP Diamond FDDI Sergiusz Patela 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 23

Najważniejsze złączki światłowodowe - wymiary Sergiusz Patela 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 24

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 27

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 28

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 29

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 30

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 31

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 32

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 34

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 35

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 36

Spawanie w łuku elektrycznym - etapy uchwyty pozycjonujące 1 justowanie światłowodów 2 wygrzewanie wstępne 3 spawanie właściwe 4 odprężanie spawu Sergiusz Patela 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 37

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 38

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 39

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 40

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 41

Soczewki GRIN GRIN Lens - GRadient INdex Lens r n(r) soczewka GRIN r Rozkład współczynnika załamania n 2 [ ] 6 +... 2 2 4 ( 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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 42

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 1999-2002 Elementy traktu światłowodowego 43