Rozwiązania światłowodowe - kompendium wiedzy A-LAN Technologie

Jak działa technologia światłowodowa? Przyjrzyj się bliżej konstrukcji kabli światłowodowych, aby zrozumieć, jak ta zaawansowana technologia przesyłu danych funkcjonuje. W artykule omówiono szczegółowo sześć klas okablowania światłowodowego, koncentrując się na dwóch głównych typach kabli: światłowodowych wielomodowych i jednomodowych.

1. Klasy oraz kategorie
2. Maksymalne tłumienie toru transmisyjnego
3. Jak działa technologia światłowodowa
4. Konstrukcja włókien światłowodowych
5. Kable światłowodowe
6. Właściwości fizyczne
7. Zjawisko dyspersji
8. Tłumienie we włóknie światłowodowym
9. Wtyki - budowa i rodzaje polerowania

Klasy oraz kategorie

Według normy EN 50173-1 wyróżnia się sześć klas okablowania światłowodowego: OF-100, OF-300, OF-500, OF-2000, OF-5000, OF-10000 oraz sześć kategorii okablowania światłowodowego: OM1, OM2, OM3, OM4, OS1, OS2, przy czym cztery pierwsze kategorie dotyczą kabli światłowodowych wielomodowych, natomiast dwie ostatnie kabli światłowodowych jednomodowych.

Kategoria	Włókno	Klasa
		OF - 100	OF - 300	OF - 500	OF - 2000	OF - 5000	OF - 10000
OM1	50/125 µm	√	√	√	√	-	-
	62,5/125 µm	√	√	√	√	-	-
OM2	50/125 µm	√	√	√	√	-	-
	62,5/125 µm	√	√	√	√	-	-
OM3	50/125 µm	√	√	√	√	-	-
OM4	50/125 µm	√	√	√	√	-	-
OS1	9/125 µm	-	√	√	√	-	-
OS2	9/125 µm	-	√	√	√	√	√

Maksymalne tłumienie toru transmisyjnego

Klasa	Maksymalne tłumienie toru transmisyjnego (db)
	Kable wielomodowe		Kable jednomodowe
	850 nm	1300 nm	1310 nm	1550 nm
OF - 100	1,85	1,65	-	-
OF - 300	2,55	1,95	1,80	1,80
OF - 500	3,25	2,25	2,00	2,00
OF - 2000	8,50	4,50	3,50	3,50
OF - 5000	-	-	4,00	4,00
OF - 10000	-	-	6,00	6,00

Jak działa technologia światłowodowa

W światłowodach do transmisji danych wykorzystywany jest impuls świetlny o długości fali (w przybliżeniu) z zakresu od 800 nm do 1600 nm. Zakres ten odpowiada szerokości pasma podczerwieni. Światło wewnątrz szklanego rdzenia ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu od powierzchni płaszcza dzięki czemu możliwa jest propagacja sygnału
na znaczne odległości.

Konstrukcja włókien światłowodowych

Włókna wielomodowe (multimode - MM) gradientowe

Mod światłowodowy jest to akceptowalny kąt padania światła do światłowodu. Impuls światła rozprzestrzeniający się w światłowodzie wielomodowym jest superpozycją wielu promieni świetlnych padających pod różnymi kątami. W światłowodzie gradientowym wielomodowym ze względu na płynną zmianę współczynnika załamania światła propagacja światła w rdzeniu jest zbliżona do sinusoidalnej. Typowe średnice włókien wielomodowych to 50/125 m oraz 62,5/125 m.

Włókna jednomodowe (singlemode - SM)

Typowa średnica włókien jednomodowych to 9/125 µm, dzięki czemu w rdzeniu przenoszony jest tylko jeden mod światła, co ogranicza zjawisko dyspersji stwarzając możliwość wykorzystywania tego rodzaju kabli do transmisji na większe odległości niż w przypadku kabli światłowodowych wielomodowych.

Kable światłowodowe

Konstrukcja kabli światłowodowych

Kabel w tubie ścisłej

Kabel w tubie luźnej

Oznaczenia kabli światłowodowych

Kable UNIWERSALNE

Kable ZEWNĘTRZNE

Kable ABONENCKIE

Właściwości fizyczne

Rdzeń światłowodu jest właściwym środowiskiem, w którym zachodzi propagacja strumienia świetlnego. Aktualnie w technologii światłowodowej prawie wyłącznie wykorzystuje się rdzenie z dwutlenku krzemu SiO2, dla którego tłumienie wtrąceniowe jest praktycznie pomijalne. Ważnym czynnikiem jest jakość szkła. Odpowiedni proces produkcji
umożliwia pozbycie się dużej części zanieczyszczeń oraz na uniknięcie wpływu wilgotności powietrza na włókna dzięki niezwłocznemu nałożeniu powłoki pierwotnej po wytworzeniu włókna.

Zjawisko dyspersji

Pasmo przenoszenia włókien światłowodowych ograniczone jest przez zjawisko dyspersji. Wyróżnia się dyspersję modową i chromatyczną. Dyspersja modowa polega na wystąpieniu różnicy czasów pomiędzy pierwszym i ostatnim modem światła wskutek wystąpienia różnic dróg przebytych przez transmitowane mody światła. Wynikiem wystąpienia tej różnicy czasów jest „rozmycie” impulsu na wyjściu światłowodu, co może skutkować niezdolnością rozróżnienia impulsów przez odbiornik i błędami odczytu.

Na dyspersję chromatyczną składają się dwa zjawiska: dyspersja materiałowa oraz falowa, w wyniku których sygnał na wyjściu światłowodu ulega „rozmyciu”. Dyspersja chromatyczna związana jest z występowaniem różnych współczynników załamania światła, dla fal świetlnych o różnej długości, w związku z czym promienie świetlne
docierają do odbiornika z różnymi czasami.

Tłumienie we włóknie światłowodowym

Tłumienie jest zjawiskiem polegającym na stracie światła przenoszonego przez włókno światłowodu, ograniczającym zasięg transmisji światłowodowej. Źródłem tłumienia światłowodu jest jego struktura (mikro- i makro- zgięcia, uszkodzenia) oraz materiał (absorpcja,rozpraszanie).

Tłumienie zależy od długości fali transmitowanego światła. Wyróżnia się trzy długości fali świetlnej tzw. Okna transmisyjne, dla których tłumienie jest minimalne:

• I okno transmisyjne: 850 nm
• II okno transmisyjne: 1310 nm
• III okno transmisyjne: 1550 nm

Wtyki - budowa i rodzaje polerowania

Budowa wtyku

Tuleja (ferrula) służy do zamontowania w jej wnętrzu włókna światłowodowego w celu jego odpowiedniego pozycjonowania. Włókno wprowadzane jest przez całą długość ferruli do jej czoła, które stanowi interfejs sygnału świetlnego.

Wtyki różnią się rodzajem polerowania (PC, APC), a także tłumiennością wtrąceniową związaną z możliwością niecentrycznego połączenia włókien oraz tłumiennością odbiciową, związaną z odbiciem światła od płaszczyzn złącza w sytuacji, gdy nie są one ściśle dopasowane.

 

Złącza stykowe PC i APC

Czoła włókien światłowodowych mogą być wypolerowane na dwa sposoby: metodą PC (ang. Physical Contact) lub metodą APC (ang. Angled Physical Contact).

• Metoda PC polega na wypolerowaniu powierzchni pod kątem o 90 i umieszczeniu ich w jak najmniejszej odległości naprzeciwko siebie, w celu minimalizacji tłumienności łącza.
• Metoda APC polega na wypolerowaniu powierzchni pod kątem 80 co pozwala na zmniejszenie tłumienności tego typu złącza względem złącza PC.

Najczęściej stosowane wtyki

Wtyk LC

• Złącze w wersjach simpleks i dupleks
• Dostępne w wersji jednomodowej i wielomodowej
• Małe gabaryty
• Ferrula o średnicy 1,25 mm
• Posiada mechanizm zatrzaskowy

Wtyk SC

• Prostokątny
• Montaż typu „push-pull”
• Złącze w wersjach simpleks i dupleks
• Dostępne w wersji jednomodowej i wielomodowej

Wtyk FC

• Gwintowany sposób mocowania
• Dostępny w wersji jednomodowej i wielomodowej
• Głównie stosowany dla kabli jednomodowych

Wtyk E2000

• Montaż typu „push-pull” z klapka zabezpieczającą ferrulę przed
  zabrudzeniem
• Długie prowadnice złącza światłowodowego w adapterze
• Dostępny w wersji wielomodowej i jednomodowej

Wtyk ST

• Wyposażony w bagnetowy zamek obrotowy
• Prosty i szybki sposób mocowania włókna
• Dostępny w wersji jednomodowej i wielomodowej
• Głównie stosowany dla kabli wielomodowych

Źródło: Kompedium wiedzy A-LAN Technologie