WYKŁAD 4

1.     Tłumienie i straty w światłowodach

2.     Przyczyny tłumienia i strat w światłowodach

3.     Bilans mocy optycznej systemu światłowodowego

4.     Łączenie światłowodów

1. Tłumienie i straty w światłowodach

powyżej podano % mocy światła przechodzącego przy danym tłumieniu

2.     Przyczyny tłumienia i strat w światłowodach

- sprzężenie toru ze źródłami światła i odbiornikami

- złącza i spawy

      a. przerwa międzypłaszczyznowa

      b. zanieczyszczenia

      c. niekoncentryczność rdzenia

      d. brak osiowości

      e. niedopasowanie kątowe lub kierunkowe

      f. różnice apertury numerycznej                                     

      g. różne średnice rdzenia

      h. niedopasowanie pól modowych światłowodów

- światłowód

      absorpcja promieniowania (elektronowa i cząsteczkowa)

      rozpraszanie promieniowania na niejednorodnościach struktury (tzw. Rayleigha, gdzie E~λ-4)

przerwa międzypłaszczyznowa

zanieczyszczenia

brak osiowości niedopasowanie kierunkowe

defekty geometryczne w tym straty na zgięciach

różne średnice rdzenia

niedopasowanie pól modowych światłowodów

Tłumienie w światłowodach na złączkach

-

Tłumienie podczas sprzężenia toru światłowodu ze źródłami światła i odbiornikami

Soczewka GRIN (gradient index) albo SELFOC (self –focusing)

Sprawność sprzężenia η źródła światła ze światłowodem:

η = NAf/NAs2 MIN [ 1, (a/rs)2]t

gdzie

NAf - apertura numeryczna włókna światłowodowego

              NAs - apertura numeryczna włókna źródła

              a - promień rdzenia

              rs - promień powierzchni emisyjnej źródła

              t - zmienna dot. start spowodowanych odbiciem Fresnela przy wchodzeniu światła do światłowodu, t=0,95

3.     Bilans mocy optycznej systemu światłowodowego

Wykonanie bilansu mocy polega na zestawieniu wartości mocy na wejściu łącza światłowodowego i wszystkich strat występujących po drodze. Bilans obejmuje też tzw. margines projektowy (zwykle –6dB) uwzględniający straty, których nie da się łatwo obliczyć, np. straty na zgięciach. Bilans wykonuje się w dB dla dobrania mocy źródła zapewniającej wystarczająco dużą ilość światła na wyjściu traktu (wyższą od czułości detektora).

Przykład: Ma być wykonane łącze światłowodowe z użyciem diody LED o l=820nm. Powierzchnia emisyjna diody ma średnicę 40mm. Dioda jest sprzężona ze światłowodem o NA=0,45 i średnicy rdzenia 50mm. Łącze będzie wykonane światłowodem o tłumienności 5dB/km dla długości fali 820nm. Jego długość wyniesie 5km. Obliczyć minimalną moc światła z diody LED jeśli jako detektor zastosowano fotodiodę PIN o czułości –20dBm (10mW). Konfigurację łącza przedstawia rysunek obok.

Straty sprzężenia ze źródłem              =(NAf / NAs)2t=(0,45/1)2·0,95=0,192=                              7,2 dB

Straty na złączkach                                          =3·1,5dB=4,5dB                                                          4,5 dB

Straty na spawie                                          =0,5dB                                                                        0,5 dB

Straty w światłowodzie                            =5km·5dB/km=25dB                                                        25,0 dB

Straty na dzielniku mocy                            =50%                                                                                      3,0 dB

Margines projektowy                                          =6dB                                                                                      6,0 dB

                                                                                                  RAZEM STRATY                                          46,2 dB

Wymaganą moc optyczną źródła liczymy z bilansu:

Po=PRX+PL

gdzie Po – wymagana moc optyczna, PRX – czułość detektora, PL – całkowite straty linii

stąd:

                Po = -20 dBm + 46,2 dBm = 26,2 dBm (417 mW)                           

(0 dBm odpowiada mocy 1 mW)

4.     Łączenie światłowodów

Klasyfikacja złączek światłowodowych

1.      sposób kontaktu włókien (NC, PC,SPC,APC)

2.      sposób bazowania (złączki zatrzaskowe i niezatrzaskowe -keyed i non-keyed connectors)

3.      Rodzaj złączki (ST,FC,S.C.,DIN, Biconic)

4.      Technologia wykonania (bezklejowa, żywica samoutwardzalna-polerowanie)

5.      Rodzaj materiału ferruli, obudowy i innych elementów

               Wybrane typy standardowych złączek światłowodach szklanych

Złączka niekluczowana, gwintowana, dla światłowodów wielomodowych, nie kontaktujących się, polerowanych płasko. Jest to pierwszy standard dla łączenia światłowodów

Duży rozrzut tłumienności od 0.3-2 dB, tłumienność odbiciowa 15-30 dB, światłowody w kontakcie  dociskane przez sprężynki, opracowane przez AT&T

Podstawowe typy złączek światłowodowych

typ FC                                                                      typ SC

FC– złączka z mocowaniem

gwintowanym

              SC– złączka o przekroju prostokątnym, w plastikowej obudowie; niebieska dla światłowodów jednomodowych i beżowa dla wielomodowych.
 

typ ST                                                                                    typ LC

ST– złączka z mocowaniem bagnetowym.

Uchwyt może być plastikowy lub metalowy.
 

typ E-2000                            Typ SMA Złączka niekluczowana, gwintowana, dla światłowodów wielomodowych, nie kontaktujących się, polerowanych płasko. Jest to pierwszy standard dla łączenia światłowodów

typ FDDI                                                                      typ ESCON

oraz złączki specjalne o podwyższonej odporności firmy STRATOS (serii 900, 960 oraz 2000) na potrzeby armii wojsk NATO

Szczegółowe rozwiązania konstrukcyjne
W nowo budowanych przełącznicach należy stosować złączki konstrukcji wsuwanej (push-pull) standardu SC lub E-2000. Do rozbudowy przełącznic istniejących należy używać złączek o konstrukcjach dotychczasowych, a w szczególno;ppści standardu push-pull.
Dla systemów transmisyjnych o przepływności powyżej 600 Mb/s zaleca się stosowanie złączek kątowych (typu APC).
 

Wyjaśnienie skrótów:
ST = Straight Tip (ang. zakończenie proste); określenie wprowadzone dla odróżnienia od stosowanych wcześniej złączek o zakończeniu stożkowym. Oba typy złączek– prosty i stożkowy– opracowano w firmie AT&T.
FC = Fiber Connector (ang. złącze światłowodowe) opracowane w NTT
SC = Subscriber Connector (ang. złącze abonenckie) opracowana przez NTT jako tańsza odmiana złącza FC. Tania, dzięki plastikowej obudowie złączka, miała służyć do podłączenia do światłowodów sprzętu w systemach włókno-do-domu.
Inne wyjaśnienie skrótów:
ST = Standard Termination (ang. zakończenie standardowe)
SC = Standard Connection (ang. złącze standardowe)
Czasem oznaczenie złączki (ST, FC, SC) zawiera dodatkowo symbole PC lub AC
PC = Physical Contact (ang. kontakt fizyczny) tłumienność odbiciowa ORL < -45dB.
SPC – Super-polished Physical Contact (ang. super-polerowany kontakt fizyczny), ORL < -50 dB. Może być również UPC (ultra-polerowany kontakt fizyczny), ORL < -55dB.
AC - Angled Contact (ang. złącze kątowe), ORL < -65dB; koniec włókna polerowany pod kątem ok. 8 stopni do płaszczyzny prostopadłej do osi światłowodu.
APC - Angled Physical Contact (ang. połączenie kątowe z kontaktem fizycznym)
Określenie„kontakt fizyczny” oznacza, że koniec włókna i tulejkę ceramiczną lekko zaokrąglono, także w złączce występuje kontakt szkło-szkło (a nie szkło– powietrze– szkło jak w złączce zwyczajnej). Dodatkowe litery S lub U odnoszą się do gładkości polerowanych powierzchni czołowych (super i ultra). Innymi słowy, złączki PC, SPC i UPC mogą mieć taki sam profil powierzchni czołowej, ale różne parametry wynikające z różnych gładkości powierzchni.
ORL = optical return loss (ang. optyczna tłumienność odbiciowa) charakteryzuje ilość światła odbitego od złączki i wracającego torem światłowodowym.

11