Transcript Fenytavkozlesi_alapok 930KB Oct 19 2007 01

Fénytávközlési alapismeretek
Oktatási Igazgatóság
1. oldal
Fényvezető szálelmélet
Oktatási Igazgatóság
2. oldal
Az optika története
- 1960 félvezető lézer felfedezése
- 1966 fényvezető szálas átvitel elve
- 1970-es évek; első generációs rendszerek (MM)
- 1978-81 második generációs rendszerek (SM)
- 1987 koherens detektálás (103 Gbit/s·km)
- 1990-es évek eleje; optikai erősítők (EDFA)
Oktatási Igazgatóság
3. oldal
A fénytávközlés előnyei
- Érzéketlen a külső zavarokkal szemben
- Kis csillapítás - nagy távolság
- Kis súly - kis térfogat - könnyebb kezelhetőség
- Nagy átviteli kapacitás
- Nagy tömegben gyártható
Oktatási Igazgatóság
4. oldal
Hátrányok
- Új technológia bevezetése
- Költséges új műszerek beszerzése
- Szakember-gárda képzése
- Sérülékenység és illesztési problémák
Oktatási Igazgatóság
5. oldal
Fénytörés elmélete
n1 < n2
a a
n1
Snellius-Descartes:
n1 sina = n2 sinb
n2
b
Oktatási Igazgatóság
6. oldal
Teljes visszaverődés
a <ah
a =ah
b
a
a >ah
b
a
a a
Feltételei: - a fény optikailag
sűrűbb közegből érkezzen a
ritkább felé, a beesési szög
nagyobb legyen a határszögnél
Oktatási Igazgatóság
7. oldal
Optikai szál kialakítása
a
9m m
n1
125
mm
n2
a
0 ,383  
n
2
1
 n2
2

n2 = 0,3 %
nagyobb mint a héj
n
Oktatási Igazgatóság
8. oldal
Optikai szálak típusai
LÉPCSÖS INDEXÛ
TÖBB MODUSÚ
mag: 50 - 62,5 mm, héj: 125 mm
GRADIENS INDEXÛ
TÖBB MODUSÚ
LÉPCSÖS INDEXÛ
EGY MODUSÚ
mag: 9 mm, héj: 125 mm
Oktatási Igazgatóság
9. oldal
A fény hullámtermészete
100 Hz
3000 km
3 KHz
100 km
10 KHz
30 km
300 KHz
1 km
1 MHz
300 m
30 MHz
10 m
100 MHz
3m
3 GHz
100 mm
10 GHz
30 mm
300 GHz
1 mm
1 THz
300 mm
30 THz
10 mm
100 THz
3 mm
3 PHz
100 nm
10 PHz
30 nm
300 PHz
1 nm
1 EHz
300 pm
30 EHz
10 pm
100 EHz
3 pm
1.10 Hz
300 fm
Oktatási Igazgatóság
Technikai váltóáram
Hosszúhullám
Középhullám
Rövidhullám
10 mm
Ultrarövidhullám
Mikrohullám
Infravörös sugárzás
Láthatófény tartománya
Ultraibolya sugárzás
Röntgen sugárzás
Fénytávközlésre
használt sáv (IR)
1mm 800 nm - 1600 nm
Látható fény
360 nm - 760 nm
100 nm
g sugárzás
Kozmikus sugárzás
10. oldal
A fény hullámtermészete
A törésmutató:
n=
A fénysebesség:
c=
Er
1
EO mO
A fény terjedése dielektromos közegben:
c
1
1
v=
=
=
n
Er
EO mO Er
Oktatási Igazgatóság
11. oldal
Szálak átviteli paraméterei
- Csillapítás
- Diszperzió
- Levágási hullámhossz
- Numerikus apertúra
- Egyéb száljellemzők
Oktatási Igazgatóság
12. oldal
Csillapítás hőmérsékletfüggése
k
2
1
-20
Oktatási Igazgatóság
+70
T (oC)
13. oldal
A kvarcüveg csillapítása
a (dB/km)
10
UV abszorpció
IR abszorpció
1
OH gyök
II.
0.1
III.
Rayleigh szórás
I.
850
Oktatási Igazgatóság
1300 1550
 (nm)
14. oldal
Az átviteli ablakok
- I. ablak első generációs
850 nm környéke, 2.5 - 3.5 dB/km
- II. ablak minimális diszperziójú
1300 nm környéke, 0.36 dB/km
- III. ablak minimális csillapítású
1550 nm környéke, 0.24 dB/km
Oktatási Igazgatóság
15. oldal
A diszperzió
Def.: futásidő különbségből eredő jelszóródás
Fajtái:
- módusdiszperzió
- anyag és geometria következtében
fellépő diszperzió
- hullámvezető diszperzió
Oktatási Igazgatóság
16. oldal
Módusdiszperzió
Oktatási Igazgatóság
17. oldal
A kromatikus diszperzió
D (ps/nm)
1
10
2
1200
1400
3
1600  (nm)
1
-10
2
3
Oktatási Igazgatóság
18. oldal
Optikai adók spektruma
10 Gbit
5 Gbit
2 Gbit
1 Gbit
500 Mbit
200 Mbit
100 Mbit
50 Mbit
20 Mbit
10 Mbit
GI
1,3 LD
GI
1,5 LD
SM
1,3 LD
SM SD
SM
1,5 LD
1,5 LD
Popt
LED
Pmax
GI
1,3 LED
Lézer
MM
0,85 LED
félértékszélesség
Pmax/2
100 m
1 km
10 km
100 km
1000 km
1300
Oktatási Igazgatóság
 (nm)
19. oldal
Numerikus apertúra
NA 
2
1
n n
2
2
 maximum
AKCEPTANCIASZÖG []
maximális belövési nyílásszög
Oktatási Igazgatóság
20. oldal
Egyéb száljellemzők
- Makrohajlat veszteségek
- Mikrohajlat veszteségek
- Mechanikai jellemzők
- Öregedési tulajdonságok
- Gyártási hibák
- Csatolási veszteségek
Oktatási Igazgatóság
21. oldal
Magátmérő különbség hatása
- Mindkét irányból mérni kell!
Oktatási Igazgatóság
22. oldal
Gyártási hibák hatása
- Koncentricitási hiba
- Köralakhiba
- Törésmutató eloszlási hiba
n
d
Oktatási Igazgatóság
23. oldal
Illesztési hibák hatása
A (dB)
a
d
D
d/a/D
Oktatási Igazgatóság
24. oldal
Fresnel reflexió
4%
4%

Oktatási Igazgatóság
=
n
n
1
1
- n
+ n
2
2
2
25. oldal
Kábelszakasz tervezési szempontjai
A hálózat
kalibrált lézeradó
optikai szintmérő
Két állomás távolsága < nyomvonal < kábelhossz < szálhossz
Oktatási Igazgatóság
26. oldal
Szakaszcsillapítás számítása
digitális gerinc és távkábelek esetén:
A = L • 0,38 dB/km + N • 0,05 (0,08) dB + 2 •0,4 dB
helyi, előfizetői hálózatok esetén:
A = L • 0,38 dB/km + N • 0,15 dB + 1,0 dB
ahol:
A = a szakasz elméletileg számított maximális csillapítása.
L = a szakasz teljes hossza.
N = a hegesztések száma.
1,0 db = a szakasz két végpontján lévő csatlakozók és pigtail kötések.
Oktatási Igazgatóság
27. oldal
Önértékelő Teszt
1.
Milyen típusú optikai szálakat alkalmazunk?
Válassza ki a megfelelőket.
Mutimodusú gradiens indexű
Monómodusú gradiens indexű
Multimodusú lépcsős indexű
Monómodusú lépcsős indexű
Multimodusú kevert szálas
Oktatási Igazgatóság
28. oldal
Önértékelő Teszt
2.
Mit jelent az átviteli ablak kifejezés?
Válassza ki a megfelelőket.
Azt a nyílászárót amelyen keresztül az információ
bejuthat az előfizetőhöz.
Az átviteli távolság és a csillapítás grafikonján, azok
a pontok amelyeknél a legkisebb a jelveszteség.
Oktatási Igazgatóság
31. oldal
Fényvezető kábelek
Oktatási Igazgatóság
34. oldal
Optikai szál gyártása
A gyártás fázisai:
- előforma készítése
szál szerkezetének előállítása
- külső kémiai gőzlecsapatás
- belső kémiai gőzlecsapatás
- növesztéses eljárás
- szálhúzás
- szál átmérő
- primer védelem (esetleg festés)
- kábelgyártás
- több szál összefogása
- különböző védelmek kialakítása
Oktatási Igazgatóság
35. oldal
Preform készítése
SiCl4
O2
GeCl4
BBr3
1300 OC
Belső kémiai gőzlecsapatás:
- tisztítás
- hordozócső készítés
- mag növesztése (lecsapatása)
- zsugorítás
Oktatási Igazgatóság
36. oldal
Szálhúzás
Preform
Grafit
kemence
Vezérlő
egység
Primer védelem
Hűtőfolyadék
Száldetektor
Csévélő dob
Feszítő dob
Oktatási Igazgatóság
37. oldal
Kábelgyártás
Dobok a szálakkal
SZ sodrat
Vazelin
Pászma növesztése
Vezérlő
egység
Oktatási Igazgatóság
Pászma átmérő detektor
38. oldal
SZ sodrat
SZ
irány (jobb majd bal sodrat)
70 cm-enként
- csak laza szerkezetűnél
- nem csak szálaknál, hanem pászmáknál is
Oktatási Igazgatóság
39. oldal
Pászma kialakítása
1. Laza szerkezetű,
vazelin töltés
SZ sodrat
festés
.
.
.
.
.
.
Védőcső (pászma)
Optikai szál
(primer védelemmel)
Vazelin
2.4 - 3.0 mm
2. Szoros felépítésű kábelek
Oktatási Igazgatóság
40. oldal
Optikai kábelek fajtái
Kültéri
- Légkábelek
- Földalatti kábelek
- Víz alatti kábelek
- Nem önhordó
- Önhordó
- Behúzó
- Páncélos
- Folyami
- Tenger alatti
Beltéri
- Switch kábelek
- Patch kábelek
- Pigtail kábelek
Oktatási Igazgatóság
41. oldal
Behúzó kábel
tehermentesítő szál
másodlagos védelem
vazelin töltéssel
műgyantás kevlár
fekete köpeny
Oktatási Igazgatóság
42. oldal
Spirál, hornyos szálvezetős
optikai kábel
tárcsás
rögzítő és
tehermentesítő
vájat az elsődleges
védelemmel
ellátott
szálak részére
Oktatási Igazgatóság
43. oldal
Páncélos kábel
Oktatási Igazgatóság
44. oldal
Önhordó légkábel
Acélsodrony
Polietilén köpeny
Központi elem
Optikai szálak
Pászma
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Kevlar
Vakpászma
Oktatási Igazgatóság
45. oldal
Nagyfeszültségű légkábel
nullvezeték
acélsodrony
pászma
optikai szálak
Oktatási Igazgatóság
46. oldal
Optikai szalagkábelek
8 - 10 - 20 szálas kivitel
speciális szerszámokkal tisztítható és hegeszthető
szekunder védelem
primer védelemmel ellátott optikai szál
Oktatási Igazgatóság
47. oldal
Önértékelő Teszt
1.
Válassza ki azon elemeket amelyek a kábelekben
szerepelnek?
Válassza ki a megfelelőket.
Kevlár vagy Aramidszálak.
Áthallási csillapítás védelem.
Külső köpeny.
Belső tehermentesítő elem.
Koaxiális csőpár a kábeltévé számára.
Oktatási Igazgatóság
48. oldal
Önértékelő Teszt
2.
Hogyan történik a szálhúzás?
Válassza ki a megfelelőket.
A preformot a húzotoronyba helyezik és magas
hőmérsékleten megolvasztják a végfelületét.
A cseppfolyós optikai szál kialakulása automatikausan
történik. A szál minőségét a preform határozza meg.
Az optikai szálat az acélhoz hasonlóan „vékonyítással”
Formálják megfelelő méretüre.
Oktatási Igazgatóság
51. oldal
Passzív optikai eszközök
Oktatási Igazgatóság
54. oldal
Passzív optikai elemek felosztása
- Optikai szálak
- Optikai kötések
- Optikai rendezők, rögzítők, pozícionálók
- Optikai csillapítók
- Lencsék, szűrők
- Jelosztók, optocsatolók
- Optikai kapcsolók
- Optikai modulátorok
Oktatási Igazgatóság
55. oldal
Optikai lencsék
n2
n1
n1
indirekt lencse
gömblencse
Oktatási Igazgatóság
n2
n1
diffúziós mikrolencse
cilinder lencse
56. oldal
GRIN lencse
n
optikai szál
gradiens indexű szál
Oktatási Igazgatóság
57. oldal
Optikai osztó
félig áteresztõ tükör
Oktatási Igazgatóság
58. oldal
Optocsatoló (polimerizációs)
maszk
n1
n2
Oktatási Igazgatóság
n1
n1
n2
59. oldal
Optikai csillapítók fajtái
Felosztása:
Használata:
Oktatási Igazgatóság
- aktív (erősítést tartalmaz)
- passzív
- fix (állandó értékű)
- változtatható
- kalibrált
- nem kalibrált
- jelszintcsökkentés
- mérés
60. oldal
Változtatható optikai csillapító
lencse
8o
változtatható
csillapítású tárcsa
Oktatási Igazgatóság
61. oldal
Optikai kapcsolók
Optikai utat kapcsolnak hálózati csomópontoknál
Felhasználási területei:
- jelek átkapcsolása
- visszirányú jelelnyomás
- multiplexelés megvalósítása
- optikai utak tartalékolása
- mérések
Megvalósítása: - elektromechanikus úton
- elektrooptikai úton
Oktatási Igazgatóság
62. oldal
Optikai kapcsolók fajtái
1:1
1:2
2:2
2:4
:
:
:
:
Dual reversing
Oktatási Igazgatóság
1xN
2:2 Bypass
2 x (1xN)
:
2xN
63. oldal
Optikai kapcsolók tulajdonságai
Beiktatási csillapítás
0.5 dB
Ismétlésnél csillapításnövekedés
0.01 dB
Kapcsolási sebesség
< 15 ms
Működési tápfeszültség
5 V, 50 mA
Reflexiós csillapítás
- 65 dB
Működési tartomány
Oktatási Igazgatóság
1300, 1550, (1650) nm
64. oldal
Példa 1 x N kapcsoló használatára
DUT
DUT
:
:
:
DUT
1xN
1xN
Optocsatoló
Referenciaszál
Fényforrás
1300 nm
Teljesítménymérő
Kapcsolók
1500 nm
:
:
Oktatási Igazgatóság
65. oldal
Elektrooptikai kapcsoló
(iránycsatoló)
Vezetett hullám
Elektródok
V
Oktatási Igazgatóság
66. oldal
Optikai modulátor (DPSK)
Hullámvezető
Elektródák
V
Hordozó
Fény bemenet
Oktatási Igazgatóság
67. oldal
Mach-Sender interferométer
V
Jel feszültség
Intenzitás modulált fény kimenet
6 mm
Hordozó
Fény bemenet
Oktatási Igazgatóság
68. oldal
Önértékelő Teszt
1.
Milyen optikai csillapítókat alkalmazunk?
Válassza ki a megfelelőket.
Aktív, erősítővel
Passzív, erősítővel
Passzív fix és változtatható
Aktív, nem kalibrált
Passzív, nem kalibrált
Oktatási Igazgatóság
69. oldal
Önértékelő Teszt
2.
Ismertesse az optikai modulátor elvét.
Válassza ki a megfelelőket.
Az optikai modulátorok szintén az elektromos tér
hatására történő anyagi tulajdonságok
megváltozását használják ki.
Az optikai modulátorba bevezetett nagyfeszültségű
áram eltéríti a jeleket a kívánt irányokba.
Oktatási Igazgatóság
72. oldal