Transcript fiber - Széchenyi István Egyetem

Optikai szálak
Nagy Szilvia
Széchenyi István University
Győr
Hungary
KábelTV hálózat
HUB
1300
ONU
ONU
1550
Fejállomás
HUB
1300
PSTN
ONU
KTV Optika - Szálak
ONU
2
Fény – modellek
A fény leírására szolgáló modellek:
részecske kép: fotonok
hn energia
lézerek, detektorok
elektromágneses hullámok
Maxwell-egyenletek
monomódusú szálak
geometriai optika: fénysugarak, sugármenet
Schnell-tv,…
KTV Optika - Szálak
3
Fény – elektromágneses hullám
UV
KOZMIKUS
1020
frekvencia
RÖNTGEN
1018
1016
LÁTHATÓ
FÉNY
1014
250 THz
hullámhossz
c
λ
f
10-12
10-9
1 pm
1 nm
IR
1012
1 THz
10-6
1 µm
0,4
0,5
100
1 mm
1m
II.
1 MHz
102
100m
III.
780
670
0,6
1 GHz
10-3
I.
c=2,99792458 *108 m/s
KOMMUNIKÁCIÓ
1010
108
106
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
µm
1270 - 1650 nm
KTV Optika - Szálak
4
Optikai hullámvezető
Az optikai szálak elektromágneses
hullámvezetők, melyben a fény különböző
propagáló módusokban terjed
Elsõdleges védelem
Héj
Mag
250 m
KTV Optika - Szálak
5
Geometriai optika
teljes visszaverődés, törés
Snellius-Descartes:
a a
n1
n1 sina = n2 sinb
n2
b
n1 < n2
KTV Optika - Szálak
terjedési sebesség:
v = c/ni
6
Geometriai optika
Határszög: n1>n2
n1 sinah = n2
a < ah
a = ah
b
a
KTV Optika - Szálak
a > ah
b
a
a a
7
Optikai szálak
nmag
sin 

sin  nlevegő
héj
nlevegő = 1
  900  a
sin  sin90  a  
 cos a
h


a
ah
nmag = n1
mag
nhéj = n2
sin  n1  sin
sin  n1  cos a.
cos 2 a  1 sin2 a
KTV Optika - Szálak
sin  n1 1 sin2a
8
Optikai szálak
sin a h
n2

sin 90 n1
héj
nlevegő = 1
n2
sin a h 
n1
h

sin  n1 1 sin2a

nmag = n1
a
ah
mag
nhéj = n2
n1
1
n2
sin h  NA  n12  n22
KTV Optika - Szálak
9
Optikai szálak
n1
Ha
 1, akkor a numerikus apertúra is kicsi. A
n2
távközlésben kis numerikus apertúrával gyártott
szálakat, ún. gyengén vezető szálakat
alkalmaznak.
KTV Optika - Szálak
10
Geometriai optika
Numerikus apertúra
NA  n12  n22
Akceptanciaszög ():
maximális belövési nyílásszög
 maximum
KTV Optika - Szálak
11
Módustér-átmérő
A fény nem csak a magban terjed, különösen
többmódusú szálakban
• „behatol” a köpenybe is
• a köpenyben kisebb a törésmutató, így
nagyobb a terjedési sebesség
KTV Optika - Szálak
12
Veszteségek
A vákuumtól eltérő anyagban haladó fény
veszteségeket szenved.
Az átviteli veszteségek fő okai:
 Elnyelődés (abszorpció): az atom, vagy
molekula a beérkező fotont elnyeli s hatására
magasabb energiájú állapba kerül.

Diszperzió: a közegben haladó fény sebessége
függ a hullámhosszától. Miután a fény több
különböző hullámhosszúságú rezgés keveréke,
összetevőire bomlik és színek szerint változó
sebességgel halad.
KTV Optika - Szálak
13
Veszteségek

Szóródás: az anyagban lévő
inhomogenitásokon a fény energiája szóródik.

Tükröződés: a fény valamely közeg határára
érve arról részben visszaverődik, a teljes energia
visszavert hányada az anyag törésmutatójától
függ (Fresnel reflexió). Tükröződésről beszélünk,
ha a visszaverődés tökéletesen sík felületről
történik.

Szórt visszaverődés: az optikailag durva
felületről való visszaverődés (a visszaverő felület
nem tökéletesen sima, sík felület).
KTV Optika - Szálak
14
Száljellemzők
Csillapítás (veszteség) függ:
- az anyag hőmérsékletétől,
- a tisztaságától és
- a fény hullámhosszától.

Abszorpció:
UV abszorpció,
IR abszorpció
Rayleigh szórás


Levágási hullámhossz (Brillouin-szórás,
SPM)
Mikro- és makrohajlítások
KTV Optika - Szálak
15
Száljellemzők
a [dB/km]
Csillapítás
• 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
UV abszorpció
10
IR abszorpció
OH gyök
1
II.
0.1
III.
Rayleigh szórás
I.
850
KTV Optika - Szálak
1300 1550
l [nm]
16
Száljellemzők
CsillapításdB/km
ATTENUATION
2.0
0
1.80
o
a [dB/km]
1.60
1.40
1.20
o
1.0
o
0
0.80
o
0.60
o
0.40
0
o
0
o
0.20
0
0.00
KTV Optika - Szálak
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
nm
17
Száljellemzők
diszperzió – kromatikus diszperzió
D (ps/nm)
1
1
10
2
3
l(nm)
2
1200
3
KTV Optika - Szálak
1400
1600
-10
18
Száljellemzők
Diszperzió:
módus diszperziót
anyag és geometria
kromatikus
következtében
diszperzió
fellépő diszperziót,
hullámvezető diszperziót
a polarizációs módus diszperzióját.
A diszperzió megengedett értékét általában a
bitidő 10%-ában határozzák meg.
KTV Optika - Szálak
19
Száljellemzők
diszperzió - módusdiszperzió
KTV Optika - Szálak
20
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
KTV Optika - Szálak
21
Preform készítése
SiCl4
O2
GeCl4
BBr3
1300 OC
Belső kémiai gőzlecsapatás:
- tisztítás
- hordozócső készítés
- mag növesztése
(lecsapatása)
- zsugorítás
KTV Optika - Szálak
22
Szálhúzás
Preform
Grafit
kemence
Vezérlő
egység
Primer
védelem
Hűtőfolyadék
Száldetektor
Csévélő dob
Feszítő dob
KTV Optika - Szálak
23
Kábelgyártás
Dobok a szálakkal
SZ sodrat
Vazelin
Vezérlő
egység
KTV Optika - Szálak
Pászma növesztése
Pászma átmérő detektor
24
SZ sodrat
SZ
irány (jobb majd bal sodrat)
70 cm-enként
- csak laza szerkezetűnél
- nem csak szálaknál, hanem pászmáknál is
KTV Optika - Szálak
25
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
KTV Optika - Szálak
26
Optikai kábelek fajtái
•Kültéri:
•Légkábelek
•Nem önhordó
•Önhordó
•Földalatti kábelek
•Behúzó
•Páncélos
•Víz alatti kábelek
•Folyami
•Tenger alatti
KTV Optika - Szálak
27
Optikai kábelek fajtái
•Beltéri:
•Switch kábelek
•Patch kábelek
•Pigtail kábelek
KTV Optika - Szálak
28
Behúzó kábel
tehermentesítő szál
másodlagos védelem
vazelin töltéssel
műgyantás kevlár
fekete köpeny
KTV Optika - Szálak
29
Spirál, hornyos szálvezetős
optikai kábel
tárcsás
rögzítő és
tehermentesítő
vájat az elsődleges
védelemmel
ellátott
szálak részére
KTV Optika - Szálak
30
Páncélos kábel
KTV Optika - Szálak
31
Önhordó légkábel
Acélsodrony
Polietilén köpeny
Optikai szálak
Központi elem
Pászma
.
.
.
.
.
.
.
.
Kevlar
.
.
.
.
Vakpászma
KTV Optika - Szálak
32
Nagyfeszültségű légkábel
nullvezeték
acélsodrony
pászma
optikai szálak
KTV Optika - Szálak
33
Optikai szalagkábelek
8 - 10 - 20 szálas kivitel
speciális szerszámokkal tisztítható és hegeszthető
szekunder védelem
primer védelemmel ellátott optikai szál
KTV Optika - Szálak
34