Transcript Światłowody - charakterystyka i zastosowanie
Slide 1
ŚWIATŁOWODY – charakterystyka
i zastosowanie
wyk. Adrian Kanderski
ZPSB, III rok, st. dzienne
kierunek: ekonomia
specjalność: turystyka
Kołobrzeg 2006
Slide 2
Światłowód - definicja
Falowód (kanał dielektryczny
służący prowadzeniu w przestrzeni
fal elektromagnetycznych) służący
do przesyłania promieniowania
świetlnego,
Zasada jego działania opiera się na
transmisji impulsów świetlnych
między nadajnikiem (Optical
Transmitter) przekształcającym
sygnały elektryczne na świetlne, a
odbiornikiem (Optical Receiver)
przekształcającym sygnały
świetlne odebrane ze światłowodu
w sygnały elektryczne. Sieci
oparte na światłowodach zwane są
FDDI (Fiber Distributed Data
Interface)
Slide 3
Kilka faktów historycznych
Historia światłowodów sięga
końca XIX wieku - wtedy to
pan Bell opatentował
fototelefon (1880r.) a Lord
Tyndal odkrył i opisał tak
zwany efekt światłowodowy w
dielektrykach. Jak to się dzieje
z większością wielkich odkryć
– teoria znacznie wyprzedziła
praktykę. Wielkie odkrycia
XIX wieku musiały i w tym
przypadku poczekać na
kontynuację praktycznie przez
60 lat aż do roku 1957, kiedy
został wynaleziony laser
(Schawlow, Townes, 1958).
Slide 4
Kilka faktów historycznych c.d.
Dlaczego wynalezienie laseru miało aż takie
znaczenie? Otóż sam światłowód (pojedyncze
włókno) jest elementem pasywnym, czyli nie
emituje światła. Żeby możliwa była transmisja,
potrzebny jest więc element nadawczo –
odbiorczy, który z jednej strony wysyłać będzie
zmodulowaną wiązkę światła, a z drugiej strony
jakieś urządzenie odbiorcze zamieni ponownie
„światło” na sygnał elektryczny.
Slide 5
Kabel światłowodowy - definicja
Fiber optic cable jest to:
nośnik umożliwiający przenoszenie sygnałów o wyższych
częstotliwościach spektrum elektromagnetycznego: światła.
kabel optotelekomunikacyjny stosowany do budowy lokalnych
bądź rozległych połączeń światłowodowych, zbudowany z
wielu (do kilkuset) włókien optycznych.
Slide 6
Podział światłowodów
Światłowody możemy podzielić na kilka grup:
ze względu na strukturę - światłowody włókniste i
planarne;
ze względu na charakterystykę modową - światłowody
jednomodowe i wielomodowe;
ze względu na rozkład współczynnika załamania w
rdzeniu - światłowody skokowe i gradientowe;
ze względu na materiał - światłowody szklane,
plastikowe oraz półprzewodnikowe
Slide 7
Budowa światłowodu
Światłowód zbudowany jest ze specjalnego rodzaju szkła
kwarcowego. Główną jego częścią jest rdzeń, który okrywa
płaszcz i warstwa ochronna. Czasami rdzeń składa się z wielu
włókien. Zasada działania światłowodu polega na użyciu dwóch
materiałów przewodzących światło o różnych współczynnikach
załamania. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy
niż w płaszczu. Promień świetlny przemieszcza się cały czas w
rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne odbicie
promień odbija się od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza.
Slide 8
Budowa światłowodu c.d.
Rdzeń (core) znajduje się pośrodku kabla i jest medium
propagacyjnym sygnału. Wykonany jest ze szkła
kwarcowego lub plastiku (POF - Plastic Optic Fiber).
Obecne rdzenie mają średnice rzędu 8 mikronów dla
światłowodu jednomodowego do 1000 mikronów dla
wielomodowych światłowodów plastikowych (POF).
Slide 9
Budowa światłowodu c.d.
Płaszcz (Cladding) wykonany jest z materiału o niższym
współczynniku załamania światła niż rdzeń. Różnica ta
powoduje, że zachowuje się niczym “lustro" otaczające
rdzeń, kierując promień do wnętrza rdzenia, formując
falę optyczną.
Slide 10
Budowa światłowodu c.d.
Powłoka lakierowa (zwana również buforem lub buffer
coating) chroni warstwę płaszcza. Wykonany jest z
materiałów termoplastycznych i specjalnego żelu
chroniącego włókno przed uszkodzeniami mechanicznymi
(np. wskutek wibracji). Kabel światłowodowy pod
wpływem różnych temperatur może zmieniać swoje
właściwości mechaniczne i fizyczne (wydłużać się lub
skracać).
Slide 11
Budowa światłowodu c.d.
Jako ochronę włókna podczas instalacji i przed
zgubnym wpływem środowiska używa się powłoki
zwanej “strenght members" Wykonana ona jest z
różnych materiałów, poczynając od stali a kończąc na
Kevlarze (materiał opracowany przez firmę DuPont,
wykonuje się z niego min kamizelki kuloodporne). W
pojedynczym i podwójnym kablu zabezpieczenie to
wykonuje się jako otulinę coating. W kablach, gdzie
jest kilka bądź kilkanaście włókien strenght member
stosuje się centralnie wewnątrz przewodu.
Slide 12
Budowa światłowodu c.d.
Płaszcz (jacket) jest ostatnią warstwą ochronną kabla i służy
do ochrony przed uszkodzeniami powstałymi w wyniku
oddziaływania niekorzystnych warunków środowiska w
jakim znajduje się światłowód. Inny rodzaj płaszcza zostanie
użyty dla kabli przeznaczonych do układania wewnątrz
budynków, inny na zewnątrz, pod ziemią czy
napowietrznych.
Slide 13
Zasada działania światłowodu
Promień światła wędrując w rdzeniu światłowodu (o
współczynniku załamania n1), napotyka na
środowisko o innym współczynniku załamania (n2) płaszcz. Gdy promień pada od strony rdzenia na
płaszcz pod kątem a, to pewna część światła zostaje
odbita i wraca do rdzenia. W zależności od kąta
padania i współczynników załamania materiałów
rdzenia i płaszcza, zmienia się ilość odbitego światła.
Powyżej pewnego kąta zachodzi zjawisko
całkowitego odbicia wewnętrznego i światło padające
zostaje odbite bez strat.
Slide 14
Rodzaje światłowodów
a)
b)
Światłowody jednomodowe
W światłowodach jednomodowych sygnał ulega
niewielkim zniekształceniom, tzw. dyspersja
chromatyczna, na którą składają się 2 zjawiska: dyspersja
materiałowa i falowa
dyspersja materiałowa - powodowana jest zmianą
współczynnika załamania szkła kwarcowego w funkcji
długości fali. Ponieważ nie istnieje źródło światła ściśle
monochromatyczne, gdyż każdy impuls światła składa się
z grupy rozproszonych częstotliwości optycznych
rozchodzących się z różną prędkością, docierający po
przebyciu fragmentu włókna mod charakteryzuje się
rozmyciem w czasie.
dyspersja falowa - częściowo powodowana jest
wędrowaniem wiązki przez płaszcz światłowodu.
Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości
materiałowych płaszcza.
Slide 15
Rodzaje światłowodów; światłowody jednomodowe c.d.
Fala świetlna rozchodzi się prawie równolegle do osi światłowodu i
dociera do końca włókna w jednym modzie – tzw. modzie
podstawowym. Światłowody jednomodowe charakteryzują się
małą średnicą rdzenia – zwykle od 8 do 10 mikronów, a także
skokową zmianą współczynnika załamania światła. Źródłem
światła jest tu laser. Ten rodzaj światłowodów nadaje się do
dalekosiężnej telekomunikacji światłowodowej, gdyż sygnał
może być transmitowany bez wzmacniania na odległość do 100
km (dlatego też są lepsze od światłowodów wielomodowych),
zaś ich żywotność wynosi 25 lat. Główną ich wadą, hamującą
ich powszechne stosowanie, jest wysoki koszt interfejsów
przyłączeniowych
PRZEKRÓJ
WŁÓKNA
ŚWIATŁOWODU
JEDNOMODOWEGO
Slide 16
Rodzaje światłowodów; światłowody jednomodowe c.d.
Ponieważ instalacja oparta na światłowodach jednomodowych jest bardzo droga i
cechuje się dużą szerokością udostępnianego pasma, dlatego stosuje się ją przy
budowie wysokiej jakości infrastruktur informatycznych i w sieciach
telekomunikacyjnych. Wadą światłowodów jednomodowych jest to, że w
związku z bardzo małym rdzeniem, trudniej jest je zakończyć, wszelkie
elementy wymagają większej dokładności, znacznie droższe są też obecne
urządzenia (karty sieciowe, koncentratory itp.) współpracujące z takimi
światłowodami. Generalnie wydajność systemu wzrasta ze wzrostem długości
fali świetlnej, wzrastają także koszty.
Slide 17
Rodzaje światłowodów; światłowody wielomodowe
Światłowody wielomodowe - (ang. Multi Mode Fiber,
MMF) charakteryzują się zwykle średnicą rdzenia 50
lub 62,5 mikrometra. W światłowodzie wielomodowym
następuje rozdzielenie fali wejściowej na wiele promieni
o takiej samej długości fali lecz propagowanymi po
innych drogach. W światłowodach wielomodowych
występuje zjawisko zniekształcenia impulsu
wyjściowego a co za tym idzie, ograniczenie prędkości
transmisji i odległości, na jaką może być transmitowana.
Światłowody wielomodowe dzielimy na skokowe i
gradientowe.
PRZEKRÓJ
WŁÓKNA
ŚWIATŁOWODU
WIELOMODOWEGO
Slide 18
Rodzaje światłowodów; światłowody wielomodowe;
gradientowe
Światłowód gradieniowy ma budowę warstwową. Każda jest inaczej
domieszkowana, dzięki czemu współczynnik załamania światła
zmienia się w sposób ciągły. Wartość maksymalną przyjmuje na osi
rdzenia zaś minimalną na granicy z płaszczem
Światłowody gradientowe zapewniają – dla różnych modów
(poruszających się po łukach) – tę samą prędkość rozchodzenia
wzdłuż kabla. Dzieje się tak, gdyż fale rozchodzące się w większej
odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym
współczynniku załamania, oznacza to że mają większą prędkość
liniową.
Slide 19
Rodzaje światłowodów; światłowody wielomodowe;
skokowe
Jak sama nazwa wskazuje w światłowodzie tym współczynnik
załamania zmienia się skokowo pomiędzy rdzeniem i
płaszczem. Mody prowadzone są w rdzeniu pod różnymi
kątami, przez co mają różną drogę do przebycia. Jak
wiadomo prędkość rozchodzenia światła jest stała (w szkle
200 000 km/s), dlatego czasy przejścia promieni przez
światłowód są różne.
Slide 20
Zastosowanie światłowodów
Łącza telefoniczne: w jednym z pierwszych zbudowanych
systemów, światłowodowe kable połączyły budynki urzędów
telefonicznych w Chicago, oddalone od siebie o l km i o 2,4 km,
Usługi abonenckie,
Sieci telekomunikacyjne w elektrowniach: Światłowody mogą
być prowadzone przez tereny elektrowni lub podstacji
energetycznych bez żadnego uszczerbku dla transmitowanych
sygnałów,
Linie telekomunikacyjne wzdłuż linii energetycznych,
Slide 21
Zastosowanie światłowodów c.d.
Telekomunikacyjna sieć kolejowa,
Łączność terenowa,
Rozgłośnie telewizyjne: Niewielki ciężar kabla
światłowodowego jest bardzo wygodny przy transmisjach
„na żywo”, ponieważ umożliwia znaczną swobodę ruchu
kamer i minikamer,
Telewizja kablowa,
Zdalna kontrola i ostrzeganie: Światłowody skutecznie
konkurują z kablami koncentrycznymi również w zakresie
transmisji sygnałów wizyjnych dla celów zdalnej kontroli i
nadzoru. Duża odporność na zakłócenia
elektromagnetyczne oraz mała podatność na zniszczenie
wskutek wyładowań atmosferycznych są w tych
zastosowaniach szczególnie istotne.
Slide 22
Zastosowanie światłowodów c.d.
Pociski sterowane światłowodami,
Komputery: Systemy światłowodowe są szczególnie
predysponowane do transmisji danych w postaci cyfrowej, na
przykład takich, jakie powstają w komputerach, Możliwe jest
wykonywanie połączeń między centralnym procesorem a
urządzeniami peryferyjnymi, między centralnym procesorem a
pamięcią oraz między różnymi procesorami. Małe rozmiary i
niewielki ciężar, dobre zabezpieczenie informacji wynikające z
"zamknięcia" promieniowania wewnątrz włókna optycznego
sprawiają, że światłowody są odpowiednim torem do transmisji
danych, bez względu na odległość,
Slide 23
Zastosowanie światłowodów c.d.
Wewnętrzne przekazywanie danych,
Lokalne sieci komputerowe,
Okablowanie samolotów i statków: Istotną zaletą w
zastosowaniach na statkach i w samolotach jest zmniejszone
ryzyko iskrzenia i pożaru.
Slide 24
Kabel transatlantycki
„360 pacific”
Projekt zrealizowany przez firmy Alcatel oraz 360networks.
Dzięki połączeniu wiedzy obydwu firm w dziedzinie
rozwijania i wdrażania technologii sieci światłowodowych,
Alcatel i 360networks przyspieszyły rozbudowę
infrastruktury sieci światłowodowej 360networks kładąc na
dno oceanu podwójny kabel światłowodowy 6-wiązkowy, o
łącznej przepustowości 4,8 Tb/s i długości 22 tys.
kilometrów, który połączył Stany Zjednoczone, Kanadę i
Japonię.
Slide 25
Kabel transatlantycki
„360 pacific” c.d.
Alcatel, w ramach kontraktu wartego około 1,1 miliarda
USD, był odpowiedzialny za zaprojektowanie sieci, a
także za dostawę i instalację sprzętu transmisyjnego oraz
zabezpieczającego, łącznie z przewodami, wtórnikami i
terminalami. Instalacja 360pacific rozpoczęła się pod
koniec 2000 roku. 360pacific został połączony z 360asia,
kablem podmorskim o długości 16 tys. kilometrów.
Kabel został oddany do eksploatacji w pierwszym
kwartale 2002 roku.
Slide 26
Kabel transatlantycki
„360 pacific” c.d.
Dzięki niemu możliwa stała się transmisja
pomiędzy Japonią, Koreą Południową,
Tajwanem, Filipinami, Hongkongiem,
Singapurem i Chinami a
północnoamerykańską naziemną siecią
360networks o długości 38,6 tys. km (24
000 mil). Koszt inwestycji wyniósł ok. 300
milionów USD.
Slide 27
Montaż kabla światłowodowego na dnie morskim
Slide 28
Układanie kabla
1. Kabel rozciągany,
zawieszony za pomocą
boi/pływaków
3. Połączenie dwóch
końców
2. Położenie kabla
4. Zatopienie kabla
Slide 29
Układanie kabla c.d.
Statek „montujący” kabel światłowodowy porusza się z
prędkością ok. 1km/h. Boje podtrzymujące kabel
rozmieszczone są w odległości 12 m
.
Slide 30
Układanie kabla c.d.
Montaż kabla wymaga ogromnego nakładu pracy oraz wielu
pomocnych przy tym maszyn, do których należy zaliczyć:
pług:
hydrauliczną piłę do cięcia
skał:
Slide 31
Układanie kabla c.d.
oraz morski traktor zdolny do zakopywania kabli:
Slide 32
Statki układające światłowody
Jednym z najbardziej znanych statków tego typu jest statek
kablowniczy C.S. Heimdal obsługiwany przez Alcatela. Statek
C.S. Heimdal ma bazę w Japonii. Jest to jednostka w pełni
zmobilizowana, o długości 130 m, z kompletną załogą liczącą 50
osób i wyposażona w zdalnie obsługiwane pojazdy. Dzięki niej
Alcatel może reagować na potencjalne awarie kabla swoich
klientów w ciągu 12 godzin.
Slide 33
Statki układające światłowody c.d.
Alcatel jest obecnie światowym liderem
rynku kabli podmorskich. Położył ponad
450 000 km podmorskich sieci, czyli
odpowiednik jedenastokrotnego obwodu
kuli ziemskiej. Sieci te ciągną się od Europy
do Japonii, wzdłuż obu Ameryk i przez
Ocean Spokojny.
Slide 34
Naprawa kabli
Statek C.S. Heimdal miał również okazję brać udział w wielu
operacjach naprawy kabli. Jednym z nich było uszkodzenie
kabla łączącego Japonię i USA. Usuwano uszkodzenie kabla
leżącego pod wodą na głębokości niemal 9400 metrów - bijąc
tym samym światowy rekord napraw kabli podmorskich.
Ze względu na głębokości wód wahające się od 5300 m do
rekordowej liczby 9400 m, Alcatel opracował specjalistyczny
chwytak, który pozwolił na podniesienie kabla z dna morskiego
bez zagrożenia, że rozerwie się od pod własnym ciężarem.
Slide 35
Przebieg naprawy kabla
1. Znalezienie
defektu
2. Przecięcie
kabla/wciągnięcie
na statek
3. Przyczepienie
boi/znalezienie
drugiego końca kabla
4. Naprawa/wymiana
końcówki
5. Połączenie/zatopienie
Slide 36
Podsumowanie
Technologia światłowodowa okazała się jednym
najważniejszych wynalazków XX wieku.
Znalazła już zastosowanie w wielu dziedzinach
życia, a ciągle pojawiają się nowe. Jednym
najnowszych zastosowań światłowodów jest
tworzenie oparciu mnie systemów
oświetleniowych. Taki sposób oświetlenia ma
liczne zalety stosunku do tradycyjnych metod
oświetleniowych. Wśród najważniejszych należy
wymienić:
Slide 37
Podsumowanie c.d.
Szeroką gamę
zastosowań światłowody mogą być
użyte do oświetlenia
wewnętrznego
i zewnętrznego. Są
odporne na wpływ
warunków
atmosferycznych
• Oświetlenie wewnętrzne
• Oświetlenie zewnętrzne
Slide 38
Podsumowanie c.d.
Bezpieczeństwo stosowania energia elektryczna
dostarczana jest tylko do
iluminatorów. W samym
kablu światłowodowym nie
płynie prąd, dzięki czemu
światłowody można używać
nawet do oświetlenia
podwodnego.
• Zastosowanie światłowodu w
basenie
Slide 39
Podsumowanie c.d.
Oraz:
Trwałość - raz zainstalowane światłowody nie tracą swoich
własności. Odpowiednia powłoka chroni je przed glonami
i grzybami,
Łatwość i niskie koszty obsługi - sam światłowód jest
praktycznie bezobsługowy - może być więc układany w miejscach
trudno dostępnych. Sporadycznej obsługi wymaga jedynie
iluminator, w celu wymiany żarówki. Powinien być umieszczony
w miejscu o łatwym dostępie,
Uniwersalność - ten sam kabel światłowodowy można używać
wielokrotnie w różnych projektach, za każdym razem nadając mu
inny kształt i/lub zmieniając kolorowe filtry na iluminatorze
Slide 40
Podsumowanie c.d.
Podczas świecenia światłowód nie wydziela ciepła, nie występuje
też promieniowanie UV,
Dowolna zmiana koloru światła - dzięki zastosowaniu
odpowiednich filtrów barwnych możliwe jest uzyskanie dowolnego
koloru świecenia,
Łatwość nadawania kształtu - światłowód jest elastyczny
i posiada niewielki promień gięcia. Można go formować w
praktycznie dowolny sposób,
Elastyczność w doborze komponentów - istnieje ogromna
różnorodność światłowodów, iluminatorów oraz akcesoriów
dodatkowych, które mogą być zestawiane w niezliczonej liczbie
konfiguracji. Wiele kabli światłowodowych może być
podświetlanych przez jeden iluminator.
Slide 41
KONIEC
ŚWIATŁOWODY – charakterystyka
i zastosowanie
wyk. Adrian Kanderski
ZPSB, III rok, st. dzienne
kierunek: ekonomia
specjalność: turystyka
Kołobrzeg 2006
Slide 2
Światłowód - definicja
Falowód (kanał dielektryczny
służący prowadzeniu w przestrzeni
fal elektromagnetycznych) służący
do przesyłania promieniowania
świetlnego,
Zasada jego działania opiera się na
transmisji impulsów świetlnych
między nadajnikiem (Optical
Transmitter) przekształcającym
sygnały elektryczne na świetlne, a
odbiornikiem (Optical Receiver)
przekształcającym sygnały
świetlne odebrane ze światłowodu
w sygnały elektryczne. Sieci
oparte na światłowodach zwane są
FDDI (Fiber Distributed Data
Interface)
Slide 3
Kilka faktów historycznych
Historia światłowodów sięga
końca XIX wieku - wtedy to
pan Bell opatentował
fototelefon (1880r.) a Lord
Tyndal odkrył i opisał tak
zwany efekt światłowodowy w
dielektrykach. Jak to się dzieje
z większością wielkich odkryć
– teoria znacznie wyprzedziła
praktykę. Wielkie odkrycia
XIX wieku musiały i w tym
przypadku poczekać na
kontynuację praktycznie przez
60 lat aż do roku 1957, kiedy
został wynaleziony laser
(Schawlow, Townes, 1958).
Slide 4
Kilka faktów historycznych c.d.
Dlaczego wynalezienie laseru miało aż takie
znaczenie? Otóż sam światłowód (pojedyncze
włókno) jest elementem pasywnym, czyli nie
emituje światła. Żeby możliwa była transmisja,
potrzebny jest więc element nadawczo –
odbiorczy, który z jednej strony wysyłać będzie
zmodulowaną wiązkę światła, a z drugiej strony
jakieś urządzenie odbiorcze zamieni ponownie
„światło” na sygnał elektryczny.
Slide 5
Kabel światłowodowy - definicja
Fiber optic cable jest to:
nośnik umożliwiający przenoszenie sygnałów o wyższych
częstotliwościach spektrum elektromagnetycznego: światła.
kabel optotelekomunikacyjny stosowany do budowy lokalnych
bądź rozległych połączeń światłowodowych, zbudowany z
wielu (do kilkuset) włókien optycznych.
Slide 6
Podział światłowodów
Światłowody możemy podzielić na kilka grup:
ze względu na strukturę - światłowody włókniste i
planarne;
ze względu na charakterystykę modową - światłowody
jednomodowe i wielomodowe;
ze względu na rozkład współczynnika załamania w
rdzeniu - światłowody skokowe i gradientowe;
ze względu na materiał - światłowody szklane,
plastikowe oraz półprzewodnikowe
Slide 7
Budowa światłowodu
Światłowód zbudowany jest ze specjalnego rodzaju szkła
kwarcowego. Główną jego częścią jest rdzeń, który okrywa
płaszcz i warstwa ochronna. Czasami rdzeń składa się z wielu
włókien. Zasada działania światłowodu polega na użyciu dwóch
materiałów przewodzących światło o różnych współczynnikach
załamania. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy
niż w płaszczu. Promień świetlny przemieszcza się cały czas w
rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne odbicie
promień odbija się od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza.
Slide 8
Budowa światłowodu c.d.
Rdzeń (core) znajduje się pośrodku kabla i jest medium
propagacyjnym sygnału. Wykonany jest ze szkła
kwarcowego lub plastiku (POF - Plastic Optic Fiber).
Obecne rdzenie mają średnice rzędu 8 mikronów dla
światłowodu jednomodowego do 1000 mikronów dla
wielomodowych światłowodów plastikowych (POF).
Slide 9
Budowa światłowodu c.d.
Płaszcz (Cladding) wykonany jest z materiału o niższym
współczynniku załamania światła niż rdzeń. Różnica ta
powoduje, że zachowuje się niczym “lustro" otaczające
rdzeń, kierując promień do wnętrza rdzenia, formując
falę optyczną.
Slide 10
Budowa światłowodu c.d.
Powłoka lakierowa (zwana również buforem lub buffer
coating) chroni warstwę płaszcza. Wykonany jest z
materiałów termoplastycznych i specjalnego żelu
chroniącego włókno przed uszkodzeniami mechanicznymi
(np. wskutek wibracji). Kabel światłowodowy pod
wpływem różnych temperatur może zmieniać swoje
właściwości mechaniczne i fizyczne (wydłużać się lub
skracać).
Slide 11
Budowa światłowodu c.d.
Jako ochronę włókna podczas instalacji i przed
zgubnym wpływem środowiska używa się powłoki
zwanej “strenght members" Wykonana ona jest z
różnych materiałów, poczynając od stali a kończąc na
Kevlarze (materiał opracowany przez firmę DuPont,
wykonuje się z niego min kamizelki kuloodporne). W
pojedynczym i podwójnym kablu zabezpieczenie to
wykonuje się jako otulinę coating. W kablach, gdzie
jest kilka bądź kilkanaście włókien strenght member
stosuje się centralnie wewnątrz przewodu.
Slide 12
Budowa światłowodu c.d.
Płaszcz (jacket) jest ostatnią warstwą ochronną kabla i służy
do ochrony przed uszkodzeniami powstałymi w wyniku
oddziaływania niekorzystnych warunków środowiska w
jakim znajduje się światłowód. Inny rodzaj płaszcza zostanie
użyty dla kabli przeznaczonych do układania wewnątrz
budynków, inny na zewnątrz, pod ziemią czy
napowietrznych.
Slide 13
Zasada działania światłowodu
Promień światła wędrując w rdzeniu światłowodu (o
współczynniku załamania n1), napotyka na
środowisko o innym współczynniku załamania (n2) płaszcz. Gdy promień pada od strony rdzenia na
płaszcz pod kątem a, to pewna część światła zostaje
odbita i wraca do rdzenia. W zależności od kąta
padania i współczynników załamania materiałów
rdzenia i płaszcza, zmienia się ilość odbitego światła.
Powyżej pewnego kąta zachodzi zjawisko
całkowitego odbicia wewnętrznego i światło padające
zostaje odbite bez strat.
Slide 14
Rodzaje światłowodów
a)
b)
Światłowody jednomodowe
W światłowodach jednomodowych sygnał ulega
niewielkim zniekształceniom, tzw. dyspersja
chromatyczna, na którą składają się 2 zjawiska: dyspersja
materiałowa i falowa
dyspersja materiałowa - powodowana jest zmianą
współczynnika załamania szkła kwarcowego w funkcji
długości fali. Ponieważ nie istnieje źródło światła ściśle
monochromatyczne, gdyż każdy impuls światła składa się
z grupy rozproszonych częstotliwości optycznych
rozchodzących się z różną prędkością, docierający po
przebyciu fragmentu włókna mod charakteryzuje się
rozmyciem w czasie.
dyspersja falowa - częściowo powodowana jest
wędrowaniem wiązki przez płaszcz światłowodu.
Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości
materiałowych płaszcza.
Slide 15
Rodzaje światłowodów; światłowody jednomodowe c.d.
Fala świetlna rozchodzi się prawie równolegle do osi światłowodu i
dociera do końca włókna w jednym modzie – tzw. modzie
podstawowym. Światłowody jednomodowe charakteryzują się
małą średnicą rdzenia – zwykle od 8 do 10 mikronów, a także
skokową zmianą współczynnika załamania światła. Źródłem
światła jest tu laser. Ten rodzaj światłowodów nadaje się do
dalekosiężnej telekomunikacji światłowodowej, gdyż sygnał
może być transmitowany bez wzmacniania na odległość do 100
km (dlatego też są lepsze od światłowodów wielomodowych),
zaś ich żywotność wynosi 25 lat. Główną ich wadą, hamującą
ich powszechne stosowanie, jest wysoki koszt interfejsów
przyłączeniowych
PRZEKRÓJ
WŁÓKNA
ŚWIATŁOWODU
JEDNOMODOWEGO
Slide 16
Rodzaje światłowodów; światłowody jednomodowe c.d.
Ponieważ instalacja oparta na światłowodach jednomodowych jest bardzo droga i
cechuje się dużą szerokością udostępnianego pasma, dlatego stosuje się ją przy
budowie wysokiej jakości infrastruktur informatycznych i w sieciach
telekomunikacyjnych. Wadą światłowodów jednomodowych jest to, że w
związku z bardzo małym rdzeniem, trudniej jest je zakończyć, wszelkie
elementy wymagają większej dokładności, znacznie droższe są też obecne
urządzenia (karty sieciowe, koncentratory itp.) współpracujące z takimi
światłowodami. Generalnie wydajność systemu wzrasta ze wzrostem długości
fali świetlnej, wzrastają także koszty.
Slide 17
Rodzaje światłowodów; światłowody wielomodowe
Światłowody wielomodowe - (ang. Multi Mode Fiber,
MMF) charakteryzują się zwykle średnicą rdzenia 50
lub 62,5 mikrometra. W światłowodzie wielomodowym
następuje rozdzielenie fali wejściowej na wiele promieni
o takiej samej długości fali lecz propagowanymi po
innych drogach. W światłowodach wielomodowych
występuje zjawisko zniekształcenia impulsu
wyjściowego a co za tym idzie, ograniczenie prędkości
transmisji i odległości, na jaką może być transmitowana.
Światłowody wielomodowe dzielimy na skokowe i
gradientowe.
PRZEKRÓJ
WŁÓKNA
ŚWIATŁOWODU
WIELOMODOWEGO
Slide 18
Rodzaje światłowodów; światłowody wielomodowe;
gradientowe
Światłowód gradieniowy ma budowę warstwową. Każda jest inaczej
domieszkowana, dzięki czemu współczynnik załamania światła
zmienia się w sposób ciągły. Wartość maksymalną przyjmuje na osi
rdzenia zaś minimalną na granicy z płaszczem
Światłowody gradientowe zapewniają – dla różnych modów
(poruszających się po łukach) – tę samą prędkość rozchodzenia
wzdłuż kabla. Dzieje się tak, gdyż fale rozchodzące się w większej
odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym
współczynniku załamania, oznacza to że mają większą prędkość
liniową.
Slide 19
Rodzaje światłowodów; światłowody wielomodowe;
skokowe
Jak sama nazwa wskazuje w światłowodzie tym współczynnik
załamania zmienia się skokowo pomiędzy rdzeniem i
płaszczem. Mody prowadzone są w rdzeniu pod różnymi
kątami, przez co mają różną drogę do przebycia. Jak
wiadomo prędkość rozchodzenia światła jest stała (w szkle
200 000 km/s), dlatego czasy przejścia promieni przez
światłowód są różne.
Slide 20
Zastosowanie światłowodów
Łącza telefoniczne: w jednym z pierwszych zbudowanych
systemów, światłowodowe kable połączyły budynki urzędów
telefonicznych w Chicago, oddalone od siebie o l km i o 2,4 km,
Usługi abonenckie,
Sieci telekomunikacyjne w elektrowniach: Światłowody mogą
być prowadzone przez tereny elektrowni lub podstacji
energetycznych bez żadnego uszczerbku dla transmitowanych
sygnałów,
Linie telekomunikacyjne wzdłuż linii energetycznych,
Slide 21
Zastosowanie światłowodów c.d.
Telekomunikacyjna sieć kolejowa,
Łączność terenowa,
Rozgłośnie telewizyjne: Niewielki ciężar kabla
światłowodowego jest bardzo wygodny przy transmisjach
„na żywo”, ponieważ umożliwia znaczną swobodę ruchu
kamer i minikamer,
Telewizja kablowa,
Zdalna kontrola i ostrzeganie: Światłowody skutecznie
konkurują z kablami koncentrycznymi również w zakresie
transmisji sygnałów wizyjnych dla celów zdalnej kontroli i
nadzoru. Duża odporność na zakłócenia
elektromagnetyczne oraz mała podatność na zniszczenie
wskutek wyładowań atmosferycznych są w tych
zastosowaniach szczególnie istotne.
Slide 22
Zastosowanie światłowodów c.d.
Pociski sterowane światłowodami,
Komputery: Systemy światłowodowe są szczególnie
predysponowane do transmisji danych w postaci cyfrowej, na
przykład takich, jakie powstają w komputerach, Możliwe jest
wykonywanie połączeń między centralnym procesorem a
urządzeniami peryferyjnymi, między centralnym procesorem a
pamięcią oraz między różnymi procesorami. Małe rozmiary i
niewielki ciężar, dobre zabezpieczenie informacji wynikające z
"zamknięcia" promieniowania wewnątrz włókna optycznego
sprawiają, że światłowody są odpowiednim torem do transmisji
danych, bez względu na odległość,
Slide 23
Zastosowanie światłowodów c.d.
Wewnętrzne przekazywanie danych,
Lokalne sieci komputerowe,
Okablowanie samolotów i statków: Istotną zaletą w
zastosowaniach na statkach i w samolotach jest zmniejszone
ryzyko iskrzenia i pożaru.
Slide 24
Kabel transatlantycki
„360 pacific”
Projekt zrealizowany przez firmy Alcatel oraz 360networks.
Dzięki połączeniu wiedzy obydwu firm w dziedzinie
rozwijania i wdrażania technologii sieci światłowodowych,
Alcatel i 360networks przyspieszyły rozbudowę
infrastruktury sieci światłowodowej 360networks kładąc na
dno oceanu podwójny kabel światłowodowy 6-wiązkowy, o
łącznej przepustowości 4,8 Tb/s i długości 22 tys.
kilometrów, który połączył Stany Zjednoczone, Kanadę i
Japonię.
Slide 25
Kabel transatlantycki
„360 pacific” c.d.
Alcatel, w ramach kontraktu wartego około 1,1 miliarda
USD, był odpowiedzialny za zaprojektowanie sieci, a
także za dostawę i instalację sprzętu transmisyjnego oraz
zabezpieczającego, łącznie z przewodami, wtórnikami i
terminalami. Instalacja 360pacific rozpoczęła się pod
koniec 2000 roku. 360pacific został połączony z 360asia,
kablem podmorskim o długości 16 tys. kilometrów.
Kabel został oddany do eksploatacji w pierwszym
kwartale 2002 roku.
Slide 26
Kabel transatlantycki
„360 pacific” c.d.
Dzięki niemu możliwa stała się transmisja
pomiędzy Japonią, Koreą Południową,
Tajwanem, Filipinami, Hongkongiem,
Singapurem i Chinami a
północnoamerykańską naziemną siecią
360networks o długości 38,6 tys. km (24
000 mil). Koszt inwestycji wyniósł ok. 300
milionów USD.
Slide 27
Montaż kabla światłowodowego na dnie morskim
Slide 28
Układanie kabla
1. Kabel rozciągany,
zawieszony za pomocą
boi/pływaków
3. Połączenie dwóch
końców
2. Położenie kabla
4. Zatopienie kabla
Slide 29
Układanie kabla c.d.
Statek „montujący” kabel światłowodowy porusza się z
prędkością ok. 1km/h. Boje podtrzymujące kabel
rozmieszczone są w odległości 12 m
.
Slide 30
Układanie kabla c.d.
Montaż kabla wymaga ogromnego nakładu pracy oraz wielu
pomocnych przy tym maszyn, do których należy zaliczyć:
pług:
hydrauliczną piłę do cięcia
skał:
Slide 31
Układanie kabla c.d.
oraz morski traktor zdolny do zakopywania kabli:
Slide 32
Statki układające światłowody
Jednym z najbardziej znanych statków tego typu jest statek
kablowniczy C.S. Heimdal obsługiwany przez Alcatela. Statek
C.S. Heimdal ma bazę w Japonii. Jest to jednostka w pełni
zmobilizowana, o długości 130 m, z kompletną załogą liczącą 50
osób i wyposażona w zdalnie obsługiwane pojazdy. Dzięki niej
Alcatel może reagować na potencjalne awarie kabla swoich
klientów w ciągu 12 godzin.
Slide 33
Statki układające światłowody c.d.
Alcatel jest obecnie światowym liderem
rynku kabli podmorskich. Położył ponad
450 000 km podmorskich sieci, czyli
odpowiednik jedenastokrotnego obwodu
kuli ziemskiej. Sieci te ciągną się od Europy
do Japonii, wzdłuż obu Ameryk i przez
Ocean Spokojny.
Slide 34
Naprawa kabli
Statek C.S. Heimdal miał również okazję brać udział w wielu
operacjach naprawy kabli. Jednym z nich było uszkodzenie
kabla łączącego Japonię i USA. Usuwano uszkodzenie kabla
leżącego pod wodą na głębokości niemal 9400 metrów - bijąc
tym samym światowy rekord napraw kabli podmorskich.
Ze względu na głębokości wód wahające się od 5300 m do
rekordowej liczby 9400 m, Alcatel opracował specjalistyczny
chwytak, który pozwolił na podniesienie kabla z dna morskiego
bez zagrożenia, że rozerwie się od pod własnym ciężarem.
Slide 35
Przebieg naprawy kabla
1. Znalezienie
defektu
2. Przecięcie
kabla/wciągnięcie
na statek
3. Przyczepienie
boi/znalezienie
drugiego końca kabla
4. Naprawa/wymiana
końcówki
5. Połączenie/zatopienie
Slide 36
Podsumowanie
Technologia światłowodowa okazała się jednym
najważniejszych wynalazków XX wieku.
Znalazła już zastosowanie w wielu dziedzinach
życia, a ciągle pojawiają się nowe. Jednym
najnowszych zastosowań światłowodów jest
tworzenie oparciu mnie systemów
oświetleniowych. Taki sposób oświetlenia ma
liczne zalety stosunku do tradycyjnych metod
oświetleniowych. Wśród najważniejszych należy
wymienić:
Slide 37
Podsumowanie c.d.
Szeroką gamę
zastosowań światłowody mogą być
użyte do oświetlenia
wewnętrznego
i zewnętrznego. Są
odporne na wpływ
warunków
atmosferycznych
• Oświetlenie wewnętrzne
• Oświetlenie zewnętrzne
Slide 38
Podsumowanie c.d.
Bezpieczeństwo stosowania energia elektryczna
dostarczana jest tylko do
iluminatorów. W samym
kablu światłowodowym nie
płynie prąd, dzięki czemu
światłowody można używać
nawet do oświetlenia
podwodnego.
• Zastosowanie światłowodu w
basenie
Slide 39
Podsumowanie c.d.
Oraz:
Trwałość - raz zainstalowane światłowody nie tracą swoich
własności. Odpowiednia powłoka chroni je przed glonami
i grzybami,
Łatwość i niskie koszty obsługi - sam światłowód jest
praktycznie bezobsługowy - może być więc układany w miejscach
trudno dostępnych. Sporadycznej obsługi wymaga jedynie
iluminator, w celu wymiany żarówki. Powinien być umieszczony
w miejscu o łatwym dostępie,
Uniwersalność - ten sam kabel światłowodowy można używać
wielokrotnie w różnych projektach, za każdym razem nadając mu
inny kształt i/lub zmieniając kolorowe filtry na iluminatorze
Slide 40
Podsumowanie c.d.
Podczas świecenia światłowód nie wydziela ciepła, nie występuje
też promieniowanie UV,
Dowolna zmiana koloru światła - dzięki zastosowaniu
odpowiednich filtrów barwnych możliwe jest uzyskanie dowolnego
koloru świecenia,
Łatwość nadawania kształtu - światłowód jest elastyczny
i posiada niewielki promień gięcia. Można go formować w
praktycznie dowolny sposób,
Elastyczność w doborze komponentów - istnieje ogromna
różnorodność światłowodów, iluminatorów oraz akcesoriów
dodatkowych, które mogą być zestawiane w niezliczonej liczbie
konfiguracji. Wiele kabli światłowodowych może być
podświetlanych przez jeden iluminator.
Slide 41
KONIEC