OPTIČKI KABELI svojstva i primjena Visoka pomorska škola u Splitu MATERIJALI ZA OPTIČKA VLAKNA I KABELE Materijali za optička vlakna Staklena vlakna (na bazi silicij-dioksida) Multikomponentna stakla (na.

Download Report

Transcript OPTIČKI KABELI svojstva i primjena Visoka pomorska škola u Splitu MATERIJALI ZA OPTIČKA VLAKNA I KABELE Materijali za optička vlakna Staklena vlakna (na bazi silicij-dioksida) Multikomponentna stakla (na.

OPTIČKI KABELI
svojstva i primjena
Visoka pomorska škola u Splitu
MATERIJALI ZA OPTIČKA
VLAKNA I KABELE
Materijali za optička vlakna
Staklena vlakna
(na bazi silicij-dioksida)
Multikomponentna stakla
(na bazi silicijskog, natrijevog, kalcijevog i borovog oksida)
Stakleno-plastična vlakna
Plastična optička vlakna
OPTIČKA SVOJSTVA
MATERIJALA
Optička svojstva materijala
Boja
Prozirnost ili transparencija
Lom
Apsorpcija ili upijanje
Refleksija ili odbijanje
KARAKTERISTIKE OPTIČKOG VLAKNA
• Numerička apertura (numerička otvorenost)
• Disperzija
• Gušenje
• Širina propusnog opsega
• Vrijeme porasta
• Jakost niti
SASTAVNI DJELOVI
OPTIČKOG KABELA
Djelovi optičkog kabela su:
• optička jezgra (vlakno)
• omotač jezgre
• zaštitni omotač kabela
Svjetlost i indeks loma
• U tehnici osvjetljenja koristi
se usko područje valnih
duljina (10-7 do 10-3)
• Svjetlost je elektromagnetski
val koji se vakuumom širi
brzinom:
c
1
km
8 m
 2,998  10
 300000
s
s
 0 0
• U nekom sredstvu, brzina se
mijenja:
c
c
v

r r n
• n se zove indeks loma
sredstva
•Indeks loma za zrak i
vakum je približno 1
• Prozirnost je svojstvo
materijala da propušta
svjetlost.
• Za prozirna sredstva
 r  1, te je:
n  r
LOM i REFLEKSIJA
• U vakuumu vrijedi da je
reflektirana
c=.
Pri
promjeni upadna zraka
(odbijena) zraka
sredstva, mijenja se brzina
i valna duljina, ali ne i
frekvencija. Kako je E=h,
slijedi da se n
energija
ne
2
sin


g
mijenja.
upadni kut - 
kut refleksije
n
1
• 2. zakon geometrijske
(odbijanja) - 
optike: zakon odbijanja ili
=
 jezgre
kut loma - 
nrefleksije:
loma
1 – indeks
• n3.
zakon geometrijske
2 – indeks loma omotača
optike Snellov zakon
lomljena zraka
(zakon loma):
sin  / sin  = n2/ n1
Vođenje svjetlosti kroz optičko vlakno
n1  cos  g  n2
n2
 A   g  arccos
n1
Profili indeksa loma
=
n12  n22
2n12

n1  n2
n1
 n1 za r  a
n(r )  
n2 za r  a
g

r
n1 1  2  za r  a uz n(0)  n1
n( r )  
a

za r  a uz n(a)  n2
n2
<< 1
NUMERIČKA APERTURA
NA  sin  A
Za stupnjeviti svjetlovod:
NA  n12  n22
Za gradijentno vlakno:
NA  n  n
2
2
2
Modovi širenja svjetlosnog
signala
V2
Broj načina prijenosa signala je: N 
2
V - broj ili parametar normalizirane
frekvencije iznosi:
V
2

a n12  n22
Osnovne konstrukcije
optičkih vlakana
Usporedba jednomodnih i
višemodnih vlakana
 Jednomodna vlakna su manjeg radijusa od višemodnih,
 Smanjena širina propusnog opsega usljed različitih puteva modova,
Optimalni profil raspodjele indeksa loma je parabolični,
 Jednomodnim vlaknima je otežano spajanje, a dovoljnu snagu
može uvesti samo laserski izvor,
 Jednomodna vlakna imaju manje gubitke zbog rasipanja svjetlosti,
 Fluktuacije indeksa loma jednomodnog vlakna uzrokuju
raspršenje svjetlosti.
Prijenosni gubici vlakana
Glavni uzroci gubitaka u vlaknima su:
- apsorpcija,
- rasipanje,
- radijacija optičke snage.
Ukupno prigušenje optičke snage između dva presjeka svjetlovoda A
definira se na ovaj način:
P2
dB
A  10 log
P1
Za homogeni svjetlovod u ravnotežnim uvjetima može se definirati
 -relacijom:
prigušenje po jedinici dužine
A

L
dB/km
Proširenje impulsa
Proširenje impulsa koji se propagira kroz vlakno posljedica je:
- disperzivnih svojstava materijala prijenosnog medija,
- strukturnih negomogenosti,
- defekata vlakana.
Konstrukcije optičkih kabela
Drugi sloj sekundarne zaštite - 1,4 mm
Prvi sloj sekundarne zaštite - 1,7 mm
Vodonepropusna masa
Optičko vlakno
Primarna zaštita
Klasični modul “slobodne” strukture (LOOSE TYPE)
Osnovni optički moduli koji se koriste pri konstrukciji jezgre optičkih kabela:
a) klasični modul "slobodne" strukture (LOOSE TYPE)
b) klasični modul "čvrste" strukture (TIGHT TYPE)
c) žljebasti optički modul
d) trakasti optički modul
Konstrukcije optičkih kabela
Sekundarna zaštita - 1,2 mm
Primarna zaštita - 0,5 mm
Optičko vlakno (0,125 - 0,14 mm)
Klasični modul “čvrste” strukture (TIGHT TYPE)
Osnovni optički moduli koji se koriste pri konstrukciji jezgre optičkih kabela:
a) klasični modul "slobodne" strukture (LOOSE TYPE)
b) klasični modul "čvrste" strukture (TIGHT TYPE)
c) žljebasti optički modul
d) trakasti optički modul
Konstrukcije optičkih kabela
Žljebasti optički modul
Osnovni optički moduli koji se koriste pri konstrukciji jezgre optičkih kabela:
a) klasični modul "slobodne" strukture (LOOSE TYPE)
b) klasični modul "čvrste" strukture (TIGHT TYPE)
c) žljebasti optički modul
d) trakasti optički modul
Konstrukcije optičkih kabela
Trakasti optički modul
Osnovni optički moduli koji se koriste pri konstrukciji jezgre optičkih kabela:
a) klasični modul "slobodne" strukture (LOOSE TYPE)
b) klasični modul "čvrste" strukture (TIGHT TYPE)
c) žljebasti optički modul
d) trakasti optički modul
Optički elektrokomunikacijski sustav
Shema optičkog elektrokomunikacijskog
sustava
Komponenete optičkih
prijenosnih sustava
 optički izvori
 aktivne
 optički detektori
 pasivne
 optička vlakna
 optički sprežnici
 optički prekidači i konektori
Aktivne optičke komponente
• LED
• laserska dioda
• PIN dioda
• lavinska dioda
Pasivne optičke komponente
Optički konektori
OPTIČKI KABELI U POSEBNIM
UVJETIMA PLOVNOG OBJEKTA
Razlozi zbog kojih se optičke tehnologije uvode
na plovne objekte su:
• visoka pouzdanost sustava (dielektrična struktura
svjetlovodnih vlakana isključuje potrebu
uzemljenja, mogućnost pojave prenapona,
iskrenja, kratkog spoja i požara; svjetlovod je
optimalni prijenosni medij u opasnim,
eksplozivnim i visokotemperaturnim sredinama
plovnih objekata)
• smanjenje zapremine i težine čak za 90% u
usporedbi s klasičnim kabelom
OPTIČKI KABELI U POSEBNIM
UVJETIMA PLOVNOG OBJEKTA
• jednostavna samodijagnostika (mjesto oštećenja
svjetlovoda se utvrđuje na temelju raspršenja
svjetlosti uz korištenje reflektometra)
• integracija svih brodskih sustava i podsustava u
jedinstveni integrirani sustav pomoću lokalne
optičke mreže
• sposobnost optičke brodske mreže da osigura
eventualne
potrebe
povećanja
kapaciteta
prijenosnog sustava i podudarnost životnog vijeka
optičkog sustava sa životnim vijekom broda
OPTIČKI KABELI U POSEBNIM
UVJETIMA PLOVNOG OBJEKTA
• implementacija pri izgradnji brodskog svjetlovodnog
integriranog sustava koji je otporan na utjecaje EM
impulsnih smetnji, EM interferenciju i interferenciju
radio frekvencija
• jednostavno i jeftino instaliranje (kabliranje je u pravilu
lakše i jeftinije zbog manjih dimenzija i težine optičkih
u odnosu na bakrene kabele)
• smanjenje troškova održavanja, što je posljedica velike
pouzdanosti optičkog kabelskog sustava, odnosno
rijetkih kvarova (u prvoj godini troškovi održavanja su
25 do 50% troškova održavanja bakrenog kabelskog
sustava, a nakon toga se mogu sresti na nulu)
OPTIČKI KABELI U POSEBNIM
UVJETIMA PLOVNOG OBJEKTA
• prijenos signala na plovnim objektima obavlja se na
udaljenostima do nekoliko stotina metara, pa se na
svjetlovodna vlakna ne postavljaju visoki zahtjevi u
pogledu ukupnog prigušenja i propusnog područja.
• kako brodski integrirani komunikacijski sustav ima
stacionaran karakter, niti mehaničke karakteristike
ne dolaze do izražaja.
• brodski optički kabeli moraju imati svojstva
otpornosti na specifične uvjete brodske okoline
(djelovanje soli, kemikalija, vatre, promjena
temperature, stranih EMP).
Svojstva optičkih materijala: BOJA
Kozmièke zrake
 > 3 x 1020 Hz
< 10-12 m
Gama zrake
  od 3x1018 do 3x1024 Hz
d 10-10 do 10-16 m
Rendgenske zrake
  od 3x1016 do 3x1022 Hz
d 10-8 do 10-14 m
Ultraljubièaste zrake
  od 7,5x1014 do 3x1018 Hz
d 4x10-7 do 10-10 m
Vidljive zrake
  od 4x1014 do 7,5x1014 Hz
d 7,6x10-7 do 4x10-7 m
Infracrvene zrake
  od 1011 do 4x1014 Hz
d 0,3x10-2 do 7,6x10-7 m
Radio valovi
  od 104 do 1011 Hz
d 104 do 0,3x10-2 m
Elektrièni valovi
  od 0 do 104 Hz
do 3x104 m
Opticki kabeli
800-1600 nm
Istaknute valne duljine
850, 1300, 1550 nm
Primjena optičkih kabela u
brodskim informacijskim sustavima
Intenzivna primjena lokalnih
mreža (LAN) u izgradnji
informacijskih sustava plovnog objekta vezana je za donošenje
standarda za LAN. Standardi IEEE 802.3, 802.4 i 802.5 opisuju
prvi (fizički) i drugi (vezni) sloj otvorenog sustava povezivanja.
Za razliku od javnih paketskih mreža, lokalna mreža je
definirana samo s ta dva sloja, jer se informacije prenose preko
jednog informacijskog medija iz razloga ekonomičnosti u
adresnim okvirima.
Sve stanice su istovremeno fizički priključene na isti prijenosni
medij preko jedinica za pristup mediju.
Komunikacijski procesor je sastavni dio pristupne jedinice na
optičko vlakno, FOMAU. Pristupna jedinica omogućuje pristup
radnih stanica na prijenosni medij.
U slučajevima kad su zahtjevi sigurnosti vrlo oštri, optički kabel
se koristi kao prijenosni medij čak i između FOMAU i osobnoh
računala.