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 ReportTranscript 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.