Wprowadzenie do techniki światłowodowej i spajania

Wprowadzenie do techniki światłowodowej i spajania

Wstęp do techniki światłowodowej

16.jpg

Proces spajania światłowodów

  • Etapy spajania: Proces spajania składa się z dwóch głównych etapów - wstępnego ogrzewania i właściwego spajania.
    • Myśli: Warto zwrócić uwagę na precyzyjność w obu etapach, ponieważ odpowiednie przygotowanie włókien może znacząco wpłynąć na jakość połączenia.

Znaczenie dokładności

  • Dokładność przycięcia: Wartości dokładności powinny wynosić nie więcej niż 0,5% długości włókna światłowodowego.
    • Myśli: Odpowiednia dokładność jest kluczowa dla minimalizacji strat sygnałowych. Używanie zaprawki do kalibrowania może pomóc w osiągnięciu wymaganej precyzji.

Tłumienie sygnału

  • Wykres: Tłumienie sygnału jako funkcja długości włókna optycznego.
    • Myśli: Zrozumienie relacji między długością a tłumieniem jest istotne dla efektywnego projektowania systemów światłowodowych.
Tłumienie [dB]Długość [µm]
0.110
0.215
0.320

Narzędzia do spajania

  • Narzędzia: Do obróbki i spajania światłowodów używane są specjalistyczne narzędzia, takie jak spawarka światłowodowa.
    • Myśli: Efektywność używanych narzędzi ma kluczowe znaczenie. Dobre spawarki powinny zapewniać stabilne i precyzyjne połączenie.

Zalecenia dotyczące łączenia

  • Polecane metody: Ręczne spawanie jest zalecanym sposobem łączenia światłowodów.
    • Myśli: Zrozumienie zastosowania różnych metod może przyczynić się do wyboru najefektywniejszej w danym kontekście.

Uwagi

  • Przykłady zastosowań : Przykładem zastosowania spawania światłowodów jest transmisja danych w sieciach telekomunikacyjnych.

Wstęp do techniki światłowodowej

17.jpg

3.4 Złącza mechaniczne nierozłączne

  • Definicja: Złącza mechaniczne nierozłączne stosuje się w przypadku usuwania awarii, co pozwala na szybkie usunięcie przerw w łączu.
    • Myśl: Szybkie usunięcie awarii jest kluczowe w systemach światłowodowych, gdzie przerwy mogą prowadzić do znacznych strat w przesyle danych.
  • Rodzaje złączy:
    • 3M Fibrlok: Złącze wykorzystujące specjalne materiały do adhezji.
    • AMP LightCrimp: Złącze, które ma zastosowanie do pracy w ekstremalnych warunkach.
    • Myśl: Różnorodność typów złączy pozwala na optymalizację działania w różnych warunkach środowiskowych.

3.5 Światłowodowe złącza rozłączne

  • Definicja: Złącza te są przystosowane do różnych zastosowań i są dostępne w wersji jedno- i wielomodowej.
    • Myśl: Umożliwiają one elastyczność w instalacji systemów światłowodowych.

Tabela złączy rozłącznych:

Typ złączaSpecyfikacjaWłaściwości
FCPC- dostępne w wersji jedno- i wielomodowej- złącze gwintowane numerycznie
SCPC- tłumienie odbiorcze 45 dB- łatwość montażu
ST- złącze typu ferrule AT&T- powszechnie stosowane w telekomunikacji
LC- tłumienie 0.15 dB- stosowane w telekomunikacji

3.3.1 Tłumienność połączeń światłowodów

  • Definicja: Tłumienie nie powinno przekraczać wartości 0,15 dB dla połączeń spajanych.
    • Myśl: Niska tłumienność jest kluczowa dla efektywnego przesyłu sygnałów w systemach światłowodowych, co pozwala osiągnąć większe odległości transmisji.

Przykład obliczenia:

  • W przypadku pomiaru wyniku ≈ -0,25 dB, tłumienie można obliczyć poprzez: α=(0,25)+(0,35)=0,05[dB]\alpha = (-0,25) + (0,35) = 0,05[dB]
    • Myśl: Umiejętność obliczania tłumienności jest istotna dla podawania informacji o jakości połączenia światłowodowego.

3.3.2 Reflektancja złącza

  • Definicja: Reflektancja złącza jest miarą tłumienności odbiciowej, co może wpływać na optymalizację przesyłu sygnału.

    • Myśl: Zrozumienie reflektancji pozwala na lepsze zarządzanie sygnałem w sieciach światłowodowych, minimalizując straty.
  • Obliczenia: R(dB)=10log10(PrefP)R(dB) = 10 \log_{10} \left( \frac{P_{ref}}{P} \right)

    • Myśl: Umiejętność obliczania reflektancji jest istotna dla inżynierów pracujących w dziedzinie nowoczesnych systemów komunikacyjnych.

Podsumowanie

Zrozumienie mechaniki łączy światłowodowych, tłumienności oraz reflektancji jest kluczowe dla projektowania i utrzymania efektywnych systemów komunikacyjnych. Szybkie usuwanie usterek i niskie tłumienie zapewniają wysoką jakość przesyłania danych.

Extended readings:

www.media-konwertery.pl
Rodzaje złącz światłowodowych rozłączanych
ascentoptics.com
Wszystko, co musisz wiedzieć o typach złączy światłowodowych
eti.pg.edu.pl
[PDF] złącza światłowodowe - Politechnika Gdańska

Notatki dotyczące tłumienności połączeń światłowodowych

18.jpg

Wprowadzenie do tłumienności

  • Tłumienność połączeń światłowodowych jest kluczowym parametrem, który musi być kontrolowany, aby zapewnić skuteczną transmisję sygnałów optycznych.
  • W informacji przedstawionej w dokumencie wymienione są konkretne wartości tłumienności, które nie powinny być przekraczane w różnych rodzajach połączeń.

Wartości tłumienności

  • Wartości, które należy uwzględnić w projekcie połączeń:
    • 0,15 dB dla połączeń spawanych
    • 0,2 dB dla połączeń mechanicznych
    • 0,5 dB dla złączek rozdzielających
    • 0,3 dB dla złączek pozostałych.

Myśli

  • Zrozumienie tych wartości jest kluczowe dla inżynierów projektujących sieci optyczne. Przekroczenie tych wartości może prowadzić do utraty jakości sygnału i zwiększonej liczby błędów w transmisji.

Tłumienność odbicia

  • Tłumienność odbicia dla złączy światłowodowych (reflektancja) powinna być mniejsza niż 35 dB.
  • Oznacza to, że niewłaściwie zaprojektowane połączenia mogą odbijać zbyt dużo sygnału, co prowadzi do strat w transmisji.

Myśli

  • Utrzymanie niskiej tłumienności odbicia jest istotne dla wydajności systemu, zwłaszcza w długodystansowych połączeniach optycznych.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

  • Odpowiedź: M=521

Ćwiczenie 2

  • (Brak odpowiedzi)

Ćwiczenie 3

  • Wartości długości fal:
    • λ₁=1,29 μm
    • λ₂=1,41 μm
    • λ₃=1,52 μm

Ćwiczenie 4

  • Opis kabla:
    • Oznaczenie kabla: KOTKd32j - optotelekomunikacyjny (OT) kabel (K) z ośrodkiem tubowym (t)
    • W powłoce polietylenowej (X), dielektryczny (d) zawierający 32 światłowody jednomodowe (32f).

Ćwiczenie 5

  • Oznaczenie kabla: KOTKd24+8j - optotelekomunikacyjny (OT) kabel (K) z ośrodkiem tubowym (t)
    • W powłoce polietylenowej (X), dielektryczny (d)
    • Zawiera 24 światłowody jednomodowe (24f) i osiem światłowodów o przesuniętej charakterystyce dyspersji (8f).

Myśli

  • Ćwiczenia pokazują praktyczne zastosowanie teorii tłumienności w projektowaniu i ocenie kabli światłowodowych. Wartości i charakterystyki podane w ćwiczeniach pomagają w zrozumieniu inżynieryjnych aspektów optotelekomunikacji.

Extended readings:

zas.pwr.edu.pl
[PDF] Lab. Opt ćwiczenie 1
www.pse.pl
[PDF] Badanie traktu światłowodowego - PSE

Podstawowe pojęcia techniki światłowodowej

1.jpg

Wprowadzenie

  1. Właściwości światłowodów
    • Światłowody są kluczowym medium transmisyjnym w telekomunikacji i informatyce.
    • Mają przewagę nad tradycyjnymi metodami transmisji dzięki wyjątkowym cechom.

Kluczowe cechy techniki światłowodowej

  • Szerokość pasma

    • Częstotliwość używana w systemach światłowodowych wynosi około 101410^{14} Hz (100 THz).
    • Umożliwia to przesyłanie większej ilości informacji w porównaniu do kabli koncentrycznych.
  • Izolacja elektryczna

    • Włókno optyczne działa jako izolatorem, co chroni przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.
    • Bardzo ważne przy długodystansowych transmisjach informacji.
  • Odporność na interferencje

    • Mniejsze zakłócenia od interferencji z materiałami dielektrycznymi.
    • Przydatne w środowiskach z dużymi problemami elektromagnetycznymi.
  • Utajnienie transmisji

    • Mała ilość energii wypromieniowanej na zewnątrz, co oznacza mniejsze straty sygnału.
    • Zapewnia większą efektywność sieci światłowodowych.
  • Niska tłumienność

    • Tłumienność włókien światłowodowych jest znacznie niższa niż w kablach miedzianych.
    • Włókna światłowodowe mają tłumienność rzędu 0,2 dB/km, co jest ogromną zaletą.
  • Elastyczność

    • Włókno optyczne jest wytrzymałe na rozciąganie i zgniatanie.
    • Umożliwia to łatwiejsze instalacje, nawet w trudnych warunkach.
  • Gabaryty

    • Średnica włókien światłowodowych jest niewielka (typowo 125 μm), co czyni je lżejszymi od kabli miedzianych.
    • Mniejsze wymiary pozwalają na łatwiejsze prowadzenie kabli.
  • Niezawodność systemu

    • Niskostrukturalność włókien pozwala na redukcję sprzętu, co zwiększa niezawodność.
    • Wytrzymałość systemów światłowodowych jest korzystna dla długotrwałego użytkowania.

Podsumowanie

Technika światłowodowa ma wiele zalet, które sprawiają, że jest ona dominującym rozwiązaniem w nowoczesnych systemach komunikacyjnych. Wysoka efektywność, odporność na zakłócenia oraz niska tłumienność czynią ją idealnym wyborem dla szerokopasmowych sieci.

Extended readings:

www.photonics.com
Fiber Optics: Understanding the Basics - Photonics Spectra
www.techtarget.com
What Is Fiber Optics? Definition from SearchNetworking - TechTarget
en.wikipedia.org
Optical fiber - Wikipedia

Wprowadzenie do techniki światłowodowej

2.jpg

1.1 Struktura i właściwości światłowodów

  • Klasyfikacja światłowodów

    • Światłowody można klasyfikować w zależności od materiałów użytych do ich produkcji. Główne typy to światłowody szklane i plastikowe. Włókna szklane mają lepsze właściwości optyczne, co czyni je preferowanym wyborem w zastosowaniach telekomunikacyjnych.
  • Włókna optyczne

    • Zbudowane są zazwyczaj z rdzenia (ang. core) i płaszcza (ang. cladding). Rdzeń ma wyższy wskaźnik załamania światła niż płaszcz, co umożliwia odbicie wewnętrzne. To zjawisko jest kluczowe dla efektywnego przesyłania sygnału.
  • Właściwości światłowodów

    • Światłowody mają wiele zalet w porównaniu do tradycyjnych linii elektrycznych, takich jak:
      • Szerokość pasma – możliwość przesyłania danych na znacznie szersze pasmo niż w przypadku kabli miedzianych.
      • Odporność na interferencje – sygnał świetlny nie jest podatny na zakłócenia elektromagnetyczne.
      • Utrzymanie jakości transmisji na dużych odległościach.

Tabela: Zalety światłowodów

Zaleta
szerokość pasma
izolacja elektryczna
odporność na interferencję
utrzymanie transmisji
niska tłumienność
małe gabaryty
niezawodność systemu
niskie koszty
  • Zastosowanie i przyszłość

    • Światłowody znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym w telekomunikacji, medycynie oraz technikach monitorowania. W ciągu ostatnich 20-30 lat technologia ta zyskała na popularności dzięki spadającym kosztom produkcji oraz instalacji.
  • Podstawowe definicje

    • Gdy mówimy o prędkości światła w medium, kluczowa jest definicja współczynnika załamania. Prędkość światła w próżni to około 3×1083 \times 10^8 m/s, a w materiale światłowodowym jest ona niższa i zależy od właściwości optycznych materiału.

Extended readings:

www.sciencedirect.com
Review of optical fibers-introduction and applications in fiber lasers
www.sciencedirect.com
Fiber Optics - an overview | ScienceDirect Topics
en.wikipedia.org
Optical fiber - Wikipedia

Wstęp do techniki światłowodowej

3.jpg

Zapamiętaj:

  • Włókna optyczne wyzważają się z:

    • czystego szkła kwarcowego,
    • szkła wieloskładnikowego.

    W kontekście zastosowania światłowodów, ważne jest, aby zrozumieć, że właściwości optyczne takich włókien są kluczowe dla ich efektywności w transmisji sygnałów. Szkło kwarcowe jest bardziej homogeniczne, co sprzyja mniejszym stratom sygnału.

  • Światłowody zbudowane w odniesieniu do profilu współczynników załamania:

    • Włókna o profilu stopniowym,
    • Włókna o profilu gradientowym.

    Włókna o różnym profilu mają różne zastosowania w praktyce, co może wpływać na ich efektywność w przeprowadzaniu sygnałów w zależności od zastosowanych technologii.

Ekspansja modelu światłowodowego:

Podstawowym parametrem analizy modowej jest wielkość VV zwana częstotliwością znormalizowaną:

V=2πλd(n12n22)V = \dfrac{2 \pi}{\lambda} \cdot d \cdot \sqrt{(n_1^2 - n_2^2)}

gdzie:

  • dd - promień rdzenia,
  • n1n_1 - współczynnik załamania światła w rdzeniu,
  • n2n_2 - współczynnik załamania światła w płaszczu.

Zrozumienie tego wzoru jest kluczowe, ponieważ pozwala na obliczenie liczby modów, które można pomieścić w światłowodzie, co bezpośrednio przekłada się na jego wydajność.

Liczba dozwolonych modów:

M=V22M = \dfrac{V^2}{2}

Liczenie dozwolonych modów jest istotne dla projektowania światłowodów, co w praktyce wpływa na ich zastosowanie w jakich rozwiązaniach telekomunikacyjnych.

Ćwiczenie 1:

Ile modów pojawi się w światłowodzie o średnicy 50 µm i rdzeniu włóknie 1 µm? Współczynnik załamania szkła płaszcza n1.5n_{1.5}, współczynnik załamania szkła rdzenia n1.4645n_{1.4645}.

W kontekście ćwiczenia, ważne jest, aby umieć zastosować wcześniej opisane wzory, co rozwija umiejętności praktycznego myślenia w kontekście teorii światłowodowej.

Kluczowe wskazówki:

  1. Przy światłowodzie jednonowym może prowadzić tylko jeden mod.
  2. W światłowodach wielomodowych można rozkładać pola elektromagnetyczne w każdym przypadku, co daje szersze możliwości transmisji sygnałów przy wyższych częstotliwościach.

Znajomość tych faktów jest ważna dla projektantów systemów komunikacyjnych, ponieważ różne struktury światłowodów wymagają różnych metod analizy i eksploatacji.

Extended readings:

romaniuk.web.cern.ch
[PDF] MIERNICTWO ŚWIATŁOWODOWE
akademickaseriawwsi.wwsi.edu.pl
[PDF] Rozdział 2. Światłowody i elementy optyczne
www.researchgate.net
[PDF] pomiary światłowodów - ResearchGate

Wstęp do techniki światłowodowej

4.jpg

1.2 Charakterystyka światłowodów z uwzględnieniem ich zastosowania

  • Światłowody wielomodowe:
    • Średnica: 50-62,5 μm, średnica płaszcza: 125 μm.
    • Wykorzystywane w telekomunikacji z uwagi na ich właściwości propagacyjne.
    • Zmniejszenie dyspersji sygnału, co jest kluczowe w przesyłaniu informacji na dużą odległość.
    • Zastosowania:
      • W sieciach telekomunikacyjnych, które wymagają przesyłania dużych ilości danych.
    Myśli: Światłowody wielomodowe są idealne do zastosowań wewnętrznych, gdzie odległości są krótsze, ale przesyłane dane są intensywne.

1.3 Światłowody jednomodowe

  • Rola w telekomunikacji:
    • Dysponują najwęższymi szerokościami pasma i najmniejszymi tłumieniami.
    • Oferują wyższą szybkość transmisji sygnałów przez dłuższe odległości.
  • Generacje systemów światłowodowych:
    GeneracjaTyp światłowoduTłumienność (dB/km)Pasmo transmisji
    1Gradientowy (50-62.5 μm)3Kilkuset kHz
    2Jednomodowy (1.3 μm)0.5Kilkukilometrowe
    3Jednomodowy (1.55 μm)0.2Kilkuset kilometrów

Myśli: Każda generacja wprowadza istotne poprawy w zakresie tłumienia sygnału, co pozwala na zwiększenie zasięgu przesyłu i jakości sygnału. Światłowody jednomodowe są bardziej efektywne przy dużych odległościach, co czyni je doskonałym wyborem dla sieci szerokopasmowych.

Extended readings:

www.dipol.com.pl
Światłowód jednomodowy i wielomodowy - wprowadzenie - DIPOL
fiberm.pl
Przegląd światłowodów jednomodowych i wielomodowych - Fiberm
wartel.pl
Światłowód jednomodowy a wielomodowy – najważniejsze różnice

Wstęp do Techniki Światłowodowej

5.jpg

1.4 Parametry światłowodu

  • Zależność parametrów od budowy:

    • Parametry światłowodu są ściśle związane z jego budową oraz składnikami użytymi do produkcji. Zmiany w domieszkach, takich jak SiO2 i inne, mogą znacząco wpłynąć na właściwości optyczne światłowodów. To podkreśla konieczność starannego projektowania komponentów światłowodowych.
  • Przykład domieszek:

    • Wspomniano o domieszkach takich jak german Gd2O3, aby kontrolować zjawisko zatłoczenia i innych parametrów związanych z transmisją światła. Te domieszki są kluczowe dla zwiększenia efektywności światłowodów.

1.4.1 Właściwości mechaniczne światłowodów kwarcowych

  • Wytrzymałość mechaniczna:
    • Kwarc jest materiałem o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, co czyni go idealnym do budowy światłowodów. Wysoka wytrzymałość mechaniczna jest istotna dla zapewnienia trwałości i niezawodności systemów światłowodowych, zwłaszcza w trudnych warunkach.

1.4.2 Apertura Numeryczna

  • Definicja apertury numerycznej (NA) :
    • NA = ni2nr2sinθ\sqrt{n^2_{i} - n^2_{r}} \sin \theta
    • Gdzie:
      • nin_i – współczynnik załamania światła w rdzeniu,
      • nrn_r – współczynnik załamania światła w otulinie,
      • θ\theta – kąt padania promienia na rdzeń.
    • Apertura numeryczna jest kluczowa dla oceny wydajności światłowodu, ponieważ definiuje zdolność do zbierania światła i jego efektywne prowadzenie.

Tabela 1

GęstośćModuł Young'aModuł poprzecznyWspółczynnik liniowyRozszerzalność termiczna
2,2 g/cm³72500 N/mm²30000 N/mm²5,5 * 10^-6 K^-1-
  • Zastosowania tabeli:
    • Tabela przedstawia kluczowe właściwości materiałowe, które są istotne dla projektantów i inżynierów zajmujących się produkcją światłowodów. Znajomość tych właściwości pozwala na lepsze dopasowanie materiałów do konkretnego zastosowania.

Extended readings:

www.cyberbajt.pl
Włókna światłowodowe – wstęp do transmisji światłowodowej
portalelektryka.pl
Światłowody: zasada działania, budowa, parametry, zastosowania
www.researchgate.net
[PDF] Studia nad światłowodami kształtowanymi - ResearchGate

Wstęp do techniki światłowodowej

6.jpg

1.5 Właściwości światłowodów

  • Struktura światłowodu: Światłowody dzielą się na wielomodowe oraz jednofonowe.

    • Wielomodowe: Kąt akceptacji wynosi 28° oraz aperturę numeryczną 0.24.
    • Jednomodowe: Kąt akceptacji wynosi zaledwie 12° oraz aperturę numeryczną 0.12.

    To wskazuje na to, że światłowody jednomodowe są bardziej restrykcyjne w kierunku akceptacji promieniowania, ale oferują wyższą wydajność w transmisji danych.

  • Apertura numeryczna (NA) : Jest podstawowym parametrem opisującym zdolność do zbierania światła przez światłowód.

    • Dla światłowodów wielomodowych NA = 0.24
    • Dla światłowodów jednomodowych NA = 0.12

    Zrozumienie apertury numerycznej jest kluczowe dla wiedzy o wydajności światłowodów, ponieważ ma ona bezpośredni wpływ na ilość światła, które może być zbierane i prowadzone w światłowodzie.

Ćwiczenie 3

Zadanie:

Na jaki fakt odejścia światłowód będzie propagował mod podstawowy przy wartości apertury numerycznej poniżej:

NAWartość
NA=00.11
NA=0.120.15
NA=0.150.19
NA=0.24???

Ćwiczenie to ma na celu sprawdzenie umiejętności obliczeń związanych z różnymi wartościami apertury numerycznej i ich wpływem na efekty działania światłowodu.

Kryterium sprawności

  • Źródło LED:
    • Kąt 60°
    • Moc promieniowania: 100-200 µW
    • NA = 0.30-0.40
  • Źródło LASER:
    • Kąt 40°
    • Moc promieniowania: 1-100 µW
    • NA = 0.6-0.75
    Wartości te pokazują, jak różne źródła mogą wpływać na parametry światłowodów. Proporcjonalność kąta do mocy promieniowania ma kluczowe znaczenie w projektowaniu systemów oświetleniowych i przesyłowych.

Podsumowanie

Dokument przedstawia kluczowe informacje dotyczące struktury, parametrów oraz zastosowań światłowodów, co jest istotne w dziedzinie telekomunikacji i technologii transmisji danych.

Extended readings:

eti.pg.edu.pl
[PDF] Ćwiczenie 2. Badanie apertury numerycznej światłowodów
romaniuk.web.cern.ch
[PDF] MIERNICTWO ŚWIATŁOWODOWE
www.researchgate.net
[PDF] Studia nad światłowodami kształtowanymi - ResearchGate

Właściwości transmisyjne światłowodów

7.jpg

1.5 Właściwości transmisyjne światłowodów

1.5.1 Tłumienie w światłowodzie

  • Tłumienność jednostkowa światłowodu:

    • Określa się ją jako wielkość opisującą, jak bardzo sygnał optyczny traci moc w wyniku przejścia przez światłowód na długości 1 km.
    • Mierzona jest w dB/km (decibelach na kilometr).
    • Refleksja: W wyniku różnych parametrów światłowodu, sygnał może być częściowo odbity, co wpływa na efektywność i jakość transmisji.

    Myśli: Tłumienność jednostkowa jest kluczowym parametrem przy projektowaniu systemów światłowodowych, ponieważ niskie wartości tej wielkości oznaczają mniejsze straty sygnału i lepszą jakość połączeń.

  • Przyczyny strat w światłowodzie:

    • Rozproszenie Rayleigha: Związane z niejednorodnością materiału, z którego wykonany jest światłowód.
    • Tłumienie spowodowane tym efektem wzrasta optycznie, co może prowadzić do znacznych strat, szczególnie przy dłuższych dystansach.

    Myśli: Zrozumienie przyczyn strat jest istotne nie tylko dla projektowania, ale również dla diagnostyki i utrzymania systemów światłowodowych.

  • Oznaczenia metalów przejściowych:

    • Menadżerami tłumienia mogą być różne metale takie jak Fe, Cr, Co, Cu, które mogą wpływać na właściwości światłowodu.

Wykres 1.6

Zależność tłumienności światłowodów o niskiej zawartości jonów OH od długości fali:

Wykres Tłumienności (Symulowane oznaczenie; odnośniki do wykresów umieszczamy w odpowiedniej formie)

  • Wykres ilustruje, jak tłumienność zmienia się wraz z długością fali wzdłuż określonego spektrum. Spada ona w zakresie pewnych długości fal, co może być wykorzystane do optymalizacji systemów światłowodowych.

1.5.2 Szerokość pasma

  • Szerokość pasma: Stanowi kluczowy parametr charakteryzujący kanał transmisyjny.

    • Określa się ją jako miarę możliwości przekazywania informacji przez dany kanał.
    • Szerokość pasma jest ograniczona przez zjawiska dyspersji, które można zobrazować na podstawie wcześniejszych danych.

    Myśli: Szerokość pasma jest fundamentalnym aspektem dla systemów komunikacyjnych, ponieważ wyższa szerokość pasma pozwala na szybsze przesyłanie danych, co jest kluczowe w dzisiejszym, szybko rozwijającym się świecie technologii.

Extended readings:

fizyka.umk.pl
[PDF] Właściwości transmisyjne
romaniuk.web.cern.ch
[PDF] MIERNICTWO ŚWIATŁOWODOWE
zpe.gov.pl
Transmisja światłowodowa w praktyce

Wprowadzenie do dyspersji światłowodowej

8.jpg

Definicje dyspersji

  • Dyspersja całkowita (D_total) : Jest to suma różnych typów dyspersji, które wpływają na transmisję światła w światłowodach. Można ją obliczyć ze wzoru: Dtotal=Dmode2+Dmaterial2+Dprofile2D_{total} = \sqrt{D_{mode}^2 + D_{material}^2 + D_{profile}^2}
    • Myśli: Ta notacja wskazuje na złożoną naturę dyspersji, która może mieć różne komponenty. Wiedza o tych destynacjach jest kluczowa w projektowaniu transmisji w światłowodach.

Typy dyspersji

  1. Dyspersja modowa:

    • Związana z różnymi czołami impulsów, które wchodzą do światłowodu. Impulsy te mogą różnić się długością, co wpływa na ich szerokość.
    • Myśli: Zrozumienie dyspersji modowej jest istotne dla optymalizacji sygnału w wielomodalnych światłowodach.
  2. Dyspersja materiałowa:

    • Związana z różnymi właściwościami materiału światłowodu w zależności od długości fali.
    • Myśli: Odpowiedni dobór materiału może znacząco ograniczyć straty związane z dyspersją.
  3. Dyspersja profilowa:

    • Dotyczy różnic w rozkładzie intensywności impulsu w światłowodzie.
    • Myśli: Może wpływać na efektywność transmisji i jakość sygnału.

Wykresy dyspersji

  • Rysunek 1.7: Ilustruje typowe wartości dyspersji względem długości fali.
    • Dla długości fali bliskiej 1300 nm widoczne są różnice w dyspersji materiałowej i falowej.
    • Myśli: Ważne jest zrozumienie, gdzie leży optymalna długość fali dla najniższej dyspersji, co może wpływać na wydajność systemów światłowodowych.

Praktyczne zastosowania

  • Praca nad minimalizacją dyspersji w zakresie 1550 nm jest kluczowa dla zwiększenia efektywności systemów światłowodowych.
  • Myśli: Zastosowanie właściwego rodzaju światłowodu i jego parametrów jest niezbędne dla wysokiej jakości transmisji danych.
Typ dyspersjiOpis
Dyspersja modowaZależność długości czoła impulsu od długości fali
Dyspersja materiałowaZmiana właściwości materiału w zależności od fali
Dyspersja profilowaRozkład intensywności impulsu w światłowodzie

Podsumowanie

Zrozumienie i analiza dyspersji w światłowodach są kluczowe w projektowaniu efektywnych systemów komunikacyjnych. Prace nad minimalizowaniem dyspersji i doborem odpowiednich materiałów są niezbędne w celu uzyskania wysokiej jakości transmisji.

Extended readings:

www.dcnart.com
Światłowody – dyspersja - Akademia Projektowania Sieci - DCNART
ascentoptics.com
Zrozumienie dyspersji światłowodu i metod jej kompensacji
mitr.p.lodz.pl
[PDF] ROZDZIAŁ 3

Wprowadzenie do techniki światłowodowej

9.jpg

Parametry dyspersji

  • Dyspersja materiałowa: W obrazku przedstawiono wykres ilustrujący wpływ długości fali na wartości dyspersji materiałowej w różnych włóknach. Zrozumienie tej zależności jest kluczowe dla projektowania systemów optycznych, ponieważ wpływa na jakość sygnału w transmisji światłowodowej.

Charakteryystyka podstawowych właściwości światłowodów

Parametry geometryczne światłowodów wielomodowych

Tabela 1:

ParametrWielkośćJednostka
Średnica rdzenia50-63μm
Średnica płaszczy125-145μm
Elipsoidalność rdzenia≤ 6
Elipsoidalność rdzenia/płaszcza≤ 2
Niecentryczność rdzeń/płaszcza≥ 250+15%
Średnica pokrycia pierw.250+50μm
  • Wyjątkowość właściwości: Parametry geometryczne mają ogromny wpływ na wydajność i zastosowanie włókien, dlatego ich dokładne określenie jest konieczne.

Parametry geometryczne światłowodów jednomodowych

Tabela 2:

ParametrBez przesenienia dyspersjiZ przesenieniem dyspersjiJednostka
Średnica pola modu9-10% do 0.151310 nm
Średnica modu9-10% do 0.151550 nm
Niecentryczność pola modu≤ 1.0≤ 1.5
Elipsoidalność płaszcza≤ 2.5≤ 5.0
Średnica pokrycia w powłokach m.250+15-10%250+15-10%μm
  • Zastosowanie jednomodowe: Parametry dla włókien jednomodowych wskazują na ich zdolność do działania w systemach o wyższej precyzji, co czyni je bardziej odpowiednimi dla długodystansowej komunikacji optycznej.

Przekazywanie energii w włóknach światłowodowych

  • Rola dyspersji: Dyspersja w światłowodach wpływa na jakość sygnału i może prowadzić do zniekształceń, dlatego istotne jest uwzględnienie jej przy projektowaniu systemów. Zrozumienie różnych typów dyspersji (materiałowa, chromatyczna) jest kluczowe dla inżynierów i techników zajmujących się technologią światłowodową.

Extended readings:

www.sciencedirect.com
Fiber Dispersion - an overview | ScienceDirect Topics
mrcet.com
[PDF] fiber optical communications (r17a0418) - mrcet
www.cedengineering.com
[PDF] Introduction to Fiber Optics - CED Engineering

Parametry transmisyjne światłowodów

10.jpg

1.6.3 Parametry transmisyjne światłowodów wielomodowych

Tabela 2 przedstawia ważne parametry dla światłowodów wielomodowych:

ParametrWartośćJednostk
Tłumienność jednostkowa dla 850 nm≤3,5dB/km
Tłumienność jednostkowa dla 1300 nm≤1,0dB/km
Szerokość pasma przenoszenia dla 850 nm≥200MHz/km
Szerokość pasma przenoszenia dla 1300 nm≥200MHz/km
Apertura numeryczna0,2±0,02-

Notatki

  • Tłumienność jednostkowa: Ekstremalnie ważny parametr, wskazuje na straty sygnału w światłowodzie.
    • Im mniejsza wartość, tym lepsza jakość sygnału.
  • Szerokość pasma przenoszenia: Oznacza zdolność światłowodu do przesyłania danych przy określonej częstotliwości.
    • Wyższe wartości sugerują lepszą wydajność transmisji.

1.6.4 Parametry transmisyjne światłowodów jednomodowych

Tabela 3 przedstawia kluczowe parametry dla światłowodów jednomodowych:

ParametrWartośćJednostk
Tłumienność jednostkowa dla 1300 nm≤0,50dB/km
Tłumienność jednostkowa dla 1550 nm≤0,30dB/km
Dyspersja chromatyczna jednostkowa dla:
1250 - 1330 nm≤3,5ps/nm·km
1270 - 1330 nm≤3,0ps/nm·km
1550 nm≤18ps/nm·km
Długość fali odcięcia1100 - 1280 nmnm
Średnica pola modu9 - 10%-

Notatki

  • Tłumienność jednostkowa: Wartości dla jednomodowych włókien są znacznie niższe, co czyni je bardziej efektywnymi w przesyłaniu informacji na dłuższych dystansach.

  • Dyspersja chromatyczna: Wskazuje na rozprzestrzenianie się różnych długości fal światła w kablu.

    • Mniejsza dyspersja oznacza lepszą jakość sygnału i mniejsze zniekształcenia, co jest kluczowe w zastosowaniach telekomunikacyjnych.
  • Długość fali odcięcia: Właściwość wskazująca na zakres długości fal, dla których światłowód może przesyłać sygnał.

    • Znajomość tej wartości jest istotna dla wyboru odpowiednich komponentów systemu optycznego.

Extended readings:

www.dipol.com.pl
Normy i standardy światłowodów - DIPOL
www.dipol.com.pl
Światłowód jednomodowy i wielomodowy - wprowadzenie - DIPOL
portalelektryka.pl
Światłowody: zasada działania, budowa, parametry, zastosowania

Budowa kabli światłowodowych

11.jpg

1. Wprowadzenie do budowy kabli światłowodowych

  • Kable światłowodowe składają się z różnych elementów, których budowa i materiały mają kluczowe znaczenie dla ich działania.
  • Zrozumienie struktury kabla światłowodowego pozwala na lepsze zrozumienie jego zastosowań w telekomunikacji.

2. Budowa kabli światłowodowych

  • Kable mogą mieć różne konstrukcje, przy czym ważne jest zabezpieczenie włókna przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz wpływem środowiska.
  • Włókno musi być chronione przez osłonę, która zabezpiecza je przed zniekształceniem.
  • Elementy wewnętrzne kabli, takie jak rdzeń i materiały dielektryczne, muszą być odpowiednio dobrane, aby zminimalizować straty sygnału.

Wnioski:

  • Dobór materiałów do budowy kabli wpływa na ich trwałość i efektywność.
  • Zrozumienie, jak różne elementy kabli współdziałają, może pomóc inżynierom w opracowywaniu nowych, bardziej efektywnych rozwiązań.

3. Rodzaje i symbole kabli optotelekomunikacyjnych

Symbol kablaOpis
XOTKdOptyczny (OT) kabel z ośrodkiem tubowym (w), w powłoce poliolefinowej (z), dielektryczny.
XOTKdOptyczny (OT) kabel z ośrodkiem tubowym (w), w powłoce poliolefinowej, (z), elektryczny.
XOTKdrOptyczny (OT) kabel z ośrodkiem tubowym (w), w powłoce poliolefinowej (z), dielektryczny.

Dodatkowe informacje:

  • Kable wzmacniane są zaprojektowane do intensywniejszego użytkowania, co czyni je bardziej odpornymi na uszkodzenia.
  • Kable samonośne są często wykorzystywane w budowach wymagających dużej elastyczności w instalacji.

Zastosowanie:

  • Kable optotelekomunikacyjne są niezbędne w telekomunikacji, gdzie wysoka jakość sygnału jest kluczowa dla skutecznego przesyłu danych.

4. Zapamiętaj:

  • Kable światłowodowe składają się z kilku kluczowych elementów, które wpływają na ich funkcjonalność. Do ważnych części należą:
    • Powłoka zewnętrzna
    • Ośrodek rdzeniowy
    • Elementy wzmacniające
    • Ochrona dielektryczna

Wnioski:

  • Świadomość o budowie i rodzajach kabli jest kluczowa dla każdego, kto pracuje w branży telekomunikacyjnej, aby móc dobierać odpowiednie rozwiązania do konkretnych zastosowań.

Extended readings:

onninen.pl
Pigułka wiedzy: rodzaje i budowa światłowodu - Kabel światłowodowy
www.cyberbajt.pl
Kable światłowodowe – objaśnienie oznaczenia kabli
bitner.com.pl
Kable światłowodowe - oznaczenia i rodzaje | Aktualności - Bitner

Notatki dotyczące konstrukcji kabli optotelektronicznych

12.jpg

1. Rodzaje kabli

  • Kable dielektryczne:

    • Używa się ich w różnych zastosowaniach, w tym w instalacjach, gdzie potrzebna jest izolacja elektryczna.
    • Ważne jest, aby dokładnie dobierać rodzaj kabla do warunków otoczenia.
  • Kable samonośne:

    • Te kable są zaprojektowane tak, aby mogły być zawieszone bez dodatkowego wsparcia.
    • Przydatne w miejscach, gdzie nie ma możliwości wykorzystania tradycyjnego mocowania.
  • Kable rozety:

    • Kable te mogą być używane w różnych typach instalacji ponieważ są elastyczne i łatwe do montażu.
    • W szczególności nadają się do miejsc o dużym natężeniu ruchu.

2. Liczba światłowodów w kablu

  • Liczba światłowodów wynosi od 2 do 12, 36, 12, 32 itp.
    • Im więcej włókien, tym większa przepustowość i elastyczność zastosowania.
    • Warto zwrócić uwagę na specyfikację techniczną w zależności od przeznaczenia.

3. Rodzaje światłowodów

  • J – jednowłóknowe
  • Jp – jednowłóknowe o przeszukiwanej charakterystyce dyspersyjnej
  • G – gradientowe
    • Wybór odpowiedniego typu światłowodu wpływa na jakość przesyłu sygnału.

4. Tabela 2: Rodzaje kabli i warunki instalowania

Rodzaj kablaWarunki instalowania
Kabel dielektryczny, tubowy o powłokę polietylenowąW kanalizacjach kablowych, w ziemi stopiony o budynków
Kabel dielektryczny, tubowy lub rozetyW ziemi i niestabilnych podłożach w miejscach nie narażonych na oddziaływania elektromagnetyczne
Kabel dielektryczny, rozetyW tunelach, w metrze, przy wprowadzaniu do budynków
Kabel opancerzony taśmami stalowymi lakierowanymi z osłoną ochronną lub bezW ziemi na terenach szkód górniczych, w szybkich o długościach >20m w terenach zalewanych
Kabel samonośnyDo budowy innych nadziemnych
Kabel stacjonarny o powłokę bezhalogenowąWewnątrz budynków

5. Ćwiczenia

  • Ćwiczenie 4: Opisz symbol kabla XOTKtd32J
  • Ćwiczenie 5: Opisz symbol kabla XOTKtd247+8J
    • Ćwiczenia te pomagają w zrozumieniu praktycznego zastosowania symboli kabli i ich klasyfikacji.

Extended readings:

bitner.com.pl
Kable światłowodowe - oznaczenia i rodzaje | Aktualności - Bitner
onninen.pl
Pigułka wiedzy: rodzaje i budowa światłowodu - Kabel światłowodowy
ascentoptics.com
Kompletny przewodnik po kablach światłowodowych - AscentOptics

Notatki dotyczące optotelekomunikacyjnych kabli fiber

13.jpg

Różne typy kabli optotelekomunikacyjnych

  1. Kabel z ośrodkiem rozetowym

    • Kable te stosowane są do różnorodnych systemów komunikacyjnych, gdzie konieczne jest spełnienie określonych warunków wytrzymałościowych oraz mechanicznych.
    • Zastosowanie: Idealnie nadają się do budowy sieci telekomunikacyjnych i systemów transmisji danych, co jest kluczowe w kontekście szybkości i niezawodności połączeń.
  2. Kabel z ośrodkiem tubowym

    • Kabel wykonany z wzmocnieniem z włókien aramidowych, co znacząco podnosi jego odporność na uszkodzenia mechaniczne.
    • Zastosowanie: Używany w bardziej wymagających środowiskach, gdzie narażony jest na różne czynniki zewnętrzne.

Tabele z parametrami kabli:

Kabel z ośrodkiem rozetowym

TypLiczba włókienSzerokość (mm)Wysokość (mm)Masa (g)
XOTKrdn 10x1G10201002400

Kabel z ośrodkiem tubowym

TypLiczba włókienSzerokość (mm)Wysokość (mm)Masa (g)
XOTKIdx 6x1J6102101800
XOTKIdx 8x1J813.41602200
XOTKIdx 12x1J12122002100

Własności klimatyczne

  • Zakres temperatur eksploatacji:
    • Dla kabli ze środkami rozetowymi: od -30 do +70 °C
    • Dla kabli ze środkami tubowymi: od -30 do +70 °C
    • Dla kabli instalacyjnych: od -5 do +50 °C

Podsumowanie

Kable optotelekomunikacyjne przedstawione w dokumentacji oferują różne możliwości zastosowania w zależności od ich konstrukcji oraz wytrzymałości mechanicznej. Kluczowe dla ich użytkowania są określone parametry techniczne i klimatologiczne, które wpływają na ich funkcjonalność w różnych warunkach.

Notatki dotyczące instalacji kabli optoelektronicznych

14.jpg

1. Optotelekomunikacyjny kabel

  • Opis: Kabel optotelekomunikacyjny składa się z włókien światłowodowych w osłonie tubowej w powłoce polietylenowej, co zapewnia większą wytrzymałość i ochronę.
  • Praktyczne zastosowanie: Stosowany w systemach telekomunikacyjnych, które wymagają przesyłania danych na długie odległości.

Tabela: Profil kabli, wymagania, właściwości mechaniczne

ProfilLiczba włókienWymiary (mm)Waga (kg/km)Odporność na działanie siły
XOTKdn 6x1G68.0 x 11.52402100±10
XOTKdn 8x1G88.0 x 11.52402100±10
XOTKdn 12x1J128.0 x 11.52402100±10

2. Warianty wykonania

  • Warianty:
    • Zastosowanie włókien światłowodowych wielodrogowych.
    • Zastosowanie w miejscach lub zalewanych strefach.
    • Zastosowanie staliwego elementu.
  • Pomocne dla: Umożliwiają dostosowanie kabli do różnych warunków środowiskowych i wymaganych parametrów.

3. Zastosowanie kabli optotelektronicznych

  • Zastosowania: W kablach światłowodowych, umożliwiających szybkie przesyłanie danych. Przydatne w systemach telekomunikacyjnych, transmisji wideo i Internetu.
  • Wydajność : Dobre właściwości fizyczne, możliwość przesyłu danych do 34 Mbit/s.

4. Właściwości klimatyczne kabli

  • Zakres temperatur:
    • (-30) - (+70) °C
    • (-5) - (+45) °C
  • Zastosowanie: Ważny czynnik w doborze kabli w zależności od lokalizacji ich instalacji, gdzie różne warunki klimatyczne mogą wpływać na ich działanie.

5. Instalacja kabli

  • Przygotowanie: Podczas podłączania kabli należy mieć na uwadze różne czynniki zewnętrzne, takie jak: naprężenia, uderzenia, oraz zmiany statyczne i dynamiczne.
  • Zasady układania:
    • Zwrócenie uwagi na minimalną średnicę zewnętrzną kabla.
    • Przeciążenia: kabel powinien być poddawany równomiernym siłom, w przeciwnym razie może dojść do uszkodzeń.

Notatki dotyczące złączy światłowodowych

15.jpg

1. Rodzaje złączy światłowodowych

  • Złącza światłowodowe można podzielić na dwa rodzaje:

    • Straty powstające w złączu światłowodowym.
    • Straty powstające na złączach źródło-swiatłowód-detektor.

    Zastosowanie: Zrozumienie różnych typów strat jest kluczowe dla efektywności systemów transmisji światłowodowej.

2. Straty w złączu światłowodowym

  • Straty transmisji mogą wynosić od 3-15 dB, a ich źródłem są:
    • Absorpcja materiału.
    • Rozproszenie.
    • Wypromieniowanie.
    Przemyślenia: Ważne jest zminimalizowanie tych strat, aby zwiększyć wydajność systemów komunikacyjnych.

Tabela strat transmisji:

Typ stratyZakres dB
Straty sprzecięcia3-15 dB
Absorpcja0-0.5 dB
Rozproszenie0.5–dB
Wypromieniowanie-

3. Złącza światłowodowe

  • Złącza światłowodowe mają kluczowe znaczenie dla przyszłej pracy systemów transmisyjnych.

  • Najczęściej stosowane metody łączenia to:

    • Spajanie włókien elektrycznych.
    • Klejenie.
    • Mechaniczne złączanie.

    Zastosowanie: Wybór odpowiedniej metody łączenia jest istotny dla wydajności i niezawodności systemów światłowodowych.

4. Parametry wynikowe złączy światłowodowych

  • Ważne parametry to:

    • Tłumienność.
    • Wytrzymałość mechaniczną.
    • Stabilność dyspersyjna.

    Dyskusja: Właściwe pomiary tych parametrów są potrzebne, aby zapewnić, że łącza spełniają wymogi techniczne.

5. Wnioski

  • Kluczowym elementem efektywności systemów światłowodowych są odpowiednie złącza oraz ich parametry, a zrozumienie strat jest niezbędne do ich optymalizacji.

Extended readings:

ascentoptics.com
Wszystko, co musisz wiedzieć o typach złączy światłowodowych
www.media-konwertery.pl
Rodzaje złącz światłowodowych rozłączanych
ascentoptics.com
Zrozumienie złączy światłowodowych SC i LC - AscentOptics

Notatki dotyczące światłowodów

pytania.jpg

1. Właściwości światłowodów

  • Zastosowanie technologii światłowodowej:
    • Kluczowe w komunikacji optycznej, umożliwiają przesył danych na dużą odległość z wysoką prędkością.
  • Izolacja elektryczna:
    • Włókna optyczne są dobre w izolowaniu, co chroni przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.
  • Odporność na interferencje:
    • Mniejsze zakłócenia przy użyciu materiałów dielektrycznych, co jest korzystne w trudnych środowiskach.

2. Zastosowanie i klasyfikacja

  • Światłowody dzielą się na:
    • Jednomodowe: Używane do długodystansowej transmisji, charakteryzujące się niską tłumiennością.
    • Wielomodowe: Idealne do lokalnych sieci komunikacyjnych.

Tabela: Klasyfikacja światłowodów

TypPrzeznaczenie
JednomodoweDługodystansowe połączenia
WielomodoweKrótkodystansowe połączenia

3. Parametry techniczne

  • Apertura numeryczna (NA) :
    • Definiuje zdolność światłowodu do zbierania i prowadzenia światła.
  • Straty sygnału:
    • Tłumienność jednostkowa powinna być minimalna dla efektywnej transmisji.

Tabela: Parametry tłumienności

Typ stratyZakres dB
Tłumienie spawane≤0.15
Tłumienie mechaniczne≤0.2
Tłumienie złączek≤0.5

4. Instalacja i budowa kabli światłowodowych

  • Kable muszą być odpowiednio chronione przed uszkodzeniami mechanicznymi i wpływem środowiska.

Właściwości klimatyczne

Typ kablaZakres temperatur
Kable standardowe-30°C do +70°C
Kable instalacyjne-5°C do +50°C

5. Wnioski

  • Technika światłowodowa, dzięki swoim unikalnym właściwościom, jest coraz bardziej popularna i wykorzystywana w nowoczesnych systemach komunikacyjnych.
  • Ważne jest zrozumienie właściwości i parametrów światłowodów, aby efektywnie je wykorzystywać w praktyce.

Extended readings:

example.com
Włókna światłowodowe - Kluczowe zastosowania
example.com
Budowa i właściwości światłowodów

Extended readings:

www.meetoptics.com
www.phoenix-fiber.com
What Are Optical Fibers? Definition, Uses, and Benefits
en.wikipedia.org
Optical fiber - Wikipedia