Elementy pasywne

Transkrypt

Elementy pasywne

Postawy sprzętowe budowania
sieci światłowodowych
cz. 1. elementy pasywne
•
•
•
•
Włókna światłowodowe
Kable światłowodowe
Złącza światłowodowe
Rozgałęziacze (sprzęgacze)
Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze
opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie
niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła.
© Sergiusz Patela 1998-2005
Światłowód
Tłumienie [dB/km]
4
25 THz
0,5 dB/km
3,5
25 THz
0,2 dB/km
3
A=
2,5
10 log10
P (0)
P
L
2
1,5
L=
1
10 log10
P (0)
P
0,5
0
800
1000
1200
1400
1600
1800
Długość fali [nm]
Sieci światłowodowe - podstawy sprzętowe
2
A
Standardowe (ITU) pasma transmisji
(ITU transmission bands)
• O-Band (1,260nm to 1,360nm),
• E-Band (1,360nm to 1,460nm),
• S-Band (1,460nm to 1,530nm),
• C-Band (1,530nm to 1,565nm),
• L-Band (1,565nm to 1,625nm)
• U-Band (1,625nm to 1,675).
• Pasmo nie zdefiniowane przez ITU, ale stosowane w sieciach
światłowodowych - 850nm.
3
Odległość między węzłami
• Tłumienie włókna A
• Krotność rozdzielacza pasywnego N
• Moc nadajnika Pt
• Czułość odbiornika Pr
• Odległość maksymalna Dmax
Dmax =
z def. tłumienia światłowodu:
 P 
10
log10  t 
A
 NPr 
P 
A = 10 log10  we  L
 Pwy 
Pwe = Pt , Pwy = NPr
4
Charakteryzacja światłowodów włóknistych
~ 50 µm
Światłowód wielomodowy. Średnica rdzenia
50 µm, 62,5 µm lub 1mm
125 µm
Światłowód jednomodowy, V < 2,4
V = k0a nco2 − ncl2
~10 µm
1
m = V2
2
5
Dyspersja włókna
Poszerzanie impulsu
• Międzymodowa
100 do 800 MHz/km
praca w pierwszym lub drugim oknie transm. świat.
• chromatyczna
• materiałowa
• własna (światłowodowa, wynik fluktuacji n, λ, a
0 do 20 ps/km.nm
praca w drugim lub trzecim oknie transm. świat.
• Polaryzacyjna
0,1 ps/km½
6
Kable światłowodowe
- podstawowa klasyfikacja wg. konstrukcji
• ścisła tuba
•luźna tuba
7
Podstawowe typy kabli
Kable zewnętrzne
kanałowe
wzmacniane
przeciwgryzoniowe
samonośne, ósemkowe
ziemne
podwodne
konstrukkcyjnie: luźna tuba lub rozetowe
Kable wewnątrzobiektowe
wzmacniane i niewzmacniane
przeciwgryzoniowe
Kable stacyjne
jednowłóknowe
dwuwłóknowe
wielowłóknowe rozdzielcze (dzielone)
Kable samonośne dla linii energetycznych i telekomunikacyjnych
8
Podstawowe parametry użytkowe kabla
• Zewnętrzna powłoka kabli - parametry materiału, niepalność, emisją związków
trujących, odporność na: ścieranie, promieniowanie UV, korozję naprężeniową
• nadruk: oznakowanie, metraż (można specyfikować w zamówieniu)
• promień zginania (jednokrotnego, wielokrotnego)
• Dopuszczalna siła rozciągania podczas instalacji
• Zakres temperatur: instalacji, transportu i przechowywania, pracy
• Identyfikacja tub i światłowodów (np.. tuba licznikowa czerwona, kierunkowa
niebieska, następne białe)
• Barwy światłowodów w tubie
9
Przykład.
Kabel ZW – NOTKSd zewnętrzno -wewnętrzny
(ZW - kabel uniwersalny, N – z powłoką zewnętrzną bezhalogenową, OTK –
optotelekomunikacyjny, S – z tuba ścisłą, d – całkowicie dielektryczny)
a - włókno optyczne
b – tuba ścisła bezbarwna
c – element wytrzymałościowy
d – włókna aramidowe
e –suche uszczelnienie ośrodka
f – powłoka zewnętrzna
g – nitka rozrywająca powłokę
Kabel przeznaczony do :
- wykonywania połączeń pomiędzy urządzeniami optoelektronicznymi
w pomieszczeniach zamkniętych i na zewnątrz budynków.
- zaciągania do kanalizacji kablowej i wewnątrzobiektowej.
10
Przykład. Kabel Z-XOTKtsdD tubowy, kanałowy,
podwieszany
Z - kabel zewnętrzny, X - z powłoką polietylenową, OTK – optotelekomunikacyjny,
ts – tubowy (tuba luźna) z suchym uszczelnieniem ośrodka, d – całkowicie
dielektryczny, D – ze wzmocnieniem z włókien aramidowych na ośrodku kabla)
a – centralny element wytrzymałościowy w
powłoce z polietylenu lub bez powłoki, b – luźna
tuba ze światłowodami wypełniona żelem
hydrofobowym, c – włókno optyczne, d –
wkładka polietylenowa, e – ośrodek kabla : tuby
skręcone wokół centralnego elementu, f –
suche uszczelnienie ośrodka, g – wzmocnienie :
włókna aramidowe, h – 2 nitki do rozrywania
powłoki, i – powłoka polietylenowa, czarna
Kabel przeznaczony do :
- układania w kanalizacji kablowej pierwotnej i wtórnej.
- podwieszania na słupach linii telefonicznych, linii energetycznych niskich i
średnich napięć, trakcji kolejowej.
11
FOCIS (Fiber Optic Connector Intermateability
Standard)
Publikowane jako standard TIA-604-XX
FOCIS 1: Biconic
FOCIS 2: ST
FOCIS 3: SC
FOCIS 4: FC
FOCIS 5: MTP/MPO
FOCIS 6: Panduit FJ
FOCIS 7: 3M Volition
FOCIS 8: Mini-MAC (Wycofany)
FOCIS 9: Mini MPO (Wycofany)
FOCIS 10: Lucent LC
FOCIS 11: Siecor SCDC/SCQC (jeszcze nie zatwierdzony)
FOCIS 12: Siecor/Amp MT-RJ
FOCIS 15: MF
FOCIS 16: LSH (LX-5)
Złączka MU nie poosiada na razie standardu FOCIS.
12
Wybrane złączki światłowodowe - światłowody szklane
SMA 905
DIN 47256
SMA 906
D-4
ST
FC, FC/PC
Biconic
SC
HMS-10/HP
Diamond
FDDI
13
Nowe technologie i konstrukcje złączek
światłowodowych
Nowe technologie i rozwiązania konstrukcyjne złączek pojawiają się jako
wynik zapotrzebowania na połączenia o większej gęstości upakowania
(mniejszy wymiar poprzeczny) i niższej cenie. Zwraca się również uwagę na
zwiększenie szybkości wytwarzania złączek.
Pożądana jest również zgodność z istniejącymi technologiami
światłowodowymi i sieciowymi. Wyraźnie można zauważyć tendencję do
opierania się na standardzie złącza RJ-45
(Prezentowane rozwiązania określane są jako
Small Form Factor (SFF) Connectors)
14
Small Form Factor (SFF) connectors
Porównanie wielkości
złączki FC i LC (SFF)
Różne złączki SFF, od
lewej do prawej:
SC-DC, LC, MT-RJ,
Duplex SC , Volition,
Opti-Jack
15
Złącza E-2000, E-2000 PS i E-3000
16
Technologie złączek
1. Złączki klejone przy pomocy żywić epoksydowych, utwardzane na gorąco
2. Złączki klejone technologią HotMelt (3M)
3. Złączki wstępnie zarabiane - bez kleju, bez polerowania (UniCam®, LithtCrimp+
- AMP)
4. Złączki zaciskane - technika bez kleju (LightCrimp - AMP)
17
Straty w elementach toru światłowodowego
• straty absorpcyjne - pochłanianie w
obszarze materiału lub struktury
• straty odbiciowe - wywołane odbiciami na
powierzchniach granicznych światłowodów i
struktur
18
Straty absorpcyjne
Straty całkowite w elementach toru
światłowodowego:
PWY
A [dB ] = 10 log
PWE
19
Straty odbiciowe
Współczynnik odbicia na granicy dielektryków o współczynnikach
załamania n1 i n2
(
n1 − n2 )2
R=
(n1 + n2 )2
Tłumienność odbiciowa dB (optical return loss) - określa jaka
część sygnału wraca w kierunku źródła:
 (n1 − n2 )2 

ORL [dB ] = 10 log( R ) = 10 log
 (n + n )2 
 1 2 
Tłumienność wywołana odbiciami w dB - określa jaka część sygnału
pozostaje w linii po odbiciu (np.. tłumienność złączki):
 (n1 − n2 )2 

A = 10 log1 −
2
 (n + n ) 
1
2 

20
Współczynniki odbicia na granicy różnych materiałów
(
n1 − n2 )2
R=
(n1 + n2 )2
szkło
n=1,5
R=4% lub -14dB
GaAs
n=3,2
R=27% lub -6 dB
Si
n=4
R=36% lub -4 dB
tłumienność odbiciowa dla złączki PC -50 dB
tłumienność odbiciowa dla złączki AC -80 dB
21
Wymagania dla złączek rozłączalnych (1)
Wymagania transmisyjne
Tłumienność złączek
Reflektancja
Trwałość parametrów
średnia 0,15 dB (max 0,3 dB)
większa od 50 dB
Złączki powinny umożliwiać
dokonanie co najmniej 1000
przełączeń przy czym wzrost ich
tłumienności nie powinien
przekraczać 0,2 dB.
Na podstawie ZN-96/TP S.A. 006 i ZN-96/TP S.A. 007
22
Wymagania dla złączek rozłączalnych (2)
Wymagania geometryczne i mechaniczne
Niecentryczność
nie większa niż 0,5 µm
Ustawienie światłowodów
O<0,5°
Siła łącząca
7-12 N
23
Spawanie światłowodów (Złącza spajane)
Tłumienność połączeń
światłowodów
0,08 dB
Reflektancja złączy
nie mniejsza niż 60dB (dla
1310nm i 1550nm)
24
Wpływ nieliniowości optycznych włókna
na działanie sieci światłowodowych
Nieliniowości optyczne włókna mogą być źródłem:
• zwiększonego tłumienia sygnału w kanale
• zniekształceń
• przesłuchów
W sieciach WDM nieliniowości nakładają ograniczenia na:
• odległości międzykanałowe (λ)
• moc świata prowadzoną w kanale
• szybkość transmisji
25
Nieliniowe zjawiska optyczne
we włóknach światłowodowych (1)
• Nieliniowe zmiany współczynnika załamania wywołujące modulację fazy:
współczynnik załamania szkła światłowodu zależy od natężenia światła;
Φ NL = n2 k0 L E
2
SPM: automodulacja fazy (self phase modulation) - wywołane przez zmiany mocy
w impulsie.
XPM - modulacja między kanałowa (cross-phase modulation) - modulacja fazy
wywołana zmianą natężenia światła w sąsiednim kanale
• Mieszanie czterech fal (FWM):
Kanały o częstotliwościach f1 i f2 mogą być źrółem sygnałów 2f1-f2 i 2f2 - f1;
sygnały te mogą interferować z falami w innych kanałach.
26
Nieliniowe zjawiska optyczne
we włóknach światłowodowych (2)
• Wymuszone rozpraszanie Ramana (SRS):
W wyniku oddziaływania światła z cząsteczką pojawia się fala rozproszona o
częstotliwości zmienionej o częstotliwość jej drgań własnych;
• Wymuszone rozpraszanie Brillouina (SBS):
Rozpraszanie na falach akustycznych;
• Podsumowanie:
Współczesna technologia umożliwia pracę WDM dla 100 kanałów odległych
o 10 GHz, po 0,1 mW/kanał przy λ=1550 nm.
27
Projektowanie sieci i ograniczenia sprzętowe
• Liczba kanałów
• Moc w kanale
• Przesłuchy i dyspersja
28
Przesłuchy i dyspersja
Przesłuchy:
• wewnątrzpasmowe (intraband)
• międzypasmowe (interband)
Dyspersja:
ogranicza pasmo i odległości transmisji,
Dyspersja może być kompensowana przy pomocy:
• włókien o specjalnie kształtowanej dyspersji (o znaku przeciwnym niż typowa)
• światłowodowych siatek dyfrakcyjnych o zmiennej stałej
• formowania charakterystyki lasera (chirp)
31
Sprzęgacze
Urządzenia rozdzielające lub zbierające sygnał w sieciach światłowodowych
dzielnik (spliter)
łącznik (combiner)
sprzęgacz (coupler)
Parametry:
• stosunek podziału
• tumienność odbiciowa
• straty własne
32
Technologia i budowa sprzęgaczy i rozgałęziaczy
światłowodowych
1. Sprzęgacze polerowane i klejone
2. Sprzęgacze (stożkowe) rozciągane
i stapiane (tapered/ fused)
3. Sprzęgacze wykonane technologią
optoelektroniki zintegrowanej
Etapy wytwarzania
sprzęgacza polerowanego i
klejonego
33
Filtry optyczne (stałe)
Parametry filtrów
• szerokość połówkowa linii (∆f)
• dostępny zakres widmowy (FSR)
• finezja = FSR/ ∆f
Rodzaje filtrów stałych
• Siatkowy (siatka dyfrakcyjna)
• Światłowodowy filtr Bragga
• Cienkowarstwowe filtry interferencyjne
34

Elementy pasywne

Transkrypt

Podobne dokumenty

Święty kapłan-męczennik Sergiusz (Zacharczuk)

Lokalne sieci optyczne

Wprowadzenie do sieci światłowodowych

Sieci światłowodowe

Elementy aktywne

Modulatory światłowodowe

Ethernet optyczny - przykład światłowodowej sieci LAN 10BaseF i