kontakt
Wyższa szkoła informatyki - link
strona główna
Wprowadzenie
O światłowodacha
    Budowa
    Zasada działania
    Wady i zalety
    Zastosowania
Klasyfikacja światłowodów
Wytwarzanie kabli światlowodowych
Spawanie światłowodów
Techniki światłowodowe
Trakty światłowodowe
KONTAKT

O światłowodachBudowa

O światłowodach...

Słowniczek.

Światłowód - to falowód optyczny przenoszący światło dzięki zachodzącemu w nim zjawisku wielokrotnego, całkowitego, wewnętrznego odbicia.
Mody światłowodowe - określają rozkład pola optycznego i fizyczny kształt wiązki świetlnej wewnątrz światłowodu. Posługując się znacznym uproszczeniem, pojedynczy mod światłowodowy można utożsamić z jednym promieniem światła podróżującym wzdłuż światłowodu.
Przepływność - maksymalna ilość danych możliwa do przesłania przez medium (np. światłowód) w danej jednostce czasu (zazwyczaj w ciągu jednej sekundy).
Propagacja fali światła - całokształt zjawisk fizycznych związanych ze swobodnym rozchodzeniem się fali światła wewnątrz ośrodka - w naszym przypadku w światłowodzie.
Apertura kątowa światłowodu - maksymalny kąt, pod jakim można wprowadzić promień światła do światłowodu.

Budowa światłowodów.

Jak sama nazwa wskazuje, w światłowodach do transmisji danych wykorzystywana jest wiązka światła, która rozchodzi się wzdłuż włókna szklanego. Ze względów technicznych używa się fali o długości w przybliżeniu 850, 1300 lub 1550 nm (są to tzw. okna transmisyjne), a jako źródło światła najczęściej stosuje się diody laserowe lub elektroluminescencyjne (LED).

Typowy światłowód składa się z rdzenia wykonanego ze szkła, kwarcu lub polimeru powleczonego płaszczem, a całość "zatopiona" jest w powłoce ochronnej. Zastosowanie materiałów o różnych współczynnikach załamania światła dla rdzenia oraz płaszcza umożliwia utrzymanie wiązki świetlnej wewnątrz światłowodu.

Kilka słów o MODzie

Mód jest monochromatyczną (jednobarwną) wiązką propagującą się wzdłuż falowodu (światłowodu) z charakterystyczną dla siebie prędkością i bez zmiany kształtu.
Możemy też powiedzieć, że mód opisuje przestrzenny rozkład pola elektromagnetycznego; rozkład uzależniony od długości fali świetlnej (\). Tak na chłopski rozum to wiązki modowe tworzą coś na wzór kanałów, proces ich tworzenia przedstawia (rys.1).






.

.





Rozumienie modu jako swego rodzaju kanału wydaje się być najbardziej intuicyjne - wprowadzając promień światła pod różnymi kątami (pobudzając światłowód selektywnie) powodujemy powstanie w światłowodzie odpowiednich modów. Mody możemy obserwować na końcówce światłowodu (tu również musimy ją selektywnie "oglądać")

Wygląd podstawowych modów przedstawia rysunek powyżej (Rys. 2) (mody o kolejnych numerach mają coraz to bardziej finezyjne kształty). Na rysunku obok wyglądu (po lewej) przedstawiony jest rozkład pola (po prawej). Zaletą wiązki modowej jest niezmienność kształtu (właśnie tego rozkładu pola) przy przechodzeniu (propagacji) przez światłowód - wadą są różne prędkość poszczególnych modów (jedne propagują się szybciej, inne wolniej). I tak możemy podzielić światłowody na światłowody jednomodowe - przenoszące tylko mód podstawowy (nr l) i światłowody wielomodowe - przenoszące większą liczbę modów. W praktyce stosuje się głównie światłowody jednomodowe ze względu na mniej złożony proces technologiczny (pomyśl o precyzyjnym wprowadzaniu skupionych wiązek światła pod różnymi kątami do rdzenia wielomodowego światłowodu o średnicy rzędu 5-11 urn!), jak i brak problemu z różnymi prędkościami przenoszenia wiązki modowej.
I w ten sposób możemy podzielić światłowody ze względu na budowe na: jednomodowe i wielomodowe. (Dokładne informacje zjadują się w dalszej częsci serwisu klasyfikacja światłowodów).

Mechanika włókna

Szkło jest głównym budulcem światłowodów, i jak każdy budulec, posiada zarówno zalety, jak i wady. Przede wszystkim szkło nie jest materiałem plastycznym (choć elastyczność włókien światłowodowych jest imponująca, jednak tżeba wiedzieć, że średnica zgięcia mniejsza niż 8cm prowadzi do trwałego uszkodzenia światłowodu - jego kruszenia). Zakres elastyczności szkła to około 0,5-1% ,czyli mało (dla miedzi 20%). W uproszczeniu mówi się, że szkło jest kruche .Wpływ na kruchość szkła ma także jego czystość (klarowność) - po prostu szkło pęka najłatwiej w miejscach zabrudzenia (oczywiście mowa o zanieczyszczeniach struktury szkła).
Kolejny problem to korozja chemiczna.
Szkło też jest nieodporne na H2O, a dokładniej na jony wodorotlenkowe OH. Przenikają one do struktury szkła i powodują jego kruszenie czyli swego rodzaju korozję. Należy też pamiętać przy takich rozważaniach o rozmiarach włókna!

Buforowanie światłowodu - pokrycia wtórne

Gołe światłowody nie są odporne na działanie czynników zewnętrznych. W wiekszosci zastosowań nie mogą być używane bez dodatkowych zabezpieczeń ze względu na ich małe wydłurzenie zrywające oraz wzrost tłumienności wskutek działania naprężeń rozciągających, zginających i skręcających. Zabezpieczenie światłowodów przed wpływami otoczenia osiągamy poprzez odpowiednią konstrukcję pokrycia wtórnego jak i metodę zestawienia wszystkich elementów kabla w strukturę spełniającą wszystkie stawiane jej wymagania.

  • Ścisła tuba :

    Bezpośrednie nałożenie pokrycia ze specjalnego tworzywa na światłowód w pokryciu pierwotnym, jest najprostrzym sposobem jego zabezpieczenia przed działaniem czynników zewnętrznych. Światłowód w ścisłym pokryciu może być użyty we wszystkich konstrukcjach kabli przeznaczonych do krótkich połączeń (wewnątrzobiektowych). W konstrukcjach tych światłowód w ścisłym pokryciu pełni taką samą rolę, jak w luźnej tubie w kablach dalekosiężnych.

  • Luźna tuba :

    Luźna tuba jest najczęściej wytwarzana w postaci dwuwarstwowej rurki. Wewnętrzna warstwa wykonana jest z tworzywa zapewniajacego bardzo mały współczynnik tarcia, zewnętrzna zabezpiecza światłowód przed wpływem czynników zewnętrznych. Tuba może zawierać od jednego do kilkudziesięciu światłowodów, a jej zadaniem jest dostateczne zabezpieczenie światłowodów przed deformaccjami oraz wpływem sił tarcia - zbyt durze powodują powstanie makro i mikro zgięć. Luźna tuba posiada wszystkie cechy podstawowego elementu konstrukcyjnego kabla i może być wykorzystana uniwersalnie w różnych jego konstrukcjach.

Światłowód, bądź swiatłowody umieszczone są swobodnie we wnętrzu tuby. Długość światłowodu jest większa niż długość tuby.

Wielkość nadmiarowej długości włókna w tubie zależy od ilości światłowodów, geometrii tuby, sposobu jej ułożenia w kablu i jest tak dobrana aby z jednej strony naprężenia rozciągające nie przenosiły się na włókno, z drugiej zaś aby naprężenia ściskające działające na powłokę (niskie temperatury) nie powodowały wzrostu tłumienności światłowodu wskutek strat na makro i mikrozgięciach. Żel hydrofobowy wypełniający tubę ma za zadanie :

  • blokowanie dostępu wody do jej wnętrza ;
  • zmniejszenie wrażliwości światłowodu na straty na mikrozgięciach dzięki właściwosciom tiksotropowym (jest ciekły w sytuacjach dynamicznych - ruch i stały w statycznych).
Wprowadzenie  O światłowodach   Klasyfikacja światłowodów   Wytwarzanie kabli światłowodowych   Spawanie światłowodów
Techniki światłowodowe   Trakty światłowodowe   KONTAKT