TECHNOLOGIE OPTICKÝCH VLÁKEN A KABELŮ
Výhody optického přenosu signálu: • • • •
Vysoká přenosová rychlost Velká kapacita a šířka přenosových pásem Nízká výkonová úroveň Odolnost proti rušivým vlivům – necitlivost vůči rušení elektromagnetickým polem a nevyzařování tohoto pole do okolí • Možnost galvanického oddělení jednotlivých přenosových prvků • Miniaturizace rozměrů a hmotnosti • Úspora materiálu
Další výhody: • Při propustnosti v řádu Tbit/s a nízkém útlumu dovolují světlovody přenášet data na stonásobně delší vzdálenost než metalické vedení. • Signál se regeneruje pomocí opakovačů až po desítkách kilometrů (konvenční měděné kabely dosahují na vzdálenost 1 km maximálně 100 Mbit/s před regenerací). • Světlovody jsou velmi odolné proti odposlechu, v čemž tkví jedna z nejdůležitějších výhod pro jejich instalaci v moderních sítích, což značně přispívá k bezpečnosti přenosu. • Mezi nezanedbatelné výhody patří také spolehlivost, dlouhá životnost a nízká chybovost.
Přenos informace Informace se přenáší pomocí světelných signálů v rozmezí vlnových délek cca 400 až 1200 nm, neboť do této oblasti spadají minima útlumu používaných materiálů.
Druhy světlovodů: • Duté – jsou to trubky se zrcadlově lesklým vnitřním povrchem, umožňují šíření velkého počtu typů vln (vidů). Mají velké přenosové ztráty, technologie jejich výroby je náročná. • Světlovody s diskrétními korektory (čočkami, zrcadly, clonami) – v trubce jsou periodicky rozmístěny skleněné nebo plynové čočky, kterými je paprsek fokusován. Mají menší ztráty, ale výroba je velmi náročná. • Dielektrické – jsou to vlákna z elektricky izolačních materiálů. Mají nejmenší přenosové ztráty, útlum lze řídit volbou a složením materiálu. Jejich výroba je nenáročná, lze z nich vytvářet kabely, lze z nich vytvářet opticky vodivé struktury v integrovaných obvodech, jsou nejvýhodnější ze všech světlovodů.
Dielektrické světlovody Podle fyzikálních vlastností je dělíme: a) mnohovidové
b) mnohovidové s postupnou změnou indexu lomu
c) jednovidové
Příklady kabelů se světlovodnými vlákny a zpevňovacími prvky
Mnohovidové
Jednovidové
Složení světlovodů Kabely jsou složeny z průsvitných vláken, které mají tuto strukturu: 1 – ochranná vrstva - plášť 2 – odrazná vrstva (n2) - obal 3 – vlnovodná vrstva – jádro (n1)
Názvy částí kabelu:
Používané materiály pro světlovody •
Plastové vlákno POF (Plastic Optical Fiber) – z plastu je provedeno jádro a obal, materiálem bývá polymetylmetakrylát (plexisklo). Je velmi levné, má však velký útlum (cca 250 dB/km), proto se používá jen pro krátké vzdálenosti v desítkách metrů. • PCS (Plastic Cladded Silica) vlákno – skleněné jádro potažené nízkoztrátovým plastem. Má nižší útlum než POF (cca 10 dB/km), avšak je použitelné také jen na krátké vzdálenosti. • Vlákno z velmi čistých skel s vysokým obsahem SiO2 nebo ze speciálních několikasložkových skel – jádro a jeho obal jsou z různých skel. Pomocí příměsí lze upravit útlum vlákna, který je velmi malý (jednotky dB/km), proto se používá na vzdálenosti ve stovkách metrů. • Vlákno z velmi čistého SiO2 z par, jejichž základem je obvykle tepelný rozklad SiCl4 v oxidační atmosféře. Vlákno má nejnižší útlum z uvedených materiálů (pod 0,5 dB/km).
Technologie výroby skleněných vláken Vlákna z velmi čistých skel Mají buď vysoký obsah SiO2 nebo jsou vytvořena z několikasložkových skel. Vyrábí se metodou a) „dvojitého kelímku“ nebo metodou b) „tyčka v trubce“:
Výsledný produkt:
Praktické příklady Přenos světla
Ohybové možnosti
Trvalé spojování vláken a) svařování mikrohořákem
b) svařování elektrickým obloukem
c) svařování laserem
d) lepení organickou pryskyřicí
Rozebíratelné spojování Je řešeno pomocí konektorů, které musí zajistit souosý styk obou tenkých vláken. Tolerance se mohou zlepšit Některé typy konektorů: pomocí čočky:
Spojování konektorů:
Planární světlovody Používají se pro vnitřní vedení v optických integrovaných obvodech. - homogenní: s konstantním indexem lomu v celé vrstvě - nehomogenní: různý index lomu v jedné vrstvě
1 – světlovodná vrstva 2 – index lomu 3 – krycí vrstva 4 – světlo 5 – dielektrická podložka SiO2 6 – proměnný index lomu 7 – otvory pro světlo 8 – krycí vrstva 9 – nadifundovaná světlovod. vrstva 10 – podložka z optického materiálu
Optický integrovaný obvod:
Zdroje: Myslík a kol.: Optoelektronika Šavel J.: Elektrotechnologie Wasyluk R.: Elektrotechnologie Stibor P.: Jednovidová optická vlákna, Elektroinstalatér č. 1/2010 Pužmanová R.: Zaostřeno na optiku, Elektrotechnický magazín č. 11 - 12 / 2009 Haberle a kol.: Průmyslová elektrotechnika a informační technologie Wikipedia Archiv autora
Zpracoval ing. František Stoklasa
