SIATŁOWODY
Swiatłowody
Pod względem szybkosci i jakosci przepływu informacji swiatłowody stanęły wysoko ponad wszelka konkurencja.
Transmisja swiatła jest niewrażliwa na zakłócajace pola elektromagnetyczne, co jest szczególnie istotne srodowisku przemysłowym. Innym powodem stosowania optycznej transmisji sygnału jest możliwosć wykorzystania bardzo szerokiego pasma, dlatego nadaje się on szczególnie do telefonii, transmisji danych i sygnałów telewizyjnych w formie cyfrowej. W swiatłowodzie do transmisji danych, zamiast pradu elektrycznego, wykorzystywana jest odpowiednio modulowana wiazka swiatła. Rozwiazanie takie zapewnia większe pasmo przenoszenia - nawet do 3 Tb/s - , oraz większe odległosci na jakie sygnał może być transmitowany bez potrzeby dodatkowego wzmacniania.
Swiatłowód zbudowany jest ze specjalnego rodzaju szkła kwarcowego. Główna jego częscia jest rdzeń, który okrywa płaszcz i warstwa ochronna. Czasami rdzeń składa się z wielu włókien.Zasada działania swiatłowodu polega na użyciu dwóch materiałów przewodzacych swiatło o różnych współczynnikach załamania. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy niż w płaszczu. Promień swietlny przemieszcza się cały czas w rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne odbicie promień odbija się od płaszczyzny przejscia rdzenia do płaszcza. Wokół płaszcza znajduje się izolacja ochronna. swiatłowody wykonuje się zasadniczo jako jednomodowe i wielomodowe. swiatłowody wielomodowe, można podzielić na dwa typy: o współczynniku skokowym i gradientowym najczęsciej spotykane sa swiatłowody o płynnej zmianie współczynnika załamania pomiędzy rdzeniem a płaszczem, czyli gradientowe.
Transmisja swiatłowodowa polega na przekazaniu wiazki swiatła, którego zródłem może być laser lub dioda LED. Po drugiej stronie swiatłowodu jest ona odbierana przez element swiatłoczuły np. fotodiodę. Aby zapewnić prawidłowa i szybka transmisję, wiazka swiatła jest modulowana. Zapobiega to mogacym pojawiać się zniekształceniom sygnału.
Swiatłowody dzieli się na jedno i wielo modowe oraz na wewnętrzne i zewnętrzne. Pierwszy podział wynika z ilosci przesyłanych modów (fal).
W swiatłowodzie jednomodowym, przenosi się tylko jeden mod. Oznacza to, że wszystkie promienie odbijane sa pod tym samym katem do powierzchni płaszcza. Wszystkie promienie maja wiec jednakowa drogę do przebycia i zajmuje to taki sam czas. Oznacza to, że nie powstaje dyspersja. swiatłowody jednomodowe sa lepsze. Umożliwiaja transmisję danych bez ich wzmacniania na odległosć do 100km. Prędkosć transmisji sięga 3Tb/s. zródłem swiatła jest tu laser. Główna ich wada, hamujaca ich powszechne stosowanie, jest wysoki koszt interfejsów przyłaczeniowych.
W wielomodowym swiatłowodzie, jest możliwosć występowania różnych katów odbicia i w zwiazku z tym następuje rozmycie krawędzi przesyłanego sygnału, czyli dyspersja.
Swiatłowody wielomodowe przesyłaja wiele modów o różnej długosci co powoduje zniekształcenia impulsu wyjsciowego a co za tym idzie, zmniejszenie prędkosci i odległosci transmisji. W tym rodzaju swiatłowodu, zródła swiatła jest dioda LED.
Czyms posrednim miedzy swiatłowodem o pojedynczym modzie i kablami swiatłowodowymi o współczynniku skokowym, jest kabel swiatłowodowy gradientowy. W kablu takim współczynnik załamania zmniejsza się sukcesywnie od srodka rdzenia na zewnatrz. Promień swietlny, który ukosnie chce wydostać się z centrum kabla jest uginany w sposób ciagły i kierowany z powrotem w stronę srodka kabla. Rdzeń w swiatłowodzie gradientowym jest tak gruby, że jednoczesnie może on przenosić wiele modów swiatła.
W swiatłowodzie wielomodowym, rdzeń jest dosyć gruby, ma ok. 50 mikrometrów, czyli jego srednica jest wielokrotnie większa niż długosć fali przenoszonego swiatła. Promień swiatła może składać się z wielu składowych, z wielu modów, które moga być przenoszone jednoczesnie. Jeżeli zmniejszymy rdzeń dostatecznie (do ok. 5-10 mikrometrów, dla długosci fali swiatła 1,3 mikrometra), to swiatłowód może przewodzić jedynie jeden mod. Będzie to swiatłowód typu jednomodowego. Ze względu na bardzo dobre własnosci częstotliwosciowe posiada on możliwosć gęstego upakowania informacji - posiada duża pojemnosć kanału przenoszenia. Wada takiego rozwiazania jest cienki rdzeń, co utrudnia łaczenie swiatłowodów ze soba.
Długosć kabla swiatłowodowego jest ograniczona przez jego dyspersję i tłumienie.
Dyspersja powoduje, że poszczególne promienie swiatła maja różny czas przebiegu przez swiatłowód. Impuls swietlny ulega poszerzeniu (rozmyciu), co ogranicza częstotliwosć maksymalna powtarzania impulsów, czyli szerokosć pasma przenoszenia. Jest to szczególnie istotne przy swiatłowodach wielomodowych, ponieważ różne mody maja różne czasy przebiegu, a to ogranicza szerokosć pasma. Zjawiska te nie występuja w swiatłowodzie jednomodowym. W swiatłowodach tak jedno, jak i wielomodowych, istnieje również naturalna dyspersja materiału. Wynika ona ze zmian współczynnika załamania swiatła w szkle. Zależy ona od długosci fali, powodowana jest też przez niejednorodnosci struktury materiału.
Tłumienie i dyspersja zależa od długosci fali i materiału swiatłowodu. Pierwsze włókna wykonane w roku 1970 posiadały tłumienie rzędu 20 dB/km. Z postępem technologicznym zaczęto produkować swiatłowody o znacznie niższym tłumieniu, zoptymalizowano długosć fal pod względem najmniejszego tłumienia. Pierwsza generacja swiatłowodów pracowała ze swiatłem o długosci fali 0,85 µm, druga generacja 1,3 µm, a trzecia 1,55 µm. Najniższe teoretyczne tłumienie występuje przy fali o długosci 1,55 mm i wynosi 0,16 dB/km, podczas gdy najmniejsza dyspersja występuje przy fali o długosci 1,3 µm.
Złożonym problemem jest cięcie i łaczenie swiatłowodów ze soba. Zwłaszcza dotyczy to swiatłowodów jednomodowych, gdzie cienkie rdzenie w każdym segmencie kabla musza być w stosunku do siebie ułożone idealnie centrycznie. Na styku powstaja również tzw. odbicia Fresnela, zwiększajace tłumiennosć połaczeń. Na przejsciach można ograniczyć straty do teoretycznej granicy ok. 4%. Tłumienie na złaczach jest zmienne i zawiera się miedzy 0,2 i 2 dB w zależnosci od typu użytego złacza i jakosci wykonania.
Mała srednica rdzenia w swiatłowodach jednomodowych (4-10 mm) ogranicza możliwosć jednoczesnego wprowadzenia do wnętrza włókna tylko pojedynczej wiazki swiatła. Sygnał wyjsciowy charakteryzuje się niemal identycznym natężeniem impulsu optycznego oraz zbliżonym do wejsciowego rozkładem natężenia pola optycznego. Konstrukcja wielomodowa pozwala na jednoczesny przesył kilku pakietów danych (wiazek swiatła). W rdzeniu o srednicy 50-1000 mm ze względu na występowanie niekorzystnego zjawiska dyspersji, sygnał wejsciowy ulega rozmyciu na wyjsciu, a im dłuższy dystans ma swiatło do pokonania tym zaburzenie sygnału jest większe. Aby zminimalizować rozmycie impulsu wyjsciowego, stosuje się czasem swiatłowody wielomodowe z gradientowym współczynnikiem załamania swiatła.
Kabel zewnętrzny z włóknami w luznych tubach, jest odporny na oddziaływanie warunków zewnętrznych. Wypełnione żelem luzne tuby zawieraja jedno lub kilka włókien i oplataja centralny dielektryczny element wzmacniajacy. Rdzeń kabla otoczony jest specjalnym oplotem oraz odporna na wilgoć i promienie słoneczne polietylenowa koszulka zewnętrzna.
Kable wewnętrzne przeznaczone sa do układania wewnatrz budynku. Posiadaja cieńsza warstwę ochronna i nie sa tak odporne jak kable zewnętrzne.
Wypełnienie całej użytecznej częsci pasma swiatłowodu uzyskuje się poprzez nadawanie wielu sygnałów na różnych, acz zbliżonych do siebie częstotliwosciach fali swiatła - tzw. zwielokrotnianie WDM (Wavelength Division Multiplexing). Wszystkie pakiety danych sa transmitowane niezależnie od siebie i moga być wysyłane w tym samym czasie. Zasada ta nie obejmuje zwielokrotniania z podziałem czasu, gdzie istotne jest zachowanie stałych odstępów pomiędzy kolejnymi paczkami informacji - zwielokrotnianie TDM (Time Division Multiplexing).
Problemem pojawiajacym się przy optycznym przesyłaniu informacji w sieciach rozległych jest odpowiednie pokierowanie sygnałem swietlnym, tak aby trafił on od nadawcy do odbiorcy. Owo przekierowywanie wiazki swiatła realizowane jest w urzadzeniach nazywanych przełacznikami. jednym z ciekawszych przełaczników optycznych jest WaveStar LambdaRouter firmy Lucent Technologies. Urzadzenie składa się z matrycy miniaturowych, ruchomych luster o srednicy około 5 mm. Osadzone sa one na elastycznych wiazadłach półprzewodnikowych, stanowiacych swoistego rodzaju sprężynki. Dzięki sterowaniu polem elektromagnetycznym możliwa jest kontrola położenia zwierciadła, a co za tym idzie - miejsca padania odbitego od lusterka promienia swiatła. Należy tu jednak zaznaczyć, że konstrukcja opisywanego przełacznika optycznego jest rozwiazaniem mechanicznym, dlatego pozycjonowanie luster wymaga czasu. Aby uniknać utraty informacji, stosuje się bufory magazynujace dane docierajace do urzadzenia w trakcie przełaczania sygnału.
Ponieważ większosć sieci swiatłowodowych - zarówno lokalnych, jak i rozległych - współpracuje z tradycyjnymi systemami łacznosci, przesyłany sygnał musi być konwertowany z postaci elektrycznej na optyczna i odwrotnie. Przełaczniki realizujace takie funkcje nazywane sa switchami optoelektrycznymi. Należy jednak pamiętać, że na skutek opóznień czasowych potrzebnych na kilkukrotna konwersję sygnału stosowanie rozwiazań hybrydowych powoduje straty w przepustowosci sieci jako całosci.
Do karty sieciowej swiatłowód przyłacza się za pomoca złacza fiber connector. Może ono wygladać różnie, w zależnosci od rodzaju.
Podsumowywujac, swiatłowody będa z pewnoscia coraz częsciej wykorzystywane. Zapewniaja one idealne parametry transmisji. W chwili obecnej, stosuje się je w dużych sieciach lokalnych i metropolitarnych, wymagajacych długich odcinków połaczeniowych, w srodowiskach o srednim i dużym poziomie zakłóceń elektromagnetycznych oraz w połaczeniach wymagajacych wysokiej jakosci i prędkosci transmisji. W małych sieciach komputerowych nadal sa rzadkoscia, a to z powodu wysokich kosztów, jakie trzeba poniesć aby je zainstalować.
Zastosowanie swiatłowodów:
1. Łacza telefoniczne: w jednym z pierwszych zbudowanych systemów, swiatłowodowe kable połaczyły budynki urzędów telefonicznych w Chicago, oddalone od siebie o l km i o 2,4 km. Kable zawierały po 24 włókna optyczne, z których każde - pracujac w standardzie T3 - mogło przenosić 672 kanały telefoniczne. Możliwosć realizacji międzymiastowych linii z kablami swiatłowodowymi stała się faktem, kiedy zademonstrowano łacze optyczne o długosci ponad 100 km bez wzmacniaków. Dzis możliwa jest nawet budowa podmorskiej linii swiatłowodowej ułożonej na dnie Oceanu Atlantyckiego. Odległosć między Nowym Jorkiem a Londynem, wynoszaca 6500 km, wymagałaby zainstalowania około 200 wzmacniaków rozstawionych, co 30-35 km.
2. Usługi abonenckie.
3. Sieci telekomunikacyjne w elektrowniach: swiatłowody moga być prowadzone przez tereny elektrowni lub podstacji energetycznych bez żadnego uszczerbku dla transmitowanych sygnałów. Możliwe jest dołaczenie swiatłowodu do któregos z kabli przewodzacych prad lub po prostu wykonanie kabla energetycznego zawierajacego również żyłę swiatłowodowa.
4. Linie telekomunikacyjne wzdłuż linii energetycznych.
5. Telekomunikacyjna sieć kolejowa.
6. Łacznosć terenowa.
7. Rozgłosnie telewizyjne: Niewielki ciężar kabla swiatłowodowego jest bardzo wygodny przy transmisjach "na żywo, umożliwia, bowiem znaczna swobodę ruchu kamer i minikamer. W zastosowaniach tych wykorzystuje się tylko jeden kanał, a więc sygnał może być przekazywany w pasmie podstawowym w postaci analogowej. Szerokosć pasma 6 MHz jest w zupełnosci wystarczajaca.
8. Telewizja kablowa.
9. Zdalna kontrola i ostrzeganie: swiatłowody skutecznie konkuruja z kablami koncentrycznymi również w zakresie transmisji sygnałów wizyjnych dla celów zdalnej kontroli i nadzoru. Duża odpornosć na zakłócenia elektromagnetyczne oraz mała podatnosć na zniszczenie wskutek wyładowań atmosferycznych sa w tych zastosowaniach szczególnie istotne.
10. Pociski sterowane swiatłowodami.
11. Komputery: Systemy swiatłowodowe sa szczególnie predysponowane do transmisji danych w postaci cyfrowej, na przykład takich, jakie powstaja w komputerach, Możliwe jest wykonywanie połaczeń między centralnym procesorem a urzadzeniami peryferyjnymi, między centralnym procesorem a pamięcia oraz między różnymi procesorami. Małe rozmiary i niewielki ciężar, dobre zabezpieczenie informacji wynikajace z "zamknięcia" promieniowania wewnatrz włókna optycznego sprawiaja, że swiatłowody sa odpowiednim torem do transmisji danych, bez względu na odległosć.
12. Wewnętrzne przekazywanie danych.
13. Lokalne sieci komputerowe.
14. Okablowanie samolotów i statków: Istotna zaleta w zastosowaniach na statkach i w samolotach jest zmniejszone ryzyko iskrzenia i pożaru.
ukryj reklamÄ™
