Wtyczka wielomodowego światłowodu w standardzie ST
Odbicia wiązki światła w światłowodzie
Światłowód - przezroczyste włókno (
szklane
lub wykonane z
tworzyw sztucznych
), w którym odbywa się
propagacja
światła
.
Aby wyeliminować - lub, przynajmniej, znacząco ograniczyć - wypromieniowanie światła przez boczne powierzchnie światłowodu, stosuje się odpowiednio dobrany poprzeczny gradient
współczynnika załamania
światła. W najprostszym przypadku, gradient ten realizowany jest skokowo - wewnątrz światłowodu współczynnik załamania ma wartość wyższą, niż na zewnątrz; utrzymanie promieni światła w obrębie takiego światłowodu zachodzi na skutek
całkowitego wewnętrznego odbicia
. W przypadku, gdy
współczynnik załamania
maleje z odległością od osi światłowodu w sposób ciągły, mówimy o światłowodach gradientowych.
Kable światłowodowe przyłącza się bezpośrednio do karty sieciowej (jeśli posiada ona stosowne złącza) lub używając konwerter nośników. Z jednej strony konwertera podłącza się kabel światłowodowy a z drugiej np. skrętkę, łącząc w ten sposób obie technologie sieciowe. Często stosuje się tu Transceiver. Montuje się go w złączu AUI występującym w wielu starszych kartach sieciowych lub HUB-ach. Istnieją także koncentratory dedykowane specjalnie dla łącz światłowodowych.
Zasada działania
W zrozumieniu zasady działania światłowodu skokowego (a zatem sposobu utrzymania światła w jego wnętrzu), pomocne mogą być przedstawione tu rysunki, na których
promienie światła
biegną prostoliniowo, odbijając się od ścianek światłowodu. Światłowód gradientowy działa podobnie, lecz promienie - zamiast po odcinkach prostoliniowych, poruszają się po krzywoliniowych
trajektoriach
, utrzymywanych wewnątrz światłowodu przez ciągły gradient
współczynnika załamania
.
Takie wyobrażenie działania światłowodu jest jednak uproszczone - tym bardziej, im mniejsze rozmiary poprzeczne ma rozważany światłowód. W rzeczywistości, istotną rolę w działaniu światłowodu odgrywa
dyfrakcja
. Zamiast promieni światła (będących podstawą przybliżonej
optyki geometrycznej
) należy rozważać światło jako
falę
. Przybliżenie
optyki geometrycznej
jest sensowne jedynie dla światłowodów o dużych rozmiarach poprzecznych, traci natomiast sens, gdy rozmiar poprzeczny światłowodu staje się porównywalny z
długością fali
światła. Zjawiska falowe mają szczególnie duże znaczenie w przypadku
światłowodów jednomodowych
, w których ściśle dobiera się
długość fali
transmitowanego światła do kształtu i rozmiarów poprzecznych światłowodu.
Światłowód jest szczególnym przypadkiem
falowodu
transmitującego
fale elektromagnetyczne
o częstotliwościach
optycznych
. W związku z tym, synonimem określenia "światłowód" jest "falowód optyczny".
Klasyfikacja
Światłowody są wykorzystywane jako elementy urządzeń
optoelektronicznych
, składniki optycznych układów zintegrowanych, media
transmisji sygnałów
na duże odległości, jak również do celów oświetleniowych. Światłowody mogą być klasyfikowane ze względu na ich geometrię (planarne, paskowe lub
włókniste
), strukturę modową (
jednomodowe
,
wielomodowe
), rozkład
współczynnika załamania
(skokowe i gradientowe) i rodzaj stosowanego materiału (
szklane
, plastikowe,
półprzewodnikowe
).
Światłowód warstwowy (planarny)
Schemat światłowodu warstwowego składającego się z trzech warstw o różnych współczynnikach załamania
Najprostszy światłowód warstwowy składa się z trzech warstw, z których środkowa ma wyższy
współczynnik załamania
, niż warstwy zewnętrzne. Światło jest uwięzione w tej warstwie na skutek
całkowitego wewnętrznego odbicia
, o ile kierunki rozchodzenia się promieni tworzą z płaszczyzną warstwy kąty mniejsze od
kąta granicznego
.
Światłowód paskowy
Światłowód paskowy powstaje, kiedy propagacja wiązki w warstwie zostaje ograniczona w dwóch kierunkach. Światłowody paskowe są wykorzystywane w układach fotoniki zintegrowanej i w
laserach półprzewodnikowych
. W układach fotoniki zintegrowanej służą do prowadzenia światła, tworząc bardziej rozbudowane struktury jak np.
interferometr Macha-Zehndera
lub złożone przyrządy jak multipleksery długości fali dla systemów
WDM
.
Światłowód włóknisty
(inne nazwy: włókno światłowodowe, włókno optyczne)
Schemat ilustrujący rozchodzenie się światła w wielomodowym światłowodzie włóknistym
Światłowód włóknisty to zazwyczaj
falowód
dielektryczny o przekroju kołowym, otoczony przez płaszcz z innego
materiału dielektrycznego
o mniejszym
współczynniku załamania
. Włókna światłowodowe wykonywane są najczęściej ze
szkła krzemionkowego
, czasem z innych szkieł lub z plastiku. Światłowody plastikowe są stosowane na krótkich odległościach.
Standardy światłowodów telekomunikacyjnych
Światłowody telekomunikacyjne produkowane są z uwzględnieniem szeregu norm, ułatwiających tworzenie systemów transmisji danych.
Do zakańczania światłowodów używa się tzw. pigtaili. Pigtail jest to krótki odcinek jednowłóknowego kabla zakończonego z jednej strony wtykiem (półzłączką). Wtyczki mogą być zakańczane w kilku standardach, przykładowo FC, SC, ST, E2000, F3000, LC, LX.5, MU. Końcówki różnią się standardem polerowania, a także tłumiennością wtrąceniową i odbiciową, związaną odpowiednio z możliwością niecentrycznego połączenia włókien (część światła przechodzi wówczas do płaszcza dołączonego światłowodu, zamiast do jego rdzenia) oraz odbiciem od płaszczyzn złącza w sytuacji, gdy nie są one ściśle dopasowane.
Patchcord to krótki odcinek jednowłóknowego kabla obustronnie zakończonego wtykiem służący do połączenia ze sobą urządzeń teletransmisyjnych z przełącznicą światłowodową lub dołączenia przyrządów pomiarowych.
Połączenia światłowodów
Spawanie mechaniczne (za pomocą szybkozłączek) polega na dosunięciu w kapilarze szybkozłączki odpowiednio wcześniej przygotowanych włókien tak, aby w przestrzeni kapilary szybkozłączki zaniknęła przerwa pomiędzy włóknami (metoda ta nadaje się do krótkich połączeń światłowodowych).
Spawanie światłowodów łukiem elektrycznym - to metoda trwałego łączenia światłowodów. Do spawania światłowodów służą spawarki światłowodowe, które spajają ze sobą włókna za pomocą łuku elektrycznego. Jakość spawów określają: tłumienność własna i wytrzymałość mechaniczna na rozciąganie.
Adaptery światłowodowe to elementy toru światłowodowego łączące ze sobą dwa złącza światłowodowe. Adaptery dzieli sie na wielomodowe i jednomodowe, które z kolei dzielą się na simplexowe, duplexowe i inne. Adaptery mogą łączyć ze sobą te same typy złącz (np. SC z SC lub FC z FC) i są to adaptery standardowe oraz różnego typu (np. SC z FC lub SC z ST) i są to adaptery hybrydowe.
Ciekawostki
Pierwszy w Polsce kabel światłowodowy został zaprojektowany i stworzony pod koniec lat 70. XX wieku przez pracowników naukowych
Uniwersytetu Marii Skłodowskiej-Curie
w
Lublinie
[1].
Przypisy
Zobacz też