optikai szálak
DESCRIPTION
Optikai szálak. Nagy Szilvia. KábelTV hálózat. Fény – modellek. A fény leírására szolgáló modellek: részecske kép: fotonok h n energia lézerek, detektorok elektromágneses hullámok Maxwell-egyenletek monomódusú szálak geometriai optika: fénysugarak, sugármenet Schnell-tv,…. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Széchenyi István University
Győr
Hungary
Optikai szálakOptikai szálak
Nagy SzilviaNagy Szilvia
22KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
KábelTV hálózat KábelTV hálózat
PSTN
1550
1300
1300
HUB
HUBFejállomás
ONU
ONU
ONU
ONU
33KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Fény – modellekFény – modellek
A fény leírására szolgáló modellek:
részecske kép: fotonok h energialézerek, detektorok
elektromágneses hullámokMaxwell-egyenletekmonomódusú szálak
geometriai optika: fénysugarak, sugármenet
Schnell-tv,…
44KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Fény – elektromágneses hullámFény – elektromágneses hullám
UV LÁTHATÓ IR
f
cλ
c=2,99792458 *108 m/s
0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 µm
850
67
0
78
0
13
10
15
50
16
25
/16
50I. II. III.
1270 - 1650 nm
1 pm 1 nm 1 µm 1 mm 1 m 100m
10-12 10-9 10-6 10-3 100 102
hullámhossz
1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106
250 THz 1 THz 1 GHz 1 MHz
frekvencia
KOZMIKUS RÖNTGEN FÉNY KOMMUNIKÁCIÓ
55KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Optikai hullámvezetőOptikai hullámvezető
M ag
H é j
E lsõ d leg es v éd e lem
250 m
M ag
H é j
E lsõ d leg es v éd e lem
250 m
Az optikai szálak elektromágneses hullámvezetők, melyben a fény különböző propagáló módusokban terjed
66KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Geometriai optika Geometriai optika
teljes visszaverődés, törésteljes visszaverődés, törés
n1
n2
n1 < n2
Snellius-Descartes:
n1 sin = n2 sin
terjedési sebesség:
v = c/ni
77KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Geometriai optika Geometriai optika
Határszög: Határszög: nn11>>nn22
n1 sinh = n2
< h > h= h
88KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Optikai szálakOptikai szálak
hh
héj
magnmag = n1
nlevegő = 1
nhéj = n2
h
h
héj
magnmag = n1
nlevegő = 1
nhéj = n2
sinsin 1n
levegő
mag
sinsin
n
n
cos
90sinsin
090
.n cossin 1
21 sin1sin n 22 1 sincos
99KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Optikai szálakOptikai szálak
hh
héj
magnmag = n1
nlevegő = 1
nhéj = n2
h
h
héj
magnmag = n1
nlevegő = 1
nhéj = n2
1
2sinnn
h
22
21 nnNAsin h
1
2
90sinsin
nnh
12
1 nn
21 sin1sin n
1010KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Optikai szálakOptikai szálak
Ha akkor a numerikus apertúra is kicsi. A
távközlésben kis numerikus apertúrával gyártott szálakat, ún. gyengén vezető szálakat alkalmaznak.
,12
1 nn
1111KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Geometriai optika Geometriai optika
Akceptanciaszög (Akceptanciaszög ():):maximális belövési nyílásszögmaximális belövési nyílásszög
22
21 nnNA
maximummaximum
Numerikus apertúraNumerikus apertúra
1212KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Módustér-átmérő Módustér-átmérő
A fény nem csak a magban terjed, A fény nem csak a magban terjed, különösen többmódusú szálakbankülönösen többmódusú szálakban
• „„behatol” a köpenybe isbehatol” a köpenybe is• a köpenyben kisebb a törésmutató, így a köpenyben kisebb a törésmutató, így
nagyobb a terjedési sebességnagyobb a terjedési sebesség
1313KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
VeszteségekVeszteségek
A vákuumtól eltérő anyagban haladó fény A vákuumtól eltérő anyagban haladó fény veszteségeket szenved. veszteségeket szenved.
Az átviteli veszteségek fő okai:Az átviteli veszteségek fő okai: Elnyelődés (abszorpció): Elnyelődés (abszorpció): az atom, vagy az atom, vagy
molekula a beérkező fotont elnyeli s hatására molekula a beérkező fotont elnyeli s hatására magasabb energiájú állapba kerül.magasabb energiájú állapba kerül.
Diszperzió: Diszperzió: a közegben haladó fény a közegben haladó fény sebessége függ a hullámhosszától. Miután a sebessége függ a hullámhosszától. Miután a fény több különböző hullámhosszúságú rezgés fény több különböző hullámhosszúságú rezgés keveréke, összetevőire bomlik és színek szerint keveréke, összetevőire bomlik és színek szerint változó sebességgel halad.változó sebességgel halad.
1414KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
VeszteségekVeszteségek
Szóródás: Szóródás: az anyagban lévő az anyagban lévő inhomogenitásokon a fény energiája szóródik.inhomogenitásokon a fény energiája szóródik.
Tükröződés: Tükröződés: a fény valamely közeg határára a fény valamely közeg határára érve arról részben visszaverődik, a teljes érve arról részben visszaverődik, a teljes energia visszavert hányada az anyag energia visszavert hányada az anyag törésmutatójától függ (Fresnel reflexió). törésmutatójától függ (Fresnel reflexió). Tükröződésről beszélünk, ha a visszaverődés Tükröződésről beszélünk, ha a visszaverődés tökéletesen sík felületről történik.tökéletesen sík felületről történik.
Szórt visszaverődés: Szórt visszaverődés: az optikailag durva az optikailag durva felületről való visszaverődés (a visszaverő felületről való visszaverődés (a visszaverő felület nem tökéletesen sima, sík felület).felület nem tökéletesen sima, sík felület).
1515KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
SzáljellemzőkSzáljellemzők
Csillapítás (veszteség) függ: Csillapítás (veszteség) függ: - az anyag hőmérsékletétől,- az anyag hőmérsékletétől,
- a tisztaságától és- a tisztaságától és
- a fény hullámhosszától.- a fény hullámhosszától. Abszorpció:Abszorpció:
UV abszorpció,UV abszorpció,
IR abszorpcióIR abszorpció
Rayleigh szórásRayleigh szórás Levágási hullámhossz (Brillouin-szórás, Levágási hullámhossz (Brillouin-szórás,
SPM)SPM) Mikro- és makrohajlításokMikro- és makrohajlítások
T (oC)-20 +70
k
1
2
(dB/km)
T (oC)-20 +70
k
1
2
(dB/km)
1616KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Száljellemzők Száljellemzők
CsillapításCsillapítás
a [d
B/k
m]
0.1
1
10
[nm]
I.
II. III.
850 13001550
UV abszorpcióIR abszorpció
Rayleigh szórás
OH gyök
• I. ablak első generációs 850 nm környéke, 2.5−3.5 dB/km• II. ablak minimális diszperziójú 1300 nm környéke, 0.36 dB/km• III. ablak minimális csillapítású 1550 nm környéke, 0.24 dB/km
1717KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Száljellemzők Száljellemzők
CsillapításCsillapítás
0.00
0.20
0.40
0.60
0 .80
1.0
1.20
1.40
1.60
1 .80
2 .0
ATTENUATIO Nd B/km
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 nm
0
0
0
0
0
o
o
o
o
o
o
o
a [d
B/k
m]
1818KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Száljellemzők Száljellemzők
diszperzió – kromatikus diszperziódiszperzió – kromatikus diszperzió
1
2 3
D (ps/nm)
10
-10
(nm)
1200 1400 1600
1
2
3
1919KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Száljellemzők Száljellemzők
Diszperzió:Diszperzió:
módus diszperziótmódus diszperziót
anyag és geometria anyag és geometria következtébenkövetkeztébenfellépő diszperziót, fellépő diszperziót,
hullámvezető diszperzióthullámvezető diszperziót
a polarizációs módus diszperzióját.a polarizációs módus diszperzióját.
A diszperzió megengedett értékét általában A diszperzió megengedett értékét általában a bitidő 10%-ában határozzák meg. a bitidő 10%-ában határozzák meg.
kromatikus diszperzió
2020KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Száljellemzők Száljellemzők
diszperzió - módusdiszperziódiszperzió - módusdiszperzió
2121KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Optikai szál gyártásaOptikai szál gyártása
A gyártás fázisai:- előforma készítése
szál szerkezetének előállítása- külső kémiai gőzlecsapatás- belső kémiai gőzlecsapatás- növesztéses eljárás
- szálhúzás- szál átmérő- primer védelem (esetleg festés)
- kábelgyártás- több szál összefogása- különböző védelmek kialakítása
2222KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Preform készítésePreform készítése
Belső kémiai gőzlecsapatás:- tisztítás- hordozócső készítés- mag növesztése (lecsapatása)- zsugorítás
SiCl4 O2
GeCl4 BBr3
1300 OC
2323KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
SzálhúzásSzálhúzás
Vezérlőegység Hűtőfolyadék
Primer védelem
Száldetektor
Grafitkemence
Preform
Feszítő dob
Csévélő dob
2424KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
KábelgyártásKábelgyártás
Pászma átmérő detektor
Dobok a szálakkal
SZ sodrat
Pászma növesztése
Vazelin
Vezérlőegység
2525KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
SZ sodratSZ sodrat
S Zirány (jobb majd bal sodrat) 70 cm-enként
- csak laza szerkezetűnél- nem csak szálaknál, hanem pászmáknál is
2626KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Pászma kialakításaPászma kialakítása
1. Laza szerkezetű, vazelin töltésSZ sodratfestés .
.
.
..
.
2.4 - 3.0 mm
Védőcső (pászma)Optikai szál (primer védelemmel)Vazelin
2. Szoros felépítésű kábelek
2727KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Optikai kábelek fajtáiOptikai kábelek fajtái
•Kültéri:•Légkábelek
•Nem önhordó•Önhordó
•Földalatti kábelek•Behúzó•Páncélos
•Víz alatti kábelek•Folyami•Tenger alatti
2828KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Optikai kábelek fajtáiOptikai kábelek fajtái
•Beltéri:•Switch kábelek•Patch kábelek•Pigtail kábelek
2929KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Behúzó kábelBehúzó kábel
tehermentesítő szál
másodlagos védelemvazelin töltéssel
műgyantás kevlár
fekete köpeny
3030KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Spirál, hornyos szálvezetősSpirál, hornyos szálvezetősoptikai kábel optikai kábel
tárcsásrögzítő és
tehermentesítő
vájat az elsődlegesvédelemmel
ellátottszálak részére
3131KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Páncélos kábelPáncélos kábel
3232KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Önhordó légkábelÖnhordó légkábel
..
.
..
.
..
.
..
.
Acélsodrony Polietilén köpeny
Kevlar
Központi elem
Pászma
Vakpászma
Optikai szálak
3333KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Nagyfeszültségű légkábelNagyfeszültségű légkábel
nullvezeték
acélsodrony
pászma
optikai szálak
3434KTV Optika - SzálakKTV Optika - Szálak
Optikai szalagkábelekOptikai szalagkábelek
szekunder védelem
primer védelemmel ellátott optikai szál
8 - 10 - 20 szálas kivitelspeciális szerszámokkal tisztítható és hegeszthető