Výhody komunikácie z optických vlákien
● Veľká komunikačná kapacita
● Dlhá reléová vzdialenosť
● Odolnosť voči elektromagnetickému rušeniu
● Bohaté zdroje
● Ľahké a malé rozmery optických vlákien
Stručná história vývoja optickej komunikácie
● Pred viac ako 2000 rokmi: Majákové veže – svetlá, vlajkové signály
● 1880: Optický telefón – bezdrôtová optická komunikácia
● 1970: Komunikácia z optických vlákien
● 1966: Dr. Kao Kuen, „otec vláknovej optiky“, prvýkrát navrhol myšlienku komunikácie z optických vlákien.
● 1970: Kapron z Corning Institution vyrobil vláknovú optiku so stratou 20 dB/km.
● 1977: Prvá komerčná linka v Chicagu s rýchlosťou 45 Mb/s.
Elektromagnetické spektrum
Refrakcia/odraz a úplný vnútorný odraz svetla
Pretože svetlo sa v rôznych látkach pohybuje rôznymi rýchlosťami, pri prechode svetla z jednej látky do druhej dochádza k lomu a odrazu na rozhraní medzi týmito dvoma látkami. Ďalej sa uhol lomu svetla mení s uhlom dopadajúceho svetla. Keď uhol dopadajúceho svetla dosiahne alebo prekročí určitý uhol, lomené svetlo zmizne a všetko dopadajúce svetlo sa odrazí späť; toto je úplný vnútorný odraz. Rôzne materiály lámu svetlo rovnakej vlnovej dĺžky pod rôznymi uhlami (tj rôzne materiály majú rôzne indexy lomu) a ten istý materiál láme svetlo rôznych vlnových dĺžok pod rôznymi uhlami. Na týchto princípoch je založená optická komunikácia. Distribúcia odrazivosti: Dôležitým parametrom charakterizujúcim optické materiály je index lomu, označovaný N. Pomer rýchlosti svetla C vo vákuu k rýchlosti svetla V v materiáli je index lomu materiálu.
N＝C/V
Index lomu kremenného skla používaného v komunikácii s optickými vláknami je približne 1,5.
Štruktúra optických vlákien
Holý kábel z optických vlákien sa vo všeobecnosti skladá z troch vrstiev:
Prvá vrstva: Sklenené jadro s vysokým -indexom lomu- (priemer jadra je zvyčajne 9-10 μm, (jednorežimový) 50 alebo 62,5 (multimode).
Druhá vrstva: Obloženie z kremíkového skla s nízkym -indexom lomu- v strede (priemer je zvyčajne 125 μm).
Tretia vrstva: Vonkajší výstužný živicový povlak.
Základné poznanie Svetla
1) Jadro: Vysoký index lomu, ktorý sa používa na prenos svetla;
2) Povlak: Nízky index lomu spolu s jadrom vytvára podmienky pre úplný vnútorný odraz;
3) Bunda: Vysoká pevnosť, vydrží väčší náraz a chráni optické vlákno.
3mm kábel z optických vlákien Oranžový MM Multimode
Žltá SM Singlemode
Rozmery optického kábla:
Vonkajší priemer je zvyčajne 125 µm (priemerný ľudský vlas je 100 µm)
Vnútorný priemer: Single{0}}režim 9 µm, Multimode 50/62,5 µm
Numerická clona
Nie všetko svetlo dopadajúce na koncovú plochu optického vlákna sa prenáša cez vlákno; prepúšťa sa len svetlo dopadajúce v určitom uhlovom rozsahu. Tento uhol sa nazýva numerická apertúra optického vlákna. Väčšia numerická apertúra je výhodná pre spájanie optických vlákien. Číselná apertúra sa medzi optickými vláknami vyrábanými rôznymi spoločnosťami líši.
Typy optických vlákien
Na základe spôsobu prenosu svetla vo vlákne možno optické vlákna klasifikovať ako:
Viac{0}}režim (MM)
Single{0}}režim (SM)
Multi{0}}režimové vlákno: Má hrubšie centrálne sklenené jadro (50 alebo 62,5 μm), ktoré umožňuje prenos viacerých režimov svetla. Významný je však jeho intermodálny rozptyl, ktorý obmedzuje frekvenciu prenášaných digitálnych signálov a toto obmedzenie sa s rastúcou vzdialenosťou zhoršuje. Napríklad vlákno s rýchlosťou 600 MB/km bude mať pri 2 km šírku pásma iba 300 MB/km. Preto má viacrežimové vlákno relatívne krátku prenosovú vzdialenosť, zvyčajne len niekoľko kilometrov.
Jedno{0}}režimové vlákno: Má tenšie centrálne sklenené jadro (zvyčajne s priemerom 9 alebo 10 μm), ktoré umožňuje prenášať iba jeden režim svetla. Ide v podstate o typ vlákna so stupňovitým-indexom, ale s veľmi malým priemerom jadra. Teoreticky umožňuje iba jednej dráhe priameho- svetla vstúpiť do vlákna a šíriť sa v priamom smere v jadre. Rozšírenie pulzu vlákna je minimálne. Preto je jeho intermodálny rozptyl veľmi malý, vďaka čomu je vhodný na-komunikáciu na diaľku. Veľkú úlohu však hrá jeho chromatická disperzia, čo znamená, že jedno{11}}vlákno má vysoké požiadavky na spektrálnu šírku a stabilitu svetelného zdroja, to znamená, že spektrálna šírka musí byť úzka a stabilita dobrá.
Klasifikácia optických vlákien
Podľa materiálu:
● Sklenené vlákno: Jadro aj plášť sú sklenené. Nízka strata, dlhá prenosová vzdialenosť, vysoké náklady.
● Silikónové vlákno s plášťom: Jadro je sklenené, plášť je plastový. Podobné vlastnosti ako sklenené vlákno, nižšia cena.
● Plastové vlákno: Jadro aj plášť sú plastové. Vysoká strata, veľmi krátka prenosová vzdialenosť, veľmi nízka cena. Široko používaný v domácich spotrebičoch, audio zariadeniach a prenose obrazu na krátke-vzdialenosti.
● Podľa okna optimálnej prenosovej frekvencie: konvenčné jednorežimové vlákno- a rozptylové vlákno{1}}posunuté jednorežimové vlákno-.
● Konvenčné: Výrobcovia vlákien optimalizujú prenosovú frekvenciu vlákna pre jednu vlnovú dĺžku, napríklad 1300 nm.
● Disperzia{0}}Posunutá: Výrobcovia vlákien optimalizujú prenosovú frekvenciu vlákna pre dve vlnové dĺžky, napríklad 1300 nm a 1550 nm.
● Náhle posunuté: Index lomu sa náhle zmení z jadra na sklenený plášť. Nízke náklady, vysoký intermodálny rozptyl. Vhodné pre komunikáciu na krátku-vzdialenosť, nízku-rýchlosť, ako je napríklad priemyselné riadenie. Jedno-módové vlákna však majú veľmi nízku intermodálnu disperziu, takže všetky sú to vlákna s klasifikovaným-indexom.
●Vlákna s{0}}gradovaným indexom lomu: Index lomu postupne klesá od jadra k plášťu, čo umožňuje sínusoidnému šíreniu svetla s vysokým-režimom. To znižuje intermodálny rozptyl, zvyšuje šírku pásma vlákna a predlžuje prenosovú vzdialenosť, ale je to drahšie. Väčšina dnešných multimódových vlákien sú vlákna s triedeným-indexom.
