Podział światłowodów

 
Strona główna
Trochę historii...
Propagacja światła
Opis matematyczny
Budowa światłowodów
Podział
Podzespoły
Zastosowanie
Światłowody dziś i jutro

Światłowody mają różną budowę. Zależy ona od ich zastosowania i wynikających stąd wymagań. Wszechobecna komputeryzacja i ciągły rozwój usług multimedialnych "wymusił" powstanie światłowodów telekomunikacyjnych. Dają one możliwość budowania łączy dalekosiężnych, bądź lokalnych sieci komputerowych o dużych przepływnościach. Rynek telekomunikacji został zdominowany przez światłowody jednomodowe (do budowy linii dalekosiężnych i sieci lokalnych) oraz światłowody wielomodowe (do budowy sieci lokalnych)

Klasyfikacja światłowodów ze wzgledu na:

  1. Strukturę

    1. włókniste (optical fiber),

      Rysunek przedstawia światłowód typu włóknistego. Rozprzestrzenianie się światła wewnątrz rdzenia (Cloadding) światłowodu następuje poprzez wielokrotne odbicie promieni od płaszcza (Core). Rdzeń takiego światłowodu może być wykonany z plastiku lub specjalnego szkła. Materiał rdzenia może być domieszkowany specjalnymi domenami. Ponieważ tłumienie światła w rdzeniu jest bardzo małe sygnał wewnątrz światłowodu może rozchodzić się na znaczne odległości bez dodatkowego wzmocnienia (regeneracji).

    2. planarne (płaskie),

      Światłowody płaskie stanowią cienką warstwę materiału optycznie przezroczystego o` grubości rzędu 1 mikrometr naparowanego na podłoże. Warunki propagacji światła w światłowodzie płaskim uzyskuje się wówczas gdy warstwa prowadząca ma wyższy współczynnik załamania od podłoża i pokrycia, gdzie zwykle pokrycie stanowi powietrze. Światłowody planarne stosowane są w rezonatorach laserów półprzewodnikowych, w elementach optycznych (modulatory światła, cyrkulatory).

    3. paskowe.

      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, tworzą bardziej rozbudowane struktury jak np.interferometr Macha-Zehndera lub złożone przyrządy jak multipleksery długości fali dla systemów WDM.
      1. światłowód paskowy (wyniesiony),
      2. wbudowany światłowód paskowy,
      3. światłowód grzbietowy,
      4. strip loaded waveguide


    4. w górę...
  2. Charakterystyka modowa światłowodów:

    1. Jednomodowe (single-mode fibres),

      Jeżeli zmniejszymy rdzeń dostatecznie (do ok. 5-10 mikrometrów, dla długości fali światła 1,3 mikrometra), to światłowód może przewodzić jedynie jeden mod. Będzie to światłowód typu jednomodowego. Ze względu na bardzo dobre własności częstotliwościowe posiada on możliwość gęstego upakowania informacji - posiada dużą pojemność kanału przenoszenia. Wadą takiego rozwiązania jest cienki rdzeń, co utrudnia łączenie światłowodów ze sobą.

    2. wielomodowe (multimode fibres).

      W światłowodzie wielomodowym, rdzeń jest dosyć gruby, ma ok. 50 mikrometrów, czyli jego średnica jest wielokrotnie większa niż długość fali przenoszonego światła. Promień światła może składać się z wielu składowych, z wielu modów, które mogą być przenoszone jednocześnie.


    w górę...
  3. Rozkład współczynnika załamania w rdzeniu światłowodów:

    1. skokowe (step-index),

    2. wieloskokowe,

      Światłowody te charakteryzują sie tym,że są zbudowane z kilku warstw o różnym współczynniku załamania.W ten sposób modelowana jest porządana charakterystyka dyspersyjna światłowodu. Poniżej przedstawine zostały dwa światłowody o wieloskokowym rozkładzie współczynnika załamania.

    3. gradientowe (gradient-index).

      Czymś pośrednim miedzy światłowodem o pojedynczym modzie i światłowodem o skokowej zmianie współczynnika załmania, jest kabel światłowodowy gradientowy. W kablu takim współczynnik załamania zmniejsza się sukcesywnie od środka rdzenia na zewnątrz. Promień świetlny, który ukośnie chce wydostać się z centrum kabla jest uginany w sposób ciągły i kierowany z powrotem w stronę środka kabla. Rdzeń w światłowodzie gradientowym jest tak gruby, że jednocześnie może on przenosić wiele modów światła.


    w górę...
  4. Stosowany materiał do wytwarzania światłowodów:

    1. szklane,
      • SiO2 (domieszkowane),
      • inne szkła, np. ZBLAN (Zr, Ba, La, Al, Na),
      • materiały krystaliczne - szafir.
    2. plastikowe,
      • światłowody plastikowe (PMMA),
      • warstwy polimerowe (PMMA, PS).
    3. półprzewodnikowe.
      • wielowarstwy epitaksjalne (np. GaAs/AlGaAs),
      • warstwy dielektryczne (Ta2O5, ZnO, Si3N3/SiO2).

    w górę...
  5. Pod względem zastosowania:

    1. telekomunikacyjne,

      Łącza światłowodowe są szczególnie predysponowane do transmisji danych w postaci cyfrowej, na przykład takich, jakie powstają w sieciach telefonichnich, Możliwe jest wykonywanie niezawodnych, odpornych na błędy połączeń między centralami a abonentami.Dobre zabezpieczenie informacji wynikające z "zamknięcia" promieniowania wewnątrz włókna optycznego sprawiają, że światłowody są odpowiednim torem do transmisji danych, bez względu na odległość.Charakteryzuja się one bardzo duża pszepustowością.

    2. oświetleniowe,

      Światłowody te możemy je podzielić na dwie grupy: świecące bokiem (SIDE LIGHT) oraz świecące tylko na końcach (END LIGHT). Wszystkie Solied Core składają się ze światłowodowego rdzenia (aktywny światłowód) oraz powłoki teflonowej i warstwy zatrzymującej promienie UV (średnica zewnętrzna). Światłowody tego typu można wyginać bez wyraźnych strat ich światłości. Ich żywotność jest oceniana na 10 lat nieprzerwanej pracy.



    3. czujnikowe, sieciowe i inne.

      Przykładów zastosowan swiatłowodów jest bardzo dużo. Praktycznie w każdej dziedzinie życia juz znalazły swoje miejsce. Wymienione wyżej zastosowania doskonale obrazuja wszechstronnosc swiatłowodów. Technika światłowodowa jest bardzo dynamicznie rozwijającą się dziedziną elektroniki. Zastosowanie światłowodów w technice pomiarowej, medycynie, lotnictwie jest już dziś bardzo znaczne. Wydaje się, że kto dziś nie opanuje podstaw techniki światłowodowej, jutro może okazać się bez pracy (myślę tu oczywiście o firmach i ludziach profesjonalnie związanych z projektowaniem, wdrażaniem i obsługą urządzeń optoelektronicznych).



    w górę...
  6. Pod względem zdolności aktywnej obróbki sygnału:

    1. pasywne (transmisja sygnałów lub danych),

      Pierwsze włókna wykonane w roku 1970 posiadały tłumienie rzędu 20 dB/km. Z postępem technologicznym zaczęto produkować światłowody o znacznie niższym tłumieniu, zoptymalizowano długość fal pod względem najmniejszego tłumienia. Pierwsza generacja światłowodów pracowała ze światłem o długości fali 0,85 µm, druga generacja 1,3 µm, a trzecia 1,55 µm. Najniższe teoretyczne tłumienie występuje przy fali o długości 1,55 mm i wynosi 0,16 dB/km, podczas gdy najmniejsza dyspersja występuje przy fali o długości 1,3 µm.


      System transmisji wykorzystujący światłowody pasywne

    2. aktywne (wzmacniacze optyczne).

      Budowa lasera diodowego oraz zastosowanie zintegrowanych wzmacniaczy światłowodowych były ważnymi krokami w rozwoju komunikacji światłowodowej. Laser nijako pełni rolę pompy dostarczającej energii do układu,w którym sygnał światlny przechdząc przez specjalny światłowód domieszkowany erbem zostaje wzmocniony.


    w górę...
  7. Ze względu na dyspersję (jednomodowe):

    1. klasyczne (z dyspersją naturalną),
    2. z przesuniętą dyspersją (DSF),
    3. z poszerzoną dyspersją (DWF),
    4. z odwróconą dyspersją .

w górę...