SVJETLOVODI

Sustavi za praćenje i vođenje procesaSustavi za praćenje i vođenje procesa

SVJETLOVODISVJETLOVODI

Izradio:Izradio:

Joško MarasovićJoško Marasović

00363879030036387903


Povijesni razvojPovijesni razvoj

1790. Claude Chappe 1790. Claude Chappe - „optički telegraf“- „optički telegraf“

1880. Alexander 1880. Alexander Graham Bell - optički Graham Bell - optički telefonski sustav : telefonski sustav : „Photophone“„Photophone“

1964. pojava lasera1964. pojava lasera



1966. Charles Kao i 1966. Charles Kao i George HockhamGeorge Hockham– nečistoća unutar stakla nečistoća unutar stakla

uzrok gušenjuuzrok gušenju– 1000 dB/km 1000 dB/km 20dB/km 20dB/km

1970. Donald Keck, Peter 1970. Donald Keck, Peter Schultz i Robert MaurerSchultz i Robert Maurer– prvo optičko vlakno dužine prvo optičko vlakno dužine

100 m100 m– gušenje<20 dB/kmgušenje<20 dB/km



Prvi komercijalni svjetlovodiPrvi komercijalni svjetlovodi– višemodni 50µm i 62,5µm, 850nm, galij-aluminij-arsenid diodavišemodni 50µm i 62,5µm, 850nm, galij-aluminij-arsenid dioda– 2dB/km, 10km.2dB/km, 10km.

1976. AT&T u Atlanti1976. AT&T u Atlanti– dva optička kabela, 7 km, 144 optička vlaknadva optička kabela, 7 km, 144 optička vlakna

Druga generacija Druga generacija – indij – galij – arsenid – fosfid,1,3 µm i gradijentni indeks lomaindij – galij – arsenid – fosfid,1,3 µm i gradijentni indeks loma– 0,5 dB/km 0,5 dB/km

1988. prvi prekoatlantski svjetlovod 1988. prvi prekoatlantski svjetlovod – pojačala za regeneriranje svakih 60 kmpojačala za regeneriranje svakih 60 km– jednomodni svjetlovodi boljih svojstva po disperziji i gušenju. jednomodni svjetlovodi boljih svojstva po disperziji i gušenju.

Nova generacija - jednomodni svjetlovodiNova generacija - jednomodni svjetlovodi– koristi zraku valne duljine 1,55µm s gušenjem od 0,2-0,3dB/kmkoristi zraku valne duljine 1,55µm s gušenjem od 0,2-0,3dB/km



1985. fizičar S.B. Poole 1985. fizičar S.B. Poole – Erbij – optička pojačalaErbij – optička pojačala– 100 puta veći kapacitet od sistema s 100 puta veći kapacitet od sistema s

elektronskim pojačalima.elektronskim pojačalima.

1996. postavljeni novi prekoatlantski 1996. postavljeni novi prekoatlantski svjetlovodi sa optičkim pojačalimasvjetlovodi sa optičkim pojačalima


Fizika u SvjetlovoduFizika u Svjetlovodu

zakon odbijanja zakon odbijanja (refleksije) svjetlosti (refleksije) svjetlosti

α =βα =β

Snelliusov zakon loma (refrakcije) svjetlosti n1*sinα=n2*sin

sinsin 21 nn


Fizika u svjetlovoduFizika u svjetlovodu


SvjetlovodiSvjetlovodi

Podjela s obzirom na različite aspekte:Podjela s obzirom na različite aspekte:– vrsta materijala od kojih je izrađena jezgra i vrsta materijala od kojih je izrađena jezgra i

omotač(plašt)omotač(plašt)– indeks loma stepeničasti ili gradijentniindeks loma stepeničasti ili gradijentni– broj modova jednomodni i višmodenibroj modova jednomodni i višmodeni– optičkoi prozoru s obzirom na gušenje i valnu optičkoi prozoru s obzirom na gušenje i valnu

duljinu koju koriste za prijenos. duljinu koju koriste za prijenos.


Višemodni svjetlovod sa Višemodni svjetlovod sa stepeničastim indeksom stepeničastim indeksom

loma(MMF)loma(MMF)Gušenje i vremenska Gušenje i vremenska disperzija, do 5kmdisperzija, do 5kmstaklo, plastične mase ili staklo, plastične mase ili PSC(eng. plastic-clad PSC(eng. plastic-clad silica) – plastična masa silica) – plastična masa pojačana s silicijempojačana s silicijem50/125µm – 300 mod50/125µm – 300 mod62,5/125µm – 1100 mod62,5/125µm – 1100 mod50µm na 850nm – 1Gbps 50µm na 850nm – 1Gbps na 1kmna 1km62,5µm samo 275m. 62,5µm samo 275m. niska cijena.niska cijena.


Jednomodni svjetlovod sa Jednomodni svjetlovod sa stepeničasim indeksom loma(SMF) stepeničasim indeksom loma(SMF)

jezgra promjera od 8 do jezgra promjera od 8 do 10µm/125µm10µm/125µm Izrađuju se samo od Izrađuju se samo od silicijskog staklasilicijskog staklaskupi skupi povezivanje globalnih povezivanje globalnih mrežamrežagradijentni ili dvostruki gradijentni ili dvostruki indeksom lomaindeksom lomaSMF brzina prijenosa SMF brzina prijenosa podataka do 50 puta veća podataka do 50 puta veća od MMFod MMFnajkvalitetnija!najkvalitetnija!


Višemodni svjetlovod sa Višemodni svjetlovod sa gradijentnim indeksom loma gradijentnim indeksom loma

indeks loma se indeks loma se mijenja po parabolimijenja po paraboli

Ograničeni:Ograničeni:– viši modoviviši modovi– prigušenje i disperzijaprigušenje i disperzija

Promjer jezgre 50, Promjer jezgre 50, 62,5 i 85µm/125µm62,5 i 85µm/125µm

62,5/125µm najčešće 62,5/125µm najčešće se koristi i najrašireniji se koristi i najrašireniji


Jezgra, plašt i zaštitni plaštJezgra, plašt i zaštitni plašt

Proces izrade kemijski kontroliran proces Proces izrade kemijski kontroliran proces jezgra se obično izrađuje s 0,5 – 2% većim jezgra se obično izrađuje s 0,5 – 2% većim indeksom loma od omotača indeksom loma od omotača Treći sloj je drugi omotač koji ne smije biti optički Treći sloj je drugi omotač koji ne smije biti optički vodljivvodljiv Jezgra i plašt:Jezgra i plašt:– oboje od silicijskog, kvarcnog stakla (SiO2)oboje od silicijskog, kvarcnog stakla (SiO2)– oboje od višekomponentnog stakla s kovinskim, oboje od višekomponentnog stakla s kovinskim,

alkalnim i zemnoalkalnim oksidimaalkalnim i zemnoalkalnim oksidima– jezgra od kvarcnog stakla, odrazni plašt od PSCjezgra od kvarcnog stakla, odrazni plašt od PSC– oboje od plastičnih masa – polimera. oboje od plastičnih masa – polimera.


Karakteristike svjetlovodaKarakteristike svjetlovoda

InterferencijaInterferencija

– Neosjetljivi na:Neosjetljivi na:

EMI i RFIEMI i RFI

svjetlosnu interferenciju svjetlosnu interferenciju

interferenciju od visokog naponainterferenciju od visokog napona



GušenjeGušenjeP(x)=PP(x)=P00exp(-αx)exp(-αx)

– inherentne nečistoće – apsorpcija svjetlostiinherentne nečistoće – apsorpcija svjetlosti– savijanje svjetlovoda – mijenja put zrakesavijanje svjetlovoda – mijenja put zrake– Rayleighevo raspršenje 96%Rayleighevo raspršenje 96%– infracrvena apsorpcijainfracrvena apsorpcija– ultraljubičasta apsorpcijaultraljubičasta apsorpcija– posljedica vlage OH- molekula posljedica vlage OH- molekula rezonantno rezonantno

gušenje gušenje




Optički prozoriOptički prozori



DisperzijaDisperzija– Disperzija materijala – Disperzija materijala –

kromatskakromatska– Multimodna ili Multimodna ili

intermodna – intermodna – nekromatskanekromatska

– Polarizacijska – Polarizacijska – nekromatskanekromatska



Nelinearni optički efektiNelinearni optički efekti– vlastita modulacija faze(SPM – self – phase vlastita modulacija faze(SPM – self – phase

modulation )modulation )– križna modulacija faze(XPM – cross – phase križna modulacija faze(XPM – cross – phase

modulation)modulation)– miješanje 4 vala(FWM – four – wave mixing)miješanje 4 vala(FWM – four – wave mixing)– Ramanovo raspršenje (SRS – stimulated Raman Ramanovo raspršenje (SRS – stimulated Raman

scattering)scattering)– Brillouinovo(SBS - stimulated Brillouin scattering)Brillouinovo(SBS - stimulated Brillouin scattering)– Kerrov efekt.Kerrov efekt.


ITU-T standardi - preporukeITU-T standardi - preporuke

ITU-T G.651 ITU-T G.651 – višemodni svjetlovod s gradijentnim višemodni svjetlovod s gradijentnim

indeksom loma indeksom loma – 50/125µm50/125µm– gušenje 0,8dB/km na 1310nmgušenje 0,8dB/km na 1310nm– optimiziran na frekvencijskom pojasu optimiziran na frekvencijskom pojasu

1310nm, može i na 850nm1310nm, može i na 850nm



ITU-T G.652ITU-T G.652– monomodni svjetlovod , 9/125 µm monomodni svjetlovod , 9/125 µm – stepeničastim indeksom loma , 2. i 3. prozorstepeničastim indeksom loma , 2. i 3. prozor– optimizirano na 1310nm - nulta disperzijaoptimizirano na 1310nm - nulta disperzija– radi i na 1550nm, ali nije optimiziranoradi i na 1550nm, ali nije optimizirano– Gušenje od 0,3 – 0,4dB/km na 1310nm i od Gušenje od 0,3 – 0,4dB/km na 1310nm i od

0,17 – 0,25 dB/km na 1550nm 0,17 – 0,25 dB/km na 1550nm – polarizacijska disperzija<0,1ps/kmpolarizacijska disperzija<0,1ps/km



ITU-T G.653 ITU-T G.653 – optičko vlakno s pomaknutom disperzijomoptičko vlakno s pomaknutom disperzijom– namijenjeno je za 3. optički prozornamijenjeno je za 3. optički prozor– monomodno sa stepeničastim indeksom monomodno sa stepeničastim indeksom

lomaloma– nulta disperzija s 2. prozora pomaknuta na nulta disperzija s 2. prozora pomaknuta na

3. prozor3. prozor– gušenje od 0,19 – 0,25dB/kmgušenje od 0,19 – 0,25dB/km



ITU-T G.654ITU-T G.654– monomodno optičko vlakno s pomaknutom cutoff monomodno optičko vlakno s pomaknutom cutoff

vrijednošćuvrijednošću– velika kromatska disperzija na 1550nm.velika kromatska disperzija na 1550nm.

ITU-T G.655ITU-T G.655– vlakno s pomaknutom non-zero disperzijom Mogu vlakno s pomaknutom non-zero disperzijom Mogu

umanjiti nelinearna izobličenja tako da izbacuju umanjiti nelinearna izobličenja tako da izbacuju nultu disperziju izvan trećeg optičkog prozoranultu disperziju izvan trećeg optičkog prozora

– gušenje oko 0,2dB/km i polarizacijska disperzija gušenje oko 0,2dB/km i polarizacijska disperzija 0,1ps/km.0,1ps/km.


Konstrukcija kabelaKonstrukcija kabela

tri osnovna tipa modula tri osnovna tipa modula klasičniklasični

žljebastižljebasti

trakastitrakasti


Primjer kabelaPrimjer kabela


Primjer kabelaPrimjer kabela


KonektoriKonektori



ZaključakZaključak

avioindustrija, kabelska televizija, podmornice, internetavioindustrija, kabelska televizija, podmornice, internetza proizvodnju 100 km vlakna potrebno je samo 2,7 kg za proizvodnju 100 km vlakna potrebno je samo 2,7 kg stakla stakla prijenosni sustav od 2,5 Gbit/s = 31.000 istovremenih tel. prijenosni sustav od 2,5 Gbit/s = 31.000 istovremenih tel. razgovorarazgovoraDanas je 80% globalnih računalnih mreža, tj. mreža gdje Danas je 80% globalnih računalnih mreža, tj. mreža gdje se promet odvija na velike udaljenosti i 90% telefonije se promet odvija na velike udaljenosti i 90% telefonije povezano svjetlovodimapovezano svjetlovodimaDanas brzineDanas brzine 50 Tb/s (50,000 Gb/s) 50 Tb/s (50,000 Gb/s) na velike udaljenostina velike udaljenosti– 0.78 billion 0.78 billion tel. pozivatel. poziva– 110e60e6 TTV V kanalakanala

Nove tehnologije multipleksiranja signala kroz svjetlovodNove tehnologije multipleksiranja signala kroz svjetlovodCilj dovesti svjetlovode u do razine kućanstvaCilj dovesti svjetlovode u do razine kućanstva


LiteraturaLiteratura

http://http://www.ciscopress.comwww.ciscopress.comhttp://eskola.hfd.hr/laseri/paper1/b-http://eskola.hfd.hr/laseri/paper1/b-d6.htmd6.htmNavy Electricity and Electronics Training Navy Electricity and Electronics Training Series, Series, Module 24 - Introduction to Fiber Module 24 - Introduction to Fiber OpticsOptics, NAVEDTRA 14196, NAVEDTRA 14196Jim Hayes, Jim Hayes, Fiber Optics – Technician's Fiber Optics – Technician's Manual, Manual, 2th edition2th editionhttp://dar.ju.edu.jo/mansour/optical/http://dar.ju.edu.jo/mansour/optical/

Documents

SVJETLOVODI