Optikai szálak

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


Fény – modellekFény – modellek

A fény leírására szolgáló modellek:

részecske kép: fotonok h energialézerek, detektorok

elektromágneses hullámokMaxwell-egyenletekmonomódusú szálak

geometriai optika: fénysugarak, sugármenet

Schnell-tv,…


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


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


Geometriai optika Geometriai optika

teljes visszaverődés, törésteljes visszaverődés, törés

n1

n2

n1 < n2

Snellius-Descartes:

n1 sin = n2 sin

terjedési sebesség:

v = c/ni



Határszög: Határszög: nn11>>nn22

n1 sinh = n2

< h > h= h



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



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



Ha akkor a numerikus apertúra is kicsi. A

távközlésben kis numerikus apertúrával gyártott szálakat, ún. gyengén vezető szálakat alkalmaznak.

,12

1 nn



Akceptanciaszög (Akceptanciaszög ():):maximális belövési nyílásszögmaximális belövési nyílásszög

22

21 nnNA

maximummaximum

Numerikus apertúraNumerikus apertúra


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


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.


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).


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)


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



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]



diszperzió – kromatikus diszperziódiszperzió – kromatikus diszperzió

1

2 3

D (ps/nm)

10

-10

(nm)

1200 1400 1600

1

2

3



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



diszperzió - módusdiszperziódiszperzió - módusdiszperzió


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


Preform készítésePreform készítése

Belső kémiai gőzlecsapatás:- tisztítás- hordozócső készítés- mag növesztése (lecsapatása)- zsugorítás

SiCl4 O2

GeCl4 BBr3

1300 OC


SzálhúzásSzálhúzás

Vezérlőegység Hűtőfolyadék

Primer védelem

Száldetektor

Grafitkemence

Preform

Feszítő dob

Csévélő dob


KábelgyártásKábelgyártás

Pászma átmérő detektor

Dobok a szálakkal

SZ sodrat

Pászma növesztése

Vazelin

Vezérlőegység


SZ sodratSZ sodrat

S Zirány (jobb majd bal sodrat) 70 cm-enként

- csak laza szerkezetűnél- nem csak szálaknál, hanem pászmáknál is


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


Optikai kábelek fajtáiOptikai kábelek fajtái

•Kültéri:•Légkábelek

•Nem önhordó•Önhordó

•Földalatti kábelek•Behúzó•Páncélos

•Víz alatti kábelek•Folyami•Tenger alatti


Optikai kábelek fajtáiOptikai kábelek fajtái

•Beltéri:•Switch kábelek•Patch kábelek•Pigtail kábelek


Behúzó kábelBehúzó kábel

tehermentesítő szál

másodlagos védelemvazelin töltéssel

műgyantás kevlár

fekete köpeny


Spirál, hornyos szálvezetősSpirál, hornyos szálvezetősoptikai kábel optikai kábel

tárcsásrögzítő és

tehermentesítő

vájat az elsődlegesvédelemmel

ellátottszálak részére


Páncélos kábelPáncélos kábel


Önhordó légkábelÖnhordó légkábel

..

.

..

.

..

.

..

.

Acélsodrony Polietilén köpeny

Kevlar

Központi elem

Pászma

Vakpászma

Optikai szálak


Nagyfeszültségű légkábelNagyfeszültségű légkábel

nullvezeték

acélsodrony

pászma

optikai szálak


Optikai szalagkábelekOptikai szalagkábelek

szekunder védelem

primer védelemmel ellátott optikai szál

8 - 10 - 20 szálas kivitelspeciális szerszámokkal tisztítható és hegeszthető

Optikai szálak

Documents