• Nem Talált Eredményt

Optikai vezetők

In document Távközlő hálózatok (Pldal 111-116)

B- ISDN hálózatok

4. JELÁTVITELI ÉS FORGALMI KÖVETELMÉNYEK

5.4. Á TVITELI KÖZEGEK

5.4.1. Optikai vezetők

Három tényezőt kell vizsgálnunk:

- csillapítás

- a vezeték deformálódása, hajlítása - torzítás

Csillapítás

Ennek a paraméternek az értékét katalógusok adják meg.

A fenti ábra azt ábrázolja, hogy a hullámhossz függvényében hogyan alakul a csillapítás üveg, illetve műanyag optikai vezetékre – a vízszintes tengelyen a hullámhossz látható mikrométerben, a függőleges tengely pedig a km-enkénti csillapítás (dB/km).

Az optikai szálak csillapítása attól függ, hogy milyen viszonyban áll a fény hullámhossza és az átviteli közeg részecskemérete, hiszen a fényhullám kölcsönhatásba lép az atomokkal, illetve annak részeivel.

Az kis csillapítású hullámhossz-intervallumokat „ablakoknak” szokták hívni, ezeken belül történhet nagytávolságú jelátvitel.

Amint az ábrából kitűnik, a műanyag csillapítása sokkal nagyobb, így az csak kis távolságok esetén (tipikusan hozzáférői hálózatban) használható. Ennek a technológiának azonban van egy előnye: sokkal olcsóbban előállítható, mint az üvegszál.

A jel modulálása az adáshoz történhet LED-del vagy lézerdiódával. Ezek jellemzői:

jellemzők LED Lézerdióda

ablak I, II, III II,III

élettartam 106 óra 105 óra

ár olcsó drága

maximális modulált

sebesség 100 Mb/s 10 Gb/s

5.4.1. Optikai vezetők

Sávszélesség:

Az alábbi grafikonok az eszközök által kibocsátott energiát ábrázolják a hullámhossz függvényében.

A bal oldali ábra a LED, a jobb oldali a lézerdióda spektrumát ábrázolja. Amint az látható, a dióda burkológörbéje sokkal keskenyebb, és a spektruma nem folytonos.

A vezeték deformálódása

Miért nem lép ki a fény a meghajlított kábelből?

A fény közeghatáron az alábbi ábra szerint megtörik:

A hullám mindig olyan úton halad, hogy az egyik pontból a másikba a lehető legrövidebb idő alatt jusson el.

A sűrűbb (azaz nagyobb törésmutatójú) közegben ugyanis a fény sebessége kisebb. Az érvényes képlet:

1 2 2 1

) sin(

) sin(

n

n

.

(A továbbiakban is az ábra szerinti elrendezést tekintjük, ahol az n1 > n2 viszonyok érvényesek.) Lássuk, mi történik β1 növelése során: előbb utóbb eléri a határszöget, ahol β2=90° tejesül.

β1 további növelésével a fény teljes visszaverődést szenved el. Ilyenkor egyáltalán nincs kilépő komponens.

Ez történik a víztükör esetén is, amikor nagy szögben próbálunk kinézni alóla. (A kísérlet egy üveggel is elvégezhető, nem szükséges valójában a víz alatt lenni.)

Hullámtani vizsgálatok során a fizikusok arra jutottak, hogy a fénysugár egy ún. „behatolási mélység”

mértékéig belép a felső közegbe is, de visszafordul onnan:

A behatolási mélység függ:

- hullámhossztól (a nagyobb hullámhosszú fény jobban behatol) - törésmutatók különbségétől (kisebb különbségnél jobban behatol).

Ugrás törésmutatójú szál

Angolul SI-nek (Step Index) hívják, mivel a törésmutató angolul „refraction index”, melyből a refractiont gyakran elhagyják. Ez a legegyszerűbb optikai vezető. Ennek a szálnak a keresztmetszete a következőképpen fest:

A paraméterek hozzávetőlegesen:

- mag: n1=1,5; átmérője: 50-200 μm

- köpeny: n2=1,485; átmérője: 100-1000 μm.

Az üveg törésmutatóját szennyezéssel módosítják.

A szálszerkezet fókuszálja a fény útját, de beléptetésnél a fókuszálást külön el kell végezni. A vezeték hajlíthatóságának van határa, egy bizonyos szög felett a fény már kilép a vezetőből.

Ez a technika igen nagy tisztaságot és pontosságot igényel, így kb. csak kb. 5 gyár készít ilyen szálakat a világon.

5.4.1. Optikai vezetők Torzítások Torzítások: módusdiszperzió és kiküszöbölése

Fém és fényvezetőkre az alábbi átviteli függvény jellemző:

l

A második kifejezésben az első tag a csillapítás, a második pedig a fázisforgatás.

A vezeték hosszának növelésével a csillapítás tehát exponenciálisan nő, ennek ellenére nagy távolságon (50-100 km) is használható.

Az alábbi görbesereg a fázisfüggvényeket adja meg a különböző módusokra. (A késleltetés mindig a fázis frekvencia szerint vett deriváltja.) Az y tengelyen feltüntetett l-től jelen esetben eltekinthetünk, ha egységnyi hosszúságú szál vizsgálatára szorítkozunk.

Ha az üvegszál csak egyfajta törésmutatóval rendelkezne, akkor csak 1 és 2 fázisforgatás jelenne meg, melyek a két megfelelő törésmutatóból külön-külön származtathatóak. Összetett szerkezetre azonban végtelen sok megoldást kapunk. Ha a frekvencia nagy és a hullámhossz kicsi, akkor a fény csak a magban terjed, ha viszont a frekvencia kicsi és a hullámhossz nagy, akkor pedig csak a köpenyben. Ezen két szélső eset között végtelen sok átmenet van. Ezeket a megoldásokat hívják módusoknak.

A módus magyarázatához a két végén rögzített húr hasonlatát vesszük elő.

Először nézzük meg az egy kezdőponttal rendelkező húr esetét:

Ezután vizsgáljuk a két kezdőpont esetét:

Amint az a képekből látható, a kezdeti feltételtől függően különböző rezgésképek alakulnak ki. Eddig egyszerű kezdeti feltételeket vettünk.

Bonyolultabb, összetett kezdeti feltétel esetén a szuperpozíció elvét alkalmazzuk:

egyszerűbb mozgásképeket (módusokat) veszünk, ezek összege adja az összetett kezdeti feltétel esetén kialakuló mozgásképet (módusok szerinti sorfejtés).

Minden módus késleltetése (a fázis deriváltja, érintője) más és más értékű az ü üzemi frekvencián („munkapont”). Tehát az információt különböző módusok szállítják különböző késleltetéssel, így a jel

„szétkenődik”.

A módusdiszperzió a geometriai optika modellezési szintjén úgy írható le, hogy a tengelyirányú és a visszaverődéssel terjedő sugarak által befutott úthossz eltérő.

Az SI szálnál a módusok száma kb. 1000-re tehető (ezt az értéket általában az Nm betűkombinációval szokták jelölni).

A törésmutató profil (n(d)) megváltoztatásával, valamint a szál méreteinek megváltoztatásával csökkenthetjük a torzítást. Az ábrákon három elterjedt alaptípus szerkezet látható, a függőleges tengelyre a szál központjától mért távolságot, a vízszintes tengelyre pedig az adott távolságban érvényes törésmutatót mértük fel.

SI szál GI szál SM szál

Az első ábra a már megismert SI szál keresztmetszeti tulajdonságait ábrázolja. Erre jellemző az urásszerű törésmutató változás. n1=1,5; n2=1,485; n1-n2=0,015.

A második ábra a GI (Graded Index, gradiens szál) szálat ábrázolja. A törésmutató folyamatosan változik a láncgörbének (ch(x)) megfelelően, így a módusok késleltetése közel egyenlő. A mag széle felé megnő a hullám sebessége, és az eltérő pályájú sugarak futási ideje kiegyenlítődik. Nm, a használt módusok száma nagy, de sajnos ez a típusú kábel drágább is.

A harmadik ábrán látható SM (Single Mode, egymódusú szál) szálra az jellemző, hogy az üzemi frekvencián csak az alapmódus terjedhet. A törésmutatók különbség kicsi (n1=1,5; n1-n2=0,005), így nagyobb a behatolási mélység. A szál a magmérete 5-10 m, árban ez is drágábbnak számít (kis törésmutató különbség és kis magméret miatt).

A szálak minősége a B×l (sávszélesség × távolság) mérhető, ezek az itt megismert vezetőkre:

- SI: 10-100 MHz×km - GI: 0,5-1,5 GHz×km - SM: > 100 GHz×km.

Az SI szál tehát olcsóbb, de csak kis távolságokra használható, míg az SM szál a legdrágább, de nagy távolságok is áthidalhatóak vele, valamint nyalábolásra alkalmasabb. Természetesen jelfrissítők alkalmazásával az adott távolságok növelhetőek. Olcsó szál esetén több jelfrissítő szükséges adott távolság áthidalásához, vagyis a gazdaságossági optimumot a teljes átviteli útra kell megkeresni.

Kromatikus diszperzió SM típusú szálnál

A diszperzió tulajdonképpen fázistorzítást jelent. Ez a jelenség onnan származik, hogy a fényadók modulálatlan sávszélessége olyan nagy, hogy ebben a sávban az alapmódus () karakterisztikája nem tekinthető egyenesnek – még homogén törésmutató esetén sem, – mivel a törésmutató a fény hullámhossza szerint változik.

A függvény inflexiós pontja 1,3 m körül van, itt a kromatikus diszperzió megszűnik, így célszerű lenne, az átviteli sáv közepét ide tenni. Ezt általában lépcsős n(d) profillal érik el szennyezés segítségével.

In document Távközlő hálózatok (Pldal 111-116)