TTS Moduł 4
|
Wykład ten jest poświęcony światłowodom włóknistym stosowanym w telekomunikacji optycznej.
W ostatnich latach bardzo szybko rośnie ilość przesyłanych danych. Wzrost ten wymusza poszukiwania szerokoprzepustowych mediów transmisyjnych. Odpowiedzią na ten problem są właśnie światłowody krzemowe, które charakteryzują się ogromną przepustowością i bardzo małym tłumieniem w porównaniu z wcześniej stosowanymi kablami miedzianymi. Światłowód wykonany ze szkła kwarcowego jest prowadnicą falową o właściwościach, które możemy nazwać nadzwyczajnymi. Uważamy tak, gdyż tłumienie sygnału optycznego w pewnym zakresie długości fali jest nadzwyczajnie małe. Nie znaleźliśmy drugiego podobnego materiału. Dar natury! Światłowody włókniste mają wiele zalet. Najważniejszymi z nich są:
|
|
Na kolejnych slajdach omówione zostaną najważniejsze parametry światłowodów, jak i zjawiska które występują podczas propagacji sygnałów. Przedstawiony zostanie wpływ tłumienia i zjawiska dyspersji na jakość odbieranego sygnału.
Równania Maxwella opisują matematycznie proces transmisji sygnału optycznego przez światłowód. Rozwiązania uzyskuje się numerycznie i nie są one proste w interpretacji. Na poziomie naszego wykładu nie podamy tych rozwiązań, a jedynie opiszemy wnioski. Chcąc dowiedzieć się więcej na temat dokładnych rozwiązań należy sięgnąć do pozycji książkowych. Wykład kończy się wnioskami, z których wynika, że światłowody kwarcowe są doskonałymi liniami transmisyjnymi przede wszystkim ze względu na małe tłumienie, ogromne pasmo pracy, trudności zewnętrznego zakłócenia transmisji, małe koszty czy lekkość. |
|
Światłowód włóknisty to cylindryczny falowód dielektryczny, wykonany z niskostratnego materiału, zwykle ze szkła kwarcowego. Rdzeń światłowodu ma współczynnik załamania większy, niż ośrodek go otaczający – płaszcz. Współczynnik załamania rdzenia jest nieznacznie większy niż płaszcza, zwykle różnica ta wynosi mniej niż 1%.
Chcąc zrozumieć w jaki sposób prowadzona jest fala w światłowodach należy przypomnieć sobie jedno z podstawowych praw optyki - prawo załamania, które opisuje zachowanie się promieniowania optycznego przy przechodzeniu przez granicę ośrodków o różnych współczynnikach załamania. W zależności od kąta padania fala świetlna może zostać załamana, lub część wiązki może zostać załamana a pozostała część zostanie odbita lub wiązka może zostać całkowicie odbita i propagować się wzdłuż falowodu. Tylko dla promieni padających pod kątem większym niż kąt graniczny promieniowanie zostaje całkowicie odbite co zapewnia małostratną propagację wzdłuż osi rdzenia światłowodu. I tylko dla takiego przypadku dochodzi do transmisji sygnału we włóknach światłowodowych. |
|
Światłowody ze względu na ilość prowadzonych modów dzielimy na jedno- i wielomodowe. Na rysunku a) pokazano strukturę typowego światłowodu wielomodowego i drogę promieni wewnątrz rdzenia. Typowe stosunki wartości średnicy promienia do średnicy płaszcza dla światłowodów wielomodowych wynoszą: 50/125; 62,5/125; 85/125; 100/140. |
