Page 39 - gazetka

JAN STROJNY JAN STROJNY

załamania do ośrodka II o współczynniku załamania łowodzie. W światłowodach jednomodowych SMF (Single
mniejszym. Światło padając na granicę tych ośrodków, musi być Mode Fiber) prowadzona jest tylko jedna monochromatyczna
kierowane pod kątem, nie mniejszym niż określony kąt wiązka światła o stałej szybkości propagacji impulsu. Wszystkie
graniczny, gdyż w przeciwnym razie promień świetlny, zamiast promienie odbijane są od powierzchni płaszcza pod tym samym
pozostać w ośrodku pierwszym (o większym współczynniku kątem, mają jednakową drogę do przebycia i zajmuje im to taki
dr inż. Jan Strojny załamania), przejdzie do ośrodka drugiego (rys. 2). sam czas. Dzięki temu przesyłany sygnał prawie nie ulega
rozproszeniu i może być transmitowany na duże odległości bez
Wielkości charakterystyczne potrzeby wzmacniania (osiągając zasięg transmisji do 100 km).
Całkowitemu wewnętrznemu odbiciu ulegnie światło Rozpraszanie światła, czyli dyspersja występuje z powodu
Światłowody padające na granicę rdzeń/płaszcz pod kątem większym od zależności parametrów ośrodka od częstotliwości
określonego kata granicznego Θc. Aby spełnić ten warunek i powoduje „rozmycie” czasowe krótkich impulsów, co
promienie światła muszą wchodzić do światłowodu wewnątrz ogranicza maksymalną szybkość i zasięg ich transmisji.
określonego stożka α, jak to pokazano na rys. 3. Jest to tzw. Światłowód jednomodowy posiada natomiast możliwość
stożek akceptacji światłowodu. „gęstego” upakowania informacji i ma dużą pojemność kanału
Od bardzo dawna ludzie byli zainteresowani możliwością świetlna, której źródłem może być laser lub dioda przenoszenia. Do jednomodowej transmisji światła stosowane
przesyłania informacji na duże odległości w sposób bezpieczny, elektroluminescencyjna LED. Dzięki temu możliwa jest są światłowody o małej średnicy rdzenia (9 µm), porównywalnej
chroniony przed zakłóceniami i przed niepowołanym do nich transmisja danych, a ich przepływ jest zabezpieczony przed z długością fali świetlnej. Główną ich wadą, jest cienki rdzeń, co
dostępem. W dawnych czasach informacje przekazywano niepowołanym dostępem. Światłowody, które jako medium utrudnia łączenie światłowodów ze sobą oraz powoduje wysoki
w formie głosowej albo pisanej. Tu można wspomnieć, według transmisyjne wykorzystują powietrze, osiągają transfer danych koszt interfejsów przyłączeniowych.
Herodota, że po zwycięskiej bitwie z Persami pod Maratonem rzędu 74Tb/s . 1
w roku 490p.n.e. Grek Fillipides pobiegł do Aten by obwieścić Światłowody są elementami prowadzącymi światło, przy
zwycięstwo i ostrzec Ateńczyków, że płynie ku nim flota perska. czym wykonuje się je ze szkła, polimeru lub ich mieszaniny.
Po przekazaniu tej wiadomości padł martwy, ale zdążył Światło prowadzone jest wewnątrz światłowodu na zasadzie
przekazać wiadomość przed przybyciem nieprzyjaciela zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia. Zmodulowana
pokonując ponad 42km. Od dawna było też wiadome, że wiązka światła stanowi w światłowodzie efektywne i bezpieczne
Rys. 3 Stożek akceptacji światłowodu
najszybszym sposobem przesyłania informacji jest medium do przenoszenia (transferu) informacji.
wykorzystanie do tego celu światła. Korzystali z tego już Zazwyczaj światłowód ma kształt cylindryczny i składa się Korzystając z prawa załamania dla promienia wchodzącego
starożytni przy pomocy ognisk a według Biblii, Mędrcy ze z rdzenia wykonanego z materiału o większym współczynniku do rdzenia światłowodu pod kątem α, można zapisać:
Wschodu dotarli do Betlejem kierując się światłem Gwiazdy załamania (n ), który jest otoczony płaszczem wykonanym sin α /sin β = n /n 1 (1) Rys.4. Światłowód wielomodowy
r
2
Betlejemskiej. Dopiero jednak dokonanie odkryć i prace z materiału o mniejszym współczynniku załamania (n ), co Jeżeli światło przechodzi z ośrodka o większym współ-
p
Amapera, Faradaya, Maxwella i innych, nad właściwościami pokazano na rys. 1. czynniku załamania światła n do ośrodka o współczynniku W światłowodzie wielomodowym MMF (Multi Mode
1
pola elektromagnetycznego i rozchodzenia się fal, umożliwiły Aby doszło do całkowitego wewnętrznego odbicia, światło mniejszym n (np. szkło-powietrze), to jak pokazano na rys. 2, Fiber) (rys. 4) istnieją warunki optyczne do przesyłania wzdłuż
2
w wieku XIX i XX burzliwy rozwój techniki i urządzeń dla musi przechodzić z ośrodka I o większym współczynniku kąt załamania β jest większy od kąta padania α i nastąpi osi włókna optycznego wielu modów (promieni świetlnych)
przesyłu informacji tworząc dziedzinę nauki zwaną całkowite wewnętrzne odbicie i promień padający na granicę o tej samej długości fali świetlnej i różnej szybkości propagacji,
telekomunikacją. W roku 1909 Marconi otrzymał nagrodę ośrodków pozostanie nadal w tym samym ośrodku. ponieważ wiązka światła ulega odbiciu na granicy rdzeń-płaszcz
Nobla za komunikację bezprzewodową. Wiadomo też już było, Jeżeli kąt padania światła wyniesie określoną wartość pod różnymi kątami. Drogę prowadzenia wiązki można
że światło stanowi medium pozwalające na przesyłanie graniczną (α ), dla której kąt załamania β jest równy 90° to modyfikować przez stosowanie różnych współczynników
gr
informacji na duże odległości i z możliwością ochrony przed sinβ = 1 i otrzymamy: załamania w elementach konstrukcji światłowodu.
ingerencją osób trzecich. Jednakowoż była to wciąż metoda n 2 W światłowodzie wielomodowym, rdzeń jest rzędu 50μm,
sin = (2)
niewdrożona i o zasięgu ograniczonym np. przez warunki gr n 1 czyli jego średnica jest wielokrotnie większa niż długość fali
atmosferyczne i wpływ innych urządzeń. Dopiero badania Po podstawieniu do równania (1) sin Θ = n /n otrzymuje się: przenoszonego światła, promień światła może składać się
r
p
c
prowadzone w latach 60-tych ub. wieku umożliwiły modulację Rys. 1. Światłowód w kształcie walca - przekrój podłużny sin α = ( - ) = NA (3) z wielu modów, które mogą być przenoszone jednocześnie.
2 / 1
2
2
n
n
światła laserowego i uzyskanie przekazu informacji za pomocą r p Maksymalny zasięg transmisji przy użyciu światłowodu
przeźroczystego medium, włókna szklanego, co stało się Wielkość NA nosi nazwę apertury numerycznej wielomodowego wynosi zwykle ok. 4 do 5km. Urządzenia
początkiem rozwoju transmisji światłowodowej. Od pierwszych światłowodu (ang. Numerical Aperture) i jest równa wartości przeznaczone do współpracy ze światłowodem wielomodowym
eksperymentów upłynęło jednak 100 lat zanim praktycznie sinusa kąta tzw. stożka akceptacji (rys. 3), maksymalnego kąta są tańsze od urządzeń dla światłowodów jednomodowych.
rozwinęła się komunikacja optyczna i oddano w roku 1980 do w stosunku do osi rdzenia włókna, przy którym światło Światłowody mają szereg istotnych zalet, które przesądzają
użytku pierwsze światłowodowe połączenie o długości 1000km. wprowadzone do światłowodu nie będzie z tego włókna o ich szerokim zastosowaniu, a mianowicie:
Wkrótce po tym korporacje telekomunikacyjne rozpoczęły wychodzić, czyli występuje zjawisko całkowitego wewnętrznego źświatło, będąc falą elektromagnetyczną jest niewrażliwe na
budowę łączy światłowodowych na dużą skalę. odbicia. Im większa jest wartość apertury tym więcej wiązek zakłócenia elektromagnetyczne przemysłowe lub
światła można wprowadzić do danego światłowodu. atmosferyczne. Dlatego światłowody stosuje się powszechnie
Zasada działania i budowa światłowodów Ze względu na warunki transmisji sygnałów, światłowody w systemach telekomunikacyjnych.
Do transmisji danych, zamiast prądu elektrycznego, różnią się tzw. strukturą modową. Mody określają rozkład pola źświatłowód można dołączyć do przewodu lub kabla
Rys. 2. Całkowite wewnętrzne odbicie promienia świetlnego
wykorzystywana jest w światłowodach modulowana fala i fizyczny kształt wiązki świetlnej układającej się w świat- przewodzącego prąd. Można też wykonać kabel energetyczny

38 ELektroPlus Nr 4/2015 (34) ELektroPlus Nr 4/2015 (34) 39