Systemy światłowodowe - pomoc dydaktyczna Zbigniew Siwek

Zapotrzebowanie na coraz szersze pasmo – podstawowy problem współczesnej telekomunikacji. (Większa Przepływ-ność) Wzrastająca liczba użytkowników indywidualnych i grupowych Nowe usługi i aplikacje Wzrastająca zawartość serwisów multimedialnych Rozwój wymiany informacji

Historia Historia światłowodów jest dość długa, zaczęła się w XIX wieku, kiedy to angielski fizyk John Tyndall (1820-1893) zauważył, że całkowite wewnętrzne odbicie światła może mieć znaczenie praktyczne, lecz dopiero pod koniec XX zaczęto to zjawisko wykorzystywać na skalę masową. Historia techniki optycznej: 1854 – John Tyndall światło widzialne - badania rozchodzenia się fal 1876 - Aleksander Graham Bell wynalazł (1880 opatentował) fototelefon. Komunikacja na odległość 200 m 1966 – wyeliminowano OH, dzięki temu tłumienie spadło z ~1000 dB do kilku dB 1970 Produkcja włókna o stratach < 20 dB/km, Corning Glass Company 1970 – laser półprzewodnikowy 1979 – 100 Mb/s na 69 km, na LED 1980 – 565 Mb/s na 110 km 1985 Opracowanie wzmacniacza światłowodowego 1988 TAT-8 (Transatlantic Telephone Cable) Transatlantyckie włókno o długości 6700 km 1996 Fujitsu, NTT Laboratoriów, i Bell Labs. uzyskują 1 Tbit/s 2001 Firma NEC uzyskała przepływność ponad 10 Tbit/s.

Doświadczenie Johna Tyndalla, 1854 rok,

Zalety światłowodów ogromna pojemność informacyjna pojedynczego włókna małe straty = zdolność przesyłania sygnałów na znaczne odległości całkowita niewrażliwość na zakłócenia oraz przesłuchy elektromagnetyczne mała waga i małe wymiary bezpieczeństwo pracy (brak iskrzenia) utrudniony (prawie niemożliwy) podsłuch przesyłanych danych względnie niski koszt (ciągle spada) duża niezawodność (poprawnie zainstalowanych łączy) prostota obsługi nie ulegają procesowi utleniania (brak korozji)

Widmo fal wykorzystywanych w światłowodach Znamionowe długości fal okien optycznych: I okno 850 nm II okno 1310 nm III okno 1550 nm IV okno 1625 nm V okno 1440 nm

Wybrane zależności z optyki światłowodowej Szybkość rozchodzenia się fali Prawo Snella Kąt akceptacji, apretura numeryczna

Szybkość rozchodzenia się fali w próżni c  3·108 m/s w innym ośrodku gdzie: n - współczynnik załamania światła, określa gęstość optyczną i wynosi dla: powietrza = 1 wody = 1,33 szkła = 1,5 germanu = 4

Prawo Snella Zakładając rozchodzenie się fal wzdłuż linii prostych, Kąt padania promienia na granicy ośrodków jest równy kątowi odbicia, Kąty padania i załamania spełniają tzw. prawo załamania światła (prawo Snella):

Kąt akceptacji, apertura numeryczna

Apertura numeryczna i kąt akceptacji Apertura numeryczna (Numerical aperture NA): Kąt akceptacji θ - jest to największy kąt padania promieni na powierzchnię czołową światłowodu przy którym nastąpi całkowite odbicie promieni od powierzchni granicznej płaszcza i rdzenia.

Kąt akceptacji  to maksymalny kąt, przy którym następuje całkowite odbicie od powierzchni granicznej rdzenia i płaszcza. Wyznacza on aperturę numeryczną NA. Jest to miara maksymalnego dopuszczalnego kąta między wchodzącym promieniem światła a osią światłowodu. Im większa apertura numeryczna, tym większą część światła można wprowadzić do wnętrza światłowodu, a więc włókno wykazuje większą podatność jako światłowód wielomodowy.

Klasyfikacja światłowodów Podstawowa klasyfikacja światłowodów: ze względu na konstrukcję włókniste planarne ze względu na charakterystykę modową wielomodowe jednomodowe ze względu na rozkład współczynnika załamania w rdzeniu skokowe gradientowe

Rodzaje konstrukcji światłowód włóknisty światłowód planarny

Światłowody włókniste Propagacja wiązki światła w światłowodzie włóknistym. n1>n2 Wartość kąta całkowitego wewnętrznego odbicia wynosi: gdzie: n1 – współczynnik załamania w rdzeniu n2 – współczynnik załamania w płaszczu

Światłowody włókniste są cylindrycznymi szklanymi włóknami, otoczonymi powłoką gumową nadającą im wytrzymałość oraz odporność na oddziaływanie czynników zewnętrznych. Włókna światłowodowe zostały wykonane ze szkła kwarcowego. Można w nich wyróżnić dwa obszary różniące się wartością współczynnika załamania światła: centralnie położony......... o podwyższonym współczynniku załamania oraz otaczający go............ . Płaszcz jest wykonany z czystego szkła kwarcowego, natomiast sam rdzeń włókna ma domieszkę germanu i innych pierwiastków rzadkich, co zwiększa współczynnik załamania światła w rdzeniu o wielkość zależną od koncentracji domieszek - w praktyce o 1 procent. rdzeń płaszcz

Częstotliwość znormalizowana określa modowość światłowodu: Mod światłowodowy jest pojedynczym rodzajem drgań własnych światłowodu, spełniający równanie falowe z warunkami brzegowymi, zależnymi od wymiarów i konstrukcji światłowodu. Maksymalna liczba, postać i rozkład modów zależą od geometrii światłowodu i od właściwości optycznych materiałów stosowanych na światłowody. Częstotliwość znormalizowana określa modowość światłowodu: gdzie : rf - promień rdzenia,  - długość fali w próżni Jeżeli V < 2,405 to światłowód jednomodowy. Jeżeli V  2,405 to światłowód wielomodowy.

Zależność liczby modów od długości fali λ Im większa jest długość fali λ tym mniejsza wartość V, co oznacza mniejszą liczbę propagowanych modów. λC - długość fali odcięcia drugiego modu - światłowód jednomodowy - światłowód wielomodowy

W telekomunikacji znajdują zastosowanie następujące typy światłowodów: światłowody wielomodowe o profilu skokowym, światłowody wielomodowe o profilu ciągłym (gradientowe), światłowody jednomodowe standardowe (Standard Fibre,SF), światłowody jednomodowe o przesuniętej dyspersji (Dispersion-Shifted Fibre,DSF), światłowody jednomodowe o przesuniętej i niezerowej dyspersji (Non-Zero Dispersion-Shifted Fibre,NZDSF).

Światłowody wielomodowe Światłowód, który może propagować wiele modów, różniących się rozkładem pola oraz wartością stałych propagacji, czyli prędkością rozprzestrzeniania się w światłowodzie, nazywamy światłowodem wielomodowym. Podział światłowodów wielomodowych ze względu na profil współczynnika załamania: Światłowody wielomodowe o profilu skokowym SI Światłowody wielomodowe o profilu gradientowym GI

Świtłowody wielomodowe o profilu skokowym Światłowody o profilu skokowym SI (Step-index fiber) są zbudowane z cylindrycznego rdzenia otoczonego płaszczem. Rdzeń posiada stały współczynnik załamania o wartości n1, i następnie ulega raptownej zmianie do wartości n2 wewnątrz płaszcza.

Światłowody wielomodowe o profilu gradientowym W światłowodach o profilu gradientowym GI (Graded-index fiber) współczynnik załamania w rdzeniu zmienia się w sposób ciągły – od wartości maksymalnej na osi rdzenia do wartości minimalnej na granicy z płaszczem.

Opis współczynnika załamania Promienie światła w światłowodzie gradientowym nie są odbijane od granicy płaszcz-rdzeń, lecz zakrzywiają się, przebiegając obszar rdzenia liniami falistymi. Zmiana współczynnika załamania od osi włókna w kierunku do płaszcza jest opisana zależnościami: dla dla gdzie: n1 i n2 – współczynnik załamania w płaszczu i rdzeniu, a – średnica rdzenia, α - parametr określający profil rdzenia, Δ – względna zmiana współczynników załamania (n1-n2)/n1

Światłowody jednomodowe Światłowody jednomodowe są efektywniejsze od światłowodów wielomodowych i pozwalają transmitować dane na odległość 100 km bez wzmacniacza. Jednak ze względu na wysoki koszt interfejsów przyłączeniowych jest to bardzo drogie rozwiązanie. W światłowodzie o skokowym profilu współczynnika załamania światła, może propagować się tylko jeden mod, tzw. mod podstawowy.

Parametry transmisyjne światłowodów Tłumienność Dyspersja Efektywność sprzężenia źródła światła ze światłowodem

Tłumienność Przy tłumieniu światłowodowym bierzemy po uwagę tłumienia poszczególnych odcinków łącza. Przyjęto charakteryzować tłumienność danego typu światłowodu poprzez podanie strat na długości jednego kilometra włókna, czyli w dB/km jest to tzw. tłumienność jednostkowa.

Tłumienie światłowodów Tłumienie mocy sygnału optycznego w światłowodzie jest spowodowane następującymi czynnikami: straty materiałowe straty falowodowe Straty materiałowe: rozproszenie Rayleigha (spowodowane niejednorodnością struktury szkła) absorpcja w podczerwieni i nadfiolecie zanieczyszczenia w postaci wody (jony OH-)

Tłumienie światłowodu w funkcji długości fali optycznej

Straty falowodowe: niejednorodności materiałowe mikrozgięcia zgięcia makroskopowe

Zależność tłumienia światłowodu od długości fali Okna transmisyjne Zależność tłumienia światłowodu od długości fali  okno transmisyjne na fali 850 nm  okno transmisyjne na fali 1310 nm  okno transmisyjne na fali 1550 nm V okno transmisyjne na fali 1625 nm

Dyspersja Dyspersja zmienia kształt sygnału, powoduje rozszerzenie i rozmycie transmitowanego impulsu, w czasie i w przestrzeni, rosnące wraz z odległością.

Rodzaje dyspersji Dyspersja międzymodowa (modowa) Dyspersja chromatyczna dyspersja materiałowa dyspersja falowodowa Dyspersja polaryzacyjna

Dyspersja międzymodowa Dyspersja międzymodowa, występuje jedynie we włóknach transmitujących więcej niż jeden mod światła, czyli w światłowodach wielomodowych. Ten typ dyspersji jest spowodowany różną prędkością grupową przyporządkowaną pojedynczym modom świetlnym prowadzonym jednocześnie wzdłuż światłowodu, co wynika z różnej drogi przebytej przez poszczególne mody. Wielkość dyspersji międzymodowej w światłowodzie o profilu skokowym: Wielkość dyspersji międzymodowej w światłowodzie o profilu gradientowym:

Wyznaczanie dyspersji chromatycznej światłowodu W praktyce dyspersja światłowodu jest wyznaczana w następujący sposób: przez odcinek światłowodu o długości L przesyła się sukcesywnie dwa impulsy na różnych długościach fali optycznej λ1 i λ2 . Następnie mierzy się odpowiadające im jednostkowe czasy przejścia τ1 i τ2. Poszerzenie czasowe impulsu Δτ wynosi:

Sposoby kompensacji dyspersji chromatycznej

Dyspersja polaryzacyjna Najmniejszy wpływ na całkowitą wartość dyspersji światłowodu ma dyspersja polaryzacyjna PMD (Polarization Mode Dispersion), również powodująca szkodliwe rozszerzanie kształtu prowadzonych sygnałów świetlnych. Ten rodzaj dyspersji jest związany z niejednorodną geometrią włókna.

Efektywność sprzężenia źródła światła ze światłowodem Efektywność sprzężenia decyduje o mocy promieniowania wprowadzonej do światłowodu. Źródłem promieniowania może być zarówno dioda elektroluminescencyjna (LED), jak i dioda laserowa (LD).

Wytwarzanie światłowodów Wytwarzanie światłowodów cylindrycznych obejmuje trzy etapy: formowanie preformy, CVD (Chemical Vapor Deposition) VAD (Vapor Axal Deposition) OVD (Outside Vapor Deposition) wyciąganie światłowodu z preformy.

Metoda CVD Wykonywanie preformy przez osadzenie kolejnych warstw tworzących rdzeń wewnątrz rury kwarcowej, której ścianki tworzą po wyciągnięciu płaszcz światłowodu. Metoda tam umożliwia stosunkowo proste kształtowanie profilu rdzenia światłowodu przez nakładanie kolejnych warstw różnie domieszkowanych. Wymaga ona jednak użycia rury kwarcowej o bardzo dobrych właściwościach optycznych i mechanicznych oraz wąskich tolerancjach wymiarów, gdyż jej ścianka staje się płaszczem światłowodu.

Metoda VAD Wykonywanie preformy przez osadzenie jednocześnie w całym przekroju poprzecznym warstw o założonej zmianie współczynnika załamania, aż do utworzenia preformu o pożądanej długości.W tej metodzie, najtrudniejszej technologicznie, preform narasta wzdłuż długości, co utrudnia uzyskanie idealnej jednorodności wzdłużnej jego parametrów. Poza tym niezwykle skomplikowane jest domieszkowanie jednocześnie różne w przekroju poprzecznym, co uniemożliwia dowolne kształtowanie profilu wytwarzanego światłowodu.

Metoda OVD Wykonywanie preformy przez osadzenie warstw tworzących kolejno rdzeń i płaszcz włókna na powierzchni zewnętrznej pręta, który jako element nośny jest następnie usuwany. Metoda trzecia jest analogiczna do pierwszej, przy czym ze względu na to, że reakcja zachodzi w przestrzeni otwartej, trudne staje się spełnienie warunków czystości. Mimo tego nadaje się ona do produkcji przemysłowej.

Wyciąganie światłowodów 1-układ centrowania preformu,2-układ wolnego przesuwu preformu,3- piec z krótka strefa grzaniu z osłoną gazowa,4-pomiar średnicy światłem laserowym,5-sygnał sprzężeniu zwrotnego,6-silnik,7-układ przesuwu poprzecznego,8-bęben ciągnący,9-polimeryzacja żywicy mocą promieniowania UV,10- nakładanie warstwy ochronnej z żywicy akrylowej,11-gaz obojętny

RODZAJE KABLI Kable zewnętrzne kanałowe wzmacniane przeciwgryzoniowe samonośne ziemne podwodne Kable wewnątrzobiektowe wzmacniane i niewzmacniane Kable stacyjne jednowłóknowe dwuwłóknowe wielowłóknowe rozdzielane Kable samonośne dla linii energetycznych i telekomunikacyjnych

Przekrój kabla ADL XOTKctd

Optotelekomunikacyjny kabel samonośny

Konstrukcje kabli światłowodowych Rodzaje kabli optotelekomunikacyjnych są związane z ich zastosowaniem. Największą grupę stanowią kable do układania w kanalizacji. Dużą grupę tworzą kable wewnątrzobiektowe z elastyczną powłoką, zalecane do wykonywania instalacji w obiektach zamkniętych. Kable opancerzone ocynkowanym drutem stalowym lub taśmą lakierowaną są przeznaczone do bezpośredniego zakopywania w ziemi na terenach o dużym zagrożeniu uszkodzeniami mechanicznymi, są to kable zewnętrzne. Wyróżniamy również kable podwieszane. Konstrukcja tubowa Konstrukcja rozetowa

Kabel światłowodowy w lince odgromowej OPGW (dla energetyki)

Sposób umieszczenie skrzynki łączeniowej na słupie

Sposób rozwijania kabla

Elementy optoelektroniczne źródła światła, detektory optyczne, regeneratory optoelektroniczne, wzmacniacze optyczne

Źródła światła Jako źródła promieniowania najczęściej są używane diody elektroluminescencyjne lub lasery półprzewodnikowe. Małe rozmiary tych źródeł pasują do typowych średnic włókien optycznych, a ich scalona konstrukcja i małe moce zasilania dobrze odpowiadają nowoczesnym układom elektronicznym.

Struktury diod elektroluminescencyjnych dioda powierzchniowa, dioda krawędziowa, dioda superluminescencyjna.

Dioda powierzchniowa (typu Burrusa)

Dioda krawędziowa

Dioda superluminescencyjna

Lasery krawędziowe z rezonatorem Fabry- Perota, Szkic lasera półprzewodnikowego z rezonatorem Fabry – Perota Szkic nowoczesnej konstrukcji lasera krawędziowego z rezonatorem Fabry – Perota, generującego w paśmie 1,3 – 1,55 m

Lasery z wieloma studniami kwantowymi MQW W takich laserach warstwa aktywna składa się z wielu bardzo cienkich warstw, rzędu 10nm, różniących się wartością przerwy energetycznej: właściwe warstwy aktywne przeplatają się z warstwami barier potencjału, przy czym w zależności od rozwiązania jest ich od kilku do kilkunastu. Heterostruktura MQW InGaAsP/InP

Lasery z selektywnym sprzężeniem zwrotnym lasery DBR (Distributed Bragg Reflector), lasery DFB (Distributed Feedback) lasery z zewnętrzną wnęką rezonansową – ECL (External Cavity Lasers)

Struktury laserów z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym b) Schemat lasera z zewnętrzną wnęką optyczną ELC Struktury laserów a) DFB, b) DBR

VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) Zasada konstrukcji lasera z pionowa wnęka rezonansowa o emisji powierzchniowej – VCSEL

Inne struktury laserów półprzewodnikowych Struktura laserów półprzewodnikowych: a) z prowadzeniem światła za pomocą wzmocnienia, b) z prowadzeniem światła za pomocą odpowiednio ukształtowania współczynnika załamania

Porównanie własności diod elektroluminescencyjnych i laserów półprzewodnikowych

Detektory optyczne Fotodetektor dokonuje zamiany strumienia świetlnego na prąd elektryczny. Ta zamiana, czyli proces fotodetekcji, polega na optycznej absorpcji fotonów w materiale półprzewodnikowym. Jako fotodetektory w systemach transmisji światłowodowej są stosowane fotodiody p-n, fotodiody p-i-n oraz fotodiody lawinowe.

Regeneratory optoelektroniczne Regeneratory elektroniczne to elementy, które znakomicie nadają się do odtwarzania impulsów optycznych przy transmisji cyfrowej. Przy czym przez odtworzenie sygnału rozumie się: odtworzenie mocy (Regeneration), odtworzenie kształtu (Reshaping) oraz odtworzenie właściwego czasu pojawienia się porcji sygnału (Retiming). Zasadnicze elementy regeneratorów to: detektor sygnału optycznego (fotodioda), elektroniczny układ decyzyjny, źródło światła (laser lub dioda LED).

Wzmacniacze optyczne Wzmacniacze optyczne są to przyrządy pozwalające bezpośrednio wzmacniać strumień świetlny. W odróżnieniu od układów optoelektronicznych nie wymagają zamiany sygnału świetlnego na elektryczny. Wzmacniacze optyczne odgrywają coraz ważniejszą rolę w optycznych systemach transmisyjnych, ponieważ umożliwiają bezpośrednie wzmocnienie światła i wykorzystują do tego celu minimalną liczbę elementów elektronicznych. Wzmacniacze można podzielić na dwie podstawowe grupy (ze względu na charakterystykę pracy): wzmacniacze półprzewodnikowe, wzmacniacze optyczne.

Wzmacniacze półprzewodnikowe wzmacniacze Fabry-Perot (FPA) wzmacniacze z falą bieżącą (TWA)

Wzmacniacze światłowodowe Schemat optycznego wzmacniacza światłowodowego

Sprzęgacze kierunkowe Sprzęgacze światłowodowe mają za zadanie wprowadzenie mocy świetlnej pochodzącej z kilku światłowodów do jednego lub kilku światłowodów wyjściowych. Sprzęgacze są podstawowymi elementami rozgałęzionych sieci optycznych o dowolnej konfiguracji i pozwalają dołączyć do niej wielu użytkowników. Mogą znacznie rozbudować sieć przez rozdzielenie sygnału z wyznaczonym stosunkiem podziału. Najczęściej spotykane są sprzęgacze typu 12, 22, NN.

Techniki wykonywania sprzęgaczy sprzęganie czołowe sprzęganie boczne Czołowy sprzęgacz optyczny wykorzystujący soczewki światłowodowe i lustro półprzepuszczalne Sprzęgacz optyczny wykorzystujący sprzężenie boczne

Sprzęgacze gwiazdowe Przykładowa konfiguracja sprzęgacza gwiazdowego 88 we/wy Struktura sprzęgacza powstałego przez stopienie i wyciągnięcie wielu światłowodów

Podstawowe parametry sprzęgacza światłowodowego Kierunkowość sprzężenia: Współczynnik sprzężenia: Straty wewnętrzne: Efektywność sprzężenia:

Połączenia trwałe Trwałe połączenia, wykonywane początkowo przez klejenie czołowych powierzchni włókien, zostały dziś całkowicie wyeliminowane przez spawy termiczne, w których uzyskuje się tłumienność przejścia sygnału poniżej 0,1 dB. Zgrzewanie światłowodów zapewnia najmniejszą tłumienność połączenia oraz małą reflektancję odbicia (około 60 dB). Proces zgrzewania światłowodów odbywa się w automatycznych zgrzewarkach, w których końce światłowodów ulegają nadtopieniu i połączeniu.

Parametry połączeń światłowodów Przesunięcie poprzeczne Przerwa miedzy czołami Ustawienie kątowe osi Nierówności powierzchni końca włókien

Połączenia rozłączne Połączenia rozłączne przeznaczone są do przedłużania kabli światłowodowych lub łączenia z siecią teleinformatyczną. Oprócz przenoszenia energii świetlnej z małymi stratami, muszą zapewniać powtarzalność parametrów w kolejnych wielokrotnych połączeniach światłowodów. Uzyskanie jak najmniejszych strat (0,5dB) wymaga jednak precyzyjnej obróbki mechanicznej elementów złączki, prawidłowego osiowania włókna, czystości łączonych powierzchni oraz odpowiedniego zbliżenia powierzchni czołowych światłowodów.

Standardowe złączki Złączka typu ST Złączka typu FC Złączka typu SC Złączka typu E2000

Złącza światłowodowe Najpopularniejsze rodzaje złączek światłowodowych to: złączki typu PC złączki typu ST i SC złączki dupleksowe MT-RJ

Zastosowanie światłowodów Do przesyłania sygnałów mowy wykorzystujemy światłowody w: Łączach telefonicznych Wewnętrznych Międzymiastowych Podmorskich Sieciach telekomunikacyjnych w elektrowniach Liniach telekomunikacyjnych wzdłuż linii energetycznych Telekomunikacyjnej sieci kolejowej Łączności terenowej

Do przesyłania sygnałów wizji wykorzystujemy światłowody w: Rozgłośniach telewizyjnych Transmisjach na żywo Telewizji kablowej Łączach między źródłami sygnału a centralą Dystrybucji programów Zdalnego kontrolowania i ostrzegania Powszechnych wielofunkcyjnych sieciach telekomunikacyjnych Światłowody znalazły również zastosowanie w transmisji danych : Komputerach Wewnętrznych przekazywaniach danych Lokalnych sieciach komputerowych Okablowaniu samolotów i statków Naziemnych stacjach satelitarnych Włókna światłowodowe znalazły zastosowania w czujnikach: Żyroskopach Hydrofonach Czujnikach temperatury Czujnikach położenia

Światłowodowe sieci dostępowe (FITL). (Fiber In The Loop – światłowód w pętli). Sieci FITL realizują dostęp abonencki polegający na doprowadzeniu światłowodu jak najbliżej abonenta. Obejmują one następujące konfiguracje: -         FTTB – (Fiber To The Building) światłowód do budynku, -         FTTC – (Fiber To The Curb),światłowód do krawężnika, FTTH – (Fiber To The Home) światłowód doprowadzony do mieszkania -     

Technika WDM System zwielokrotnienia z podziałem falowym WDM (Wavelength Division Multiplexing), umożliwia zwielokrotnienie przepływności światłowodu przez równoległą, równoczesną i niezależną transmisję wielu kanałów optycznych, czyli promieni laserowych o różnych długościach fali świetlnej (transmisja kolorowa) - prowadzonych w jednym włóknie światłowodowym.

Podstawowe bloki techniki WDM

Podział WDMu Przyjmuje się, że sam sposób zwielokrotnienia do kilku lub kilkunastu fal optycznych w jednym oknie włókna światłowodowego oznacza się jako WDM, natomiast zwielokrotnienie o większej liczbie kanałów i większej gęstości (odstęp międzyfalowy 0,8nm) określa się przez gęste WDM, czyli DWDM (Dense WDM), a także jako ultragęste WDM, czyli UWDM (Ultra WDM) przy odstępach międzyfalowy 0,4nm (80 kanałów ) lub mniejszych.

Zasada zwielokrotnienia WDM

Zalety techniki WDM: możliwość stopniowej rozbudowy istniejącego systemu transmisji danych bez konieczności wymiany już położonych torów światłowodów; niezależność kanałów optycznych; osiągnięcie wysokich przepływności binarnych; brak potrzeby stosowania jakichkolwiek dodatkowych sygnałów zegarowych; wzmacnianie wszystkich kanałów transmisji za pomocą jednego wzmacniacza optycznego EDFA; możliwość tworzenia wielokanałowych połączeń dwupunktowych.

Komponenty WDM źródła światła, detektory sygnału świetlnego, multipleksery i demultipleksery, optyczne krotnice transferowe OADM, przełącznice optyczne OXC.

Nowy rekord szybkości DWDM Nowy rekord szybkości DWDM Firma NEC poinformowała na początku października o ustanowieniu nowego rekordu szybkości transmisji w sieciach szkieletowych DWDM, uzyskując wynik 6,4 Tb/s. Rekord został ustanowiony na odcinku o długości 186 km. Uzyskana szybkość transmisji odpowiada przesłaniu miliona filmów jednocześnie przez jedno tylko włókno światłowodowe. Jest to znaczące poprawienie poprzedniego rekordowego wyniku (5,12 Tb/s) uzyskanego przez firmę Alcatel.

Źródła światła W technice WDM jako źródła światła mogą być używane zarówno lasery półprzewodnikowe, jak i diody elektroluminescencyjne LED. Promień świetlny pochodzący z LED jest zwykle modulowany amplitudowo, a wyjściowy sygnał optyczny jest poddawany filtracji widmowej. W rozwiązaniach typowych z podziałem widma można uzyskać jednoczesną transmisję kilkunastu kanałów optycznych na odległość paru kilometrów, z przepływnością pojedynczych Mb/s. Z laserów półprzewodnikowych największe możliwości prezentują wielosekcyjne lasery o podwyższonej stabilności temperaturowej (0,1 nm/ oC) znane jako: lasery z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym DFR (Distributed Feedback) lub lasery z rozproszonym odbiciem DBR (Distributed Bragg Reflector).

Detektory sygnału świetlnego Detektory wykorzystywane w systemach WDM są zazwyczaj takie same, jak detektory używane w konwencjonalnej transmisji światłowodowej. Różnica w zastosowaniu polega na tym , że w technice WDM detektory pracują przy innej charakterystyce szumu. Związane jest to z wykorzystaniem wzmacniaczy optycznych w sieci optycznej, wówczas szum jest większy dla jedynek niż dla zer. Próg decyzyjny w odbiorniku musi być wówczas odpowiednio dostrojony.

Multipleksery i demultipleksery Urządzenia te pozwalają połączyć wiele sygnałów o różnych długościach fal dochodzących odrębnymi wejściami w jeden sygnał (multipleksery), bądź rozdzielić sygnał wejściowy o wielu długościach fal pomiędzy wiele wyjść, tak aby na każdym wyjściu znalazł się tylko jeden sygnał określonej długości fali (demultipleksery). W zależności od zjawiska jakie jest wykorzystywane dla uzyskania (de)multipleksacji można wyróżnić:

(De)multipleksery zbudowane na siatce dyfrakcyjnej:

Multipleksery zbudowane z wykorzystaniem optycznych filtrów interferencyjnych:

Rutery falowodowe: Optyczny ruter falowodowy /ruter Dragone/

Optyczna krotnica transferowa OADM OADM (Optical Add-Drop Multiplexers) jest urządzeniem umożliwiającym wydzielenie ze zbiorczego sygnału optycznego jednej lub kilku długości fali optycznej, oraz wprowadzenie jednej lub kilku fali składowych do sygnału zbiorczego. Zasada dziłania krotnicy OADM

Zasada działania czterokanałowej krotnicy OADM

Rodzaje przełącznic optycznych

Przełącznice optycznych OXC Główną funkcją przełącznic optycznych OXC (Optical Cross Connect) jest dynamiczna rekonfiguracja sieci optycznej na poziomie ścieżek optycznych, dla odtworzenia zdolności transmisyjnych lub dostosowania do zmian w zapotrzebowaniu na pasmo transmisyjne. Ogólny schemat działania komutatora optycznego OXC

Matryca luster przełącznicy MEMS

Zasada działania przełącznika optycznego MEMS

Obecnie są już dostępne w wersji produkcyjnej (i nadal rozwijane) dwa konkurencyjne rozwiązania OXC o całkowicie odmiennej technologii bezpośredniego krosowania wiązek fotonów: przełączniki optyczne wykonane w mikroelektromechanicznej technologii MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) i ciekłokrystaliczne przełączniki optyczne. Schemat działania układu MEMS Struktura ciekłokrystalicznego przełącznika światła

Topologia sieci szkieletowych Przykłady różnych topologii

Realizacja szkieletowej sieci optycznej

Topologia sieci szkieletowych Rozwiązania współczesne

Topologia sieci szkieletowych Schemat warstw logicznych sieci

Topologia sieci szkieletowych Architektura warstwy optycznej

Przykłady sieci Sieć szkieletowa w Meksyku

Przykłady sieci Międzynarodowa sieć regionu Ameryki

Przykłady sieci KomNet Network w Berlinie

Przykłady Sieci Sieć Gemini

Nowe projekty i-21 paneuropejski Internet XXI wieku

Sieć GÉANT. Stan na listopad 2005

Światłowodowa sieć EXATEL

Mapa sieci DWDM Telekomunikacji Polskiej S.A

EXATEL na Dolnym Śląsku

Planowana topologia zaawansowanej infrastruktury sieciowej

SIEĆ PIONIER 2005

Konfiguracja testowego połączenia Poznań-Wrocław

Posumowanie Ogromne przepustowości jakie dają nam światłowody są źródłem intensywnego rozwoju systemów światłowodowych, które są coraz częściej wykorzystywane w sieciach telekomunikacyjnych. Pragnąc osiągnąć jak największe przepływności tych sieci, wykorzystuje się technikę WDM, która zapewnia stale rosnącą prędkość przesyłanych informacji. Planuje się, że w najbliższej przyszłości zostaną wdrożone już sieci całkowicie optyczne, które umożliwiać będą coraz większe przepustowości.