optikai szál

Műanyag száloptika

Gémkialakítású egy egységes mód szál és a multimódusú szál (balról jobbra)

FO patch kábelek összeállítva LC (fent) és a ST csatlakozó (lent)

Száloptikai kábel szerkezete

Szálas -optikai kábelek (LWL) vagy száloptikai kábelek (LLK) vannak kábelek és vezetékek továbbítására fény , hogy áll száloptika és a részben összeszerelt csatlakozókkal . A fényt kvarcüvegből vagy műanyagból készült szálak vezetik ( polimer optikai szálak ). Gyakran száloptikai kábeleknek nevezik őket , amelyekben általában több optikai hullámvezető van összekötve, amelyeket mechanikusan is megerősítenek az egyes szálak védelme és stabilizálása érdekében.

Fizikai szempontból az optikai hullámvezetők dielektromos hullámvezetők . Ők alkotják a koncentrikus rétegből; középen a fényvezető mag , amelyet kissé alacsonyabb törésmutatójú burkolat és további műanyag védőrétegek vesznek körül . Az alkalmazástól függően a mag átmérője néhány mikrométertől több mint milliméterig terjed . Megkülönböztetünk optikai hullámvezetőket a törésmutató lefolyása szerint a mag és a burkolat között ( lépésindex vagy gradiens indexszálak ), valamint a terjedni képes rezgési módok számát , amelyet a mag átmérője korlátoz.

A multimódusú szálak , amelyekben több ezer mód terjedhet, erős szerkezetű nyalábprofillal rendelkeznek (lásd a jobb oldali képet). A nagyon kicsi magátmérőjű egymódú szálakban csak az úgynevezett alapmód terjedhet, amelynek intenzitása megközelítőleg normálisan oszlik el a sugárirányban . Az előforduló módok száma befolyásolja a jelátvitelt, mivel mindegyik mód különböző hosszúságú fényutat vesz igénybe. Ezért a növekvő hosszúsággal a multimódusú szálak nagyobb jelhamisítást ( módszórást ) mutatnak, mint az egymódú szálak, amelyek ezért alkalmasabbak a nagy távolságra történő jelátvitelre .

Szálas -optikai kábelek elsősorban használt kommunikációs technika , mint átviteli közeg a vezetékes kommunikációs rendszerek a száloptikai hálózatok és, mert a nagyobb tartományok és átviteli sebesség, kicserélte az elektromos átvitel rézkábel sok területen. Az optikai szálakat sokféleképpen használják más területeken is, mint pl

• az átviteli energia , mint egy optikai kábel a rugalmas közlekedési lézersugarat az anyag feldolgozására és az orvostudományban
• Világítási és képalkotási célokra , beleértve a mikroszkópvilágítást , az optikai kábeleket és az endoszkópok képvezetékeit, valamint világítóberendezésekhez és épületekhez, valamint dekorációs célokra
• a méréstechnikában száloptikai érzékelők összetevőjeként , spektrométereken és más optikai mérőeszközökön .

sztori

John Tyndall már 1870 -ben megpróbálta vízsugárral irányítani a fényt. Az ezt követő években a tudósok és a technikusok világszerte foglalkoztak a fényjelek különböző médiákon keresztüli továbbításának lehetőségeivel. Az 1950-es évek közepén az optikai vezetékeket főként a belső szervek megvilágítására használták az orvosi technológiában ; az optikai vezető fényvesztesége még mindig túl nagy volt más alkalmazásokhoz. Ez volt csak a fejlesztés az első lézer által Theodore Maiman a 1960, hogy lehetséges, hogy a közlekedés fényt egy közepes koncentrált módon. Az információ célzott továbbítása száloptikán keresztül most a kísérleti fázisból a műszaki megvalósításba került.

Az első optoelektronikus száloptikai rendszert Manfred Börner találta fel 1965 -ben . Hosszú hatótávolságú optikai átviteli rendszert tervezett, amely lézerdiódákat , üvegszálakat és fotodiódákat kombinált. 1966 -ban szabadalmat kért az AEG - Telefunken cég rendszerére . Valamennyi optikai távolsági átviteli rendszer ma is működik a Manfred Börner által javasolt rendszerelv szerint. 1990 -ben Börnert Eduard Rhein -díjjal tüntették ki találmányáért .

1966 -ban Charles Kuen Kao és George Hockham felfedezték, hogy az üvegben lévő szennyeződések különösen veszteségekhez vezetnek az átvitel során. Kao -t 2009 -ben fizikai Nobel -díjjal tüntették ki a száloptika területén végzett úttörő munkájáért . 1970 -ben az amerikai Corning Inc. cég előállította és kifejlesztette az első száloptikai kábelt, amely nagy veszteségek nélkül képes jeleket továbbítani. Mostantól kezdve, a használata optikai kábelek továbbítására telefon jelek lassan, de folyamatosan támogatta, és már 1978-ban a Deutsche Bundespost csatlakozik a cserék Aßmannshauser Strasse és Uhlandstrasse a Berlin-Wilmersdorf fölött egy körülbelül 4 km hosszú összekötő útvonalon készült több üvegszál. A következő években a száloptikai kábeleket folyamatosan fejlesztették, és egyre nagyobb adatmennyiséget tudtak tovább továbbítani egyre nagyobb távolságokon, egyre nagyobb adatátviteli sebességgel. 1985 -ben például a British Telecom először 250 km -es távolságban továbbított jeleket közbenső erősítés nélkül.

1987-ben Heraeus kifejlesztett egy eljárást nagy tisztaságú, szintetikus kvarcüveg gázfázisból történő előállítására. Szintetikus kvarcüveg használatával a fémes szennyeződés és a nedvességnyomok a természetes kvarcüvegben több nagyságrenddel csökkenthetők. A Heraeus által gyártott kvarcüveg előformák az optikai kommunikációhoz szükséges üvegszálak körülbelül 95 százalékát teszik ki.

Kezdetben a száloptikai kábeleknek túl nagy volt a csillapításuk az elektromos koaxiális kábelekhez képest , ami kizárta, hogy hosszabb távokra használják őket. Ez megfordult az évek során. Ma száloptikai kábelek borítják bolygónkat, és a globális kommunikáció és információátvitel gerincét képezik. Az AT&T , a NEC és a Corning új világrekordot állított fel 2009 májusában. Általuk továbbított távolságon keresztül 580 km egyetlen üvegszál adatátviteli sebessége 114 gigabit másodpercenként minden csatornán, és így elért teljes adatátviteli sebessége 32 terabits másodpercenként 320 csatornán.

Építkezés

A szál tipikus felépítése:
1 - mag (engl. Core )
2 - héj ( burkolat ), n _K  >  n _M
3 - védőbevonat (engl. Bevonat és / vagy puffer ) és
4 - külső héj (engl. Dzseki ). Az egyes területek arányait lásd a táblázatban a szövegben.

A föld alatti száloptikai kábel felépítése

Az optikai hullámvezetőként ismert üvegszálak egy magból ( 1 - angol mag ) és egy környező burkolatból ( 2 - burkolat ) állnak, kissé alacsonyabb törésmutatóval ( n _mag  >  n _burkolat ). Az így kapott teljes visszaverődés a határrétegen a maghoz vezeti a sugárzást. A burkolat általában tiszta kvarcüvegből (SiO ₂ ) áll. A nagyobb törésmutató a magban úgy érjük el, adalékolás a germánium vagy foszfor , amely szintén eredményeket kis mennyiségű germánium-dioxid (GEO ₂ ), vagy foszfor-pentoxid (P ₂ O ₅ ) a amorf szilícium-dioxid szerkezetét a kvarcüveg . Lehetséges azonban az is, hogy a magot tiszta SiO ₂ -ból gyártják, és a burkolatot bórral vagy fluorral adják hozzá, ami a törésmutató csökkenéséhez vezet. (A tiszta SiO ₂ magok jobban alkalmasak a kék és az ultraibolya spektrális tartomány hullámhosszának átvitelére.)

A kabát védőbevonattal ( 3 - angol bevonat és / vagy puffer ) és külső védőburkolattal ( 4 - angol kabát ) is rendelkezik. A kabát bevonat védelmet nyújt a mechanikai sérülések ellen, és általában speciális műanyagból (például poliimid , akril vagy szilikon ) készült bevonatból áll , amely szintén védi a szálat a nedvességtől. A bevonat nélkül a szál felületén található mikrorepedések a mechanikai teherbírás jelentős csökkenéséhez vezetnének.

A patch kábelek (többnyire szimplex vagy duplex ) és a többmagos földalatti kábelek száloptikai kábelekként tervezhetők. A patch kábelek, az egyes üvegszálak védi egy műanyag vagy fém burkolat néhány milliméter vastag , és a föld alatti kábelek járulékosan, fémhuzallal kábelek mechanikai stabilizáló a belsejében, és esetleg Fémborítású a külső, hogy megvédje kívülről származó károsodások (például állatharapás) ellen.

A polimer optikai szálak (POF) magja általában polimetil -metakrilátból (PMMA) és ritkábban polikarbonátból (PC) áll. Ezen szálak burkolata enyhén adalékolt fluorral alacsonyabb törésmutató elérése érdekében. A bevonat eltekinthet a POF -tól, mivel a felhasznált anyag kevésbé érzékeny a mechanikai igénybevételre, mint a kvarcüveg. Vannak kvarcüveg maggal és fluorral adalékolt műanyagból készült hüvelyek is, amelyeket keményburkolatú szilícium-dioxid- szálaknak (HCS) vagy polimerrel bevont szilícium-dioxid-szálaknak (PCS) neveznek . A mechanikai és termikus tulajdonságok javítása érdekében bevonattal is elláthatók (néha etilén -tetrafluor -etilén - ETFE).

Hogyan működik és milyen típusú

A Maxwell -hullám -egyenlet lehetséges megoldása a lépésprofilú multimódusú szálban. Ez a${\ displaystyle LP_ {1,2} - {\ text {Mode}}}$

${\ displaystyle LP_ {2,2} - {\ text {Mode}}}$

Az optikai hullámvezetők dielektromos hullámvezetők , amelyek elektromágneses sugárzást továbbítanak az UV -ből (kb. 350 nm) az IR spektrális tartományba (kb. 2500 nm). A geometriától és a körülményektől függően csak bizonyos rezgési módok terjedhetnek bennük , amelyek eltérnek egymástól az elektromos és mágneses térerősség térbeli eloszlásában . A fémes hullámvezetőkben az üzemmódok keresztirányú elektromos (TE) és keresztirányú mágneses (TM), ami azt jelenti, hogy elektromos vagy mágneses térerősségük pusztán keresztirányban igazodik a terjedési irányhoz, a megfelelő hosszirányú mezőösszetevő eltűnik (TE módok = E _y , H _x , H _z [ E _z = 0] vagy TM mód = H _y , E _x , E _z [ H _z = 0]). A fémes hullámvezetőkkel ellentétben az optikai hullámvezetőkben a TE és a TM mód általában nem fordul elő egymástól, és a forgásszimmetrikus törésmutató görbe eredményeként vannak úgynevezett hibrid üzemmódok , amelyekben mindkét mezőkomponens mindig jelen van a terjedés irányába. Ezeket HE ( E _y , H _x , H _z ) vagy EH módoknak ( H _y , E _x , E _z ) nevezik a jelenlévő fő mezőkomponensek szerint .

LP _{l, m} módok optikai hullámvezetőkben
Az indexek jellemzik az intenzitáseloszlás szerkezetét: m nullák sugárirányban (függőleges képsor), 2 ·  l nullák a szögkoordináta 360 ° -os elforgatásával ( l csomópontpár; vízszintes sor képekről). A fekete a negatív térerősségű területek; a térerősség négyzetével arányos intenzitás (fényerő) ugyanolyan nagy ott, mint a fehér területeken. Csak az átmeneteknél megy az intenzitás nullára (a térerősség nulla pontja).

Az optikai hullámvezetők esetében a törésmutató különbsége a mag és a burkolat között általában nagyon kicsi (Δ ≈ 0,003); gyengén vezető hullámvezetőről beszélünk . Ebben a speciális esetben a keresztirányú mezőkomponensek megközelítőleg lineárisan polarizáltak, és a terjedési irányú mezőkomponensek elhanyagolhatók. Az így közelített módokat lineárisan polarizáltnak (LP) nevezzük . Az LP _{l, m} módok kijelölésekor az indexek jellemzik az intenzitáseloszlás szerkezetét: m nullák a sugárirányban, 2 ·  l nullák a szögkoordináta 360 ° -os elforgatásával ( l csomópárok). Az üzemmódok a hibrid módokból származnak, és részben lineáris kombinációi az egyes HE / EH módoknak. (A hibrid üzemmódokban az indexek X és Y irányú szerkezetet jelölnek, például az LP ₀₁ mód a HE ₁₁ módból származik).

Egy optikai hullámvezetőben a magátmérőtől és a törésmutató különbségétől függően vagy csak az alapmód vagy több magasabb mód terjedhet. A besorolás készült egymódusú szálak ( SMF), amelyben csak a LP ₀₁ alapvető mód tudnak terjedni az egyes hullámhossz-tartományok , és multimódusú szálak ( multimódusú szál , MMF), amelyek általában több mint egy száz több ezer módok.

Ami a szálszerkezetet illeti, további megkülönböztetések történnek a kétféle szálon belül:

• A multimódusú szálak esetében megkülönböztetünk lépésindex szálakat és gradiens indexszálakat , a törésmutató sugárirányban kifelé változik a mag és a burkolatüveg között lépés formájában, és ez utóbbi folyamatosan változik a formában egy parabola .
• Az egymódú szálak jellemzően csak lépésindex szálak formájában állnak rendelkezésre, de bizonyos tulajdonságok célzottan manipulálhatók speciális struktúrák vagy doppingprofilok bevezetésével. Például polarizációt fenntartó , diszperziót kompenzáló vagy hajlításra érzéketlen egymódú szálakban.

Multimódusú szál

A mag, a burkolat és a bevonat átmérőjének arányai a leggyakoribb 50 µm -es multimódusú szál típusnál (bal, felső), valamint más nagyobb szálfajtáknál ( pontos átmérő: lásd a táblázatot ).

Fényvezetés a teljes visszaverődésen keresztül egy multimódusú lépésindexű üvegszálban: A befogadó kúpon kívül eső sugarak nem vezetnek a szálba, és elvesznek.

A multimódusú szálak magátmérője 50 µm és 1500 µm között van. A távközlési szektorban a leggyakrabban használt multimódusú üvegszálak az 50 µm és a 62,5 µm osztályozott indexszálak ( lásd: Szálkategóriák és alkalmazási területek ). Ezeknek a szálaknak a magját 125 µm -es burkolat és 250 µm külső átmérőjű bevonat veszi körül (tipikus értékek közel 100 µm -es magátmérők esetén). A nagyobb magátmérőket 15-30 µm köpeny és 50 µm vastagságú bevonat biztosítja ( lásd: táblázat ).

Step index szál

A multimódusú szálak esetében a fény irányítása optikailag leírható a mag és a burkolat közötti határrétegben fellépő teljes visszaverődéssel . A lépésindexű szál egyszerű esetére a Snell-féle töréstörvényből kitűnik, hogy a mag (eng. Core , ) és a köpeny (eng. Cladding , ) esetében a törésmutató különböző törésmutatókkal rendelkezik ( a határra merőleges maximális szög) réteg, lásd az alábbi képet) a teljes visszaverődéshez : ${\ displaystyle n_ {1}}$${\ displaystyle n_ {2}}$${\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {c}} \!}$

${\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {c}} = \ arcsin \ left ({\ frac {n_ {2}} {n_ {1}}} \ right)}$

Ez viszont azt eredményezi, maximális szögtartomány az optikai tengelye a szál (a törésmutató a környező közeg, általában levegő ): ${\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {max}} \!}$${\ displaystyle n_ {0}}$${\ displaystyle n_ {0} = 1}$

${\ displaystyle \ theta _ {\ mathrm {max}} = \ arcsin \ left ({\ frac {1} {n_ {0}}} {\ sqrt {n_ {1} ^ {2} -n_ {2} ^ {2}}} \ ugye)}$

A terméket a törésmutató a környező közeg és a érv az inverz szinusz (arcsin) nevezik numerikus apertúra említett a szál, és az eredményeket a a: ${\ displaystyle n_ {0}}$ ${\ displaystyle N \! A}$${\ displaystyle n_ {0} = 1}$

${\ displaystyle N \! A = \ sin \ theta _ {\ mathrm {max}} = {\ sqrt {n_ {1} ^ {2} -n_ {2} ^ {2}}}}$

A numerikus rekesz a mag és a burkolat törésmutatójának különbségétől függ, és 0,2-0,3 körül van a multimódusú szálaknál és 0,1 körül az egymódú szálaknál. A maximális elfogadási szög, amellyel a kapcsolt fény még mindig a szálban vezethető, elfogadó kúpot eredményez , amely a fényút visszafordíthatósága miatt szintén megfelel a kilépő kúpnak .

Egy és ugyanazon multimódusú szál (50 µm gradiens index) sugárprofiljának függése a fénycsatlakozástól és a szálhajlítástól ( módkeverés ).

A multimódusú szálak mérete miatt (a magátmérő jóval nagyobb, mint a hullámhossz), mint fentebb említettük, több mód is terjedhet. A jellemzően több mint száz -több ezer üzemmód zavaró fényutak sokaságának tekinthető, és erősen strukturált sugárprofilt hoz létre a szálkimeneten ( lásd a képet ). Ez viszont erősen függ a fénycsatolás típusától (a szál megvilágítása az alkalmazott fényforrástól függően, lásd még: Túltöltött vagy csökkentett üzemmódú indítás ) és a szál hajlításától ( üzemmódos keverés ). A fényutak eltérő hossza miatt vannak olyan futási időbeli különbségek, amelyeket nem lehet figyelmen kívül hagyni az üzenetek nagy távolságra történő továbbításakor, és amelyek negatívan befolyásolják a jelminőséget és a sávszélességet ( módszórás ).

Osztályozott indexszál

A lépésindex szálak átmeneti időbeli különbségeinek csökkentése érdekében úgynevezett gradiens indexszálakat (szintén gradiensszálakat) használnak, amelyekben a törésmutató a szálmagtól kifelé fokozatosan csökken, azaz gradienssel rendelkezik . Míg a lépésindex szálnál az egyszerű geometriai-optikai kép módjai (csoportos) áthaladási időbeli különbségei nagyjából megfelelnek a geometriai útbeli különbségeknek (a hosszú út hosszú repülési időt eredményez), addig a gradiens indexszállal való kapcsolatok lényegesen összetettebbek. Itt az utazási egységre jutó tranzitidő rövidebb a külső területeken az alacsonyabb törésmutató miatt. Parabolikusan csökkenő törésmutatóval ( kitevő = 2) például a meridiális sugarak, vagyis a szál tengelyén áthaladó sugarak nagyjából egy szinuszos úton haladnak . Ezek a sugarak hosszabb utat tesznek meg, mint a szálak tengelye mentén a sugarak, de a kifelé csökkenő törésmutató miatt időben utolérik a külső területen. Megfelelő profilképzéssel minden sugár vagy minden terjedési mód összehangolása akár három nagyságrenddel is jobb lehet, mint a lépésindexszállal.

Annak érdekében, hogy az ilyen osztályozott indexszálakat optimális törésmutató -profillal megfelelően méretezhessük, figyelembe kell venni, hogy a törésmutató nemcsak a helytől, hanem a hullámhossztól is függ. Mivel a profil sugárirányban anyagdoping segítségével valósul meg, az anyag megváltozik, és ezáltal az anyag diszperziója is . A törésmutató tehát komplex módon függ a hely és a hullámhossz változóitól. Minél nagyobb egy gradiens indexszál sávszélessége, annál jobb a gerendák vagy módok átviteli idejét össze kell hangolni egymással. A hullámterjedés és az átmeneti időbeli különbségek számítása a gradiens indexszálakban nagyon bonyolult, és a WKB módszerrel elvégezhető . Az optimális kitevő ilyenkor csak kettő közelében van, és a gradiensprofil beállításához használt doppinganyagtól függően általában van olyan kitevő, amely jelentősen eltér a kettőtől. A repülési időbeli különbségek legfeljebb három nagyságrendű kiigazítása a lépésindex szálhoz képest csak az optimális kitevő nagy pontosságú megvalósításával érhető el. Az anyagdiszperzió hatása miatt (a törésmutató hullámhosszfüggése) azt is meg kell jegyezni, hogy az optimális profil, és így a szál maximális sávszélessége is függ az alkalmazott fényforrás működési hullámhosszától.

Egymódú szál

Ha a magátmérő csak néhány többszöröse a fény hullámhosszának, a magasabb keresztirányú módok nem támogatottak. A fény azonban átvihető az LP ₀₁ alapmódban. Szálak, amelyek célja ezen művelet egymódusú , egymódusú (Engl. Single-mode fiber , SMF) vagy single-mode fiber nevezett. Az egymódú szálak módstruktúráját, vagyis az elektromos és mágneses tér keresztirányú függőségét csak Maxwell-egyenletek és a kapott hullámegyenlet alkalmazásával lehet meghatározni . Ezzel a hullámoptikai megközelítéssel a kapott megoldás a normalizált frekvencia vagy V-szám paraméter , amelyet lépésindex szál esetén a numerikus rekeszből (vagy a mag és a burkolat törésmutatóiból) és a a szál magátmérője , valamint a használt hullámhossz -eredmények : ${\ displaystyle N \! A}$${\ displaystyle d _ {\ text {K}}}$${\ displaystyle \ lambda _ {0}}$

Beam profilját LP ₀₁ mód egymódusú szál, balra és lefelé sugárzó profilokat a piros vonalak

Az üzemmód mező átmérője a magátmérőre normalizálva a normalizált frekvencia függvényében. V. Közelítés az LP ₀₁ alapmód terjedéséhez lépésindex szálban (lásd a szöveget).

${\ displaystyle V = {\ frac {d _ {\ text {K}} \ pi} {\ lambda _ {0}}} {\ sqrt {n _ {\ text {K}} ^ {2} -n_ { M} ^ {2}}} = {\ frac {d _ {\ text {K}} \ pi} {\ lambda _ {0}}} \, N \! A}$

 A megfelelő szál csak egy módú , V <2,405 értékek esetén, és csak az LP ₀₁ alapmód terjedhet. Nagyobb értékek esetén nagyobb keresztirányú módok fordulnak elő, és minden szálhoz megadható az úgynevezett levágási hullámhossz , amelyig még mindig érvényes az egymódú működés ( ): ${\ displaystyle \ lambda> \ lambda _ {\ mathrm {cutoff}}}$

${\ displaystyle \ lambda _ {\ text {cutoff}} = {\ frac {d _ {\ text {K}} \ pi \, N \! A} {2 {,} 405}}}$

Az egymódú szálak belső átmérője általában 3-9 µm, a burkolat külső átmérője (törésmutatója körülbelül 0,003-mal alacsonyabb) itt is 125 µm. A teljesítmény átvitele elsősorban a szál magjában történik. Az LP ₀₁ alapmód hozzávetőleg Gauss -intenzitás -eloszlása kiterjed a burkolatra, és így a belső területen exponenciálisan gyorsan lebomló elpárolgó mező található . Ezért az üzemmód mező átmérője (pl. Az egymódú szál módú mező átmérőjű MFD-hez használatos) van feltüntetve, és a divat amplitúdója a sugárirányban 1 / e-ig, vagy a szál kimeneténél az intenzitás ( besugárzás ) a közeli mezőben 1 / e ² ejtett is. Az alapmód térbeli eloszlásának közelítésével Gauss -eloszlással a következő összefüggést kapjuk a mag és a módmező átmérője között (lásd a jobb oldali ábrát), más néven Markuse képletét, egy lépésindex szálhoz:

${\ displaystyle {\ frac {M \! F \! D} {d _ {\ text {K}}}} = 0 {,} 65 + 1 {,} 619 \, V ^ {- 3/2} + 2 {,} 879 \, V ^ {- 6}}$

Az egyenlet grafikus ábrázolása azt mutatja, hogy az egy módú tartományban V  <2,405 esetén az üzemmód mező átmérője mindig nagyobb, mint a magátmérő. Továbbá az üzemmód mező átmérője hosszabb hullámhosszak esetén nő, mivel a normalizált V frekvencia nagyobb hullámhosszakkal csökken (lásd a fenti V egyenletet ). Ennek eredményeképpen az egymódú szálak csak körülbelül 200–300 nm tartományban használhatók a levágási hullámhossz felett , mivel a terjedési képességű alapmód egyre rosszabbul van irányítva nagyobb hullámhosszakon és hajlítási veszteségeken a Köpönyegnyújtó intenzitáseloszlás növekedésének megnövekedett aránya miatt. ${\ displaystyle \ lambda}$

Például a Corning SMF-28e egymódú szál magátmérője 8,2 µm, míg az MFD 910 µm 1310 nm-en vagy 10,4 µm 1550 nm-en. A szál mérhető, számítható vagy nagyjából mérhető a közeli mezőben. Azonban a távoli mező mérése a későbbi fordított transzformációval a Hankel -transzformáció segítségével pontosabb . A Corning , például a változó Rekesz módszer a Távol Field (VAMFF) szerinti TIA / EIA szabvány FOTP-191 használjuk, mint a referencia módszerrel .

Az egymódú és a többmódú szálak összehasonlítása

A következő táblázat bemutatja a mag, a burok és a bevonat arányát néhány általános és többmódú szál esetében. Az egymódú szálak esetében a mód átmérőjét általában a magátmérő helyett adják meg. Ezenkívül az egymódú szálakra vonatkozóan megadják a megfelelő levágási hullámhosszakat, amelyek alatt magasabb módok is léteznek. Általában az egymódú szálak alkalmasak a levágási hullámhossz felett 200-300 nm hullámhosszra. A hullámhosszak növekedésével növekszik a szálburkolatban szállított teljesítmény aránya ( MFD  ~ λ), és a megfelelő szál érzékenyebbé válik a hajlításra, és csökken a csatolási hatékonyság. (A dőlt betűs szálak nem tiszta üvegszálak, lásd POF és PCS .)

Az átvitel határai

Mind az átviteli út hosszát, mind az átviteli sebességet korlátozzák a száloptikai kábel tulajdonságai. A maximális átviteli távolság akkor érhető el digitális jelekkel, ha a vevő már nem tudja megbízhatóan felismerni a jel széleit. Ez akkor fordul elő, ha a jel túl gyenge, vagy ha a hullámforma túl torz. Minél kisebb a kilométerenkénti veszteség, annál tovább lehet továbbítani egy jelet, mielőtt túl gyenge lesz. A diszperzió befolyásolja, hogy a hullámvonatok mennyire deformálódnak az átvitel során. A jel spektruma szélesebb, annál nagyobb az órajel. Ezért egy adott diszperzió esetén a deformációk a ciklusszámmal együtt növekednek.

Veszteségek az alapvető anyagtulajdonságok miatt

Fénycsillapítás szennyeződések (víz) és alapvető anyagtulajdonságok miatt: A széleken az abszorpciós sávok lábai az UV -ben (a Rayleigh -szórás miatti veszteségek miatt) és az IR láthatók. Ezenkívül ezeket egymásra helyezik az úgynevezett vízcsúcsok 950, 1240 és 1380 nm-en.

Az üvegszálak fényáteresztése során fellépő belső veszteségek az alapvető anyagtulajdonságoknak és az alkalmazott üveg nemkívánatos szennyeződésének köszönhetők .

Anyagspecifikus abszorpciós sávok vannak az ultraibolya és az infravörös spektrális tartományban. A lábak mindegyike az optikai adatátvitel közbenső területére terjed ki (közel infravörös, NIR), és elméleti csillapítási minimumot eredményez 1500 nm körül, ha figyelmen kívül hagyja az alább ismertetett további veszteségmechanizmusokat.

• Az UV -abszorpció az üveg összetett sávos szerkezetének elektronikus átmenetén alapul , amelyet a szabálytalan szilícium -dioxid -szerkezet (SiO ₂ ) változó kötéshosszai és kötési szögei adnak meg . A sávváltásokat a fononok és az excitonok gerjesztése, valamint azok lehetséges kölcsönhatása okozza . Az amorf anyagok, például az üveg UV-abszorpciója tipikus exponenciális bomlást mutat növekvő hullámhosszal, amelyet Urbach-streamernek (engl. Urbach faroknak ) neveznek.
• Az infravörös spektrumban az anyagrezonanciák abszorpciós sávokhoz vezetnek, amelyek elsősorban a Si-O, Ge-O és PO kötések molekuláris rezgéseinek köszönhetők .

Az UV -abszorpciót a Rayleigh -szórás is egymásra helyezi, amelyet az üveg statisztikai amorf szerkezete okoz, és 1 / λ ⁴ -gyel csökken a hosszabb hullámhosszok felé. A közeli infravörös spektrum tartományban uralkodik kb. 1500 nm -ig, és döntő mértékben hozzájárul az általános csillapításhoz, mint az UV -abszorpció mellékhatásai. A Brillouin és Raman szóródást , amely üvegszálakban is előfordul, a legtöbb alkalmazásban általában elhanyagoljuk, mivel a csillapításhoz való hozzájárulásuk nagyon kicsi. A nem-lineáris hatások lehetséges hatásai ezekben a szórási folyamatokban csak akkor fordulnak elő, ha nagy optikai teljesítményt használnak ( stimulált Brillouin vagy Raman szórás).

Egyéb okok a szálanyag szennyeződése, főleg a gyártási folyamat során elnyelt víz, vagy a nyersanyag. Magasabb harmonikusok a molekuláris rezgések a OH kötések (Fundamentals körül 2800 nm) generál további abszorpciós maximumokat 950 nm-nél, 1240 nm és 1380 nm, víz sávok amelyek szintén nevezik víz csúcsok . Az energiaveszteséghez való egyéni hozzájárulás hullámhosszfüggő teljes veszteséget eredményez, amint azt a jobb oldali ábra mutatja. Az egyszerű szálakat ezért a minimum körüli spektrális tartományban működtetik 850 nm, 1310 nm ( O-sáv ) vagy 1550 nm ( C-sáv ) körül.

A standard egymódú szál (SSMF) továbbfejlesztése az úgynevezett alacsony vízcsúcsú szálak (ITU-T G.652.C és G.652.D) és a nulla víz csúcsszálak . Az SSMF -fel ellentétben ezek a szálak (majdnem) vízmentesek a jobb gyártási folyamatok és nyersanyagok révén, ami azt jelenti, hogy az 1260 nm és 1625 nm közötti hullámhossztartományban a csillapítás jelentősen csökkenthető. Ezekkel a szálakkal megnyitják az úgynevezett E-sávot ( kiterjesztett sávot ) az adatátvitelhez. Ezt a területet főként CWDM technológiával fejlesztették ki ( durva hullámhosszú osztásos multiplex , dt. „Durva hullámhosszosztásos multiplexelés ”), amely lehetővé teszi a nagyon olcsó, hűtés nélküli lézerek használatát az átvitelhez a nagy csatornatávolság miatt.

Hajlítási veszteségek

A száloptikai kábelek hajlításából eredő veszteségek: A hullámfront a hajlítási ponton kívül marad. A Poynting -vektor radiális komponense az energia meneküléséhez vezet.

Az üvegszálak néhány centiméteres hajlítási sugarával veszteségek keletkeznek a magból a burkolatba történő sugárzás miatt. A több üzemmódú szálak esetében ez optikailag sugárzható azzal a ténnyel, hogy a hajlított pont teljes visszaverődésének kritikus szöge alul van, és így szivárog a fény egy része az optikai szál magjából. Az egymódú szálak esetében a hullámoptikai megközelítés érvényes , amely szerint a szállított teljesítmény egy része mindig a burkolatra terjed ki. Az üzemmód mező átmérője mindig nagyobb, mint a magátmérő, és a hullámhosszal együtt növekszik. A hajlítási pont külső területén, a magtól való távolság növekedésével, az út meghosszabbodik, ami miatt a fázisfrontok megmaradnak, mivel a burkolatban a maximális terjedési sebesség nem léphető túl. A hullámfront már nem lapos , ami a Poynting -vektor radiális komponensét eredményezi , ami energiát bocsát ki. A leírt hatások a csillapítás növekedése formájában válnak észrevehetővé , ami az energiaköltségvetéstől, az útvonal hosszától és a hajlítástól függően az átvitel teljes meghibásodásához vezethet.

Különösen az otthoni szálak területére (FTTH) és a lakóépületek rossz telepítési körülményeire vonatkozóan az üvegszálgyártók nemrégiben új üvegszálakat fejlesztettek ki, csökkentett hajlítási veszteséggel . Ezeknek az alacsony hajlítási veszteségű egymódú és multimódusú szálaknak az a célja, hogy megfelelő intézkedésekkel csökkentsék a burkolat törésmutatóját, vagy módosítsák oly módon, hogy csökkenjen az üzemmód mező átmérője, és ezáltal kevesebb áram kerüljön a burkolat. A javasolt módszerek a gyűrű alakú, fluoriddal adalékolt réteg bevezetése a burkolatba, amelyben a törésmutató árok-asszisztens a mag körül, valamint a gyűrű alakú nano- vagy mikrostruktúra ( fotonikus kristályszerkezet ) bevezetése az üregekből. burkolatban ( fotonikus-kristályszál , röviden PCF ), ami szintén a hatékony törésmutató csökkenéséhez vezet (lásd hullámvezető diszperzió ) a megfelelő területeken.

Az ilyen szálak, amelyek kevésbé érzékenyek a hajlításra, szinte veszteségmentes átvitelt tesznek lehetővé 10 mm -nél kisebb hajlítási sugárral is. Az egyetlen módú területen az ITU-T G.657, A és B kategória szerint vannak megadva, az A kategória pedig megfelel az ITU-T G.652 szabvány szerinti, egymódú szálakra vonatkozó követelményeknek.

Behelyezési és csatolási veszteségek

Amikor csatlakoztatjuk a fényt a szál, valamint akkor, amikor összekötő szálak segítségével dugó és splice csatlakozások , inszerciós vagy tengelykapcsoló veszteségeket is előfordulhat miatt több tényező:

• A csatlakoztatandó szálak mag excentricitása és különböző módú mezőátmérői
• hosszirányú és keresztirányú eltérést, valamint a szálvégek szögbeli eltérését
• Felületi visszaverődések a szálvégeken
• Hibás adaptációja a numerikus apertúra és fókusz mérete közötti kapcsolási optika és a rost.

Száloptikai kábelek csatlakoztatásakor fontos, hogy a szálmag helyzete középen legyen (mag excentricitása), és hogy a szálak mérete és kereksége pontosan megmaradjon és kompatibilis legyen egymással. A szálmag excentricitása (a szálmag közepe és a szálburkolat középpontja között eltolva) kevesebb, mint 0,5 µm a mai egymódú szálaknál. További keresztirányú eltolódások keletkezhetnek a csatlakozók összeszerelése során fellépő tűrésekből , amikor a szálat például  µm (egymódú szálak)  vagy µm (többmódú szálak) furatú gyűrűbe ragasztják , valamint a vezetőhüvelyek tűrései 1 és 2 µm közötti tartományban. Mivel az egymódú szálakban a jelet néhány mikrométer vastagságú magon keresztül szállítják, az esetleges eltérések részleges átfedéshez és ezáltal a teljesítmény romlásához vezetnek. ${\ displaystyle \ texttyle 126 _ {- 0} ^ {+ 1}}$${\ displaystyle 127 _ {- 0} ^ {+ 2}}$

A multimódusú szálak nagyobb magátmérője nagyobb tűréseket tesz lehetővé két szál közötti átmenetnél. Az olyan alkalmazásoknak, mint a 10 gigabites Ethernet és különösen a 40 és 100 gigabites Ethernet, azonban csak kis tartalékaik vannak a csillapításra és veszteségekre, ezért a túlzott tűrések és eltérések itt is gyorsan elérhetik határaikat.

Diszperzió

Különböző diszperziós hatások hozzájárulnak az átvitel során a fényre modulált jelforma deformációjához vagy impulzusszélesedéséhez és egymásra helyezéséhez.Ennek oka a különböző jelkomponensek eltérő terjedési sebessége. Az információ továbbítására használt fény bizonyos spektrális szélessége legalább akkora, mint a modulált hasznos jel sávszélessége . Ha most különböző hullámhosszok érik el a vevőt különböző késésekkel, akkor például egy téglalap jel alakja összeolvad. Ez azt jelenti, hogy az egyes jeleket a vevő oldalon már nem lehet megkülönböztetni egymástól. Minél hosszabb a szál nyújtása és minél nagyobb a szórása az alkalmazott hullámhosszakon, annál nagyobb a deformáció.

Divatszórás

A lépcsős profilú száloptikai kábelen, más néven lépésindexű multimódusú szálon, az egyes módok különböző módon terjednek. Ez minden sugár esetében eltérő átmeneti időt eredményezés a törésmutató sugárirányától függ. A parabolikus kifelé csökkenő törésmutató ideális esetben a mód diszperziót nullára csökkenti. Ez a fajta diszperzió nem szükséges az egymódú szálaknál, más néven egymódú szálaknál.

Kromatikus diszperzió

Ez a hullámhossztól függ, és anyagdiszperzióra és hullámvezető diszperzióra oszlik. A kromatikus diszperzió gyakorlati mértékegysége a kilométerenkénti pikoszekundum, szálhossz és nanométeres hullámhossz -különbség a digitális jelek továbbítására. ${\ displaystyle \ lambda}$${\ texttyle (\ mathrm {\ frac {ps} {km \ cdot nm}})}}$

Anyag diszperzió

Az üzemmód terjedési sebessége az üvegszálban a fény frekvenciájától függ. Az egyes üzemmódok eltérő fénytörése olyan képalkotási hibához vezet a vevő oldalon, amely összehasonlítható a kromatikus hibával, mint az üveglencséknél ( kromatikus aberráció ). Az üveg típusától függően a törésmutató hullámhossz -függősége bizonyos hullámhosszak esetén változik. B. 1300 nm -es optikai ablakok keletkeznek. Ezeknek az optikai ablakoknak az anyagszórása közel nulla az üveghez. Ezt fordulópontnak is nevezik, amikor a törésmutató a hullámhossz függvénye.

Hullámvezető diszperzió

A teljes visszaverődés ideális elképzelés a visszaverődésről a mag és a burkolat határfelületén. Az egyes üzemmódok valójában áthatolnak a száloptikai kábel köpenyén. A szálmag közötti hatékonyabb törésmutató és a szálburkolat alacsonyabb törésmutatója a burkolat divatterjedésének nagyobb arányát eredményezi. Így egy mód terjedési sebessége a burkolatban terjedési sebesség és a magban terjedési sebesség között van. Az, hogy milyen mélyen hatol be a divat a kabátba, a divat hullámhosszától függ. Ez hullámhosszfüggő terjedési sebességet eredményez a különböző burkolóanyagoknál. Ez a kromatikus diszperzió másik formája.Ezért van összefüggés a törésmutató kisebb különbsége és az alacsonyabb hullámvezető diszperzió között, de a numerikus rekesz is csökken.

Polarizációs mód diszperzió (PMD)

A polarizációs mód diszperziója a fény különböző terjedési sebességéből adódik. Ezt differenciális csoportsebességnek vagy differenciálcsoport késleltetésnek is nevezik. A futási idő maximális különbségét a következő írja le. a PMD együtthatót jelöli.${\ texttyle {\ displaystyle \ Delta \ tau = D _ {\ rm {PMD}} {\ sqrt {L}}}}$${\ D szöveges stílus _ {\ rm {PMD}}}$

Általános gyakorlati háttér

Napjainkban a nem zéró diszperziós szálakat (ITU-T G.655.C) használják egyetlen módú szálakként a nagy kiterjedésű hálózatokhoz . Nagyon alacsony csillapítást és alacsony szórást egyesítenek a C-sávban ( hagyományos sáv ), ami a szabványos egymódú szálakkal (SSMF) ellentétben lehetővé teszi az átvitelt hosszabb távolságokon, külső diszperziós kompenzáció nélkül.

Az üveg törésmutatója nemcsak a frekvenciától, hanem a rajta áthaladó fény amplitúdójától is függ. Bizonyos szolitonnak nevezett jelformák esetében annak hatása megszünteti a frekvenciafüggő diszperzió okozta deformációkat. Több mint három évtizede rámutattak arra, hogy ez elvileg lehetővé teszi szálas összeköttetés működtetését több ezer kilométeren átismétlő nélkül . A jel erősítésére azonban szükség van. A gyakorlati akadályok azonban eddig megakadályozták a szálkommunikáció széles körű alkalmazását.

Üvegszál gyártása

Az üvegszálak előállítása két lépésben történik. Először is, egy úgynevezett fog formázószerszám által kémiai gőzfázisú ( angolul kémiai gőzfázisú , CVD) generált, ez körülbelül egy üvegbottal jellemzően 1 m hosszúságú, és 10 és 50 mm átmérőjű. Az előforma már rendelkezik a jövőbeli szál törésmutató -profiljával, amelyet később olvasztással vonnak le ebből.

Az előgyártmány gyártása

Az üvegszálak lehető legalacsonyabb csillapításának elérése érdekében különösen nagy kémiai tisztaságra van szükség az előállított kvarcüvegnél . Ennek eléréséhez különféle CVD eljárásokat alkalmaznak, amelyek során nagy tisztaságú szilícium-dioxidot (SiO ₂ ) raknak le az előkészítőre a gázfázisból . Az alkalmazott eljárások elsősorban abban különböznek, hogy a lerakási folyamat az előgyártmányon belül vagy kívül történik . Valamennyi folyamat során a tetraklór -szilán (SiCl ₄ ) és az oxigén (O ₂ ) kémiai reakcióját szilícium -dioxid és klór (Cl ₂ ) képzésére használják az üveg előállításához :

${\ displaystyle \ mathrm {SiCl_ {4} + O_ {2} \ longrightarrow SiO_ {2} +2 \; Cl_ {2}}}$.

A specifikusan bevezetett adalékanyaggal végzett kémiai reakciókra (a kívánt törésmutatóprofil elérése érdekében lásd a szerkezetet ) ugyanez vonatkozik a valenciától ( germánium ) vagy kis módosításokon, pl. B. Bór (B) vagy foszfor (P):

${\ displaystyle \ mathrm {4 \; POCl_ {3} +3 \; O_ {2} \ longrightarrow 2 \; P_ {2} O_ {5} +6 \; Cl_ {2}}}$.

Külső gőzlerakás (OVD)

OVD eljárás

Az OVD eljárás ( külső gőzlerakás ) a legrégebbi gyártási módszer. A Corning fejlesztette ki, és ma is használják. Ebben az eljárásban az üveget egy alumínium -oxidból vagy grafitból készült tömör, kerek rúd külső felületére visszük fel úgy, hogy a gázhalmazállapotú halogenideket és reakciógázokat szabályozott módon az égő lángjába fújjuk , majd a keletkező üvegrészecskéket az üvegrúdra helyezzük . Egyenletes réteget érünk el, ha a rudat ennek megfelelően forgatjuk és hajtjuk. Több ezer réteg alkalmazható így a kívánt törésmutató -görbe eléréséhez. Egy ezt követő szinterezési eljárás összenyomja a még porózus szerkezetet, és eltávolítja a maradék gázokat és vízmaradványokat. A belső kerek rudat ezután eltávolítják, és a létrehozott üreges rudat tovább hevítve előformává zsugorítják (összecsukják). Az összeomlás során jellemzően csökken a törésmutató a későbbi szálmag közepén, mivel a belső terek felmelegedése a germánium (Ge) adalékanyag kiáramlását eredményezi, germánium (II) -oxid formájában ( GeO).

Gőz (fázis) axiális lerakódás (VAD)

VAD eljárás

A VAD eljárás ( gőzfázisú axiális lerakódás ) során az üveget egy szilárd forgó rúd felületére rakják le, és a törésmutató -profilt a gázégők vagy fúvókák változó geometriai elrendezésével érik el. Itt is a még porózus szerkezetet később összenyomják szinterezéssel, de a kerek rúdnak már nem kell összeomlania, és elkerülhető a mag sugárirányú törésmutatója az OVD során. Ezzel a módszerrel végtelen előformát lehet előállítani, úgymond , ami lehetővé teszi különösen hosszú szálak előállítását.

Módosított kémiai gőzlerakás (MCVD)

MCVD eljárás

Az első két eljárással ellentétben az MCVD eljárással ( módosított kémiai gőzlerakás ) a lerakódási folyamat egy üvegcsőben zajlik, amely később a köpeny külső területévé válik. A gázhalmazállapotú halogenideket szabályozott módon fújják az üvegcsőbe, megfelelő reakciógáz (oxigén) és inert szállítógázok ( argon vagy hélium ) keverékével . A csövet kívülről gázégővel melegítik, és az üvegrészecskéket a forró zónákban rakják le. A cső vagy az égő elforgatásával vagy több égő láng megfelelő elhelyezésével az elválasztás forgásszimmetrikus módon történik. Az égőket a cső mentén vezetve egységes rétegek jönnek létre a belső oldalon. Mivel az üvegcső fala az égő lángjai és a reakciózónák között helyezkedik el, ez az eljárás elkerüli a maradék gázok és a vízgőz bejutását. Itt is szinterezési folyamat következik az összeomlás előtt. Az OVD folyamathoz hasonlóan itt is csökken a törésmutató, mivel a maghoz jellemzően használt germánium (Ge) germánium (II) -oxid (GeO) formájában távozik a belső összeomlás során, ami később a rostmagformák középpontjává válik.

Plazma kémiai gőzlerakódás (PCVD)

Ha a PCVD módszer (pl. Plazma (-segített) kémiai gőzlerakás , dt., Plazmával fokozott kémiai gőzlerakás ') az MCVD módosítása, ahol a gázégőt mikrohullámú generátorokkal cserélik ki (2,5-3 GHz), generál egy plazma a cső belsejében. Ez közvetlenül egy kvarcüveg magrúdon történik, amelyet általában nem adalékolnak. A cső további elektromos felmelegítése körülbelül 1000 ° C -ra megakadályozza a mechanikai igénybevételt az alkalmazott rétegek és a hordozóüveg között. Ezzel az eljárással az üveg azonnal lerakódik kis pórusokkal, és a szinterelési lépés elhagyható. További előny a viszonylag nagy sebesség és az elérhető rétegvastagság 1 µm -nél kisebb, ami lehetővé teszi nagyon pontos törésmutató görbék megvalósítását.

Hasonló folyamatok, amelyek szinonim PCVD folyamatok, a PECVD folyamat ( a plazma által fokozott CVD ), az PICVD folyamat ( plazma impulzust CVD ) és a SPCVD folyamat ( felületi plazma CVD ). Amelyek különböznek nagyrészt csak a módon a plazma keletkezik és a cső belsejében alkalmazott nyomás.

A szál húzása

Szálas rajztorony építése

A szálhúzó tornyokban a nyersdarab egy részét 2000 ° C körüli hőmérsékletre melegítik. Ezen a hőmérsékleten az üveg olyan puha lesz, hogy szálká lehet húzni. Az ezzel összefüggő 200: 1 körüli átmérőcsökkenés 1: 40 000 körüli hosszváltozáshoz vezet, így 40 km szál keletkezik a nyersdarab méterenként. A törésmutató profil megmarad a rajzolás során.

A szál kihúzása közben a szálátmérőt folyamatosan ellenőrzik, és a szál előrehaladását ennek megfelelően szabályozzák. A csupasz üvegszálat kihúzása után azonnal műanyagból, például poliimidből , akrilból vagy szilikonból készült bevonattal látják el . Ebből a célból a szálat egy extruderen vezetik át , majd a műanyagot UV -sugárzással megkeményítik. A hevítéssel történő gyógyítás is lehetséges, de lassabban. A szálhúzási sebesség néhány száz és kétezer méter között mozog percenként, és a kötési idővel együtt jelentősen meghatározza a szálhúzó torony magasságát. A szakítószilárdság vizsgálatát a kész szál feltekerése előtt kell elvégezni.

Csatlakozási technikák

Az optikai szálak dugaszolható csatlakozókkal vagy összeillesztésekkel vannak egymáshoz vagy más alkatrészekhez csatlakoztatva. A kommunikációs technológiában ezek adók, vevők vagy erősítők, a méréstechnikában , spektroszkópiában vagy orvosi technológiában például lézerek, érzékelők vagy érzékelők.

A forgó alkatrészek összekapcsolásához úgynevezett optikai csúszógyűrűket vagy forgó távadókat használnak, amelyek lehetővé teszik a folyamatos adatátvitelt (analóg vagy digitális) az álló és a forgó alkatrészek között, például számítógépes tomográfokban vagy ipari robotokban .

Dugócsatlakozások és dugótípusok

A dugaszolható csatlakozók többsége dugaszolható. Az alkalmazott csatlakozóknak a lehető legalacsonyabb jelcsillapítással (szintén beillesztési veszteséggel ) és nagy visszatérési veszteséggel kell rendelkezniük ( a visszaverődés mértékének kölcsönös értéke ), valamint ezen paraméterek magas reprodukálhatóságával és karbantartásával több száz csatlakozási ciklus alatt.

Ezt rugókra szerelt, nagyon precíz hengeres hüvelyek használatával érik el a szálak fogadására (ún. Hüvelyek ), amelyek közvetlen érintkezésbe kerülnek a csatlakozóaljzatokban, ami 0,1-0,5 dB behelyezési veszteséget ér el. A hüvelyek, amelyek elsősorban fémből vagy kerámiából , speciálisan őrölt vagy polírozott a ragasztott-rostokban . Manapság csak az úgynevezett PC-dugókat használják ( fizikai érintkezés ), lekerekített végfelülettel (kb. 10-15 mm sugarú), amelyek bekapcsoláskor fizikai kapcsolatot teremtenek a szálmagokkal.

A telepített dugaszcsatlakozások visszatérési veszteségével szemben támasztott egyre magasabb követelmények végső soron a PC csatlakozók egyre jobb polírozási tulajdonságaihoz vezettek, beleértve az SPC ( szuper fizikai érintkezés ) és a UPC ( ultra fizikai érintkezés ) fokozatokat . További növekedést csak az úgynevezett HRL csatlakozóval ( nagy visszatérési veszteség ) vagy az APC csatlakozóval ( szögletes fizikai érintkező ) lehetett elérni (lásd a táblázatot a visszatérési veszteségekért ). Ennél a csatlakozónál a csatlakozó végfelülete nem csak domború, hanem néhány fokkal (normál esetben 8 °) is meg van döntve a száltengelyre jellemző derékszögben . Ennek a szerkezetnek köszönhetően a csatlakozó végfelületéről visszaverődő fény a burkolatüvegen keresztül törik a magból a levegőbe, és ezért már nem zavarhatja az adatátvitelt. Az ilyen típusú csatlakozók kiegészítéseként APC -t tartalmaznak (ST / APC, SC / APC, FC / APC, LC / APC, LSH / APC stb.). A UPC és APC csatlakozótípusokat különösen az egymódú szálakhoz használják.

A leggyakrabban használt csatlakozó típusok ma az LC ( helyi csatlakozó ) és az SC ( előfizetői csatlakozó ). A régebbi telepítések közül az ST ( egyenes hegy ) és az LSH is elterjedt. Az MU, LX.5 és FV-45 csatlakozókhoz hasonlóan az LC csatlakozó az egyik úgynevezett kis formájú csatlakozó (SFF csatlakozó). Ezek 1,25 mm -es hüvelyekkel rendelkeznek, és kisebb kialakításuknak köszönhetően nagyobb szerelési sűrűséget tesznek lehetővé, mint a régebbi csatlakozók, mint például a 2,5 mm -es hüvelyekkel ellátott SC, ST és LSH csatlakozók. A portsűrűség további növelése érhető el többszálas csatlakozókkal MT gyűrűkkel ( mechanikus átvitel ), például az MTRJ, MPO vagy MTP csatlakozóval. Az MT hüvelyek tipikusan 2 (MTRJ)-16 (MPO / MTP) szálat tartalmaznak soronként (szálköz 250–750 µm), és a többszálas hüvely igazítását két nagy pontosságú vezetőcsap segítségével oldják meg.

• 

  F-SMA dugó (SMA 905)

• 

  FC / PC csatlakozó

• 

  ST csatlakozó

• 

  SC csatlakozó

• 

  E-2000 csatlakozó

• 

  ESCON csatlakozó

• 

  MIC (FDDI) csatlakozó

• 

  LC csatlakozó

• 

  MTRJ csatlakozó

• 

  TOSLINK csatlakozó

Összekapcsolási kapcsolatok

Fúziós illesztőgép
(engl. Fusion splicer ) szerszámmal a szál előkészítéséhez

Az üvegszálak termikus összeillesztése biztonságos és alacsony veszteségű csatlakozási módszer, de speciális felszerelést (illesztőgépet) és tapasztalatot igényel. Az összeillesztés előtt a végeket ki kell szabadítani a bevonatból (sztrippelő szerszámmal), laposra kell vágni (egy vágószerszámmal, hogy kiváló minőségű száltöréseket hozzon létre), és pontosan egymáshoz kell helyezni (általában az illesztőgépben történik). A szálvégeket ezután rövid ív segítségével megolvasztják. Az olvasztási folyamat során az üvegszálas végeket további összekötő eszközök nélkül tolják össze. Ezután a törékeny illesztési pont mechanikusan védve van a nedvességtől egy illesztésvédővel. A leszerelhető kapcsolat létrehozása, például az elosztási mezőn belüli különböző útvonalak közötti tolatási lehetőségek lehetővé tétele érdekében, egy pigtail összeillesztésével történik a telepítőszállal. A pigtail egy száloptikai kábel, amelynek egyik oldalán előre összeszerelt csatlakozó található.

Üvegszálas hüvely, nyitott

Az üvegszálas záróelemek több illesztési csatlakozót tartalmaznak, és két vagy több kábelt kötnek össze, mindegyikben több szál vagy optikai szál található . Ebből a célból a száloptikai kábeleket egyenként le kell vetni, össze kell kötni és kazettákba kell helyezni. Ezek azt szolgálják, hogy a többi szál érintetlen maradjon az egyik szálban fellépő hibák esetén. A záróelem több mint 200 egyedi szálat tud elhelyezni, ami több napot is igénybe vehet.

Vannak szalag- vagy szalagkábelekként ismert összeillesztési kapcsolatok is. Ezekkel a kábelekkel akár tizenkét üvegszálat helyeznek el önálló elemként egy ragasztó mátrixban egymás mellett, szalag formájában. A kapcsolódó kábelek legfeljebb 100 ilyen szalagot tartalmaznak, azaz H. akár 1200 szál. A megfelelő illesztési technika mindig az egész szalagot összeilleszti, azaz. H. négy, hat vagy tizenkét üvegszálat egyidejűleg elektromos ív segítségével.

További technikák

Az optikai alkatrészekben szálak (kapcsolók) ágai és csomópontjai is vannak. Erőteljes szál lézerek szivattyúzásához a szivattyú lézer több szálát kell csatlakoztatni az aktív szálhoz. Az úgynevezett szál combiners és WDMs használnak erre. Úgynevezett kúpokat használnak különböző magátmérőjű optikai szálak összekapcsolására . Ezenkívül számos szálhoz vannak kapcsolók, úgynevezett szálkapcsoló (engl. Fiber switch ). Ezek lehetnek mechanikusak vagy optikaiak, pl. H. érintésmentes, munka.

Alkalmazás a kommunikációtechnikában

A száloptikai kábeleket a kommunikációtechnológiában használják az információk rövid és hosszú távú, nagy sávszélességű továbbítására . Olcsó multimódusú szálakat használnak rövid távolságokon, és az egymódú szálaknál néhány 10 és több mint 100 km közötti távolság áthidalható közbenső erősítés nélkül ismétlőkkel . A rézkábelekhez képest a sávszélesség és a lehetséges távolság szorzata száloptikai kábeleknél lényegesen magasabb, ami azt jelenti, hogy nagyobb adatátviteli sebességet lehet elérni, vagy nagyobb távolságokat lehet áthidalni.

A helyi adatátviteli hálózatokban ( Local Area Network és Storage Area Network ) ma már szinte minden hálózati szabvány, például az Ethernet , a Fibre Channel vagy az InfiniBand esetében száloptikai kábeleket használnak ; a múltban a Fiber Distributed Data Interface (FDDI) is népszerű volt . A meglévő hálózatok rézkábelen alapuló bővítése lehetséges az úgynevezett médiakonverterekkel , amelyek összekapcsolhatják a különböző átviteli adathordozók , például csavart érpárú kábelek , koaxiális kábelek vagy száloptikai kábelek hálózati szegmenseit . Elsősorban olyan moduláris interfészek lettek kialakítva, amelyekben a vonalspecifikus adó-vevők cserélhetők, és amelyek különböző sebességekhez, hullámhosszokhoz és száloptikai csatlakozótípusokhoz állnak rendelkezésre. Vannak gigabites interfész konverterek (GBIC), kis formátumú csatlakoztatható (SFP vagy mini GBIC), XENPAK, X2, XFP, SFP +, QSFP és CFP különböző generációkban és különböző portsűrűséggel.

A globális hálózatban száloptikai kábeleket használtak az 1980 -as évek vége óta, különösen interkontinentális tengeralattjáró kábelekhez és transzatlanti telefonkábelekhez , annak érdekében, hogy megfeleljenek az Internet gyors fejlődése miatt a sávszélesség és az átviteli sebesség iránti növekvő igényeknek. De a száloptikai kábeleket is egyre inkább használják az országos hálózatok ( Wide Area Network és Metropolitan Area Network ) széles területén . Az alkalmazott száloptikai kábeleket a DWDM folyamatban üzemeltetik , ami hatalmas átviteli kapacitást tesz lehetővé. A különböző hullámhosszú jeleket több lézerrel kapcsolják össze, és egy szálon továbbítják egyidejűleg. Tehát egy csatornán különböző csatornák vannak. Segítségével a szélessávú erősítő úgynevezett EDFA , a sávszélesség hosszúságú termék több mint 10.000 (Tbit / s) · km lehetséges. Ezeket a negyedik generációs rendszereket egyre inkább a kilencvenes évek közepén telepítették, és a mai napig korszerűek.

A száloptikai kábelek végpontjain az optikai jeleket általában elektromos jelekké alakítják át, amelyeket például koaxiális kábelen keresztül továbbítanak az egyes háztartásokba. Ezt használják többek között. HFC technológia ( Hybrid Fiber Coax ) kábeltelevízióhoz ( igény szerinti videó ). Az elmúlt években a száloptikai hálózatok bővítése a hozzáférési területen előrehaladt, különösen Japánban, az USA -ban és Európában. Ily módon az egyes házak közvetlenül száloptikával vannak összekötve. Ezt az eljárást a Fiber to the Basement (FTTB) kifejezés foglalja össze. Ebben a bővítésben épületenként egy -két szálat fektetnek le. Az egyik szálat a letöltéshez , a másikat a feltöltéshez használják, és ha csak egy szálat fektetnek le, a letöltés 1310 nm hullámhosszon fut, míg a feltöltés 1550 nm -en történik.

Vannak első sikeres kísérletek, amelyek során az információkat párhuzamosan továbbították különböző módokon. Egy ilyen térosztásos multiplexelési módszerrel az adatátviteli sebességet elméletileg százszor vagy ezerszer meg lehetne növelni. A gyakorlatban azonban a lézerimpulzus multimódusú szálba való „helytelen” összekapcsolásával különböző módok sokasága gerjed, amelyek a szál görbülete miatt keverednek, és a különböző átviteli sebességek miatt torzítják a továbbítandó jelet. Így a nagyobb számú stimulálható mód jelenleg is bizonyos hátrányt jelent.

Száloptikai átviteli kapcsolat felépítése

A mai kommunikációs hálózatok szinte kizárólag száloptikai hálózatokból állnak a magterületükön , és mint fentebb említettük, a végfelhasználók száloptikai kábelen keresztüli közvetlen összeköttetését támogatják. A száloptikai kábeleken alapuló távvezeték a következő komponensekből áll:

• Adó (az elektromos átalakítása optikai jelekké)
• Átviteli közeg (száloptikai kábel vagy száloptikai kábel)
• Alkatrészek csatoláshoz, elágazáshoz, modulációhoz és jelregeneráláshoz (aktív és passzív)
• Vevő (optikai átalakítása elektromos jelekké)

LED-ek használnak , mint az optikai adók átviteli sebesség akár 622 Mbit / s, egy adási teljesítmény kb. -24 és -3 dBm ( teljesítményszint a dBm egy referenciaértéket 1  mW ). Lézerdiódákat használnak nagyobb átviteli sebességhez (> 622 Mbit / s) , például felszíni sugárzó diódákat multimódusú szálak és DFB ( elosztott visszacsatolási lézer ) vagy Fabry-Pérot lézerek továbbítására egymódú szálak használatával (tipikus átviteli teljesítmény ebben a tartományban –10 és 13 dBm között).

Az átviteli közegként használt optikai hullámvezetőknek a lehető legalacsonyabb csillapítással és szórással kell rendelkezniük. Az egymódú szálakat (alacsony szórás) elsősorban a távolsági hálózat területén, a többmódú szálakat (nagyobb szórás) pedig helyi vagy kis hálózatokban használják ( lásd a szálkategóriákat és az alkalmazási területeket ).

A dióda -lézerekkel szivattyúzott erbium -adalékolt szál -erősítők (EDFA ) elsősorban úgynevezett jelátviteli jelismétlők , valamint kimeneti és bemeneti erősítők . A lézerhez hasonlóan az erősítés stimulált emisszión keresztül történik , de az optikai rezonátor felhalmozódását az erősítő kimenetén lévő leválasztók megakadályozzák. Ezenkívül a Raman erősítőket különösen a DWDM alkalmazásokhoz használják , amelyek az EDFA -hoz képest lehetővé teszik a C és L sávok egyidejű lefedését és állítható erősítési tartományt. Az erősítés a tényleges átviteli szálban történik. Mivel a nyereség a teljes szálon oszlik meg, lényegesen jobb jel-zaj arány érhető el .

A száloptikai kábel végén található optikai vevőnek a lehető legnagyobb érzékenységgel kell rendelkeznie (kb. -30 és -53 dBm között), és nagyon szélessávúnak kell lennie. Főként tüskés diódákat használnak , de lavinafotódiódákat (APD) is, amelyek belső erősítésük miatt nagyobb érzékenységűek, mint a tűdiódák.

Szálkategóriák és alkalmazási területek

A réztechnológiához hasonlóan optikai osztályokat és kategóriákat vezettek be az átviteli sávszélességek és a multimódusú és egymódú szálak teljesítményének azonosítására. A növekvő sávszélesség -követelmények és az Mbit -ről a Gbit -tartományra való átállás során egyre nagyobb adatátviteli sebesség, valamint a (több) Gbit -es protokollok, például az Ethernet , a Fibre Channel vagy az InfiniBand bevezetése miatt az OM1 kategóriákat azóta használják Az 1980-as évek közepén bemutatták az OM2, OM3, OM4 és OM5 (optikai multimód) multimódusú szálakhoz, valamint az OS1 és OS2 (optikai szinglemód) kategóriákat. A szálkategóriákat nemzetközi szinten határozzák meg az ISO / IEC 11801 és 24702 szabványnak megfelelően , és a kategóriák növekvő száma figyelembe veszi a növekvő követelményeket.

A multimódusú szálak kategóriái

Patch kábel 50 µm OM2 típusú (narancssárga) multimódusú szállal és SC duplex csatlakozókkal

Történelmi okok miatt jelentős különbségek vannak a multimódusú szálak (OM1 - OM4) szálkategóriák osztályozásának módszereiben . A korábbi átviteli módszerek elsősorban olcsó LED -eket használtak átviteli célokra. A LED -ek azonban csak 622 Mbit / s adatátviteli sebességig alkalmasak, mivel kialakításuk miatt alacsony fókuszúak, és így a fényt a szálmagba és a burkolat egy részébe kapcsolják. Az egyik itt az úgynevezett túltöltött indításról (OFL) beszél . Tól Gbit Ethernet , felületi sugárzók (VCSEL, függőleges-üreg felületén-kibocsátó lézert ) hullámhosszon a 850 és 1310 nm-es alkalmazunk, amelyek nagyon erős hangsúlyt, és csak pár egy töredéke a szál mag. Ebben az esetben a csökkentett módú indításról (RML) beszélünk . Az alkalmazott sávszélesség (OM1 és OM2) meghatározása és specifikálása az OFL és RML módszerrel a frekvenciatartományban, amely azonban nem bizonyult elegendőnek a Gbit alkalmazások átviteli hosszának meghatározásához. A mérési módszert módosítani kellett, és ma a kiváló minőségű lézeroptimalizált multimódusú szálak esetében (az RML módszer helyett) az effektív modális sávszélességet (EMB) az időtartományban a DMD mérési módszerrel határozzák meg ( differenciál módú késleltetés ) vagy a minEMBc mérési módszer (angol minimális effektív modális sávszélesség kiszámítva ).

Az OM1 és OM2 szálkategóriákat jellemzően LED-alapú alkalmazásokhoz tervezték, mivel a magátmérő 50 µm-re történő csökkentésével a mód diszperziója csökkent és a sávszélesség növekedett. Az OM3 és OM4 szálkategóriák csak 50 µm magátmérővel (G50/125) állnak rendelkezésre, és nagysebességű alkalmazásokhoz, például (10/40/100) Gigabit Ethernet vagy Fibre Channel 850 nm-en használhatók. Javított törésmutató -profiljuk van, mint az OM1 / 2 szálaknak, amelyek a gyártási folyamat miatt kismértékű csökkenést mutatnak a törésmutatóban a szálmag közepén (például OVD , MCVD vagy PCVD folyamatban, lerakódási folyamatokkal) az előforma belsejében), ami miatt a nagy bitsebességű RML átvitel felületi kibocsátókkal romlik.

Az alkalmazott szálkategória maximális megadott átviteli tartománya (lásd a táblázatot) az adatsebességtől és az alkalmazott hullámhossztól (850 nm vagy 1300 nm) függ. Míg 10 Mbit / s és 1 Gbit / s között 300 m 850 nm -en is lehetséges OM1 és OM2 szálakkal, addig a 4 Gbit / s -nál nagyobb átviteli sebesség elérhető hossza 100 m -nél kisebb ezen a hullámhosszon. a különböző nagysebességű alkalmazásokhoz különböző minimális átviteli hosszúságok vannak megadva, lásd a táblázatot). Az OM3 és OM4 kategóriák szálai ezzel szemben körülbelül 300 m hosszúságot is engedélyeznek 850 nm -en. 10 Gbit / s. Az OM5 -öt azért vezették be, hogy 100-400 Gbit / s adatátviteli sebességet lehessen elérni néhány szállal hullámhossz -osztásos multiplexeléssel .

Az egymódú szálak kategóriái

Router a XFP modulok és a csatlakoztatott egymódusú szálak
(OS1 / 2 - sárga) a LC csatlakozóval .

Az egymódú szálakban a többmódú szálakkal ellentétben nem fordul elő módmódos diszperzió, és ezekkel sokkal nagyobb átviteli távolság és sávszélesség lehetséges. Mivel azonban az egymódú szálak lényegesen kisebb maggal rendelkeznek, mint a multimódusú szálak, ami megnehezíti a fénycsatolás és a szálkötés gyakorlati kezelését, a multimódusú szálakat továbbra is rövidebb távolságokra használják.

A távközlési szektorban eddig leggyakrabban használt egymódú szálakat λ = 1310 nm és λ = 1550 nm körüli optikai adatkommunikáció O és C sávjában való használatra tervezték . Ezeken a hullámhosszakon a szálanyag minimális csillapítási szintje fekszik , és ezen a területen található az erbiummal adalékolt szálerősítők (pl. Erbium-adalékolt szálerősítő , EDFA ). Bár ezeken a hullámhosszakon a diszperzió nem egyenlő a nullával, hatása diszperzió-kompenzáló szálakkal csökkenthető. Még előnyös is, hogy a diszperzió nem egyenlő nullával, mivel különben nemlineáris hatások , például négyhullámú keverés lépne fel, amelyek jelentősen megzavarják a jelet. Meg kell azonban jegyezni, hogy az úgynevezett diszperziós kompenzációs modulokban használt diszperziós kompenzáló szálak nagy csillapításukkal nagy terhet róhatnak az energiaköltségvetésre.

Az OS1 (1995 óta) és az OS2 (2006 óta) osztályokat, amelyek csak maximális csillapításukban különböznek egymástól, az egymódú szálak esetében határozták meg . Különösen 1383 nm-en az OS2 kategória úgynevezett alacsony vízszintű csúcsszálai alacsony csillapítással rendelkeznek, meghatározott maximális értékük 0,4 dB / km, ezért alkalmasak CWDM átvitel használatára. A szálkategória a telepítés típusától is függ, mivel befolyásolja a csillapítási értékeket. Az ITU-T G.652 szerinti specifikáció nem vihető át egyértelműen az operációs rendszer kategóriájába. Általában azonban az OS1 kategória az ITU-T G.652A és B szerinti szálakhoz, az OS2 kategória az ITU-T G.652.C és D szerinti alacsony víztartalmú szálakhoz rendelhető.

lefektetés

Gyakran a föld alá fektetik. A kábeleket meglévő aknákban, csövekben vagy csatornákban helyezik el, majd az elosztók segítségével a kívánt helyeken az egyes épületekhez vezetik. Ez olcsó, mivel nincs szükség építkezési munkákra, és a megfelelő csatlakozásokat gyorsan és egyszerűen fel lehet szerelni a be- és kimeneti tengelyeken keresztül. Az FTTH ( Fiber to the Home ) esetében a 2 mm átmérőjű kábeleket a meglévő telefoncsatlakozásokba (elektromos csatornákba) fektetik.

Sötét szál

A sötét szál egy száloptikai kábel, amelyet kapcsolat nélkül értékesítenek vagy bérelnek. Az optikai kábel illesztjük keresztül pont pont két hely között. A vevő vagy bérlő felelős az átviteli és átviteli berendezésekért. A felhasználást is ő határozza meg. Ezt az üzleti modellt fuvarozó fuvarozónak vagy nagykereskedelmi vállalkozásnak is nevezik. Mivel ez egy tiszta infrastrukturális szolgáltatás, ez a szerződés nem vonatkozik a távközlési törvényre . A regionális áramszolgáltatók mellett az ilyen típusú száloptikai kábeleket Németországban vasúti üzemeltetők, önkormányzati közművek, önkormányzati szövetségek és szállítószolgáltatók, például a Colt , a Versatel vagy a Telekom bocsátják rendelkezésre. A szerződés időtartama és a vonal útvonala mellett a felmerülő költségek elsősorban a sikeres összeköttetéshez szükséges építési munkáktól és attól függnek, hogy vannak -e más érdeklődők / versenytársak ugyanazon az útvonalon. A kívánt sávszélesség nem határozza meg egy ilyen vonal árát.

Annak érdekében, hogy a lehető legnagyobb mértékben elkerüljék a fennakadásokat a földmunkák vagy bővítések során, a kábelek redundáns szálakat tartalmaznak. A kihasználatlan száloptikai kapacitásokat sötét szálnak is nevezik , mivel a fényszórók nem kerülnek továbbításra, ha a száloptikát nem használják, és ezért a szál „sötét”. Szükség esetén további szálak is üzembe helyezhetők a meglévő redundancia miatt.

Lehallgatási módszerek

Hajlítócsatlakozó száloptikai kábelen (csatoló módszer)

Más átviteli adathordozókhoz hasonlóan a száloptikai kábelek sem védettek a „ lehallgatás ” ellen . Két fő ponton lehet elfogni a száloptikai kábelből származó információkat.

Az első módszer az illesztéssel kezdődik, amelyben az alacsony átviteli veszteségek ellenére a jó, 0,02 dB alatti összeillesztések sugárzást bocsátanak ki, amely értékelhető. A második módszer a hajlítócsatlakozók sugárveszteségeit használja ( csatoló módszer). Mert ha egy üvegszál meghajlik, a rajta átáramló fény nagy része követi a kanyart - azonban a fény egy része kisugárzik a szálból. A fényjel mindössze néhány százaléka elegendő az összes továbbított információ fogadásához. Az ennek következtében változó csillapítás miatt a folyamat alapvetően ellenőrizhető. A titkosítás a lehallgatás elleni biztonság fokozásának egyik módja .

A száloptika előnyei és hátrányai a réz technológiával szemben

A száloptikai technológia diadalmas előrelépése az optikai átvitel döntő előnyein alapul a rézkábeleken alapuló régebbi elektromos átvitellel szemben. A fő előnyök a lényegesen magasabb lehetséges átviteli sebességek (gigabittől terabit / másodpercig), ugyanakkor nagyon nagy lehetséges hatótávolságokkal (akár több száz kilométerrel ismétlő nélkül). Ehhez viszont könnyebb kábelek és kevesebb hely szükséges, valamint kevesebb ismétlő, ami jelentősen csökkenti a telepítési és karbantartási költségeket.

További előnyök:

• nincs jel interferencia a szomszédos szálakon ( áthallás )
• nincs hatással az elektromágneses interferencia mezőkre, amelyek többek között. a nagyfeszültségű egyenáramú átviteli alkatrészekkel való kombináció lehetővé teszi
• nincs szükség földelésre és a csatlakoztatott alkatrészek galvanikus leválasztására
• Villámcsapás vagy rövidzárlat, valamint kisebb tűzterhelés miatt nem keletkezik tűz, és potenciálisan robbanásveszélyes környezetben is használható ( korlátozások vonatkoznak a nagyobb optikai teljesítmény használatára, amelyek a csatolási helyeken vagy száltörés esetén elszöknek, és kedvezőtlen körülmények között esetekben tüzet vagy robbanást is kiválthat. )
• nagy hallgatási erőfeszítés

Hátránya a nagyobb összeszerelési erőfeszítés, valamint a fektetés és a telepítés során megkövetelt nagyobb pontosság és gondosság, amely költséges berendezéseket, valamint összetett és összetett mérési technológiát igényel , ezért az asztali szál nem túl elterjedt.

További hátrányok:

• érzékeny a mechanikai igénybevételre és a beszerelés alatti korlátozásokra, mivel nem lehetséges erős görbe (erősen típusfüggő, pl. az orvosi technológia esetében speciális típusok vannak a video endoszkópiához )
• Tápellátás Etherneten keresztül nem lehetséges

Egyéb felhasználások

Zavarmentes audiocsatlakozások

A kilencvenes évek elején D / A konvertereket és CD -lejátszókat kínáltak, amelyek ST kapcsolattal kommunikáltak. Eszközpéldák a Parasound DAC 2000, WADIA DAC, Madrigal Proceed PDP 3 CD-Transport PDT 3 készülékkel. Ez a fajta kapcsolat azonban nem érvényesülhet a TOSLINK , a polimer optikai szálakkal (POF) való csatlakozási technológia ellen , ezért ritkán használták.

Az audio technológia optikai csatlakozásai elkerülik az elektromos és mágneses mezők, valamint a földhurok jelek interferenciáját , mivel potenciális elválasztást hoznak létre.

Potenciális szétválasztás

Példák száloptikai kábelek áram nélküli jelátvitelre történő használatára

• teljesítményelektronikában és nagyfeszültségű rendszerekben, például vezérlőjelek továbbítására a tirisztorokhoz nagyfeszültségű potenciálon . Még az is lehetséges, hogy az átalakító tirisztorokat közvetlenül az üvegszálban átvitt fényimpulzusokon keresztül gyújtják meg (lásd optotirisztor ).
• mérőjelek továbbítására nagyfeszültségű rendszerekben vagy zavaró környezetben
• audio rendszerekben (lásd fent )
• az orvosi eszközök (pl. digitális röntgengép) galvanikusan elszigetelt hálózati csatlakoztatásához a helyi hálózatokhoz.

mérési technológia

A mérési jelek száloptika használatával történő továbbításával vagy egyidejű rögzítésével nagyszámú fizikai mennyiség , például nyomás vagy hőmérséklet mérése lehetséges nehezen hozzáférhető helyeken, például gátakban vagy extrém körülmények között, például acélművekben . A spektrométerek gyakran száloptikai csatlakozással is rendelkeznek. Ezenkívül miniatürizált üvegszálas spektrométerek is előállíthatók, mivel az optikai rács közvetlenül megvilágítható az üvegszál fénykimenő kúpjával , és így további képalkotó optikák elhagyhatók.

Abban az esetben, száloptikai érzékelők , a mért változó nem képviseli vagy továbbított elektromos változó, hanem egy optikai egyet. Ez teszi az átvitelt érzéketlenné a külső hatásokra, például az elektromágneses mezőkre, és lehetővé teszi a használatot robbanásveszélyes környezetben is. A száloptikai érzékelők két osztálya létezik: belső és külső száloptikai érzékelők. A belső száloptikai érzékelők esetében az üvegszálat közvetlenül mérőérzékelőként használják, vagyis az optikai jeleket közvetlenül befolyásolják a külső paraméterek, például a hajlítási veszteség. A száloptikai kábelek egyszerre érzékelők és kábelek. A külső száloptikai érzékelők esetében viszont a száloptikai kábelek általában csak egy érzékelőrendszer részei; itt elsősorban az érzékelő által rögzített mért változó adójául szolgálnak, amelyet az érzékelőnek biztosítania kell optikai jel. Előnyük az elektromos kábelekkel szemben, hogy nagymértékben ellenállnak a külső hatásoknak, például az elektromágneses mezőknek.

Nagy teljesítményű lézer

A közeli infravörös (többek között anyagfeldolgozáshoz használt) nagy teljesítményű lézerek sugárzását gyakran száloptikai kábelekben (LLK) vezetik, hogy jobban el lehessen juttatni őket az akció helyszínére. Az optikai hullámvezetők multimódusú szálak (itt csökkenteni kell a szál magjának teljesítménysűrűségét, különben megolvadna vagy elszakadna), és akár 0,02–1,5 magátmérőjű szálakban akár több kilowatt teljesítmény is elérhető mm rövid távolságokon, szinte veszteség nélkül. A balesetek elkerülése érdekében az ilyen szálakat száltörés -figyelővel látják el .

Az ilyen szálak dugaszolócsatlakozásai alapvetően eltérően vannak felépítve, mint az üzenettovábbításé: El kell viselniük a szórt sugárzás és esetleg a visszaverődés miatti nagy hőteljesítmény -veszteséget. A szál véglapjai laposak és szabadon kinyúlnak beágyazás nélkül. Néha szilícium -dioxid -üvegtömbhöz nyomják, hogy elkerüljék a végfelületek szennyeződését. A nagy teljesítményű fluxussűrűség miatt a legkisebb szennyeződések pusztuláshoz vezetnek. Emiatt a végfelületek tükröződésmentes bevonata is ritkán lehetséges. Az SMA csatlakozókkal akár 500 watt lézersugár is lehetséges, de a szál nincs a végére ágyazva.

A nagyteljesítményű területen is lehetséges összekötés.

Az adalékolt szálak (például erbiummal ) működhetnek lézerként vagy fényerősítőként (lásd a szál lézert ). Ehhez optikailag szivattyúzzák nagy teljesítményű dióda lézerek segítségével . Ezt a technológiát mind a kommunikációtechnikában, mind a nagy teljesítményű szektorban használják.

A lézershow technológiában a lézerfényt egy központi forrásból száloptikai kábeleken keresztül a helyiségben elosztott különböző kivetítőkre irányítják. A teljesítmény itt néhány száz milliwatt, legfeljebb kétszámjegyű watt.

Világítás, kijelző és dekoráció

A szálakat és a szálkötegeket világításra, illusztrációra és dekorációra is használják. Például mikroszkóp vagy endoszkóp fényforrásaiban, hogy a halogénlámpából a fényt a vizsgálandó tárgy felé vezesse , vagy képvezetőként rugalmas endoszkópokban. A műanyag és üvegszálakat lámpák és világítóberendezések széles választékában is használják, a szálakat nemcsak a fény szállítására, hanem maguk is sugárzó elemekként használják. A hagyományos használatra szolgálnak úgynevezett Endlichtfasern (például: „csillagos ég”, ahol több szál világít egy köteg előtt a forgalmazási halogén lámpával és egy szűrő kerék) és a világítás berendezések épületekben, az úgynevezett oldalon -könnyű szálakat használnak. Ezek speciális polimer optikai szálak, amelyek szándékosan beavatkoztak a magburkolat felületébe, ami oldalirányú sugárzáshoz vezet.

Az említett alkalmazásokhoz csak multimódusú szálakat használnak, mivel az egymódú működés nem lehetséges a sok különböző és többnyire egyidejűleg továbbított hullámhossz miatt.

• 

  Endoszkóp kilátás egy óramű : a különálló rostok a kép útmutató oka a képet raszterizálva.

• 

  LED-es megvilágítású optikai szálak kötege dekoratív tárgyként (végső fényszálak)

• 

  Közvetett megvilágítás optikai szálakkal

• 

  Részben oldalról sugárzó polimer optikai szálak (oldalsó fényszálak )

Normák

A száloptikai kábelek és a száloptikai kábelek nemzetközileg szabványosítottak az ITU-T G.651-G.657, az ISO / IEC 11801 és 24702 és az IEC 60793 szerint, és nemzeti szabvány szerint a DIN VDE 0888 (a DIN VDE 0899 1-5. szabványokat visszavonták).

irodalom

Fizikai alapismeretek:

• Bishnu P. Pal: A száloptika alapjai a távközlési és érzékelőrendszerekben . New Age International, New Delhi 1992, ISBN 0-470-22051-1 . 
• Claus-Christian Timmermann : Optikai szál . Vieweg / Springer, 1981, ISBN 3-528-03341-X . 
• CR Pollock, Clifford Pollock, Michal Lipson: Integrált fotonika . Springer Hollandia, 2003, ISBN 1-4020-7635-5 . 
• Dieter Meschede: Optika, fény és lézer . 2. kiadás. Teubner, 2005, ISBN 3-519-13248-6 . 
• Edgar Voges , Klaus Petermann: Optikai kommunikációs technológia: kézikönyv a tudomány és az ipar számára . Springer, 2002, ISBN 3-540-67213-3 . 
• Fedor Mitschke: Üvegszálak: fizika és technológia . 1. kiadás. Elsevier, Spektrum, Akad. Verlag, Heidelberg 2005, ISBN 3-8274-1629-9 . 
• Govind P. Agrawal: Nemlineáris száloptika (optika és fotonika) . Academic Press, 2001, ISBN 0-12-045143-3 . 

Technológia:

• Christoph P. Wrobel: Optikai átviteli technológia a gyakorlatban: alkatrészek, telepítés, alkalmazások . 3. Kiadás. Hüthig, Bonn 2004, ISBN 3-8266-5040-9 . 
• German Institute for Broad Brand Communication GmbH (szerk.): Optikai hálózatok . 1. kiadás. Vieweg & Teubner Verlag, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-9811630-6-3 . 
• Dieter Eberlein: száloptikai technológia . Expert Verlag, Drezda 2003, ISBN 3-8169-2264-3 . 
• D. Gustedt, W. Wiesner: Száloptikai átviteli technológia . Franzis Verlag, Poing 1998, ISBN 3-7723-5634-6 . 
• O. Ziemann, J. Krauser, PE Zamzow, W. Daum: POF kézikönyv: Optikai rövidtávú átviteli rendszerek . 2. kiadás. Springer, 2007, ISBN 978-3-540-49093-7 . 
• Rongqing Hui, Maurice S. O'Sullivan: Száloptikai mérési technikák . Elsevier Academic Press, 2009, ISBN 978-0-12-373865-3 . 
• Volkmar Brückner: Optikai hálózatok elemei : Az optikai adatátvitel alapjai és gyakorlata . 2. kiadás. Vieweg + Teubner, 2011, ISBN 978-3-8348-1034-2 . 

web Linkek

• Száloptikai kutatások. Fizikai Intézet a Rostocki Egyetemen (Prof. Fedor Mitschke)
• A szálkábel alapjai. Schäfter + Kirchhoff GmbH
• Kis száloptikai csatlakozómérő. Glasfaserinfo.de
• A kromatikus diszperzió interaktív ábrázolása. Kommunikációs Intézet a Stuttgarti Egyetemen

Egyéni bizonyíték