1
Šviesolaidžiai

• Tadas Balciunas

2
Turinys

• Ivadas
• Keli istoriniai faktai
• Teorija
• Savybes
• Sandara
• Veikimo principas
• Skaidulu tipai
• Daugiamodžiai
• Vienmodžiai
• Poliarizacija išlaikantys
• Signalo slopinimas ir nuostoliai
• Gamyba, kabeliai, sujungimai, pritaikymas
• Ateities perspektyvos

3
Kas, kaip ir kada?

• Bangolaidžio su apvalkalu konstrukcija pasiulyta
  1954 m.
• Eksperimentai panaudoti švisolaidžius
  komunikacijose prasidejo 1960 m
• 1970 slopinimas sumažintas iki 20dB/km
• Per 30 metu nuo mažo slopinimo skaidulu išradimo
  nutiesta 300 mln. km kabelio
• Daugiausia naudojama telekomunikacijose

4
Ar jau užtenka greicio?
IP Traffic Volume is Growing Exponentially
5
Savybes

• Didelis šviesos nešantysis dažnis leidžia
  perduoti dideli informacijos kieki
• Dideli atstumai
• Nebijo trikdžiu
• Pigu pagaminti

6
Sandara

• Šerdis
• Apvalkalas
• Apsauginis sluoksnis

7
Veikimo principas

• Bangos sklidimas paaiškinamas paprasta geometrine
  optika ir visiško atspindžio desniu

8
Skaidulu tipai

• Daugiamodes
• Laiptinio lužio rodiklio
• Gradientinio lužio rodiklio
• Vienmodes
• Poliarizacija išlaikancios

9
Laiptinis šviesolaidis

• Palyginus didele šerdis, standartinis dydis
  62.5µm
• Lužio rodiklio profilis laiptelio formos
• Spinduliai skirstomi i meridianinius ir
  istrižinius

Lužio rodiklio profilis
10
Meridianiniai spinduliai

• Nagrinejant spinduliu eiga patogu naudotis tik
  meridianiniais spinduliais
• Tokia aproksimacija praktiškai priimtina
• Trajektorija ištisine linija

Meridianinio spindulio eiga
Maksimalus spindulio kritimo i skaidula kampas
11
Gradientinis šviesolaidis

• Šviesos rodiklis tolygiai mažeja i kraštus
• Mažesne modu dispersija

12
Modu dispersija

• Tai signalo išplitimas laike.
• Dispersijos priežastis skirtingas spinduliu
  nueitas kelias del nevienodo T kampo.

Meridianinio spindulio trajektorija
Spindulio greicio projekcija skaidulos ašyje
Signalas nuejes L šviesolaidžio ilgio išplinta
laike ?t
13
Vienmodžiai šviesolaidžiai

• Šerdis tokia plona, kad sklinda tik 1 moda
• Tipiški šerdies skersmenys 5-10µm
• Nykstamai maža modu dispersija lyginant su
  daugiamodemis skaidulomis

14
Dispersija viemodese skaidulose

• Nelieka modu dispersijos
• Lieka chromatine dispersija
• Medžiagos - del lužio rodiklio priklausomybes nuo
  bangos ilgio

15
Bangolaidine dispersija

• Bangolaidine modos sklidimo greicio kitimas
  priklauso ne tik nuo lužio rodiklio kitimo.

16
Atkirtos bangos ilgio matavimas
Perduodama galia

• Tai toks bangos ilgis, kuri pasiekus skaidula
  tampa nebevienmode.
• Nustatymo budas leidžiama kintamo bangos ilgio
  šviesa ir matuojama perduodamos šviesos galia
• Šviesolaidis yra vienmodis, kai ?c lt ?

Bangos ilgis
?c
17
Poliarizacija išlaikantys šviesolaidžiai

• Paprastame šviesolaidyje 1 poliarizacijos šviesa
  pereina i statmenai poliarizuota moda.
• Poliarizacija išlaikancios skaidulos skerspjuvis
  asimetriškas dvieju tarpusavyje statmenu ašiu
  atžvilgiu.

Elipsine šerdis
Elipsinis apvalkalas
Šerdis
Peteliške
Panda
Itempimus sukuriancios sritys
18
Modu dispersija skirtingose skaidulose

• Didžiausia daugiamodej su laiptišku lužio
  rodikliu
• Mažiausia vienmodej skaiduloj

19
Nuostoliai šviesolaidžiuose
Slopinimo koeficientas

• Išlinkio nuostoliai daugiamodese skaidulose

• Sklaida
• Sugertis

20
Slopinimo parametrai
Tipas Medžiaga Lužio rodiklio kitimas l, (µm) Skersmuo (µm) Slopinimas dB/km Sparta MHz/km
Multi-mode Stiklas Laiptiškas 800 62.5/125 5.0 6
Multi-mode Stiklas Laiptiškas 850 62.5/125 4.0 6
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 850 62.5/125 3.3 200
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 850 50/125 2.7 600
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 1300 62.5/125 0.9 800
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 1300 50/125 0.7 1500
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 850 85/125 2.8 200
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 1300 85/125 0.7 400
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 1550 85/125 0.4 500
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 850 100/140 3.5 300
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 1300 100/140 1.5 500
Multi-mode Stiklas Gradientiškas 1550 100/140 0.9 500
Multi-mode Plastikas Laiptiškas 650 485/500 240 5 _at_ 680
Multi-mode Plastikas Laiptiškas 650 735/750 230 5 _at_ 680
Multi-mode Plastikas Laiptiškas 650 980/1000 220 5 _at_ 680
Multi-mode PCS Laiptiškas 790 200/350 10 20
Single-mode Stiklas Laiptiškas 650 3.7/80 ar 125 10 600
Single-mode Stiklas Laiptiškas 850 5/80 ar 125 2.3 1000
Single-mode Stiklas Laiptiškas 1300 9.3/125 0.5
Single-mode Stiklas Laiptiškas 1550 8.1/125 0.2
21
Kvarcinio šviesolaidžio gamyba

• Svarbiausia šerdies ir apvalkalo lužio rodiklio
  skirtumas.
• Didina TiO2, Al2O3, GeO2
• Mažina B2O3, F
• Ypatingai grynos medžagos

22
Cheminis dengimas iš garu fazes (modified
chemical vapour deposition)

• SiCl4 O2 ? SiO2 2Cl2
• GeCl4 O2 ? GeO2 2Cl2

• Gryno kvarco vamzdelio paviršius padengiamas
  legiruotu silicio sluoksniu.
• Danga susidaro vykstant cheminei reakcijai tarp
  vamzdeliu sklindanciu garu komponentu ir
  deguonies. (Dažniausiai Naudojami SiCl4 ir GeCl4
  garai).
• Taip gaunamas ruošinys
•  

23
Ašinis dengimas iš garu fazes (Vapour Phase Axial
Deposition)

• Sluoksnis auginams ant kvarco galo.
• Naudojamas gamint gradientinio lužio rodiklio
  skaidulas
• Ruošinys sukamas, kad tolygiai pasidengtu
• Medžiaga gaunama poreta
• Tempimo greitis 2.5 mm/min.
• Kaitinama kameroj 1500oC temperaturoj ir
  užpildytoj SOCl2 ir O2
• Pašalinami vandens garai
• SOCl2 H2O -gt SO2 Cl2 H2
• 2SOCl2 2OH- -gt 2SO2 2Cl2 2H2
• Tipiški parametrai
• Slopinimas 0.5dB/km audojant 1.55?m
• Dispersija 1ns/km

24
Ašiniu dengimu pagamintos skaidulos slopinimas
25
Plastikines skaidulos

• Šerdis PMMA (polymetilmetakrilatonn1.495)
• Apvalkalas fluoralkilmetakrilato (n1.402)

• (-) Dideli nuostoliai
• (-) Perdavimo atstumas keli šimtai metru
• () Pigus
• () Paprasta montuoti
• Dažniausiai naudojami raudoni šviesos diodai (del
  didesnes galios)
• Stora šerdis - 1mm

26
Skaidulos formavimas

• Ruošinys ikaitinamas, ištempiamas
• Pamatuojamas jo storis
• Padengiamas plastiku
• Dar karta pakaitinamas
• Skaidula suvyniojama

27
Optiniai kabeliai
Polimerinis apsauginis sluoksnis
Skaidula ertmeje
Plienine kreipiamoji
5 mm
28
Neardomi sujungimai

• Suvirinami elektriniu lanku
• () Mažesnis slopinimas
• (-) Mechaniškai silpnas

Skaidulos skelimo budas
29
Ardomi sujungimai

• () Patogu naudoti
• (-) Didesnis slopinimas

Jungtis su spinduliu plestuvu
30
Nuostoliai sujungimuose

• Frenelio del atspindžio oro ir kvarco riboje
  ardomuose sujungimuose
• Del galu nesutapimo
• Nuostoliai vienmodese skaidulose didesni del
  gerokai mažesnio skersmens.

31
Lazeriniai diodai integruoti skaidulose

• Privalumai
• Maksimalus kiekis šviesos patenka i šviesolaidi
• Nereikia fokusuot spindulio, kad patektu i
  šviesolaidi.
• Gaunamas patgus nuotolinis šviesos šaltinis

155020 nm, 1.5W, dažnis 560Mbit/s
32
Optinis reflektometras

• Optiniu parametru matavimas iš vieno
  šviesolaidžio galo.
• Principas grižtancios šviesos galios matavimas.
• Matavimo nuotolis 15km.
• Tikslumas 5m.

Sujungimai
Grižtancios šviesos energijos priklausomybe nuo
laiko.
33
Brego (Bragg) gardeles skaidulose

• Apšvitinus 240-250 nm bangos ilgio šviesa pakinta
  germanio oksidu legiruotos šerdies lužio
  rodiklis.
• Spindulys stipriai atspindimas, kai bangos ilgis
  ?
• Panaudojimas
• Veidrodis skaiduliniam lazeryje
• Bangos ilgiu atrinkimui komunikacijose
• Temperaturines deformacijos jutikliuose

Cia ? bangos ilgis, ? gardeles periodas, n-
šerdies lužio rodiklis, m sveikas skaicius
34
Vidurinio infraraudonojo diapazono šviesolaidžiai

• Igalina perduoti infraraudonojo spektro šviesa.
• Daugiausia tiriami sunkiuju metalu fluoridu
  stiklas ZBLAN (Zr,Ba,La, Al, Na).
• Problema priemaišu sankaupos, burbuliukai,
  kristalizacija.

35
ZBLAN bandymai nesvarumo salygomis