medii_trans3

8/7/2019 Medii_trans3

1/8

Ciurea Drago Medii de transmisie -3 36

Fibra optic

Dezvoltarea rapid a telecomunicaiilor n ultimele dou decenii nu ar fi fost posibila frintroducerea sistemelor de transmisiuni numerice (STN) pe de o parte i a fibrei optice pe de altparte. Utilizarea liniilor coaxiale pentru instalarea unor sisteme de transmisiuni de mare capacitateeste prea costisitoare, iar legturile prin radioreleu, mai ieftine, nu ofer capacitatea necesar ca

urmare a benzii de frecvene limitate. n prezent, fibra optic prin costul redus i capacitatea extremde mare de transmisie reprezint varianta optim a mediului de transmisie pentru medie i maredistan. n rile cu o reea de telecomunicaii puternic dezvoltat FO au nlocuit deja n totalitatesuportul metalic pentru transmisiuni ntre centrale i ncep s ptrund n reeaua de distribuiepn la abonat. Fibra optic va fi suportul de transmisie n cadrul viitoarei Reele Numerice cuIntegrarea Serviciilor(RNIS) de band larg.

Tipuri de fibre optice - caracteristici

Principiul transmisiei ghidate a undei luminoase se bazeaz pe propagarea luminii prinreflexii multiple n interiorul unui canal strict delimitat, cu caracteristici determinate i stabile.

Transmisia este optim din punct de vedere al pierderilor dac se asigur condiiile reflexiei totale.n acest scop, FO este alctuit dintr-un miez de diametru a2 i un nveli de diametru b2 , (Fig. 2-10.1), ambele alctuite din sticl de siliciu (SiO2) ct mai pur, cu indici de refracie diferii darfoarte apropiai: miezul are indicele 1n , iar nveliul un indice 2n , cu 21 nn > . Indicii de refracie

sunt controlai prin adugarea de bor, fosfor, germaniu etc. Ordinul de mrime al indicilor derefracie este 1,5. Ansamblul este la rndul su acoperit cu straturi concentrice de materiale plasticedestinate a-i conferi protecie i o mai bun rezisten mecanic.

Proprietile FO sunt descrise cu ajutorul unor parametrii ce caracterizeaz dimensiunilegeometrice, caracteristicile optice (variaia indicelui de refracie n seciunea fibrei, cuplajul FO cusursa de lumin), i caracteristicile de transmisie (atenuarea, dispersia, lungimea de und de tiere).

Putem distinge trei categorii de fibre:

fibre multimod (MM) cu salt de indice; tipic, diametrul miezului la fibrele MM,100502 =a m este mult mai mare dect lungimea de und a razei de lumin, iar diametrul

nveliului optic, 2b = 125 140 m (Fig. 2-10.2). Miezul este omogen, de indice constant n 1>n2

unde n2 este indicele inveliului.

nvelimiez protecie

Fig. 2-10.1

2a2b

r

n

mod primar

mod secundar

und absorbit

n2 n1

n1

n2

Fig. 2-10.2


2/8


Considernd FO ca fiind format din doi cilindri concentrici cu axa Oz, conform legiloropticii o raz de lumin injectat n fibr va rmne i se va propaga doar prin miez dac unghiul pe care-l face cu axa rmne inferior unui unghi 0 dat de relaia:

n1cos 0 = n2

Numrul Nde moduri posibile este dat de relaia:

22

VN= (2.10.1)unde: - AN)2( aV= ,

- AN = apertura numeric.Diferena timpilor de propagare corespunztoare diferitelor moduri (dispersia modal) este

de ordinul a 50 ns/km. fibre multimod cu gradient de indice; modelul utilizat n prezent i recunoscut de UIT-T

este cel pentru care indicele de refracie al miezului nu mai este constant, ci variaz cu distanaradialrdup o lege parabolic (Fig. 2-10.3). Tipic, 5,62502 =a m i 1252 =b m.

Variaia indicelui de refracie:

=

a

rnrn 1)( 1 (2.10.2)

cu: - diferena normat a indicilor de refracie 1n

2

n=

1

2121

22

21


3/8


Parametrii ce caracterizeaz proprietile fibrei optice sunt:

Lungimea de unda de tierec

(cutt-off wavelenght) reprezint lungimea de und sub care

apar moduri de propagare suplimentare pe lng cel fundamental Spectrul sursei de emisie trebuiedeci s se situeze la o valoare superioar lui

c pentru a avea o transmisie monomod. Valoarea c

figureaz printre parametrii ce caracterizeaz o fibr tip SM i are expresia:

= 2405,2

21n

ac

Apertura numericAN a fibrei exprim capacitatea acesteia de a capta lumina de la o sursprin seciunea frontali indic unghiul solid de acceptare a razelor luminoase ce determin reflexiatotal (Fig. 2-10.5).

Prin definiie, apertura numeric este:

== 2sinAN 12

22

1max0 nnnn (2.10.3)

ntradevr, la limita reflexiei totale, n conformitate cu legea lui Snell:

1

2max1cos

n

n= i 22

21

0max

1sin nn

n= .

Valori recomandate pentru apertura numeric: 24,019,0AN = , unghiul maxim de

acceptare corespunztor fiind oo 1412 = .

Dispersia cromatic. n afar dispersiei modale ce se manifest n fibrele MM i are caurmare lirea impulsului luminos cu consecine n ceea ce privete viteza maxim de transmisie, ntoate tipurile de FO se manifesta i o dispersie cromatic numit uneori dispersie de material.ntruct indicele de refracie este o funcie de lungimea de und, iar viteza de propagare depinde deindicele de refracie, impulsul luminos recepionat va avea o lime mai mare dect cel emis, dacsursa de lumini utilizat nu este strict monocromatic. Dispersia cromatic este caracterizat cuajutorul unui parametru de dispersie:

2

20

=

d

nd

cD [ps/(nm.km)] (2.10.4)

unde: =0 lungimea de und central a spectrului emis de surs,

=c viteza luminii,

=n indicele de refracie al materialului miezului.n funcie de compoziia materialului se poate gsi o lungime de und pentru care dispersiacromatic este nul (Fig. 2-10.6). Fibrele SM cu dispersie decalatobin acest efect prin utilizareaunor profile de indice n W, triunghi, trapez, etc., fr a a modifica compoziia miezului i a mri nacest fel atenuarea. Lirea impulsului luminos dup l [km] se calculeaz cu relaia:

n2

n1

n0max

1max

Fig. 2-10.5


4/8


= Dl [ps] (2.10.5)

unde [nm] = lrgimea spectral a radiaiei optice.Este evident interesul de a lucra:

- la lungimi de und pentru care D este minim;- cu surse de lumin care la acea lungime de und ofer o puritate spectral maxim.Banda de frecven disponibil a fibrei, B, este de aproximativ 1/2 i se exprim n

MHz.km ; pentru fibrele MM cu salt de indice B= 10...100 MHz.km, iar pentru cele cu gradient deindice, B= 100...1000 MHz.km. n cazul fibrelor SM, unde important este doar dispersia cromatic,banda este mult mai larg.

Atenuarea intrinseca FO se datoreaz n principal difuziei i absorbiei luminii n material.Pierderile prin difuzie sunt determinate de ciocnirea elastic a fotonilor cu atomii materialului optic;lumina nu este absorbit ci deviat de la traiectoria sa. Atenuarea datorat difuziei (circa 96% din

atenuarea intrinsec total), este, conform legii lui Rayleigh, proporional cu 4 , de unde i

interesul de a lucra la lungimi de und mari (infrarou). O curb tipic de variaie a atenurii pentruFO, realizat din SiO2 , n funcie de , este prezentat n Fig. 2-10.7. Maximele din curb cu unvrf la 1,39m - se datoreazabsorbiei ca urmare a prezenei unor impuriti (radicali OH) n fibr.Se observ existena a trei ferestre optice n care atenuarea este minim, i ca urmare a progreselortehnologice din ultimul deceniu s-a atins practic limita teoretic. La lungimi de und ce depesc1,7m crete puternic absorbia n infrarou ca urmare a vibraiilor moleculare ale silicei. Omicorare n continuare a atenurii FO presupune utilizarea altor tipuri de sticl, bazate pe materialen prezent mult mai scumpe.

Atenuarea extrinseca FO se datoreaz ndoirii fibrei cu o raz de curbur prea mic.

SiO2 (86,5%)

+ Ge02(13,5%)

1,41,31,2

SiO2

D

Kmnm

ps

[nm]

Fig. 2-10.6

0,1

800

Rayleigh

a

[nm]

[dB/Km]

1000 1200 1400 1600 1800

0,2

0,5

1,0

2

5

10

Fig. 2-10.7


5/8


Joncionarea fibrelor optice

n realizarea unei legturi ntre dou puncte prin FO este necesar att efectuarea unorjoncionri nedemontabile, dac distana ntre puncte depete lungimea de fabricaie a cabluluioptic ce conine fibra, ct i efectuarea unorjoncionri demontabile, care s permit: instalarea sauschimbarea rapid a blocului de emisie sau recepie, msurtori, inserarea unor atenuatori opticiunde este necesar etc.

A. Joncionarea nedemontabil se efectueaz de regul pe teren, prin sudura cu arc saulipire cu utilaje speciale, care s asigure pierderi ct mai mici ale puterii optice ca urmare ajoncionrii. Aceste utilaje au cunoscut o evoluie important n ultimii ani, totui dimensiunile miciale fibrei, mai ales dimensiunea miezului la fibrele SM fac operaia de joncionare foarte delicat.Joncionarea poate fi subdivizat n patru faze principale:

pregtirea fibrelor: nlturarea nveliului protector, pe cale chimic sau mecanic, curarea,secionarea pe un plan perpendicular pe axul fibrei i eventual polisarea (lefuirea) suprafeeiobinute.

alinierea fibrelor, determinant pentru calitatea joncionrii; se face sub microscop, necesito precizie mecanic de ordinul zecimii de micron i const n alinierea nveliurilor celor dou fibresau, n utilajele mai performante, a miezurilor.

meninerea alinierii n timp, prin sudur cu arc electric sau lipire. n cazul sudurii,dispozitivul de sudur este comandat cu microprocesor, ceea ce permite alegerea curentului de arc,a timpului de nclzire, a vitezei de penetraie, a distanei ntre cele dou fee ale fibrelor. Valoareamedie a atenurii unei jonciuni sudate, la fibre SM, este de ordinul 1,0 dB. n cazul lipirii, adezivulutilizat asigur rezistena mecanic transversal i longitudinal a fibrelor, adaptarea indicelui derefracie ntre fibre i reconstituirea nveliului protector. Atenuarea medie a unei jonciuni lipiteeste de circa 12,0 dB.

protecia jonciunii - const n refacerea nveliului protector dup sudur.

B. Joncionarea demontabil se face cu ajutorul unei mari varieti de conectori optici. norice situaie conectorul trebuie s asigure trecerea luminiidintr-o fibr n alta cu minim de pierderi, manipularea s se fac simplu i fr precauii speciale, sreziste la condiii de mediu dificile etc.

Pierderile introduse de conector depind de:- parametrii intrinseci, imagine direct a calitii fibrelor ce trebuie racordate;- parametrii extrinseci, legai de tehnica de conectare propriu-zis.

Parametrii extrinseci, se refer la:- alinierea axelor celor dou miezuri: lateral () i unghiular (),- distanta ntre fetele fibrelor (d),- calitatea feelor fibrelor (rugozitate, planeitate, perpendicularitate etc.)

Se constat c pentru a nu depi o pierdere de 5,0 dB, este necesar ca 5


6/8


Parametrii intrinseci. Toleranele de fabricaie ale FO antreneaz variaii ale caracteristicilor loropto-geometrice, ceea ce determin pierderi n conector chiar dac axele miezurilor sunt perfectaliniate. Principalii parametrii avui n vedere sunt:

- diametrul miezului,- concentricitatea miez-nveli,- diametrul nveliului,- apertura numeric,- profilul indicelui de refracie (FO cu gradient de indice).Se constat c toleranele de fabricaie de 5 % asupra miezului sau aperturii numerice potantrena pierderi de circa 1dB la conexiune. Diferena ntre profile are o influen relativ redus.

Cabluri optice

Este evident c FO nu poate fi utilizat dect cablat. Un cablu optic de calitate trebuie spoat conserva performanele fibrei n ceea ce privete caracteristicile de transmisie, s o protejezempotriva riscurilor de deteriorare i s aib o durat de via ct mai lung. Au fost studiatenumeroase structuri de cabluri n funcie de numrul fibrelor n cablu (de la 1 la 1000). Cauzele

acestei diversiti se bazeaz pe:- analiza parametrilor ce permit minimizarea pierderilor datorate curburilor ce apar n operaiade cablare sau n exploatare (curburi cu raza sub 4 cm introduc atenuri de ordinul 10 dB).

- utilizarea avut n vedere: trebuie fcut distincie ntre cablurile supuse unor elongaiireduse (ngropate sau n conducte) i cele ce trebuie s suporte elongaii relativ importante, cumsunt cele aeriene. Astfel, n raport cu rezistena teoretic la traciune a unei fibre cu diametrul de125m ( 25daN), valorile rezistenei obinute n mod obinuit sunt de circa 10 ori mai mici, ceea cese explic prin prezena unor fisuri superficiale. Aceste fisuri se adncesc i se extind la aplicareaunei sarcini, fenomen accentuat de umiditate i creterea temperaturii, ceea ce duce la obosealamaterialului i la creterea atenurii. Se constat c o tensiune permanent asupra fibrei din cablu

corespunztoare la 20 % din cea de rupere are efecte neglijabile asupra oboselii, pe cnd depirea acirca 30% duce la o oboseal rapidi la o durat de via de cteva zile.

n prezent exist dou categorii de structuri pentru cablurile optice, structuri prin care secaut anularea tensiunii aplicate n cablu i respectarea altor factori ce influeneaz oboseala static(de exemplu raza minim de curbur), totul n scopul obinerii atenurii minime i garantrii uneiprobabiliti ridicate a duratei de via de ordinul a 3020 de ani.

O prim categorie cuprinde cablurile cu fibre "nglobate", n care fibra este nglobat ntr-omaterie plastic, n 31 straturi nainte de a fi asamblat n grupe sau straturi. Alegerea materialuluiplastic n care se nglobeaz fibra are o mare importan n ceea ce privete pierderile.

A doua categorie, cea mai important, cuprinde cablurile cu fibre "libere" n sensul c fibrelesunt protejate individual prin tuburi din material termoplastic extrudate pe fibr cu un joc radial (tubtampon). Tuburile, cu un diametru interior de 1,2 mm i cu diametrul exterior de 2 mm, suntasamblate n elice, n unul sau mai multe straturi, i n jurul unui element portant central, care arerolul de a prelua singur efortul de traciune. Elementul portant poate fi metalic (oel) sau, n anumitecazuri, din material plastic (cum ar fi aramida). Ansamblul se protejeaz cu un nveli din materialplastic extrudat. Capacitatea unui cablu optic poate fi de 1, 6, 12, 18, 32, 48,...fibre. Alte structuri decapacitate mare cuprind fibre plasate n anurile elicoidale realizate pe suprafaa unui suportcilindric din material plastic, cu element portant din oel (Fig. 2-10.9).


7/8


Modularitatea acestor ultime structuri permite realizarea unor cabluri de capacitatefoarte variat, de la 106 fibre la 1000 fibre ntr-un cablu cu diametrul exterior de circa 65mm.

Msurtori asupra fibrelor optice

n prezent pe plan internaional exist norme i specificaii ce descriu metodele de msur(UIT-T, CEI) pentru majoritatea caracteristicilor fibrelor. Fibra optic, prin natura sa, idimensiunile extreme (lungime 122 km, diametru de ordinul zecilor de microni) reclam un marenumr de msurtori. Reducerea acestuia i n consecin a costului comport dou direcii deaciune:

a) stpnirea procesului de fabricaie astfel nct s se asigure o calitate constant, cepermite controlul statistic;

b) o clasificare a fibrelor dup domeniul de utilizare, limitnd criteriile de calitate la celeabsolut necesare sistemului de transmisie considerat.

Msurtorile asupra FO se pot mpri n patru domenii, raportate la elementele asupra

crora se execut:1. dimensiuni (lungime, diametru miez, diametru nveli, erori de concentricitate,necircularitate a miezului sau a nveliului etc.);

2. caracteristici mecanice (rezisten mecanic la traciune, strivire, raz de curbur, oc,torsiune, vibraii, mbtrnire, etc.);

3. caracteristici optice i de transmisie (atenuare, apertur numeric, profil al indiceluide refracie, continuitate optic, dispersie cromatic, lungime de und de taiere etc.);

4. caracteristici de mediu (comportament climatic, rezisten la radiaii ionizante,rezisten chimic etc.).

Metodele de msur fiind standardizate, rezultatul corect al msurtorii depinde de calitatea

aparatelor de msur i de utilizarea lor corespunztoare.Principalele msurtori de mare interes pentru utilizator, dup instalarea cablului optic, se

refer la atenuarea i dispersia cromatic. Pentru msurarea atenurii exist trei metode (a "fibreitiate", a inseriei i cea bazat pe reflectometrie).

Msurtorile pe antier fac cel mai adesea apel la metoda reflectometriei. Un reflectometrude calitate are o dinamic de cel puin 25dB i o btaie de 10050 km n funcie de lungimea deund. Pe lng valoarea atenurii, cu o precizie de 02,0 dB/km permite i msurarea lungimii fibrei(precizie 5,0 %) ca i poziia joncionrilor i mrimea atenurii introduse de acestea.

Msurarea dispersiei cromatice este foarte delicati aparatele de msur perfecionate au o

precizie de 1,0 ps/nmkm. Cu acelai aparat n general se poate determina lungimea i alungirea uneifibre supus traciunii, cu precizie de un milimetru.Msurarea atenurii de transmisie prin alte metode, msurarea variaiei atenurii n timpul

testelor mecanice i climatice i msurareac

necesit emitoare i receptoare optice. Exist o

element portant

FO

Fig. 2-10.9


8/8


mare varietate de astfel de aparate, criteriile de alegere fiind: dinamica, stabilitatea, spectrulemitorului, modul de conectare la fibr, numrul de programe etc.

Recomandrile UIT-T i CEI privind caracteristicile FO pentru telecomunicaii

Tendina pe plan mondial este de a utiliza mai mult fibrele monomod att n legturile lamare distan i de mare capacitate de transmisie, ct i n reeaua de abonat, n scopul introducerii

de noi servicii, deci tendina este de a generaliza utilizarea fibrelor SM. Efortul tehnologic seconcentreaz pe obinerea unei fibre optice SM de cost redus, cu caracteristici geometrice adaptateunor dispozitive de cuplare simple. n scopul normalizrii fibrelor SM, UIT-T a emis recomandareaG.652 cu privire la fibrele utilizate n fereastra de 1300 nm: atenuare medie de 35,0 dB/km,dispersie cromatica maxima de 5,3 [ps/nmkm] , lungime de und de tiere

c sub 1280 nm.

Dei fibrele SM se impun tot mai mult, fibrele MM continu sa-i gseasc aplicaii ndomenii unde, pentru legturi scurte i de capacitate mic, sunt apreciate datorit unei instalri maiuoare i unui cost mai redus al componentelor asociate. Comisia Electrotehnic Internaional (CEI)a emis recomandri pentru patru modele de fibre MM cu gradient de indice: 50/125; 62,5/125;85/125; 100/140.

Domeniile de utilizare cuprind: reele de telefonie privat, reele de videocomunicaii(telesupraveghere), reele pentru aplicaii informatice. Dintre acestea, exist o cerere crescndpentru modelul 62,5/125 n reeaua informatic i pentru modelul 85/125 n videocomunicaii. Seprevede eliminarea celorlalte dou modele datorit costului ridicat i al numrului redus de aplicaii.

medii_trans3

Documents