Technik_telekomunikacji_311[37]_Z2.02

„Projekt wspó

łfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Stanisław Sitek

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji
światłowodowej 311[37].Z2.02

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Klasyfikacja światłowodów.

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Budowa i parametry światłowodów.

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Łączenie światłowodów

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Straty mocy optycznej w torach światłowodowych.

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Kody transmisyjne i pomiary w torach światłowodowych

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Konserwacja i lokalizacja uszkodzeń w torach światłowodowych

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1.WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o podstawowych materiałach

stosowanych do budowy urządzeń i transmisyjnych kanałów światłowodowych, ich
właściwościach oraz zasadach łączenia i sposobach wykonywania pomiarów kontrolnych.

Poradnik dla ucznia, zawiera niezbędne materiały i wskazówki, z których możesz

korzystać  podczas  przyswajaniu  wiedzy  z  zakresu  jednostki  modułowej  Z2.02.  „Montaż
i eksploatacja  sieci  i  urządzeń  transmisji  światłowodowej”.  W  jednostce  tej zapisane są  cele
kształcenia.  Może  ona  być  realizowana  jako samodzielna  część  programu  nauczania.  Jednak
do  zrozumienia  treści  zawartych  w  materiale  nauczania  tej  jednostki  modułowej,  niezbędna
jest  dobra  znajomość  fizyki  w  zakresie  zjawisk  falowych,  w  tym  fal  elektromagnetycznych
i optyki  falowej  oraz  wcześniejsze  opanowanie  modułów  ogólnozawodowych:  311[37].O1
Badanie  obwodów  elektrycznych  i  311[37].O2  Pomiary  parametrów,  elementów  i  układów
elektronicznych  a  także  311[37].Z2.01  „Montaż  i  eksploatacja  sieci  i  urządzeń  transmisji
kablowej”.  Obejmują one wiedzę i umiejętności wspólne dla zawodów branży elektronicznej
oraz  podstawowe  wiadomości  dotyczące  teletransmisji.  W  chwili  obecnej  można  znaleźć
w internecie  i  w  czasopismach  wiele  publikacji  na  temat  światłowodowych  mediów
transmisyjnych.

W poradniku zamieszczono:

–

Wymagania wstępne, które określają wiedzę i umiejętności, jakie powinieneś posiadać
przed rozpoczęciem pracy z poradnikiem,

–

Cele kształcenia, które określają umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z tym
poradnikiem,

–

Materiał nauczania, który zawiera:
a) treści potrzebne do nabycia wiedzy niezbędnej do wykonania ćwiczeń oraz zaliczenia

sprawdzianów  z  zakresu  montażu  i  eksploatacji  sieci  i  urządzeń  transmisji
światłowodowej.  Przy  wyborze  odpowiednich  treści  pomoże  Ci  nauczyciel,  który
wskaże  Ci  zarówno  materiały  jak  i  czynności    niezbędne  do  wykonania  zadań
określonych w wymaganiach dla zawodu technik telekomunikacji,

b) pytania sprawdzające, które sprawdzą wiedzę niezbędną do wykonania przez Ciebie

ćwiczeń. Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczeń, sprawdzisz czy jesteś do tego
odpowiednio przygotowany udzielając odpowiedzi na pytania poprzedzające
ćwiczenia,

c) ćwiczenia, które umożliwią Ci nabycie umiejętności praktycznych niezbędnych do

wykonania  montażu  i  eksploatacji  sieci  i  urządzeń  transmisji  światłowodowej,
Wykonując  ćwiczenia  zawarte  w  poradniku,  zgodnie  z  instrukcją  zaproponowaną
przez  nauczyciela,  przypomnisz  sobie  podstawowe  prawa  optyki  geometrycznej
mające  zastosowania  w  technologii  światłowodowej,  poznasz  podstawowe  cechy
konstrukcyjne  i  oznaczenia  oraz  parametry    kabli  światłowodowych  a  także  metody
kontroli  parametrów  kabli  światłowodowych  i  jakości  transmisji  sygnałów  w  torach
światłowodowych,

d) wykaz materiałów, narzędzi i sprzętu potrzebnych do realizacji ćwiczenia,
e) sprawdzian postępów, który pomoże Ci ocenić poziom Twojej wiedzy, nabytej

podczas wykonywania ćwiczeń.

–

Sprawdzian  osiągnięć,  który  umożliwi  sprawdzenie  wiadomości  i  umiejętności
opanowanych  przez  Ciebie  podczas  realizacji  programu  jednostki  modułowej  „Montaż
i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej.
Sprawdzian osiągnięć zawiera:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

a) Instrukcję dla ucznia, w której omówiono sposób postępowania podczas

przeprowadzania sprawdzianu,

b) Zestaw zadań testowych,

–

Przykładową kartę odpowiedzi, do której wpiszesz wybrane przez Ciebie odpowiedzi na
pytania znajdujące się w teście,

–

Wykaz literatury, która zalecana jest do wykorzystania w procesie uczenia się w celu
pogłębienia wiedzy z zakresu „Montażu i eksploatacji sieci i urządzeń transmisji
światłowodowej”.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa  i  higieny  pracy  oraz  instrukcji  przeciwpożarowych,  wynikających  z  rodzaju
wykonywanych  czynności.  Przepisy  te  poznasz  podczas  trwania  nauki.  Niezależnie  od  tego
powinieneś  pamiętać  że  promień  świetlny  nadawany  przez  nadajnik  laserowy
(światłowodowy)    lub  otwarty  kabel  światłowodowy  posiada  dużą  moc  zawartą  w  bardzo
małej  powierzchni  i  jest  bardzo  szkodliwy  dla  wzroku!  Sygnalizuje  to  specjalny  symbol
umieszczony obok złącza nadajnika (zamieszczony w dalszej części poradnika). Pod żadnym
pozorem  nie  należy  patrzeć  w  nieosłonięte  gniazdo,  do  którego  nie  jest  dołączone  złącze
światłowodowe. Również obserwacja końca światłowodu, w którym prowadzone jest światło
grozi uszkodzeniem wzroku.

Schemat układu jednostek modułowych w module 311[37].Z2

Moduł 311[37].Z2

Montaż i eksploatacja sieci oraz urządzeń transmisji

kablowej, światłowodowej i bezprzewodowej

Jednostka modułowa 311[37].Z2.01

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej

Jednostka modułowa 311[37].Z2.02

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji światłowodowej

Jednostka modułowa 311[37].Z2.03

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji bezprzewodowej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej Z2.02 „Montaż i eksploatacja

sieci i urządzeń transmisji światłowodowej ” powinieneś umieć:

−

rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne i ich jednostki należące do układu SI,

−

rozróżniać podstawowe pojęcia i wielkości występujące w optyce geometrycznej,

−

szacować oraz obliczać wartości wielkości elektrycznych,

−

charakteryzować podstawowe zjawiska zachodzące w polu elektrycznym, magnetycznym
i elektromagnetycznym oraz opisane w fizyce, w dziale optyka,

−

rozpoznawać elementy torów telekomunikacyjnych oraz źródła sygnałów na podstawie:
wyglądu, oznaczeń i symboli graficznych,

−

planować pomiary podstawowych wielkości elektrycznych,

−

rysować schematy podstawowych układów elektronicznych i pomiarowych stosując
odpowiednie symbole graficzne,

−

rozróżniać i stosować kody liczbowe,

−

opisywać zasady modulacji i demodulacji fali nośnej,

−

dobierać metody i przyrządy pomiarowe do pomiarów podstawowych wielkości
elektrycznych,

−

stosować, zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji obsługi, woltomierz, oraz
miernik uniwersalny, generator sygnałów sinusoidalnych, oscyloskop, miernik poziomu,
zasilacz, licznik częstotliwości itp.,

−

wykonywać pomiary podstawowych wielkości elektrycznych i parametrów elementów
elektronicznych,

−

stosować i przeliczać podstawowe jednostki wielkości elektrycznych w układzie SI,

−

przedstawiać wyniki pomiarów w formie tabel i wykresów,

−

odczytywać informację z tabel lub wykresów zawartych w katalogach lub normach,

−

analizować i interpretować wyniki pomiarów oraz wyciągać wnioski praktyczne,

−

obserwować i interpretować przebiegi sygnałów obserwowanych na oscyloskopie,

−

prezentować efekty wykonywanych pomiarów,

−

korzystać z książek, katalogów, czasopism w celu odnalezienia potrzebnej informacji
o elementach i układach elektronicznych,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

stosować różne metody i środki (symbole, rysunki, zdjęcia itp.) w porozumiewaniu się
na temat zagadnień technicznych,

−

stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, przeciwpożarowe i przepisy o
ochronie środowiska,

−

oceniać ryzyko zagrożenia życia i zdrowia w trakcie badań obwodów i układów
stosowanych w technice światłowodowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej Z2.02 „Montaż i eksploatacja sieci

i urządzeń transmisji światłowodowej” powinieneś umieć:

–

wyjaśnić zasady transmisji sygnałów optycznych w światłowodach wielomodowych,
skokowych i gradientowych oraz w światłowodach jednomodowych,

–

scharakteryzować parametry światłowodów i kabli światłowodowych,

–

scharakteryzować różne rodzaje łączeń światłowodów i straty mocy sygnału na
łączeniach,

–

rozróżnić przewody i kable światłowodowe,

–

zmierzyć parametry światłowodów,

–

wykorzystać oprogramowanie narzędziowe w technice pomiarowej,

–

odczytać proste rysunki mechaniczne,

–

dobrać elementy mechaniczne stosowane przy montażu urządzeń transmisji
światłowodowej,

–

dobrać połączenia mechaniczne elementów konstrukcyjnych,

–

zastosować wymagania określone przez producenta i dotyczące warunków zasilania
i zabezpieczania urządzeń teletransmisyjnych,

–

posłużyć się normami, dokumentacją techniczną, instrukcjami, i schematami
montażowymi urządzeń,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy przy montażu i obsłudze urządzeń
z zakresu jednostki modułowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Klasyfikacja światłowodów.

4.1.1. Materiał nauczania

Informacje wstępne o światłowodach

W dzisiejszych czasach informacja jest najbardziej poszukiwanym i cenionym produktem

przeznaczonym  do  sprzedaży.  Pod  względem  szybkości  i  jakości  przepływu  informacji
światłowody  stanęły  wysoko  ponad  wszelką  konkurencją.  Już  w  roku  1876  -Aleksander
Graham Bell opracował a w 1880 opatentował urządzenie nazwane fototelefon. W urządzeniu
tym wykorzystał do przekazu głosu  modulację wiązki światła poprzez drgające w takt głosu
zwierciadło  i  następnie  transmisję  promienia  świetlnego  w  wolnej  przestrzeni.  Za  pomocą
fototelefonu można było komunikować się na odległość 200 m. W roku  1890  Lord Tyndall
przedstawił wyniki prac nad efektem światłowodowym w dielektrykach. Wymienione  i inne
rozwiązania  praktyczne  były  kosztowne  i  zawodne.  W  tym  czasie  parametry  kabli
miedzianych  w  zupełności  odpowiadały  stawianym  wymaganiom  związanym  z  ilością
przekazywanej  informacji.  Jednak,  wraz  z  rozwojem  zapotrzebowania  na  nowe  usługi,
telekomunikacja  potrzebowała  systemów  transmisyjnych  o  coraz  większej  pojemności.
Rozwój  technologii  wytwarzania  światłowodów  w  oparciu  o  powszechną  dostępność
w skorupie  ziemskiej  kwarcu  oraz  dopracowanie  konstrukcyjne  wydajnych  źródeł  światła  –
nadajników  optycznych  i  odbiorników  promieniowania  spójnego,  które  nastąpiło  w  latach
siedemdziesiątych  i  osiemdziesiątych  ubiegłego  stulecia,  umożliwił  wprowadzenie  do
eksploatacji

nowych

typów

łączy-łączy światłowodowych. Jednocześnie Sektor

Telekomunikacji  Międzynarodowego  Związku  Telekomunikacyjnego  (ITU-T),  który
formalnie  zastąpił  (w  1993  r.)  organizacje  europejską    CCITT  (Międzynarodowy  Komitet
Doradczy  ds.  Telefonii  i  Telegrafii),  opracował  wymagania  i  metody  kontroli  parametrów
światłowodowych  łączy  wielomodowych  i  jednomodowych    zawarte  w  standardach,  do
których należą:

−

ITU-T G.652, Standardowy światłowód jednomodowy,

−

ITU-T G.653, Światłowód jednomodowy z przesuniętą dyspersją,

−

ITU-T G.655, Światłowód jednomodowy z niezerową dyspersją.

Stworzyło to warunki do ekonomicznego zastosowania technologii światłowodowej nie tylko
w telekomunikacji i teleinformatyce ale także w wielu innych dziedzinach.

Światło widzialne:

–

jest falą elektromagnetyczną zawierającą fale o długościach z zakresu od 0,39 μm do
0,74 μm tj o częstotliwościach rzędu 10

–

rozchodzi się w próżni z jednakową prędkością wynoszącą c = 299 792 458 m/s.
niezależnie od długości fali (tak jak ogólnie wszystkie fale elektromagnetyczne),

–

jest odbierane przez ludzki narząd wzroku – oko,

–

niesie ze sobą energię oraz informację,

–

może być w przybliżeniu opisywane prawami optyki geometrycznej.
W

technologii

światłowodowej

znalazło

zastosowanie

promieniowanie

elektromagnetyczne o długościach fal leżących w pobliżu światła widzialnego, w zakresie od
0,6

m do 1,7

Od dobrych parametrów mediów transmisyjnych w zasadniczy sposób zależy jakość

wymiany informacji. Dlatego też pojawia się pytanie, kiedy warto stosować światłowód
zamiast torów przewodowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W porównaniu z technikami tradycyjnymi:

–

transmisja światła w światłowodzie jest niewrażliwa na zakłócające, zewnętrzne pola
elektromagnetyczne oraz na oddziaływanie między sąsiednimi włóknami co jest
szczególnie istotne w instalacjach wykonywanych w środowisku przemysłowym,

–

możliwe  jest  wykorzystanie  bardzo  szerokiego  pasma  częstotliwości  rzędu  wielu  GHz
przy zasięgu ponad 100 km bez regeneratorów  przydatne podczas transmisji  cyfrowych
sygnałów  telefonii,  transmisji  danych  oraz  sygnałów  telewizyjnych  o  bardzo  dużej
przepływności binarnej,

–

włókna optyczne są idealnymi izolatorami,

–

dostęp do przesyłanej informacji jest bardzo utrudniony, ponieważ światłowód
praktycznie nie emituje energii na zewnątrz,

–

tłumienność światłowodów jest znacznie niższa niż tłumienność kabli miedzianych.
Najbardziej przydatne są światłowody wtedy, gdy występuje zapotrzebowanie na duże

szybkości transmisji, przekraczające 100 Mbit/s, oraz duże odległości (100 – 200 km). Firmy
zajmujące  się  technologią  światłowodową  pracują  nad  tym,  aby  koszty  instalacji  traktów
i urządzeń  światłowodowych  były  takie  same  lub  mniejsze  od  kosztów  kanałów
telekomunikacyjnych  wykonanych  z  przewodów  miedzianych.  W  kablach  miedzianych
można  uzyskiwać  duże  szybkości  transmisji  sygnałów,  ale  na  odległości  ograniczone  do
kilkuset  metrów.  Głównymi  dostawcami  kabli  światłowodowych  są:  TELE-FONIKA  Kable
S.A., Lucent Technologies i MOD-TAP.

„Zasady transmisji sygnałów w torach światłowodowych – przypomnienie wiadomości

z podstaw optyki geometrycznej”
Światło  jest  falą  elektromagnetyczną  o  określonej  częstotliwości.  W  wielu  przypadkach
wykorzystuje się opis światła  oparty jest na idei promieni światła. Przybliżenie to jest dobre
dla  promieni szerokich w porównaniu do długości fali. Opis ten wykorzystuje  prawa  odbicia
i załamania fali świetlnej na granicy 2 ośrodków. W opisie tym „Promień świetlny” to droga
w  przestrzeni  wyznaczona  przez  falę  płaską  biegnąca  wzdłuż  linii  prostej,  w  ośrodku
jednorodnym, tzn. takim, którego właściwości są jednakowe w każdym jego punkcie.
Światło  rozchodzi  się  jako  strumień  promieni  (wiązka  fal  o  zbliżonych  częstotliwościach).
Przyjmuje  się  też,  że  promienie  te  biegną  prostoliniowo  od  źródła  światła  do  miejsca,
w którym napotkają  na przeszkodę,  lub zmianę ośrodka.  Światło rozchodzi  się w ośrodkach
przezroczystych - np. w powietrzu, szkle, wodzie. Niestety w ośrodkach materialnych światło
jest zawsze w jakimś stopniu pochłaniane. Najlepiej (najszybciej i bez strat) światło rozchodzi
się  w  próżni.  Ponadto,  jak  wynika  z  teorii  falowej  światła,  okazuje  się  że  światło,  ulega
dyfrakcji i interferencji a więc nie jest takim jednorodnym, prostoliniowym promieniem.
Jednak  w  wielu  typowych,  znanych  z  codziennego  życia,  zastosowaniach,  model  optyki
geometrycznej  całkiem  nieźle  się  sprawdza.  W  oparciu  o  ten  model  świetnie  działają  takie
przyrządy  jak:  aparaty  fotograficzne,  okulary,  lornetki  i  teleskopy  oraz  można  wytłumaczyć
podstawowe procesy zachodzące w światłowodach.
W  przypadku,  gdy  promień  świetlny  napotyka  na swej  drodze granicę  dwóch ośrodków  np.
powietrza i wody, to dochodzi do zmiany kierunku biegu tego promienia. Na granicy dwóch
ośrodków może wystąpić zjawisko odbicia promieni lub odbicia i załamania w zależności od
tego czy promień wnika do drugiego ośrodka czy nie. „Prawo odbicia światła” (rysunek 1a)

W idealnym przypadku odbicie światła może być zwierciadlane (takim będziemy się

głównie  zajmować)  lub  dyfuzyjne,  w  którym  światło  jest  odbijane  (rozpraszane)  we
wszystkich możliwych kierunkach. Odbicie dyfuzyjne występuje gdy powierzchnia odbijająca
jest  nieregularna.  Odpowiednia  „gładkość”  powierzchni  odbijającej  pozwala  na
sformułowanie  zasady mówiącej że (rysunek 1a): Na granicy dwóch ośrodków kąt odbicia

równy jest kątowi padania

oraz że promień padający i promień odbity leżą w jednej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

płaszczyźnie. Zarówno kąt padania, jaki i odbicia liczone są od normalnej (prostopadłej do
powierzchni), a nie od powierzchni rozgraniczającej ośrodki

Typowe, najbardziej znane nam odbicie zachodzi wtedy, gdy drugi ośrodek jest w ogóle

nieprzepuszczalny dla światła. Jeżeli dodatkowo w tym drugim ośrodku światło nie jest
pochłaniane, to cała wiązka ulega odbiciu. (jak np. w zwierciadle). „Załamanie światła”
(rysunek 1b)

Załamanie światła polega na zmianie kierunku biegu promienia na granicy dwóch

ośrodków  o  różnej  gęstości  optycznej  i  jest  związane  ze  zmianą  prędkości  propagacji  fali
świetlej  po  przejściu  z  jednego  ośrodka  do  drugiego  przy  zachowaniu  tej  samej
częstotliwości.  Inna  prędkość  fali  świetlnej  powoduje  zmianę  jej  długości.  A  więc  po
przejściu  promienia  świetlnego  do  innego  ośrodka  dochodzi  do  zmiany  kierunku
rozchodzenia się światła.
Uwaga: Nie należy mylić załamania z ugięciem promienia świetlnego. Załamanie zachodzi na
granicy  2  ośrodków,  natomiast  ugięcie  promienia  świetlnego  ma  inną  naturę  i  zachodzi
w jednym ośrodku.(inaczej przebiega)

Rys. 1 Prawo odbicia i załamania światła [8]

Prawo załamania, przedstawione na rysunku 1b, sformułowane jest w następującej

postaci:
Zgodnie z rysunkiem 1b, promień świetlny pochodzący z ośrodka 1 na granicy dwóch
ośrodków załamuje się i biegnie w ośrodku 2. Jeżeli narysujemy linię normalną (prostopadłą)
do granicy ośrodków i oznaczymy przez

kąt padania oraz przez

kąt załamania to sinusy

tych kątów wiąże następująca zależność:
v – prędkość światła w danym ośrodku,
c – prędkość światła w próżni (c = 299 792 458 m/s),
n – bezwzględny współczynnik załamania.

mamy:

sin

Czyli; dla danego światła monochromatycznego stosunek sinusa kąta padania do sinusa

kąta załamania jest wielkością stałą, charakterystyczną i nazywa się współczynnikiem
załamania ośrodka drugiego, do którego światło wpada, względem ośrodka pierwszego,
z którego światło wychodzi. Promień padania, promień załamania oraz prostopadła w punkcie
załamania leżą w jednej płaszczyźnie.

Jeżeli światło wychodzi z danego ośrodka do próżni lub do atmosfery, to mówimy

o bezwzględnym współczynniku załamania światła. Możemy to zapisać w postaci wzoru:

Znajomość bezwzględnych współczynników załamania umożliwia szybkie obliczenie

prędkości rozchodzenia się światła w danych ośrodku, wg wzoru:

Przejście fali

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

elektromagnetycznej do ośrodka zmniejszającego jej prędkość powoduje zmianę długości fali

zgodnie z zależnością:

gdzie: − λ

- długość fali w ośrodku,

–

λ - długość fali w próżni,

–

- współczynnik załamania światła ośrodka względem próżni.

Prawo załamania zostało doświadczalnie odkryte przez Willebrod’a Snell’a i nazywane jest
prawem Snella lub Snelliusa.

Przykład:
Prędkość światła w szkle wynosi ok. 2/3 prędkości światła w próżni. Współczynnik załamania
szkła wynosi więc 3/2 czyli 1,5.

Mając bezwzględne współczynniki załamania ośrodka, z którego wychodzi światło

i ośrodka 2, do którego przechodzi światło, można wyznaczyć również względny
współczynnik załamania

- bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 (z którego wychodzi światło),

– bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2 (do którego przechodzi światło),

– współczynnik załamania (względny) ośrodka 2 względem ośrodka 1

Tabela 1

Względny współczynnik załamania światła

decyduje o tym, jak bardzo światło ma tendencję
do

zmieniania

swego

kierunku

podczas

przechodzenia do innego ośrodka. Inaczej mówiąc
-

przy

dużym

względnym

współczynniku

załamania światło będzie się silniej załamywać.

W przypadku, gdy nie ma dokładnego

stwierdzenia

jaki

współczynnik

chodzi,

najczęściej

samo

wyrażenie

"współczynnik

załamania"  należy  rozumieć  jako  "bezwzględny
współczynnik  załamania".  Jeżeli  medium  ma
zmienny  współczynnik  załamania,  powoduje  to
powstanie  znacznych  zakłóceń  w  rozchodzącej  się
fali. Przykładem tego może być powietrze, którego

lokalne  i chwilowe  fluktuacje gęstości są przyczyną  zmian współczynnika załamania  i przez
to  zakłócają  obrazy  teleskopów  optycznych  rozmieszczonych  na  powierzchni  Ziemi.
Przykłady  współczynników  załamania  światła  względem  próżni,  dla  fali  o  długość  580  nm,
dla różnych materiałów przedstawiono tabeli 1.

Promień świetlny przy przechodzeniu z ośrodka optycznie rzadszego do ośrodka

optycznie gęstszego ( n

) załamuje się ku prostopadłej padania. Gdy promień świetlny

przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego (n

) załamuje

się od prostopadłej padania. Zjawisku załamania światła towarzyszy zawsze odbicie światła.

W technice światłowodowej szczególnie interesująca jest sytuacja, w której kąt

załamania jest większy od kąta padania. Jeżeli w ośrodku 1 optycznie gęstszym fale o pewnej
częstotliwości mają prędkość propagacji v

, a w drugim fale o tej samej częstotliwości mają

prędkość propagacji v

to kat załamania

będzie większy od kąta

. Dla pewnego kąta

kat załamania

może wynosić 90

. Taki kąt padania

nazywamy kątem granicznym. Dla

wszystkich kątów padania większych od kąta granicznego będzie występowało całkowite
wewnętrzne odbicie. W tych warunkach promień świetlny nie przechodzi do drugiego

Materiał

Współczynnik

załamania

Próżnia

powietrze(1013 hPa 20

C) 1,0003

Woda

1,33

Lód

1,310

alkohol etylowy

1,36

dwusiarczek węgla

1,63

jodek metylu

1,74

topiony kwarc

1,46

szkło (kron)

1,52

szkło (flint)

1,66

chlorek sodu(flint)

1,53

Diament

2,417

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ośrodka,  lecz  ulega  całkowitemu  odbiciu  i  nie występują straty  mocy  promienia  świetlnego.
Światło  padające  na  granicę  ośrodków  pod  kątem  mniejszym  od  granicznego  zostaje
częściowo  odbite  a  częściowo  przechodzi  do  drugiego  ośrodka  (jest  załamane).
Matematycznie można to przedstawić w następujący sposób:

Znając  współczynnik  załamania  dla  danej  fali  można
wyznaczyć  jej  prędkość  w  drugim  ośrodku.  Wartość
współczynnika  załamania  zależy  od  długości  fali
przykładową

taką

zależność,

dla

szkła

borowo-

krzemowego oznaczanego jako BK7 przedstawiono na
rysunku 3.

Kąt załamania światła na granicy dwóch ośrodków

zależy  również  od  częstotliwości  fali.  W  zakresie  światła
widzialnego  wzrost  częstotliwości  powoduje  zmniejszenie  prędkości  fali,  a  więc  przy
większych  częstotliwościach  występuje  mniejsze  załamanie.  Szerokie  pasma  przenoszenia
w wielomodowych  światłowodach  gradientowych  uzyskuje  się  w  wyniku  optymalizowania,
w procesie wytwarzania, profilu współczynnika załamania światła ze względu na długość fali.
Ta optymalizacja następuje w procesie wytwarzania rdzeni światłowodów poprzez dodawanie
do krzemu dodatkowych pierwiastków rzadkich.

Współczynnik

Wartość

1.15150

1.18584x10

-1

1.26301

1.05984x10

-2

-1.18225x10

-2

1.29618x10

Rys. 3 Zależność współczynnika załamania od
długości fali światła dla szkła BK7

Dyspersja-czyli rozszczepienie

Dyspersją nazywamy zjawisko, w którym prędkość rozchodzenia się fali

elektromagnetycznej zależy od długości fali.

Dyspersja światłowodu powoduje, że sygnał

niesiony przez falę elektromagnetyczną rozchodzącą się w ośrodku ulega odkształceniu, które
rośnie wraz z odległością transmisji i w końcu utrudnia prawidłowe dekodowanie sygnałów.
Odkształcenie przekazywanych impulsów przedstawiono na rysunku 4. Zjawisko to określa
przydatność włókna światłowodowego do transmisji długodystansowej.

Ośrodek 1

Ośrodek optycznie gęstszy

środ

rza

szy

Graniczny kąt padania
światła

=90

Rys. 2 Całkowite

wewnętrzne odbicie [14]

v - prędkość propagacji fali świetlnej,
c - prędkość światła w próżni,
n

- współczynnik załamania światła przy

przejściu z próżni do medium dla
częstotliwości f

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dyspersja”

całkowita skła

„Dyspersja chromatyczna”

–nazywana  również
materiałową,  spektralną,  lub
widmową  jest  najbardziej
znacząca  i    spowodowana
zależnością  prędkości
rozchodzenia

się

światła

oraz współczynnika
załamania  światła  w  danym
ośrodku  od  częstotliwości.  Przesyłane  impulsy  (pochodzące  nawet  z  najlepszych  laserów
optycznych)  składają  się  w  rzeczywistości  z  wielu  fal  monochromatycznych  należących  do
pewnego  zakresu  częstotliwości.  Fale  o  różnych  długościach  poruszają,  się  w  rdzeniu
z różnymi prędkościami. Zjawisko to powoduje poszerzanie przesyłanych włóknem impulsów
tak,  jak  to  pokazano  na  rysunku  4.  Im  węższe  jest  widmo  sygnału,  czyli  im  światło  jest
bardziej  spójne  (koherentne),  tym  wpływ  dyspersji  chromatycznej  jest  mniejszy
i zniekształcenia sygnału na wejściu odbiornika mniejsze.

„Dyspersja modowa” – występuje w światłowodach

wielomodowych.  Impuls  światła  (przedstawiony  na
rysunku  5  na  początku  światłowodu)  wiedziony  przez
światłowód  jest  superpozycją  wielu  (na  rysunku  5
dwóch

modów)

modów

(fal,

różnych

częstotliwościach),  z  których  prawie  każdy,  na  skutek
różnych  kątów  odbicia  od  granicy  rdzenia,  ma  do
przebycia  inną  długość  drogi  między  odbiornikiem  a
nadajnikiem.  Powoduje  to  rozmycie  transmitowanego

impulsu  zależne  od  długości  światłowodu.  Dyspersja  modowa  jest  największa  dla
światłowodów skokowych  i przekracza znacznie  wszystkie pozostałe dyspersje. Dodatkowo
z powodu  dużego  tłumienia  jednostkowego  tych  włókien  docierający  na  wejście  odbiornika
sygnał  ma  wyraźnie  inny  kształt  i  niniejszą  amplitudę.  Zniekształcenie  to  rośnie  wraz
z długością  światłowodu.  Ograniczenie  dyspersji  modowej  i  zwiększenie  pasma
światłowodów  wielomodowych  do  1200  MHz*km  uzyskano  wprowadzając  włókna
gradientowe.

„Dyspersja modowa” występująca w światłowodach gradientowych, jest mniejsza, gdyż

poszczególne  mody  (fali  długości  850  lub  1300  nm)  pokonują,  w  przybliżeniu  jednakową
drogę.  We  włóknach  jednomodowych  dyspersja  modowa  nie  występuje  i  możliwe  jest
uzyskanie  bardzo  szerokiego  pasma.  Jednak  szerokość  tego  pasma  ogranicza  dyspersja
chromatyczna i falowodowa.

„Dyspersja falowodowa” - spowodowana jest tym, że efektywna prędkość fal jest zależna

jednocześnie  od  własności  materiału  rdzenia  i  płaszcza.  Przy  dużych  częstotliwościach
promienia świetlnego pole modu zawarte jest w rdzeniu włókna.  Dla niższych częstotliwości
promienia  świetlnego  zwiększa  się  pole  prowadzenia  modu  powodując  tym  samym
zniekształcenia transmitowanych impulsów.

Zniekształcenia geometrii włókna szklanego podczas produkcji lub podczas instalacji

powodują powstanie „dyspersji polaryzacyjnej”, której wpływu nie można pominąć przy
transmisji sygnałów optycznych przy prędkości powyżej 1 Gbit/s.
Do problemu dyspersji powrócimy jeszcze przy okazji parametrów światłowodów.

Aby możliwe było przesyłanie jednym światłowodem informacji pochodzących od wielu

użytkowników, a tym samym, aby wyeliminować konieczność stosowania wielu

Rys. 4 Dyspersja w światłowodzie – transmisja impulsu

Rys. 5 Dyspersja modowa [5]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

światłowodów, stosuje się zwielokrotnienie tj. multipleksowanie. Wyróżnia się 3 metody
multipleksowania:

−

Zwielokrotnienie czasowe, częstotliwościowe i falowe
Multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM; ang. Freqency Division

Multiplexing).

Multipleksowanie

tego

rodzaju

zwiększa

przepustowość

sytemu

transmisyjnego.  Jest  to  układ,  w  którym  kanały  transmisyjne  sąsiadują  ze  sobą.  Przesyłane
sygnały  niesione  są  na  częstotliwości  nośnej  –  innej  dla  każdego  z  kanałów.  Aby  nie
powstawały  interferencje  każda  z  nośnych  musi  różnić  się  od  pozostałych  co  najmniej
o 2,2GHz. Metoda ta ma zastosowanie w  transmisji sygnałów analogowych.

Multipleksowanie z podziałem czasu (TDM), stosowane w kanałach przewodowych

i światłowodowych, polega na tym, że przesyłane sygnały dzielone są na części, które później
przesyłane  są  w  kolejnych  szczelinach  czasowych.  Najpierw  przesyłana  jest  pierwsza  cześć
pierwszego  sygnału,  potem  pierwsza  cześć  drugiego  sygnału  itd.  Gdy  zostaną  przesłane
wszystkie pierwsze  części,  do  głosu  dochodzą drugie części  sygnału.  W  przypadku wolnych
połączeń  końcowych  metoda  ta  pozwala  na  efektywne  wykorzystanie  przepustowości
światłowodu.  Multipleksowanie  tego  rodzaju  jest  odpowiednie  zwłaszcza  do  przesyłania
sygnałów cyfrowych. Multipleksery cyfrowe łączą na ogół do 16 linii wejściowych.

„Multipleksowanie z podziałem długości fali” (WDM – ang. Wavelength Division
Multiplexing). - polega na tym, że w jednym torze światłowodowym można przesyłać

równolegle, jednocześnie i niezależnie wiele promieni świetlnych o różnych długościach fali.
Każdy przesyłany sygnał  przekazuje informacje z innego źródła. Zwyczajowo przyjmuje się,
że zwielokrotnienie do kilku fal w jednym oknie włókna światłowodowym oznacza się jako
WDM,  natomiast  zwielokrotnienie  o  większej  gęstości  (odstęp  międzykanałowy  0,8  nm)
określa się przez DWDM., lub jako UWDM przy odstępach 0,4 nm i mniejszych.
Sygnały  po  stronie  odbiorczej  rozdziela  się za  pomocą  np.  siatki  dyfrakcyjnej,  pryzmatu  lub
wielowarstwowych filtrów interferencyjnych.
Zalety światłowodów

Opisane wyżej zjawiska odbicia i złamania światła są wykorzystywane podczas

kierunkowego  przesyłania  promienia  świetlnego  w  specjalnym  falowodzie,  częściej
nazywanym  światłowodem. Pierwotnie  miał on postać metalowych rurek o wypolerowanych
ściankach,  służących  do  przesyłania  promieniowania  podczerwonego.  Obecnie  występuje
w formie  włókien  dielektrycznych  wykonanych  najczęściej  ze  szkła  kwarcowego  (rdzeń
warstwa  wewnętrzna  i  płaszcz-  warstwa  zewnętrzna)  z  otuliną  z  tworzywa  sztucznego.
W celu  zapewnienia  właściwego  funkcjonowania  światłowodu  czystość  i  jednorodność
materiału, z którego wykonany jest rdzeń i płaszcz, musi być bardzo duża oraz współczynnik
załamania dla rdzenia powinien być większy niż dla płaszcza.

Częstotliwość przesyłanego promienia świetlnego jest rzędu 10

Hz. Dzięki temu sygnał

ten  można  modulować  również  z  dużą  częstotliwością  i  możliwa  jest  transmisja  sygnałów
cyfrowych  z  przepływnością  do  około  3  Tb/s.  Dodatkowo  przepływ  danych  jest
zabezpieczony  w  sposób  naturalny  przed  niepowołanym  dostępem,  ponieważ  światłowody
nie  emitują zewnętrznego  pola  elektromagnetycznego. Z  tego  samego  powodu  podsłuchanie
transmisji  jest  bardzo  utrudnione.    Światłowody  cechuje  również  duża  odporność  na
zewnętrzne  zakłócenia  elektromagnetyczne.  Światłowody  można  z  powodzeniem  stosować
w pobliżu  linii  energetycznych  lub  nawet  prowadzić  światłowód  wewnątrz  kabla
energetycznego.  Dla fali świetlnej o długości 1,5 μm, uzyskiwana  elementowa stopa błędów
jest  mniejsza  niż  10

-10

przy najwyższych przepływnościach binarnych i przy małej

tłumienności jednostkowej kabla (około 0,20 dB/km).

Ogólnie światłowód, jako struktura prowadząca światło, może przyjmować różne formy

i może być wykonany z różnych materiałów. Zastosowanie światłowodów wykracza daleko
poza telekomunikację i obejmuje takie dziedziny jak medycyna, systemy oświetleniowe oraz

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

czujniki, sterowanie, sygnalizacje itp. Światłowody różnią się między sobą ze względu na
strukturę modową, kształt, materiał wykonania, rozkład współczynnika załamania w rdzeniu
i mechanizm prowadzenia światła.

Ze względu na właściwości techniczne włókna światłowodowe dzieli się na

jednomodowe i wielodomowe.

„Światłowody jednomodowe” (ang. Single Mode Fibers, SMF) posiadają średnicę rdzenia

od  8  do  10  mikrometrów,  a  średnicę  płaszcza  50  ÷  150  μm.  W  światłowodach
jednomodowych  przesyłany  jest  sygnał  monochromatyczny,  wytworzony  przez  laser
półprzewodnikowy,  zawierający  jedną,  wyróżnioną  częstotliwość  fal  optycznych  o  wąskiej
szerokości  linii  widmowej.  Sygnał  ten  ulega  tylko  niewielkim  zniekształceniom  (brak
dyspersji  międzymodowej).  Fala  świetlna  rozchodzi  się  prawie  równolegle  do  osi
światłowodu i dociera do końca włókna w jednym modzie – tzw. modzie podstawowym tak
jak na rysunku 6.

Światłowody jednomodowe charakteryzują się małą średnicą rdzenia – zwykle od 8 do

10  mikrometrów  (porównywalną  z  długością  fali  świetlnej),  a  także  skokową  zmianą
współczynnika  załamania  światła.  Ten  rodzaj  światłowodów  nadaje  się  do  dalekosiężnej
telekomunikacji światłowodowej, gdyż sygnał może być transmitowany  bez wzmacniania na
odległość do 100 km, zaś ich żywotność wynosi do 25 lat.

Technologia i precyzja wytwarzania światłowodów jednomodowych jest droga i wymaga,

aby częstotliwość znormalizowana V była mniejsza niż 2,405. Częstotliwość znormalizowana
V określona jest zależnością:

Gdzie: d – średnica rdzenia światłowodu,
λ(lambda) – długość fali optycznej,
n

i n

– odpowiednio: współczynniki załamania rdzenia i płaszcza.

Liczba dozwolonych modów w światłowodzie określona jest zależnością

Światłowody jednomodowe przy wykonywaniu połączeń rozłącznych za pomocą wtyków
narzucają tolerancję rzędu ułamka mikrona.

Źródłem światła w światłowodach jednomodowych jest laser o długości fali 1,3 μm lub

1,5  μm.  Możliwości  transmisyjne  światłowodów jednomodowych  ogranicza  tylko  tłumienie
szkła  i  dyspersja  chromatyczna.  W  wyniku  doskonalenia  technologii  wytwarzania  włókien
jednodomowych uzyskano bardzo  małą wartość dyspersji  co daje możliwość wykorzystania
pasma przenoszenia rzędu dziesiątek GHz.

„Światłowody wielomodowe” (ang. Multi Mode Fiber, MMF) buduje się tak, aby

średnica  rdzenia  wynosiła  50  lub  62,5  mikrometra.  W  światłowodzie  wielomodowym
następuje  rozdzielenie  fali  wejściowej  na  wiele  promieni  o  takiej  samej  długości  fali,  lecz
propagowanymi  po  innych  drogach.  W  światłowodach  wielomodowych  występuje  zjawisko
zniekształcenia  impulsu  wyjściowego  a  co  za  tym  idzie,  ograniczenie  prędkości  transmisji

Rys. 6. Przepływ strumienia świetlnego w światłowodzie

jednomodowym [14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i odległości, na jaką można transmitować sygnał. Światłowody wielomodowe (rysunek 7
i 8).dzielimy na :

−

światłowody wielomodowe skokowe – o skokowej zmianie współczynnika załamania

−

światłowody wielomodowe gradientowe - o gradientowej zmianie współczynnika
załamania

Rys. 7 Światłowód wielomodowy gradientowy [14]

Rys. 8 Światłowód wielomodowy skokowy [14]

Rdzeń światłowodu gradientowego ma budowę warstwową. Każda warstwa jest inaczej

domieszkowana  związkami  np.  pięciotlenku  fosforu,  dzięki  czemu  współczynnik  załamania
światła  zmienia  się  w  sposób  ciągły  wzdłuż  promienia  rdzenia..  Wartość  maksymalną
przyjmuje  na  osi  rdzenia  zaś  minimalną  na  granicy  z  płaszczem.  Kształt  rozkładu
współczynnika załamania światła w przekroju poprzecznym rdzenia  ma wpływ na własności
propagacyjne światłowodu i powoduje zmniejszenie dyspersji sygnału.
Światłowody gradientowe zapewniają – dla różnych modów (poruszających się po łukach) –
tę  samą  prędkość  rozchodzenia  wzdłuż  kabla.  Dzieje  się  tak,  gdyż  fale  rozchodzące  się
w większej  odległości  od  środka  poruszają  się  w  warstwach  o  mniejszym  współczynniku
załamania, oznacza to że mają większą prędkość liniową.

W światłowodzie skokowym współczynnik załamania zmienia się skokowo pomiędzy

rdzeniem  i  płaszczem.  Mody  prowadzone  są  w  rdzenia  pod  różnymi  kątami,  przez  co  mają
różną  drogę  do  przebycia.  Jak  wiadomo  prędkość  rozchodzenia  światła  w  światłowodzie
o stałym  współczynniku  załamania,  jest  stała (w szkle wynosi  około  200  000  km/s), dlatego
czasy  przejścia  promieni  przez  światłowód  są  różne.  Jest  to  przyczyną  tzw.  dyspersji
międzymodowej, która powoduje poszerzenie impulsu docierającego na koniec światłowodu.
Powoduje to ograniczenie pasma przenoszenia i odległości, na jaką mogą być transmitowane
sygnały.  Ze  względu  na  dyspersję  modową  można  wyciągnąć  wniosek,  że  im  cieńszy  jest
światłowód tym jest lepszy.

Dyspersja chromatyczna występuje zarówno w światłowodach jednomodowych jak

i w światłowodach wielomodowych.

Ze względu na dyspersję wykonanie światłowodów pozwala na zakwalifikowanie ich do

grup:

−

klasyczne (z dyspersją naturalną),

−

z przesuniętą dyspersją (DSF),

−

z poszerzoną dyspersją (DWF),

−

z odwróconą dyspersją.

Ze względu na strukturę światłowody możemy dzielić na włókniste i planarne, (rysunek 9)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9 Struktura światłowodów: włóknista i planarna, [14]

Ze względu na materiał: wykonania mamy:

−

światłowody SiO2 (domieszkowane),

−

światłowody z innego szkła, np. ZBLAN (Zr, Ba, La, Al, Na),

−

światłowody z materiałów krystalicznych – szafir,

−

światłowody plastikowe (PMMA),

−

światłowody wielowarstwowe, epitaksjalne (np. GaAs/AlGaAs),

−

światłowody warstwowe dielektryczne (Ta2O5, ZnO, Si3N3/SiO2),

−

światłowody warstwowe polimerowe (PMMA, PS).
Ze względu na możliwość wzmacniania transmitowanych sygnałów mamy światłowody:

pasywne (transmisja sygnałów lub danych), aktywne (wzmacniacze optyczne), specjalne

Pod względem zastosowania mamy światłowody:

–

telekomunikacyjne,

–

dla sieci komputerowych,

–

czujnikowe.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzić, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie prawa opisują zachowanie się promieni świetlnych na granicach dwóch ośrodków ?
2.  Jak sformułowane jest prawo odbicia światła  ?
3.  Jak sformułowane jest prawo załamania światła  ?
4.  Jak sformułowany jest współczynnik załamania światła w ośrodku przeźroczystym ?
5.  Co to jest światłowód ?
6.  Jakie cechy opisują światłowód wielomodowy ?
7.  Jakie cechy opisują światłowód jednomodowy ?
8.  Jakie są sposoby klasyfikacji światłowodów ?
9.  Jaka jest  budowa typowego włókna  światłowodowego ?
10.   Jaki jest podział światłowodów  uwzględniający materiał, z którego są wykonane ?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz

współczynnik

załamania

szkła,

którym

długość

fali

światła

monochromatycznego o częstości 4,4x10

Hz wynosi 400 nm ?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2)  wpisać dane do wzoru,
3)  wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator, poradnik dla ucznia,

−

literatura [8].

Ćwiczenie 2

Wyznacz długość fali w próżni monochromatycznego światła, którego długość fali w

szkle o współczynniku załamania 1.5 wynosi 450 nm?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2)  wpisać dane do wzoru,
3)  wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura [8].

Ćwiczenie 3

Wyznacz prędkość rozchodzenia się monochromatycznego światła w szkle, jeśli jego

współczynnik załamania w tym szkle wynosi 1,7.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2)  wpisać dane do wzoru,
3)  wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura [10].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Korzystając ze wzorów zamieszczonych na stronie 15 wylicz ile modów pojawi się w

rdzeniu o średnicy 50

m i fali roboczej 1

m ? Współczynnik załamania szkła płaszcza

wynosi n

= 1,45, współczynnik załamania szkła rdzenia wynosi n

= 1,4645

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2)  wpisać dane do wzoru,
3)  wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura [10].

Ćwiczenie 5

Narysuj rozkład modu w światłowodzie jednomodowym i wielomodowym oraz wyjaśnij,

posługując się tym rysunkiem, różnicę pomiędzy światłowodem wielomodowym
a jednomodowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2)  wpisać dane do wzoru,
3)  wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura [10].

Wykonując ćwiczenia pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na;

–

znajomość praw optyki geometrycznej i poprawność analizy danych,

–

sprawność wyszukiwania przez ciebie informacji,

–

umiejętność stosowania wzorów i korzystania z informacji zawartych w tablicach,

–

poprawność wykonania obliczeń z zachowaniem odpowiednich jednostek,

–

umiejętność formułowania wniosków i przeprowadzenia samooceny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować prawo odbicia światła oraz podać jego zastosowania ?



2) zdefiniować i wyjaśnić prawo załamania światła oraz podać jego

zastosowania ?



3) wyjaśnić na czym polega całkowite wewnętrzne odbicie i co to jest kąt

graniczny ?



4) opisać zależność pomiędzy współczynnikiem załamania światła a

prędkością rozchodzenia się fali świetlnej w danym środowisku?



5) wyjaśnić zalety i wady transmisji światłowodowej ?



6) opisać właściwości światłowodów jednomodowych i wielomodowych ?



7) przedstawić praktyczne zastosowania światłowodów ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Budowa i parametry światłowodów.

4.2.1. Materiał nauczania

Prędkość światła w próżni i w atmosferze wynosi w przybliżeniu 3 x 10

m/s. Prędkość

rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w kablach miedzianych oraz kablach
światłowodowych jest w przybliżeniu taka sama i wynosi 2 x 10

m/s. We wszystkich trzech

przypadkach najbardziej podstawową zależnością matematyczną jest równanie wiążące
długość fali rozchodzącego się sygnału λ, jej częstotliwość f oraz prędkość propagacji fali V

[m/s] =

[μm]

•

f [MHz}

Kable światłowodowe – budowa

Rozmiar zewnętrzny jest stały dla wszystkich typów światłowodów. Wynika to

z potrzeby łączenia światłowodów ze sobą i konieczności przekazywania sygnału między
nimi. Obecnie spotyka się światłowody o grubości 125 μm, choć występują jeszcze takie
o rozmiarze 140 μm.
Rozmiar rdzenia.

Wyróżniamy dwa typy. Pierwszy o grubości 9 μm i drugi – w starszej wersji jako 62,5

μm oraz nowszej 50 μm (o gorszych parametrach tłumiennościowych, ale lepszych
dyspersyjnych).

Włókno światłowodowe jest z reguły pokryte warstwą polimeru. Jest to tak zwane

pokrycie pierwotne, zabezpieczające włókno przed wpływem otoczenia. Włókno z pokryciem
pierwotnym może być chronione przez kolejne warstwy. Utworzona w ten sposób konstrukcja
nosi nazwę kabla światłowodowego.

Struktura kabla światłowodowego zależy od planowanego rejonu instalacji, zasięgu

i występujących zagrożeń. W skład jej wchodzą (rysunek 10):
a) Zewnętrzna warstwa ochronna kabla mająca na celu ochronę przed warunkami

zewnętrznymi,

b) Warstwa "nitek" z tworzywa sztucznego służąca do zapobiegania uszkodzeniom, do

których mogłoby dojść w trakcie instalacji kabla,

c) Kolejna warstwa ochronna, wewnątrz której umieszczony jest żel,
d) Żel uszczelniający, w którym umieszczone są światłowody. Żelu używa się w przypadku

kabli uniwersalnych, które mogą być kładzione pod ziemią w kanałach
telekomunikacyjnych,

e) Ostatnia warstwa, która otacza pojedyncze włókno światłowodowe. Warstwa ta chroni

delikatne włókno szklane przed złamaniem i innymi uszkodzeniami. Światłowód
umieszczony wewnątrz tej warstwy można wyginać niemal pod dowolnym kątem
(nie powinno się wyginać zbyt mocno). W celu poprawnego podłączenia wtyczek po obu
końcach światłowodu warstwa ta każdego światłowodu posiada inny kolor,

f) Włókno światłowodowe przez które przebiega sygnał w postaci światła o różnej długości

fali. Szkło z którego wykonane jest włókno jest bardzo kruche i może złamać się pod
wpływem nawet niewielkiego zagięcia, w związku z tym należy używać okularów
ochronnych chroniących oczy przed odpryskami szkła.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Światłowody (rdzeń + płaszcz) nie są odporne na działanie czynników zewnętrznych.

W większości zastosowań nie mogą być używane bez dodatkowych zabezpieczeń ze względu
na  ich  małe  wydłużenie  zrywające  oraz  wzrost  tłumienności  wskutek  działania  naprężeń
rozciągających,  zginających  i  skręcających.  Zabezpieczenie  światłowodów  przed  wpływami
otoczenia  osiągamy  poprzez  odpowiednią  konstrukcję  pokrycia  wtórnego  jak  i  metodę
zestawienia  wszystkich  elementów  kabla  w  strukturę  spełniającą  wszystkie  stawiane  jej
wymagania.

Konstrukcja kabla światłowodowego pełni funkcję:

–

zabezpiecza światłowód przed uszkodzeniem w trakcie instalacji i eksploatacji kabla,

–

zapewnienia stabilność parametrów transmisyjnych światłowodów przez cały okres
eksploatacji kabla,

–

zapewnienia odporność kabla na działanie czynników mechanicznych i środowiskowych.
Pokrycie wtórne jest więc głównym elementem chroniącym włókna światłowodowe

przed wpływem czynników zewnętrznych. Jest ono przeważnie realizowane w postaci trzech
podstawowych struktur:

–

ciasnej tuby,

–

luźnej tuby,

–

rozety.
Tuby i elementy wypełniające nawinięte wokół centralnego elementu konstrukcyjnego

kabla tworzą wraz z nim jego ośrodek.
Bezpośrednie nałożenie pokrycia ze specjalnego tworzywa na światłowód w pokryciu
pierwotnym, jest najprostszym sposobem jego zabezpieczenia przed działaniem czynników
zewnętrznych. Światłowód w ścisłym pokryciu może być użyty we wszystkich konstrukcjach
kabli przeznaczonych do krótkich połączeń (wewnątrzobiektowych).

W konstrukcjach tych światłowód w ścisłym pokryciu pełni taką samą rolę, jak w luźnej

tubie  w  kablach  dalekosiężnych.  Budowę  takiego  światłowodu  przedstawiono  na  rysunku.
Tuba  może  zawierać  od  jednego  do  kilkudziesięciu  światłowodów,  a  jej  zadaniem  jest
dostateczne zabezpieczenie światłowodów przed deformacjami oraz wpływem sił tarcia - zbyt
duże  powodują  powstanie  makro  i  mikro  zgięć.  Luźna  tuba  posiada  wszystkie  cechy
podstawowego  elementu  konstrukcyjnego  kabla  i  może  być  wykorzystana  uniwersalnie
w różnych  jego  konstrukcjach.  Światłowód,  bądź  światłowody,  umieszczone  są  swobodnie
we wnętrzu tuby.

Długość światłowodu jest większa niż długość tuby. Wielkość nadmiarowej długości

włókna w tubie zależy od ilości światłowodów, geometrii tuby, sposobu jej ułożenia w kablu

Rys. 10. Budowa schematyczna

(przekrój) światłowodowego kabla

8-żyłowego [20]

a) Zewnętrzna warstwa ochronna kabla mająca na celu ochronę przed

warunkami zewnętrznymi,

b) Warstwa "nitek" z tworzywa sztucznego służąca do zapobiegania

uszkodzeniom, do których mogłoby dojść w trakcie instalacji kabla,

c) Kolejna warstwa ochronna, wewnątrz której umieszczony jest żel,
d) Żel w którym umieszczone są światłowody. Żelu używa się w

przypadku kabli uniwersalnych, które mogą być kładzione pod ziemią
w kanałach telekomunikacyjnych,

e) Ostatnia warstwa, która otacza pojedyncze włókno światłowodowe.

Warstwa ta chroni delikatne włókno szklane przed złamaniem i
innymi uszkodzeniami. Światłowód umieszczony wewnątrz tej
warstwy można wyginać niemal pod dowolnym kątem (nie powinno
się wyginać zbyt mocno). W celu poprawnego podłączenia wtyczek
po obu końcach światłowodu warstwa ta każdego światłowodu
posiada inny kolor,

f) Włókno światłowodowe przez które przebiega sygnał w postaci
światła o różnej długości fali. Szkło z którego wykonane jest włókno
jest bardzo kruche i może złamać się pod wpływem nawet niewielkiego
zagięcia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i jest tak dobrana, aby z jednej strony naprężenia rozciągające nie przenosiły się na włókno,
z drugiej zaś, aby naprężenia ściskające działające na powłokę (niskie temperatury) nie
powodowały wzrostu tłumienności światłowodu wskutek strat na makro i mikrozgięciach.

W przypadku konstrukcji kabli z luźną tubą, znajduje się tam żel hydrofobowy

wypełniający tubę. Ma on za zadanie:

−

blokowanie dostępu wody do jej wnętrza,

−

zmniejszenie

wrażliwości

światłowodu na straty na mikrozgięciach dzięki

właściwościom tiksotropowym (jest ciekły w sytuacjach dynamicznych - ruch i stały
w statycznych)

−

zwiększa odporność na drgania.
Rozeta jest elementem ośrodka kabla stosowanym alternatywnie do luźnej tuby.

Wykonywana najczęściej z polipropylenu, wypełniona żelem, chroni włókna przed wpływami
zewnętrznymi  pozostawiając  im  swobodę  ruchu.  Rozety  najczęściej  wykonuje  się  jako
dziesięcio-  lub  dwunastorowkowe.  Rowki  ułożone  są  spiralnie  wzdłuż  elementu
wytrzymałościowego  kabla.  W  rowku  może  znajdować  się  jeden  lub  kilka  światłowodów.
Produkcja  kabla  z  ośrodkiem  rozetowym  jest  tańsza,  lecz  kabel  taki  ma  mniejszą
wytrzymałość na uderzenia boczne od tubowego.

Z reguły w liniach optotelekomunikacyjnych stosuje się światłowody wielomodowe.

Wynika  to  z  tego,  że  moc  optyczna  w  światłowodzie  jest  proporcjonalna  do  kwadratu
apertury  numerycznej  oraz  do  kwadratu  średnicy  rdzenia.  Około  160  razy  więcej  mocy
optycznej  można  wprowadzić  do  światłowodu  wielomodowego  niż  jednomodowego.
Ekonomiczniej  jest  więc  stosować  włókna  wielomodowe,  szczególnie  wtedy,  gdy  zasięg
transmisji jest niewielki.

Rys. 12 Budowa światłowodu w luźnej tubie [20]

Osłony włókien światłowodowych zabezpieczają światłowód przed uszkodzeniami,

naprężeniami  mechanicznymi  i  korozją  szkła  wynikającą  z  wpływu  wilgoci.    Na  pokryciu
światłowodu umieszcza się  jego podstawowe parametry techniczne w postaci symbolicznej.
Jako  parametry  techniczne  kabla  podaje  się  jego  wymiary  geometryczne  (średnicę,  długość,
itp.),

zakres

temperatur

(montażu,

użytkowania,

transportu),

promień

zginania

(jednokrotnego,  wielokrotnego)  oraz  dopuszczalne  naprężenia  sił  rozciągania.  Dla
światłowodów  wielomodowych  głównym  jego  parametrem  technicznym  jest  średnica.
W wypadku  światłowodów  jednomodowych  jako  parametru  technicznego  nie  podaje  się
średnicy  rdzenia,  lecz  średnicę  pola  modu  propagującego  się  w  światłowodzie.  Wynika  to

Rys. 11 Światłowód w ścisłym pokryciu [14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z tego, że część pola modu i tak wnika do płaszcza i propaguje się w nim. Część pola modu,
która wniknęła do płaszcza zanika eksponencjalnie wraz ze wzrostem odległości od środka
światłowodu. Kable światłowodowe ogólnie dzieli się na:

–

stacyjne (wewnętrzne),

–

trakcyjne (zewnętrzne).

Rys. 13 Budowa rozety [20]

Kable stacyjne są przeznaczone do transmisji sygnałów cyfrowych i analogowych

w całym paśmie optycznym, wykorzystywanym we wszystkich systemach transmisji danych,
głosu  i obrazu,  stosowanych  w  teleinformatycznych  sieciach  dalekosiężnych  i  rozległych,
w każdej  konfiguracji  przestrzennej.  Mogą  być  też  one  stosowane  w  teleinformatycznych
sieciach  lokalnych.  Kable  są  przystosowane  do  układania  w  pomieszczeniach  zamkniętych,
w tunelach  kolejowych  i  drogowych,  wykonywania  połączeń  między  urządzeniami
optoelektronicznymi  i rozgałęzieniami  sieci  w  budynkach.  Zewnętrzna  powłoka  kabli  jest
wykonana  z  materiałów  trudnopalnych,  może  być  jednocześnie  bezhalogenowa.  Często
stanowi  też  ochronę  przed  atakami  gryzoni.  W  niektórych  kablach  centralny  dielektryczny
element  wytrzymałościowy  oraz  wzmocnienie  na  ośrodku  z  włókien  aramidowych
zespolonych  tzw.  hot-meltem,  pozwalają  na uzyskanie dużej odporności  kabli  na  naprężenia
podłużne i poprzeczne.

W oznaczeniach kabli stacyjnych kolor zewnętrznej powłoki najczęściej informuje nas

o tym, z jakim rodzajem światłowodu mamy do czynienia. Stosuje się oznaczenia:

–

kolor żółty - światłowód jednodomowy

–

kolor pomarańczowy - światłowód wielomodowy.

Rys. 14 Optotelekomunikacyjne kable stacyjne w ścisłej tubie wielowłóknowe, rozdzielcze [20]

moduł ze światłowodami,

włókno optyczne: jednomodowe, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5,

tuba: ścisła 0.9mm,

włókna: aramidowe w ośrodku modułu,

powłoka kabla: polwinitowa.

Na rysunkach 13, 14 15, 16 i 17 przedstawiono przykładową konstrukcję kilku rodzajów
kabli trakcyjnych produkowanych przez jedną z polskich firm.

Kable trakcyjne, podobnie jak stacyjne, są przeznaczone do transmisji sygnałów

cyfrowych i analogowych w całym paśmie optycznym, wykorzystywanym we wszystkich
systemach transmisji: danych, głosu i obrazu, stosowanych w teleinformatycznych sieciach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dalekosiężnych, rozległych i lokalnych w każdej konfiguracji przestrzennej. Kable są
przystosowane do układania w kanalizacji kablowej pierwotnej i wtórnej

Rys. 15 Optotelekomunikacyjne kable stacyjne w ścisłej tubie wielowłókowe [20]

włókno optyczne: jednomodowe, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5.

b) tuba: ścisła 0.9mm.
c)

włókna: aramidowe w ośrodku modułu.

powłoka kabla: polwinitowa

Podstawowe parametry włókien światłowodowych -włókna jednomodowe „Tłumienność
jednostkowa” [dB/km]

Jedną z podstawowych cech światłowodu, tak jak każdego medium transmisyjnego, są

straty mocy sygnału optycznego określane przez tłumienie sygnału optycznego. Te straty
mocy optycznej wynikają z niedoskonałości falowodu. Jeżeli przez P

(λ) oznaczymy moc

optyczna na wejściu światłowodu, a przez P

(λ) moc optyczną na wyjściu światłowodu to

dla fali o długości λ. i dla światłowodu jednorodnego można zdefiniować tłumienność
jednostkową (współczynnik niezależny od długości światłowodu) przy pomocy wzoru:

]

[

]

)[

(

]

)[

(

log

]

)[

(

tłumienie 3 dB oznacza zmniejszenie mocy do 50 %
tłumienie 20 dB oznacza zmniejszenie mocy do 1 %
tłumienie 30 dB oznacza zmniejszenie mocy do 0,1 %
tłumienie 40 dB oznacza zmniejszenie mocy do 0,01 %

W rzeczywistym światłowodzie występuje: absorpcja (pochłanianie energii przez

materiał  światłowodu),  rozpraszanie  energii  spowodowane  przez  fluktuacje  gęstości
i współczynnika  załamania  szkła  (tzw.  rozpraszanie  Rayleigha).  W  czasie  instalacji
i użytkowania  światłowodów  mogą  pojawić  się  dodatkowe  składniki  tłumienia  takie  jak
zgięcia lub mikropęknięcia.  A więc na wielkość tłumienia mają wpływ: materiały, z których
światłowód  jest wykonany, długość fali świetlnej, rozproszenie z powodu fluktuacji gęstości
materiału rdzenia. Dla wybranych długości uzyskuje się najkorzystniejsze warunki transmisji
sygnałów  i  najmniejsze  tłumienie.  Te  długości  nazywają  się  „oknami”  transmisyjnymi.  Dla
najczęściej spotykanych długości fali świetlnej mamy
Okna transmisyjne - zależność tłumienia od długości fali
I   okno   λ=0,85 μm  <   3   dB/km
II  okno  λ=1,3   μm < 0,4  dB/km
III okno  λ=1,55 μm <   0,2  dB/km
Dla czystego szkła kwarcowego tłumienność spowodowana rozproszeniem Rayleigh'a wynosi
dla długości  fali transmitowanej w  światłowodzie λ=850 nm -1,53 dB/km, dla λ=1300 nm -
0,28 dB/km, a dla λ=1550 nm - 0,138 dB/km.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oprócz rozpraszania Rayleigh'a istnieje silna absorpcja zarówno w podczerwieni, jak

i w nadfiolecie związana bezpośrednio z samymi własnościami szkła krzemowego SiO

. Nie

pozwala ona na wykorzystanie jeszcze dłuższych fal do transmisji.

Dodatkowo na straty mocy w światłowodzie wpływają deformacje włókna takie jak

fluktuacje  średnicy  rdzenia,  zgięcia  włókna,  nierównomierność  rozkładu  współczynnika
załamania  w  rdzeniu  i  w  płaszczu,  oraz  wszelkie  inne  odstępstwa  od  geometrii  idealnego
światłowodu cylindrycznego. Mikrozgięcia powstają w procesie wytwarzania włókien i są to
nieregularności  kształtu  rdzenia  i  płaszcza  rozłożone  wzdłuż  włókna  losowo  lub  okresowo.
Wywołują  w  światłowodzie  wielomodowym  mieszanie  się  modów  i  ich  konwersję  w  mody
wyciekające  do  płaszcza.  W  światłowodzie  jednomodowym    mikrozgięcia  powodują
natomiast rozmycie modu. Tłumienie wywołane makrozgięciami, czyli wywołane fizycznym
zakrzywieniem  włókna  światłowodowego,  jest  pomijalnie  małe  dla  promieni  zakrzywień
większych  od  kilku  centymetrów.  Mniejsze  powodują  zmianę  współczynnika  załamania
w obszarze  zgięcia,  co także  prowadzi  do tworzenia się  modów  wyciekających  i  uwidacznia
się efektem świecenia włókna na powierzchni. Straty mocy sygnału powodowane są również
przez przesunięcia, rozsunięcia oraz wzajemny obrót światłowodów w miejscach połączeń.
Wynikowa  tłumienność  w  zakresie  pasm  użytecznych  (0,8-1,5  μm)  zależy  od  rodzaju
domieszek  oraz  od  sposobu  ich  koncentracji. Ponadto powyższe zanieczyszczenia  powodują
selektywny wzrost tłumienia. Wybór okien transmisyjnych wynika z konieczności pominięcia
tych pasm absorpcyjnych.

Rys. 16 Optotelekomunikacyjne kable tubowe wewnątrzobiektowe [20]

element wytrzymałościowy centralny: dielektryczny pręt FRP w powłoce z PE, lub bez powłoki,

tuba: luźna ze światłowodami wypełniona żelem optycznym,

wypełnienie tuby: żel optyczny,

włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub
wielomodowe G/62,5,

ośrodek kabla: skręcone tuby lub tuby i wkładki wokół elementu centralnego; ośrodek jest 6-cio, 8-mio
lub 12-to elementowy,

uszczelnienie ośrodka: żel hydrofobowy,

powłoka kabla: bezhalogenowa (tworzywo trudnopalne),

wkładka: polietylenowa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17 Optotelekomunikacyjne kable tubowe samonośne, ósemkowe [20]

element wytrzymałościowy centralny: dielektryczny pręt FRP w powłoce z PE, lub bez powłoki,

tuba: luźna ze światłowodami wypełniona żelem optycznym,

żel optyczny: o właściwościach hydrofobowych,

włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub
wielomodowe G/62,5,

ośrodek kabla: skręcone tuby lub tuby i wkładki wokół elementu centralnego; ośrodek jest 6-cio, 8-mio
lub 12-to elementowy,

uszczelnienie ośrodka: żel hydrofobowy,

powłoka kabla: polietylenowa, łączy mostkiem kabel z elementem nośnym, czarna,

wkładka: polietylenowa,

element nośny: linka stalowa lub pręt dielektryczny umieszczony w mostku.

„Dyspersja”

Informacje przesyłana jest w światłowodzie w postaci krótkich impulsów. Impuls

biegnący  w  falowodzie  ulega  wydłużeniu  (rozmyciu),  co  ogranicza  maksymalną
częstotliwość  powtarzania  sygnału  przesyłanego  przez  falowód.  Zjawisko  to  jest  wynikiem
dyspersji.  Dodatkowo  fale  świetlne  biegnące  w  falowodzie  nie  mają  dokładnie  jednakowej
długości fali, ale różnią się nieznacznie. W wyniku różnic w prędkości poruszania się różnych
fal,  fale  wysłane  jednocześnie  nie  docierają  do  odbiornika  jednocześnie.  W  rezultacie  na
wyjściu  pojawia  się  szerszy  impuls,  który  rośnie  wraz  ze  wzrostem  długości  światłowodu.
Przepływność  transmisyjna  włókna  jest  więc  określona  przez  to,  jak  blisko  siebie  można
transmitować  kolejne  impulsy  bez  ich  wzajemnego  nakładania  się  na  siebie  (przy  zbyt
bliskich  impulsach  zleją  się  one  w  światłowodzie  w  jedną  ciągłą  falę).  Dyspersja  ogranicza
długość  światłowodu,  przez  który  może  być  transmitowany  sygnał.  Rozróżnia  się  dwa  typy

Rys. 18 Tłumienie włókna ze szkła kwarcowego

w funkcji długości światła

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dyspersji.  Dyspersję  międzymodową  występującą  w  światłowodach  wielomodowych  oraz
dyspersję chromatyczną występującą w włóknach jednomodowych.
Wykorzystanie w systemach światłowodowych większych długości fali przede wszystkim ok.
1300  nm,  zamiast  830÷900  nm  wykorzystywanych  w  pierwszych  systemach  przynosi
poważne  korzyści  jeśli  chodzi  o  dyspersję,  gdyż  dyspersja  materiałowa  w  tym  obszarze
długości fali jest znacznie mniejsza.
„Dyspersja modowa”

Dyspersja modowa występuje w światłowodach wielomodowych. Impuls światła

wiedziony  przez  światłowód  jest  superpozycją  wielu  modów,  z  których  prawie  każdy,  na
skutek różnych kątów odbicia od granicy rdzenia, ma do przebycia inną długość drogi między
odbiornikiem  a  nadajnikiem.  Dyspersja  modowa  światłowodów  skokowych  przekracza
znacznie  wszystkie  pozostałe  dyspersje.  Dodatkowo  z  powodu  dużego  tłumienia
jednostkowego  tych  włókien  docierający  sygnał  ma  wyraźnie  inny  kształt  i  mniejszą
amplitudę.  Zniekształcenie  to  rośnie  wraz  z  długością  światłowodu.  Ograniczenie  dyspersji
modowej  i  zwiększenie  pasma  światłowodów  wielomodowych  do  1200  MHz×km  uzyskano
wprowadzając włókna gradientowe.
„Dyspersja chromatyczna”

[ps/nm·km]

Z racji tego, że światłowody jednomodowe propagują tylko jeden mod, nie występuje

tutaj zjawisko dyspersji międzymodowej. Uwidacznia się natomiast inny, dotychczas
niewidoczny rodzaj dyspersji, dyspersja chromatyczna. Składają się na nią dwa zjawiska:
dyspersja materiałowa i falowa.
„Dyspersja materiałowa”

Dyspersja materiałowa powodowana jest zmianą współczynnika załamania szkła

kwarcowego  w  funkcji  długości  fali.  Ponieważ  nie  istnieje  źródło  światła  ściśle
monochromatyczne,  gdyż  każdy  impuls  światła  składa  się  z  grupy  rozproszonych
częstotliwości  optycznych  rozchodzących  się  z  różną  prędkością,  docierający  po  przebyciu
fragmentu włókna mod charakteryzuje się rozmyciem w czasie.
„Dyspersja falowodowa”

Dyspersja falowodowa częściowo powodowana jest wędrowaniem wiązki przez płaszcz

światłowodu. Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości materiałowych płaszcza.
Długość fali dla zerowej dyspersji [nm]
Mod światłowodu

Wiele właściwości światłowodu, w tym pojęcie modu, można wyjaśnić tylko

uwzględniając  fakt,  że  światło  to  fala  elektromagnetyczna    rozchodząca  się  w  falowodzie
o małych  wymiarach  poprzecznych.    Najprościej  i  najkrócej  można  powiedzieć,  że  mod  to
droga pojedynczej fali elektromagnetycznej (świetlnej) o określonej długości (częstotliwości,
czyli  barwie),  przemieszczająca  się  wzdłuż  rdzenia  (włókna).  W  światłowodzie
jednodomowym  (SM)  jest  to  pojedyncza  droga,  podczas  gdy  w  światłowodzie  wielo-
modowym jest to wiele dróg rozchodzenia się strumienia świetlnego  (rysunek 19).

Dla naszych potrzeb najważniejsze są cechy transmisyjne światłowodów. Światłowód

jednomodowy oferuje większe pasmo i transmisję na większe odległości. Źródła światła,
złącza i urządzenia do światłowodów jednomodowych są jednak znacznie droższe.

Rys. 19 Pola modów w światłowodach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Światłowody wielomodowe (tańsze źródła światła, detektory światła, złącza i urządzenia)
stosuje się, gdy zapotrzebowanie na pasmo i zasięgi są mniejsze, np. doprowadzenia
abonenckie wewnątrz budynku lub obiektu.
„Średnica pola modu” [μm]

Średnica pola modu (MFD) 2w jest miarą rozciągłości natężenia pola

elektromagnetycznego w poprzecznym przekroju światłowodu. Odległość pomiędzy
środkiem pola modu i środkiem płaszcza nazywa się błędem koncentryczności pola modu.
Długość fali odcięcia [nm]

Teoretycznie, długość fali odcięcia to najmniejsza długość fali, przy której

w światłowodzie rozchodzi się tylko jeden mod.  Przy długościach poniżej długości odcięcia
w  światłowodzie  rozchodzi  się  kilka  modów  i  światłowodu  nie  można  uważać  za
jednomodowy.  We  włóknach  światłowodowych  przejście  od  zachowania  wielo  do
jednomodowego nie występuje gwałtownie, tylko dla pewnego zakresu długości fal. Długość
fali  odcięcia  jest  definiowana  jako  długość,  dla  której  stosunek  mocy  całkowitej  (wszystkie
mody)  do  mocy  modu  podstawowego  maleje  do  0,1  dB.  Zgodnie  z  tą  definicją  mod
dodatkowy  jest tłumiony o 19,3 dB silniej niż mod podtawowy, w sytuacji gdy oba  mody  są
wzbudzane jednakowo.

Dodatkowe wymagania dotyczące parametrów kabli światłowodowych:

–

powłoka zewnętrzna kabla światłowodowego powinna być wykonana z tworzywa
sztucznego nie rozprzestrzeniającego płomieni, bezhalogenowego,

–

kable powinny zawierać światłowody o zbliżonych parametrach transmisyjnych ,

–

dla kabli powinny być również określone warunki pracy:

–

zakres temperatur w eksploatacji -10°C +60°C,

–

zakres temperatur instalowania 0°C +50°C,

–

zakres temperatur przechowywania -30°C +60°C.

–

dla  kabli  powinny  być  również  określone  wymagania  dotyczące  wytrzymałości  na
rozciąganie  np.    odcinek  kabla  stacyjnego  jednowłóknowego  o  długości  30  m  poddany
sile  rozciągającej  150  N  w  czasie  5  min  nie  powinien  wykazywać  zmian  tłumienności
o więcej,  niż  0,2  dB.  Po  ustąpieniu  siły  rozciągającej  zmiana  tłumienności  powinna
ustąpić z dokładnością do 0,05 dB,

–

dla kabli powinien być również określony sposób cechowania barwnego.

Podsumowując

Do zalet światłowodów zaliczamy:

–

szeroki zakres transmitowanych częstotliwości,

–

dobra odległość transmisji dla wysokich częstotliwości bez konieczności wzmacniania
i regeneracji transmitowanego sygnału,

–

dobra

odporność

zewnętrzne

pola

magnetyczne

brak

emisji

pola

elektromagnetycznego,

–

możliwość uzyskania stopy błędu mniejszej niż 10

-9.

w światłowodzie jednodomowym,

przy szybkości - do 10 Gb/s oraz przy odległościach do 200 km.
Negatywne efekty występujące w światłowodach:

–

tłumienie światłowodu powodujące straty mocy optycznej sygnału i ograniczenie
odległości transmisji, a więc długości odcinków międzygeneratorowych,

–

dyspersja powodująca poszerzenie czasowe impulsów i niebezpieczeństwo przypisania
im błędnych wartości w odbiorniku - poszerzenie to rośnie wraz z odległością transmisji,

–

nieliniowość optyczna szkła powodująca zniekształcenia transmitowanych impulsów,

–

wysokie koszty instalacji szczególnie torów jednomodowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jak zbudowany jest światłowód?
2.  Jak zbudowane są kable stacyjne ?
3.  Jak zbudowane są kable trakcyjne?
4.  Jakie są parametry kabli światłowodowych ?
5.  W jaki sposób i w jakich jednostkach określamy tłumienność kabli światłowodowych ?
6.  Na czym polega dyspersja w kablach światłowodowych i jakie są rodzaje dyspersji?
7.  Co rozumiemy pod pojęciem mod światłowodu ?
8.  Jakie czynniki ograniczają zasięg transmisji sygnałów w torze światłowodowym ?
9.  Jakie są wady i zalety przewodów światłowodowych ?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

W oparciu o dane zwarte w katalogu pt. „Optotelekomunikacyjne kable i przewody”,

wydanym przez producenta kabli, opisz rodzaje kabli światłowodowych i warunki ich
eksploatacji. Przeprowadź porównanie zrobionych opisów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w poradniku i tablicach matematycznych odpowiedni wzór,
2)  wpisać dane do wzoru,
3)  wykonać obliczenia i wyrysować wykres.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura.

Ćwiczenie 2

Przygotuj odcinek kabla światłowodowego, dostarczony przez prowadzącego, do

łączenia. Zdejmij poszczególne warstwy zabezpieczające. Opisz budowę poszczególnych
warstw tego kabla, ze szczególnym uwzględnieniem sposobu oznaczania włókien. Wykonaj
odpowiedni rysunek w zeszycie przedmiotowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi katalogowymi kabla [20], który będzie używany do ćwiczenia,
2)  przygotować odcinki kabli światłowodowych,
3)  przygotować narzędzia przydatne do ręcznego wykonywania połączeń,
4)  wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura.

Ćwiczenie 3

Przygotuj informacje (plansze) na temat oznaczeń stosowanych dla kabli

światłowodowych wielomodowych w oparciu o dane zawarte w katalogu firmowym TELE-
FONIKA Kable S.A lub na stronach internetu producentów kabli. W opracowaniu podaj
przykłady oznaczeń kabli.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki kabla światłowodowego,

–

narzędzia do ręcznego łączenia,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Wykonując ćwiczenie pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na;

–

poprawność nazewnictwa różnych rodzajów kabli,

–

prawidłowość identyfikacji i interpretacji oznaczeń kabli,

–

właściwa kolejność czynności.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić

warstwy

ochronne,

które

tworzą

strukturę

kabla

światłowodowego ?



2) opisać jaką funkcję pełnią poszczególne warstwy ochronne w strukturze

kabla światłowodowego ?



3) objaśnić zasady budowy kabli światłowodowych w luźnej tubie ?



4) objaśnić zasady budowy kabli światłowodowych w postaci rozety ?



5) objaśnić zasady budowy kabli światłowodowych w ścisłej tubie?



6) objaśnić zasady budowy kabli światłowodowych tubowych,

samonośnych ?



7) opisać rodzaje dyspersji w światłowodach ?



8) opisać pojęcie modu w światłowodach ?



9) opisać zalety i wady stosowania kabli światłowodowych ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Łączenie światłowodów

4.3.1. Materiał nauczania

Zasady łączenia światłowodów oraz wymagania na złączki światłowodowe służące do

podłączania i odłączania światłowodów jednomodowych, od urządzeń teletransmisyjnych lub
przyrządów pomiarowych, a także kable stacyjne współpracujące z tymi złączkami określone
są w między innymi w normie wydanej przez TELEKOMUNIKACJE POLSKĄ S.A. numer
ZN-96

TPSA-007

pt.

Telekomunikacyjne

linie

kablowe

dalekosiężne

Linie

optotelekomunikacyjne

ZŁĄCZKI

ŚWIATŁOWODOWE i KABLE STACYJNE.

Wymagania i badania.

W normie tej zostały zdefiniowane następujące pojęcia dotyczące technologii

światłowodowej:

–

złącze światłowodowe - miejsce połączeń światłowodów,

–

złączka światłowodowa - element osprzętu służący do rozłączalnego połączenia
światłowodów, składający się zazwyczaj z dwóch wtyków (półzłączek) i tulejki
złączowej centrującej (coupler),

–

półzłączka - część wtykowa złączki światłowodowej stanowiąca zakończenie kabla
stacyjnego (pigtaila, patchcordu),

–

tulejka centrująca (coupler) - część środkowa złączki światłowodowej służąca do
centrycznego połączenia dwóch półzłączek, mocowana na polu przełącznicy,

–

złącze światłowodowe rozłączne - połączenie światłowodów z zastosowaniem złączki
światłowodowej, rozłączalne,

–

złącze światłowodowe stałe - trwałe połączenie światłowodów wykonane metodą
spajania lub z użyciem łącznika światłowodów,

–

płyn immersyjny - rodzaj płynu stosowanego na doczołowym styku światłowodów
między sobą lub z elementami funkcjonalnymi dla zmniejszenia strat sprzężeniowych,

–

złącze światłowodowe spajane - trwałe połączenie światłowodów wykonane metodą
spajania w łuku elektrycznym,

–

spoina - miejsce trwałego połączenia światłowodów wykonanego metodą spajania w łuku
elektrycznym,

–

przełącznica światłowodowa (skrzynka lub stojak) - urządzenie umożliwiające
przełączanie światłowodów oraz dołączanie do nich kabli stacyjnych, montowane na
każdym końcu linii optotelekomunikacyjnej,

–

sznur optyczny zakończeniowy (pigtail) - krótki odcinek jednowłóknowego kabla
stacyjnego zakończony tylko z jednego końca wtykiem (półzłączką),

–

sznur  optyczny  łączeniowy  (patchcord)  -  krótki  odcinek  jednowłóknowego  kabla
stacyjnego  zakończony  obustronnie  wtykami  (półzłączkami),  służący  do  połączenia
urządzeń  teletransmisyjnych  z  przełącznicą  światłowodową  lub  z  przyrządami
pomiarowymi.
Wymagania na wykonywane połączenia:

–

złączki światłowodowe powinny zapewniać łatwe i niezawodne łączenie światłowodów,
przełączanie torów światłowodowych i dołączanie ich do urządzeń teletransmisyjnych,

–

połączenia nie powinny wprowadzać istotnych strat mocy optycznej przesyłanej w torach
światłowodowych ani też odbić w miejscach złączy,

–

złączki powinny zapewniać co najmniej 15-letnią sprawność eksploatacyjną, przy
praktycznie niezmiennych parametrach połączeń,

–

złączki światłowodowe powinny umożliwiać zamienność i współpracę ich elementów
pochodzących od różnych wytwórców dla złączek tego samego rodzaju. Kable stacyjne

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dołączane do złączek światłowodowych jako pigtaile i patchcordy powinny zawierać
światłowody o tych samych parametrach, co kable optotelekomunikacyjne w budowanej
linii. Długość pigtaili i patchcordów powinna być odpowiednia dla konfiguracji urządzeń
na stacji teletransmisyjnej,

–

powierzchnie lub elementy złączek, które decydują o jakości połączenia, powinny być
zabezpieczone przed kurzem i zabrudzeniem zarówno przed montażem, jak i po
zamontowaniu w przełącznicy,

–

niecentryczność światłowodu względem złączki nie powinna być większa niż 0,5 m,

–

średnia tłumienność odbieranej partii złączek nie powinna przekraczać 0,3 dB przy
odchyleniu standardowym 0,15 dB,

–

tłumienność odbiciowa złączek, czyli reflektancja,

mierzona w warunkach

laboratoryjnych u producenta, powinna wynosić co najmniej 50 dB.

„Połączenia światłowodowe rozłączne - złączki światłowodowe”

Zasady stosowania kabli światłowodowych zawarte są w normach: ISO/IEC 11801 i EN

50173 oraz TIA/EIA 568A. Według ISO/IEC 11801 i EN 50173 do transmitowania sygnałów
na małe odległości przy niezbyt wygórowanych wymaganiach dotyczących prędkości
transmisji preferowane są kable wielomodowe 62,5/125nm, a w nowych instalacjach należy
stosować złącza duplex-SC.

Starsze złącza ST nie zapewniają tak dobrych parametrów połączenia jak SC (poprawna

polaryzacja, stabilność mechaniczna łącza), jednak w sieciach Ethernet są nadal stosowane.
Elementy składowe złączki światłowodowej (rysunek 21)

Złączka światłowodowa łączy dwa włókna tak, że światło może przechodzić z jednego

do drugiego. Podstawowe wymagania dotyczące konstrukcji złączki:
a)  minimalizacja strat i odbić przez dostosowanie do typu światłowodu,
b)  realizacja połączenia stabilnego mechanicznie i optycznie,
c)  straty typowych złączek zawierają się w granicach od 0.25  do 1.5dB.

Rys. 21 Budowa złączki światłowodowej [15]

Rys. 20 Złącza światłowodowe ST i S.C.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

„Zasady posługiwania się złączami światłowodowymi”

Złącza światłowodowe [17], [18] - zwłaszcza jednomodowe - są elementami o bardzo

wysokiej precyzji. Rdzeń światłowodu jednomodowego ma średnicę zaledwie 8

µm.

Zanieczyszczenie  o  zbliżonych  rozmiarach  może  zatem  spowodować  znaczne  stłumienie
sygnału i całkowicie uniemożliwić transmisję. Dlatego należy obchodzić się z nimi ostrożnie,
unikać  nadmiernych  sił  przy  wykonywaniu  połączenia  i  rozłączaniu  oraz  dbać  o  idealną
czystość  gniazda  i  "ferruli"  wtyku.  W  razie  zabrudzenia  gniazdo  można  przedmuchać
czystym  sprężonym  powietrzem,  natomiast    ferrulę  przemyć  alkoholem  izopropylowym  lub
etylowym  (niedopuszczalne  jest  użycie  "denaturatu").  Należy  przy  tym  posługiwać  się
szmatką  nie  pozostawiającą  włókien.  Jeśli  do  urządzenia  nie  są  dołączone  wtyki
światłowodowe,  gniazda  powinny  być  zawsze  chronione  nasadkami  ochronnymi,
zabezpieczającymi przed przedostawaniem się kurzu.

W celu wykonania połączenia należy wykonać następujące czynności:

–

zdjąć nasadki ochronne z gniazda i ferruli wtyku,

–

wsunąć  ferrulę  do  oporu  do  gniazda  dbając  o  dokładne  pokrywanie  się  osi  gniazda
i wtyku  (próby  wciśnięcia  wtyku  "na  ukos"  mogą  spowodować  uszkodzenie  złącza).
Należy  zwrócić  uwagę  na  to,  aby klucz  umieszczony  na  obwodzie  wtyku  (poza  ferrulą)
trafił w wycięcie w gnieździe,

–

w przypadku złącza ST zatrzasnąć oprawkę bagnetową (tak jak w złączu elektrycznym
typu BNC),

–

w przypadku złącza FC dokręcić nakrętkę do lekko wyczuwalnego oporu.

Należy pamiętać, aby tor światłowodowy był dołączony z jednej strony do nadajnika

optycznego  -  z  drugiej  strony  do  odbiornika.  Wszelkie  manipulacje  złączami
światłowodowymi  mogą  być  wykonywane  przy  włączonym  zasilaniu  nadajników
optycznych.  W  większości  przypadków  można  połączyć  bezpośrednio  wyjście  toru
nadawczego  z  wejściem  toru  odbiorczego  w  pętlę  pomiarową  i  to  nawet  wtedy,  gdy
minimalna tłumienność linii światłowodowej równa się zero. Nie dotyczy to dwóch sytuacji:

–

gdy urządzenia przystosowane są do współpracy z linia długą i wyposażone są
w nadajniki laserowe,

–

gdy użyty jest światłowód wielomodowy 62,5/125 µm.
W obu tych przypadkach moc wyjściowa z nadajnika jest większa od wartości

maksymalnej tolerowanej przez odbiornik i mogą wystąpić błędy transmisji. Aby zapobiec
przesterowaniu, pomiędzy wyjście nadajnika a wejście odbiornika należy włączyć
odpowiedni tłumik optyczny.

Procedura wyboru typu złączki powinna uwzględniać następujące czynniki:

1.  typ kontaktu włókien (NC, PC, SPC, APC),
2.  sposób bazowania światłowodów,
3.  rodzaj złączki (n.p., SMA, Biconic, ST, FC, SC, DIN, itd.),
4.  technologię  wykonania  (n.p.,  żywica  termoutwardzalna/polerowanie,  techn.  bezklejowa,

itd.),

5. rodzaj materiału (n.p. materiał ferruli i obudowy).

Złączki bez zatrzasku charakteryzuje duży rozrzut strat własnych, ponieważ włókno

znajduje się w  innej  pozycji (względem osi) przy każdym połączeniu. Złączki z zatrzaskiem
przy każdym połączeniu znajdują w tej samej pozycji.  W ten sposób poprawia się parametry
i zmniejsza  ich  rozrzut.  Dodatkowo,  w  konstrukcjach  współczesnych,  buduje  się  złącza
strojone i niestrojone

Złącze SMA SMA 905, SMA 906:

–

pierwszy znormalizowany konektor światłowodowy, opracowany w firmie Amphenol
jako adaptacja popularnego złącza mikrofalowego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

Złącze niekluczowane, gwintowane, światłowody nie kontaktują się (polerowane płasko,
wielomodowe),

–

dwa typy: 905 - ferrula prosta, 906 ferrula skokowa (preferowana, większa precyzja),

–

najnowsza wersja - FSMA, spotykana w systemach militarnych, pomiarowych
i starszych sieciowych.

Producenci oferują dużą ilość różnego typu złączek.

Aby wykonać połączenie 2 odcinków kabla światłowodowego należy najpierw

przygotować odpowiednie materiały w kolejności, w jakiej są wykorzystane przy montażu
złączki:. zatyczka do wtyczki światłowodu wtyczka do światłowodu tulejka, która zaciska się
na światłowodzie i trzyma go nieruchomo we wtyczce, rurka z tworzywa sztucznego do
umieszczenia wewnątrz tulejki oraz metalowe osłonki różnego typu

Rys. 22 Zatyczka do

wtyczki światłowodu

Rys. 23 . Wtyczka do światłowodu

Rys. 24

Tulejka do wtyczki

światłowodowej i rurka z tworzywa

Połączenia światłowodowe nierozłączne [17] - trwałe połączenie światłowodów

wykonane  metodą  spajania  w  łuku  elektrycznym  wykonuje  się  przy  pomocy  specjalnych
spawarek  światłowodowych  zapewniających    trwałego  łączenie  włókien  światłowodowych
metodą  spajania  w  łuku  elektrycznym  oraz  optyczną  kontrole  prawidłowości  wykonanych
połączeń  Złącze  ZSJ  powinno  umożliwiać  stałe  połączenie  światłowodów  z  sąsiednich
odcinków

instalacyjnych

kabli

światłowodowych wchodzących w skład linii

optotelekomunikacyjnej, z zachowaniem jak najlepszej jednorodności linii, trwałości
połączeń i niezmienności ich parametrów w długim okresie czasu (około 30 lat)

Kolejne etapy ręcznego wykonania złącza światłowodowego są następujące:

–

nacinamy delikatnie zewnętrzną warstwę ochronną światłowodu,

–

naginamy delikatnie światłowód w miejscu nacięcia do momentu przerwania tej warstwy,

–

po oddzieleniu się naciętej warstwy ściągamy ją,

–

obcinamy warstwę "nitek",

–

obcinamy kolejną warstwę uważając, aby nie naciąć światłowodów,

–

rozdzielamy wszystkie pojedyncze światłowody i wycieramy z nich pozostały żel przy
użyciu suchej szmatki lub szmatki z dodatkiem alkoholu,

–

wybieramy  jeden  światłowód  i  "zdrapujemy"  z  niego  ostatnią  warstwę  przy  użyciu
uniwersalnego  nożyka  lub  przy  pomocy  nożyka  używanego  do  "zdrapywania"  grubej
warstwy  światłowodu.  Nożyk  należy  ustawić  pod  pewnym  kątem  w  stosunku  do
światłowodu  i  zedrzeć  ostatnią  warstwę  jednym  ciągłym  ruchem.  Nożyk  nie  powinien
być ustawiany pod kątem 90° w stosunku do światłowodu gdyż może to doprowadzić do
obcięcia światłowodu.

–

do tak włożonej tulejki należy włożyć rurkę z tworzywa sztucznego,

–

do  tak  przygotowanej  wtyczki  należy  włożyć  włókno  światłowodowe  od  strony  rurki
z tworzywa  sztucznego. Włókno światłowodowe należy  wsuwać delikatnie do momentu
wyczucia  oporu.  Nie  należy  wsuwać  włókna  na  siłę  gdyż  można  doprowadzić  do
złamania włókna co  będzie  widoczne przy użyciu  mikroskopu. Włókno światłowodowe
powinno  wyjść  z  drugiej  strony  na  odległość  ok.  0,5  cm  (dokładna  długość  zależy  od
długości zdrapanej osłony z punktu 5g).

–

tak przygotowany światłowód należy zacisnąć przy użyciu zaciskarki,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

wystający światłowód należy obciąć przy użyciu nożyka naciskając przycisk na górze
narzędzia. Naciskając przycisk w jednym końcu w drugim końcu wysuwa się malutki
nożyk, który obcina wystające włókno światłowodowe na odległość ok. 1-2 mm,

–

tak obcięty światłowód należy wyszlifować używając dwóch grubości papieru ściernego.
Na pierwszym papierze należy usunąć wystające jeszcze resztki światłowodu wykonując
ruchy w kształcie ósemki. Na drugim papierze należy doszlifować światłowód aby
pozbyć się wszelkich zadrapań wykonując ruchy w kształcie ósemki.

–

Po  wyszlifowaniu  należy  sprawdzić  przy  użyciu  mikroskopu  czy  światłowód  nie  uległ
uszkodzeniu podczas  montażu. Test należy przeprowadzić wkładając końcówkę wtyczki
do mikroskopu i patrząc się z drugiej strony mikroskopu w wizjer. W celu lepszej jakości
obrazu można włączyć żarówkę i przekręcić ją w stronę światłowodu. Można także użyć
pokrętła  które  służy  do  regulacji  ostrości, a także pokrętła  przy  pomocy  którego  można
powiększyć oglądany obraz.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie wymagania musi spełniać dobrze wykonane połączenie światłowodów ?
2.  Jaka jest budowa złącza światłowodowego  rozłącznego ?
3.  Jaka  jest  kolejność  czynności  pozwalająca  na  wykonanie  złącza  światłowodowego

spajanego ?

4. Jakie są wymagania dotyczące parametrów wykonywanych połączeń rozłącznych

i nierozłącznych ?

5. Jakie są elementy składowe złączek światłowodowych ?
6. Jakie są technologie wykonania złączek światłowodowych ?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przygotuj w zeszycie odpowiednie rysunki i opisz sposób prawidłowego wykonania

połączenia rozłącznego dla 2 odcinków światłowodów. Opisz, w jaki sposób można
sprawdzić poprawność wykonania połączenia światłowodowego ?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki kabla światłowodowego,

–

narzędzia do ręcznego łączenia,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Przygotuj rysunki i wykonaj krótki łącznik wielomodowego włókna światłowodowego

62,5/125 lub 50/125 – patchcord – dwustronnie zakończony znormalizowanymi złączami
optycznymi, używany do krosowania torów światłowodowych w szafkach dystrybucyjnych.
W jaki sposób można sprawdzić poprawność wykonania połączenia światłowodowego ?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  zapoznać się z wymaganiami zawartymi w normach . [15], [16] i [17],
2)  przygotować odcinki kabli światłowodowych oraz złączki,
3)  wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki kabla światłowodowego,

–

narzędzia do ręcznego łączenia,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Ćwiczenie 3

Przygotuj rysunki o objaśnij wymagania zawarte normach a dotyczące wykonania

połączenia trwałego 2 odcinków światłowodów. W jaki sposób można sprawdzić poprawność
wykonania połączenia światłowodowego ?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  zapoznać się z wymaganiami zawartymi w normach . [15], [16] i [17],
2)  przygotować odcinki kabli światłowodowych oraz złączki,
3)  wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki kabla światłowodowego,

–

narzędzia do ręcznego łączenia,

–

przybory do pisania, kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Wykonując ćwiczenia 1, 2 i 3 pamiętaj, że podczas oceny Twojej pracy nauczyciel

zwróci uwagę na:

–

poprawność

słownictwa

używanego

podczas

przygotowywania

materiałów

i wykonywania ćwiczenia,

–

prawidłowość  przygotowania  planu  czynności  z  uwzględnieniem  informacji  zawartych
w normach  zakładowych  ZN-96/TP  S.A–006  pt.  Złącza  spajane  światłowodów
jednomodowych. Wymagania i badania  oraz w [15], [16], [17], .

–

umiejętność poprawnego opisywania wykonywanego zadania,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

sposób rysowania rysunków,

–

sposób prezentacji wyników,

–

umiejętność formułowania wniosków.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) przedstawić

wymagania

dotyczące

dobrego

wykonania

połączeń

światłowodów rozłącznych i nierozłącznych ?



2) przedstawić wymagania dotyczące złączek światłowodowych rozłącznych ?



3) objaśnić

zasady

wykonywania

połączeń

trwałych

odcinków

światłowodowych ?



4) wyjaśnić z jakich elementów składa się złączka światłowodowa ?



5) opisać parametry dobrych złączek światłowodowych ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Straty mocy optycznej w torach światłowodowych

4.4.1. Materiał nauczania

Promień światła wędrując w rdzeniu światłowodu (o współczynniku załamania n

napotyka na środowisko o innym współczynniku załamania (n

) - płaszcz. Gdy promień pada

od  strony  rdzenia  na  płaszcz  pod  kątem  α, to pewna część  światła  zostaje  odbita  i  wraca  do
rdzenia.  W  zależności  od  kąta  padania  α  i  współczynników  załamania  materiałów  rdzenia
i płaszcza,  zmienia  się  ilość  odbitego  światła.  Powyżej  pewnego  kąta  zachodzi  zjawisko
całkowitego odbicia wewnętrznego i światło padające zostaje odbite bez strat.

Kąt akceptacji – apertura numeryczna

Aby promień pozostał w rdzeniu i podlegał całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na

granicy  rdzenia  i  płaszcza,  kąt  jego  padania  względem  osi  światłowodu  w  powietrzu  nie
powinien  przekroczyć  wartości  krytycznej  -  wartość  ta  nosi  nazwę  kąta  akceptacji
światłowodu  (alfa  max).  Zgodnie  z  tym  wszystkie  promienie  padające  na  powierzchnię
czołową rdzenia  światłowodu pod kątem  mniejszym od (alfa  max)  zostaną wprowadzone do
rdzenia. W płaszczu współczynnik załamania światła jest mniejszy niż w rdzeniu, wiąże się to
też ze współczynnikiem odbicia. Włókno światłowodowe zbudowane jest z 2 rodzajów szkieł:

–

szkła kwarcowego (zbudowany jest z niego rdzeń),

–

szkła kwarcowego z dodatkami (zbudowany jest z niego płaszcz).

Oba pojęcia: kąt akceptacji i apertura numeryczna służą do określenia tego samego

zjawiska - kąta wprowadzenia światła z diody lub lasera do światłowodu wielomodowego.
Elementy optyczne wykorzystywane do transmisji sygnałów cyfrowych to nadajniki
i odbiorniki Najważniejszym elementem systemu optycznego jest źródło sygnału (nadajnik).

W systemach światłowodowych fale nośne wytwarzane są przez generatory optyczne

zawierające:

–

diody laserowe (LD) - światło monochromatyczne, spójne i skolimowane,

–

diody elektroluminescencyjne (LED) - światło monochromatyczne.
W telekomunikacji światłowodowej, jako źródła swiatła, zastosowanie znalazły trzy:

–

dioda powierzchniowa,

–

dioda krawędziowa,

–

dioda superluminescencyjna.

W idealnym przypadku źródło powinno dostarczać stabilnej fali o określonej częstotliwości
i wystarczającej mocy. Istotne elementy nadajnika to: źródło światła i układ modulujący.

Rys. 25 Płaszcz - apertura numeryczna

światłowodu, czyli kąt akceptacji

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Uwaga: Promieniowanie emitowane przez nadajnik laserowy (światłowodowy) jest

szkodliwe  dla  wzroku!  Sygnalizuje  to  symbol  umieszczony  obok  złącza  nadajnika.  Pod
żadnym  pozorem  nie  należy  patrzeć  w  nieosłonięte  gniazdo,  do  którego  nie  jest  dołączone
złącze  światłowodowe.  Również  obserwacja końca  światłowodu,  w  którym  prowadzone  jest
światło grozi uszkodzeniem wzroku. Nadajnik może emitować pełną moc zawsze, gdy tylko
urządzenie  jest  włączone  –  niezależnie od tego czy do  wejścia  elektrycznego  doprowadzony
jest jakikolwiek sygnał, czy też nie.

Nadajnik odbiera od przełączników i routerów dane, które muszą zostać przesłane. Dane

mają  postać  sygnałów  elektrycznych.  Nadajnik  konwertuje  sygnały  elektroniczne
w odpowiadające  im  impulsy  światła.  Istnieją  dwa  typy  źródeł  światła  używanych  do
kodowania i wysyłania danych za pośrednictwem kabla:
a)  Diody świecące (LED) wytwarzające światło podczerwone o długości fali równej 850 nm

lub 1310 nm. Są one używane w światłowodach wielomodowych w sieciach LAN. Do
skupienia wiązki światła podczerwonego na końcu światłowodu wykorzystywane są
soczewki,

b) Lasery to źródła tworzące cienką wiązkę intensywnego podczerwonego światła o długości

fali  wynoszącej  zazwyczaj  1310  nm  lub  1550  nm.  Lasery  są  używane  w  światłowodach
jednomodowych  na  dużych  dystansach,  z  którymi  mamy  do  czynienia  w  sieciach  WAN
lub  szkieletach  sieci  kampusowych.  Konieczne  jest  zachowanie  szczególnej  ostrożności,
aby zapobiec uszkodzeniu oka.

Każde źródło światła można bardzo szybko zapalić i zgasić w celu wysłania danych (jedynek
i zer) z szybkością wielu bitów na sekundę.

Nadajniki optyczne (rysunek 27) Nadajnik optyczny odpowiednio wysterowany

sygnałem  elektrycznym  generuje  strumień  światła,  który  możemy  przesłać  światłowodem.
Źródłem  światła  dla    światłowodów  wielomodowych  jest  odpowiednio  wysterowana  dioda
elektroluminescencyjna,  natomiast  źródłem  światła  dla  światłowodów    jednomodowych  jest
laser.  Dla  zainicjowania  akcji  świecenia  prąd  zasilający  musi  mieć  odpowiednią  wartość
zwaną prądem progowym.

Obok przedstawiono przykładowy sposób sterowania diody świecącej. W rzeczywistości

źródło światła powinno generować strumień o najkorzystniejszym widmie dla danego typu
światłowodu czyli źródło światła, światłowód i odbiornik powinny być odpowiednio dobrane.

Rys. 26 Symbol oznaczający

promieniowanie

Rys. 27. Układ prostego nadajnika

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Parametry optyczne diod świecących:

a) strumień energetyczny – S

(moc emitowana przez diodę IR), wyrażamy w watach, lub

strumień świetlny (moc emitowana przez diodę świecącą - rysunek 28) wyrażamy
w lumenach. Wartość mocy emitowanej przez diodę rośnie ze wzrostem prądu
przewodzenia, a maleje ze wzrostem temperatury złącza,

b) natężenie promieniowania – J

– stosunek strumienia energetycznego do kąta bryłowego –

dla diod IR, którego jednostką jest wat na steradian,

c) światłość

– stosunek strumienia świetlnego do kąta bryłowego – dla diod LED, wyrażona

w kandelach.

Podczas transmisji sygnałów cyfrowych z dużymi szybkościami sygnały przeznaczone do

nadawania  formułuje się do postaci  mającej kształt zbliżony do funkcji sekans  hiperboliczny
nazywanej  solitonem.  Kształt  solitona    pokazano  na  rysunku  29.    W  nowoczesnej  technice
sieciowej  impuls  solitonowy  wytwarzany  jest  przez  modulator  laserowy  i  transmitowany
przez medium światłowodowe.

Poprzez dobór odpowiedniego natężenia sygnału, jego czasu trwania i właściwej

obwiedni, możliwy jest przekaz takiego impulsu świetlnego praktycznie bez żadnej dyspersji
i zmiany kształtu na dowolną odległość.

Taki kształt transmitowanego sygnału pozwala na właściwą kompensację efektów

dyspersji chromatycznej włókna oraz nieliniowości optycznej szkła kwarcowego, z którego są
wykonywane  (tzw.  Efekt  Kerra  polegający  na  zależności  prędkości  światła  w  szkle,  a  więc
również  współczynnika  załamania  od  natężenia
światła.  Użycie  solitonów  pozwala  na  osiąganie
bardzo dużych prędkości przesyłu na duże odległości.
Wykorzystując

standardowe

światłowody

solitonami o szerokości od 20 do 50 ps, uzyskuje się
transmisję sygnałów cyfrowych o przepływności
10÷20 [Gb/s] na odległość ok. 36 000 [km].
Odbiorniki optyczne

Na drugim końcu światłowodu znajduje się

odbiornik.  Do  detekcji  sygnału  świetlnego  używa  się
fotodiody  lub  fotodetektory.  Sygnał  elektryczny  po  detekcji  jest  bardzo  słaby,  dlatego
podajemy  go  na  wzmacniacz.  Aby  ostatecznie  uzyskać  końcowy  elektryczny  poziom  zer
i jedynek stosujemy komparator wzmocnionego napięcia z napięciem odniesienia Przybliżone
przebiegi  w  kolejnych  punktach  układu  przedstawiono  na  wykresach.  Zademonstrowany
sposób  pozwala  odbierać  sekwencje  świetlne  i  przekształcać  je  w  odpowiednie  impulsy
elektryczne.  Urządzenia  półprzewodnikowe,  które  są  zazwyczaj  używane  jako  odbiorniki

Moc świetlna

emisja
wymuszona

emisja
spontaniczna natężenie prądu

prąd progowy

Rys. 28 Moc emitowana przez diodę świecącą

Rys. 29. Impuls solitonowy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w łączach  światłowodowych,  to  fotodiody  półprzewodnikowe,  fotodiody  lawinowe,
fotopowielacze. Fotodiody PIN są tak konstruowane, aby były wrażliwe na światło o długości
fali  850,  1310  lub  1550  nm.  Gdy  na  fotodiodę  PIN  padnie  impuls  światła  o  odpowiedniej
długości fali, wytworzy się na jej wyjściu  szybko odpowiedni impuls elektryczny. Gdy tylko
światło  przestaje  padać  na  fotodiodę  PIN,  ustaje  wytwarzanie  napięcia.  W  rzeczywistej
komunikacji  światłowodowej  układy  nadajników  i  odbiorników  są  o  wiele  bardziej
skomplikowane.

Rus. 30 Modulacja analogowa i cyfrowa w diodzie laserowej

Często zapewnia się podział częstotliwościowy kanału i przesyłanie wielu różnych

informacji tym samym medium transmisyjnym aby detektory promieniowania mogły służyć
telekomunikacji światłowodowej muszą spełniać szereg warunków:

–

duża dokładność odzyskania sygnału,

–

duża czułość w odpowiednich zakresach promieniowania,

–

wystarczająco duża odpowiedź napięciowa (prądowa) na odebrany sygnał optyczny,

–

małe szumy własne dla uzyskania odpowiedniego stosunku sygnału do szumu,

–

mała wrażliwość na wpływ czynników zewnętrznych (temperatury, zasilania, ..) na prace
fotodetektora,

–

wysoka niezawodność i niski koszt.

Straty mocy w torach światłowodowych

Rys. 31. Układ prostego odbiornika oraz przebiegi czasowe w

zaznaczonych punktach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podczas transmisji sygnałów w torach światłowodowych występują straty mocy, które

opisują następujące parametry:
a) Tłumienność włókna, która określa się jako spadek mocy sygnału wraz z przebytą

odległością. Tłumienność włókna  wyznacza  się dzieląc różnicę poziomu mocy sygnału
przez  odległość  transmisji.  Dla  powszechnie  stosowanych  światłowodów  tłumienność
jednostkowa wynosi 0,4 dB/km dla długości fali  1310 nm oraz 0,25 dB/km dla długości
fali 1550 nm,

b) Tłumienność wtrącona, która jest związana z takimi nieciągłościami włókna jak: spawy,

spoiny,  połączenia  mechaniczne,  odbicie  wsteczne  złączek  czyli  reflektancja.
Tłumienność  spawu  przyjmuje  się  na  poziomie  0,15  dB,  natomiast  tłumienność  złączki
0,5 dB dla obu okien transmisyjnych.  Także  makrozgięcia  i  mikrozgięcia   kabla mogą
powodować  znaczny  wzrost  tłumienia,  dużo  większy  niż  w  przypadku  spawu.
Najbardziej  wrażliwe  na  zgięcia  jest  okno  trzecie.  Wartość  tłumienia  dla  długości  fali
1550  nm  może  nawet  dwukrotnie  przekroczyć  tłumienność  dla  długości  fali  1310  nm.
Mikrozgięcia  spowodowane  są  niewielkimi  poprzecznymi  przesunięciami  osi    lub
powierzchni światłowodu powstałymi w procesie technologicznym,

c) Szerokość pasma przenoszenia wyrażona

[MHz·km],

d) Długość fali dla zerowej dyspersji [nm],
e) Długość fali odcięcia [nm], tj taka najmniejsza długość fali, przy której w światłowodzie

rozchodzi się tylko jeden mod.

„Zasięg transmisji”

Aby określić zasięg transmisji w kanale światłowodowym należy sporządzić bilans mocy,

który uwzględnia moc nadajnika, czułość odbiornika, zalecany margines odbieranych
poziomów oraz parametry kabla światłowodowego.

Przykład:

–

tłumienność światłowodu 50/125 µm 3 dB/km,

–

poziom mocy nadajnika -22 dBm,

–

czułość odbiornika -35 dBm,

–

margines mocy 5 dB,

–

budżet mocy -22 dBm - (-35 dBm) = 13 dB,

–

uwzględniając margines 13 dB - 5 dB = 8 dB,

–

zasięg transmisji 8dB : 3 dB/km

≤ 2,5 km.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie wartości parametrów diod elektroluminescencyjnych i fotodiod można odczytać

z katalogu producenta elementów optoelektronicznych ?

2. Jakie są charakterystyki widmowe diody LED i fotodiody ?
3. Jaki jest przebieg charakterystyki prądowo-napięciowej dla diody

elektroluminescencyjnej LED ?

4.  Jak  można wyznaczyć kąt akceptacji dla włókna światłowodowego ?
5.  Jaką postać ma sygnał  świetlny w torze optotelekomunikacyjnym ?
6.  W jaki sposób wykonuje się  bilans mocy w kanale światłowodowym  ?
7.  Od jakich parametrów włókna optycznego zależy szybkość i zasięg transmisji sygnałów

cyfrowych w światłowodzie?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie1

Wypisz podstawowe parametry diody elektroluminescencyjnej i fotodiody oraz

fototranzystora.  Na  charakterystykach  zaznacz  wpływ  czynników  zewnętrznych  np.
temperatury    otoczenia,  napięcia  zasilania,  na  pracę  omawianego  elementu  Pod  parametrami
zamieść  legendę  wyjaśniającą  przyjęte  oznaczenia.  Nanieś  oznaczenia  na    symbolach
graficznych  elementów.  Czas  ćwiczenia  określi  nauczyciel.    Po  upływie  czasu  przedstaw
wyniki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w katalogach [20],
2) wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

diody elektroluminescencyjne,

–

fotodiody oraz fototranzystory,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Ćwiczenie2

Wyrysuj charakterystyki widmowe diody elektroluminescencyjnej np. LED 665 nm, LED

820 nm, oraz fototranzystora. Na charakterystykach zaznacz wpływ czynników zewnętrznych
np. temperatury na pracę omawianego elementu.

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w katalogach [20],
2) wykonać czynności wskazane w zadaniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

diody elektroluminescencyjne,

–

fotodiody oraz fototranzystory,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura - katalogi firmy TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli
światłowodowych.

Ćwiczenie 3

Przeprowadź badanie charakterystyki prądowo-napięciowej diody LED 665 nm, LED

820 nm. Pomiary wykonaj w pracowni, zgodnie ze wskazówkami zawartymi w instrukcji do
ćwiczenia. Czas na wykonanie ćwiczenia określi nauczyciel. Układ pomiarowy montuj
zgodnie ze wskazaniami zawartymi w instrukcji pomiarowej. W celu zwiększenia czytelności
montażu należy stosować przewody połączeniowe w różnych kolorach. Podczas dobierania

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

mierników zwracaj uwagę na oznaczenia zacisków i zakresy pomiarowe. Zanotuj oznaczenia
zastosowanych mierników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  zapoznać się z wymaganiami zawartymi w katalogach  [20],
2)  połączyć układ pomiarowy  zgodnie z zaproponowanym schematem ,
3)  zmierzyć charakterystykę prądowo-napięciową diody LED w zakresie :

–

dla polaryzacji zaporowej: dla napięć U

≤

4 V,

–

dla polaryzacji w kierunku przewodzenia : dla prądu I

≤

25 mA),

4) zaobserwować, dla jakiej polaryzacji i przy jakim prądzie dioda zaczyna świecić.

Wyposażenie stanowiska pracy: diody elektroluminescencyjne, fotodiody oraz

fototranzystory, zestaw badaniowy, oscyloskop dwukanałowy, dwa multimetry, zasilacz
stabilizowany. przybory do pisania, kalkulator, poradnik dla ucznia, literatura - katalogi firmy
TELE-FONICA Kable S.A lub materiały reklamowe kabli światłowodowych
Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym musi sprawdzić nauczyciel przed
podłączeniem napięcia zasilania.

Wykonując ćwiczenia pamiętaj, że podczas oceny Twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:

–

poprawność

słownictwa

używanego

podczas

przygotowywania

materiałów

wykonywania ćwiczenia,

–

prawidłowość przygotowania planu wykonania zadania,

–

poprawność wykonania połączeń i umiejętność lokalizacji błędów w połączeniach,

–

sposób rysowania rysunków,

–

sposób prezentacji wyników,

–

umiejętność formułowania wniosków dotyczących poprawności uzyskanych rezultatów.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić znaczenie apertura numeryczna czyli kąt akceptacji ?



2) opisać zasadę funkcjonowania diody elektroluminescencyjnej ?



3) opisać zasadę funkcjonowania fotodiodydiody ?



4) wyjaśnić zasady pomiaru charakterystyk i parametry diody

elektroluminescencyjnej ?



5) opisać zasady pomiaru charakterystyk i parametry fotodiody ?



6) opisać zasadę działania lasera ?



7) opisać znaczenie pojęcia „soliton”?



8) zaprezentować parametry włókna światłowodowego ?



9) objaśnić jak zmierzyć straty mocy w łączu światłowodowym ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Kody transmisyjne i pomiary w torach światłowodowych

4.5.1. Materiał nauczania

„Kodowanie transmisyjne”

Sygnał kodowy sterujący pracą nadajnika optycznego jest sygnałem binarnym,

unipolarnym,  w  kodzie  NRZ  i  mógłby  służyć  do modulacji  fali  świetlnej.    Jednakże  w  celu
zapewnienia  właściwego  widma  sygnałów  zmodulowanych,  ułatwienia  pracy  układów
realizujących  regeneracje  sygnałów  transmitowanych  oraz  umożliwienia  odbiornikowi
wykonywania  operacji  wykrywania  błędów  w  transmitowanych  sygnałach  stosuje  się
w nadajniku  kodowanie  transmisyjne,  które  realizują  układy  elektroniczne  nazywane
transkoderami.

W transkoderach optycznych dla systemów PDH, dla przepływności 34 Mbit/s stosowany

jest kod typ 5B

−

6B. W nadajniku, szeregowy strumień sygnałów cyfrowych dzielony jest w

rejestrach na piątki bitów i każdej piątce bitów (z 2

możliwych kombinacji)

przyporządkowana jest szóstka bitów wybrana z 2

możliwych kombinacji zgodnie

z określoną regułą zachowująca odpowiednie rozłożenie zer i jedynek w słowie
sześciobitowym.

W ten sposób sygnał o przepływności 34 Mbit/s zostaje przetworzony na strumień

o przepływności 41 Mbit/s o korzystnych własnościach transmisyjnych. Zwiększenie
przepływności w łączu światłowodowym przy zachowaniu dwuwartościowej techniki
odwzorowania informacji pozwala na:

–

dopasowanie widma sygnału do charakterystyki toru,

–

wyłowienie w urządzeniach traktu liniowego przebiegu synchronizacyjnego (zegara)
w każdym punkcie toru niezależnie od przesyłanej kombinacji zer i jedynek,

–

wykrywanie

szóstek

bitów

zdekodowanych

w odbiorniku a nie przewidzianych w kodzie nadawczym tj. na wykrywanie błędów
w transmitowanym sygnale.

Funkcje odbiornika są następujące:

–

odtworzenie sygnałów zegarowych czyli przebiegów prostokątnych o częstotliwości
równej przepływności binarnej sygnału a także częstotliwości pojawiania się słów
kodowych itd.,

–

zapewnienie synchronizacji słów podczas dekodowania,

–

przetwarzanie zregenerowanego sygnału kodowego 6B na wyjściowy sygnał binarny w
kodzie 5B czyli synchroniczne przyporządkowanie każdej odebranej szóstce bitów
odpowiedniej piątki bitów,

–

wykrywanie błędów w odebranym sygnale poprzez wykrywanie zaburzeń w odbieranym
kodzie,

–

sygnalizacja zakłóceń w odbiorze sygnałów z linii światłowodowej.

W transmisji sygnałów cyfrowych w łączach światłowodowych stosuje się jeszcze inne
nadmiarowe kodowanie transmisyjne typu nB

−

mB wprowadzające pewien nadmiar bitów w

transmitowanych sygnałach. Ogólnie można powiedzieć że im większy nadmiar, tym lepsza
jest skuteczność wykrywania błędów w transmisji. Do częściej stosowanych kodów
liniowych należą 1B

−

2B, 2B

−

3B, 3B

−

4B oraz 4B-5B.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 5

Tabela 6

Przykładowe  zasady  kodowania  przedstawiono  w  tabeli  6  i  na  rysunku
32 (dla kodowania 2B-3B.
Kodowanie 4B-5B

Idea kodowania jest następująca: strumień szeregowych sygnałów

informacyjnych  dzieli się w  nadajniku  na  czwórki  bitów. Każde kolejne
4  bity  są  kodowane  przy  pomocy  „znaku”  złożonego  z  5  bitów.
Efektywność takiego kodowania wynosi zatem 80%. Prędkość 100 Mbps
jest  osiągane  przy  transmisji  125  milionów  symboli  na  sekundę.
Odbiornik  dekoduje  odebrane  piątki  bitów  i  każdej  z  nich
przyporządkowuje  odpowiednią  czwórkę  bitów.  Oczywiście  tylko  16
kombinacji  jest  poprawnych,  gdyż  długość  ciągów,  które  kodujemy
wynosi  4  bity.    Jeżeli  odbiornik  wykryje  kombinacje,  która  nie  była
przewidziana  w  tabeli  słów  nadawanych  to  uznaje  że  w  transmisji  są
błędy.
„Zwielokrotnienie falowe WDM”

Zwielokrotnienie jest to technika pozwalająca na jednoczesną

transmisję  pewnej  ilości  sygnałów  w  jednym  torze  transmisyjnym.    Jak
już  wspomniano  w  rozdziale  4.1  stworzenie  możliwości  dla
transmitowania  dużych  ilości  informacji  w  pojedynczym    włóknie
światłowodowym  możliwe  jest  właśnie  dzięki  technologii  pozwalającej

na przekazywanie w tym włóknie jednocześnie wielu fal nośnych o bliskich lecz odmiennych
częstotliwościach (długościach), z których każda stanowi odrębny kanał transmisyjny.

Kod

1B-2B

Kod

−

Kod 3B

−

001 000

0101

010 001

1001

100

....

110

.....

....

100

0111

101

1011

Rys. 32 Przykładowe przebiegi czasowe dla kodowania 2B-3B

Dane   Postać
Wej. kodowa
0000    11110
0001    01001
0010    10100
0011    10101
0100    01010
0101    01011
0110    01110
0111    01111
1000    10010
1001    10011
1010    10110
1011    10111
1100    11010
1101    11011
1110    11100
1111    11101

Kodowanie

4B-5B

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sumaryczna przepływność binarna kanału ulega zwielokrotnieniu przez liczbę fal

nośnych  prowadzonych  w  tym  włóknie.  Najwcześniej  zastosowaną  techniką  umożliwiającą
zwielokrotnienie  w  dziedzinie  długości  fali  jest  technologia  WDM,  która  zapewnia
szerokopasmową  multipleksację  i demultipleksację w dwóch pasmach 1310nm oraz 1550nm
dla  kilku  lub  kilkunastu  fal  optycznych.  Zwielokrotnienie  WDM  wymaga  stosowania
spójnego  źródła  światła  złożonego  z  laserów  o  wąskiej  charakterystyce  widmowej  i  bardzo
stabilnej  częstotliwości  pracy  oraz  elementów  do  multipleksacji  i  demultipleksacji  fal
optycznych  o  różnych  długościach  fal.  W  systemach  WDM  łączna  przepływność  w  jednym
włóknie  optycznym  osiąga  pojemność  transmisyjną  100-500  (Tbit/s)

•

km Wprowadzenie

DWDM  (gęste  zwielokrotnienie  w  dziedzinie  długości  fali)  -  zwielokrotnienia  dużej  ilości
kanałów  optycznych    przy  odstępie    międzyfalowym 0,8  nm, zapewniającego  również  pełną
swobodę  wyboru  jednego  z  dostępnych  kanałów,  dało  zupełnie  nowe  możliwości
w dziedzinie przepływności połączeń optycznych.

We wczesnych latach 80, w lokalnych sieciach komputerowych LAN, zastosowanie

znalazły  metody  zwielokrotnienia  optycznego  polegające  na  transmisji  poprzez  światłowód
wielomodowy  kilku  kanałów  w  oknie  850nm.  Opracowane  w  latach  dziewięćdziesiątych
specyfikacje  IEEE  802.3  określają  multipleksację   w  oknie  850  nm  jako  CWDM a  w  oknie
1310nm  jako  WWDM.    (Wide  Wave  Division  Multiplexing).  Korzyści  z  zastosowania
zwielokrotnienia  falowego  w  łączach  światłowodowych  stają  się  jeszcze  większe  po
zastosowaniu  wzmacniaczy  optycznych  domieszkowanych  erbem  typu  EDFA.  łączach
optotelekomunikacyjnych      Zalety      zwielokrotnienia    falowego:    możliwość  rozbudowy
istniejących  kanałów,  osiąganie  dużych  przepływności,  niezależność  kanałów  optycznych,
brak  potrzeby  stosowania  dodatkowych  sygnałów  synchronizujących  (zegarowych),
wzmocnienie wszystkich kanałów transmisji za pomocą jednego wzmacniacza  optycznego.
„Badania i pomiary linii światłowodowych, rodzaje pomiarów”

Kable optotelekomunikacyjne stosowane do budowy linii optotelekomunikacyjnych

muszą mięć aktualne świadectwo homologacji Ministerstwa Łączności. Aby je uzyskać
należy, u producenta, wykonać szereg badań. wg norm ITU-T G.652, G.653 oraz innych,

Rys. 33 Zasada zwielokrotnienia falowego

Rys. 34 Systemy zwielokrotniania optycznego WDM, wczesny

CWDM, WWDM, DWDM [5, s.28]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w zależności  od  życzeń  odbiorcy.    Podstawowe  badania  kabli  optotelekomunikacyjnych
polegają na sprawdzeniu:
a)  tłumienności i długości optycznej,
b)  dyspersji chromatycznej,
c)  średnicy pola modów,
d)  długości fali odcięcia,
e)  odporności na rozciąganie,
f)  odporności na zgniatanie,
g)  odporności na przeginanie,
h)  odporności na skręcanie,
i)

odporności na zmiany temperatury,

odporności na wnikanie wody,

oraz innych parametrów jak np. badanie niejednorodności punktowych tłumienności, długości
fali odcięcia czy tłumienia w zakresie maksimum absorpcji jonów OH.

W skład pomiarów wykonywanych w eksploatowanych torach światłowodowych

wchodzą:
a)  pomiary parametrów źródeł światła,
b)  pomiary światłowodów telekomunikacyjnych,
c)  badanie wpływu polaryzacji światła na jakość transmisji optycznej,
d)  pomiary parametrów światłowodowych wzmacniaczy optycznych,
e)  pomiar parametrów krotnic falowych,
f)  badanie nieliniowości światłowodu,
g)  badanie jakości transmisji optycznej sygnałów cyfrowych,
h)  testowanie systemu optotelekomuniakcyjnego.

Wykonanie tych pomiarów pozwala zlokalizować nieprawidłowości, jakie mogą

wystąpić w kanałach światłowodowych. Podczas budowy i konserwacji torów przeprowadza
się:

–

wizualizacje uszkodzeń,

–

pomiary transmisyjne (dwupunktowe),

–

pomiary reflektometryczne (jednopunktowe),

przy wykorzystaniu:

–

testerów optycznych,

–

zastawów pomiarowych zawierających źródło i miernik mocy optycznej,

–

telefonów optycznych,

–

reflektometrów optycznych.

Poniżej zamieszczone zostały przykładowe wymagania transmisyjne dla montowanego

odcinka, nie wymagającego wzmocnienia sygnałów, zawarte są w normie ZN-02/TD S.A.-09
pt: „Budowa sieci optotelekomunikacyjnych” Wrocław, marzec 2002 r

Wszystkie tory światłowodowe jednomodowe, przygotowane do eksploatacji, powinny

mieć zmierzoną tłumienność dla fal 1310 nm i 1550 nm, a następnie wyliczoną tłumienność
jednostkową. Jako decydujący należy przyjmować wynik pomiaru dla fali 1550 nm.

Tłumienność jednostkowa każdego toru światłowodowego (bez połączeń) nie powinna

przekraczać  wartości  przepisanych  w  wymaganiach  technicznych  dla  kabli  danej  klasy,
z uwzględnieniem  bilansu  mocy  dla  danego  odcinka  linii.  Tłumienność  każdego  toru
światłowodowego (włókien wraz z ich połączeniami) nie powinna przekraczać wartości sumy
tłumienności  wszystkich  połączonych  odcinków  włókien  powiększonej  o  tłumienność
połączeń stałych i rozłącznych.

Połączenia światłowodów jednomodowych powinny być tak wykonane, aby:

−

tłumienność nie przekroczyła wartości 0,10 dB dla połączeń spajanych, określona jako
wartość średnia (z uwzględnieniem znaków) z pomiarów w obu kierunkach transmisji,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

tłumienność nie przekroczyła wartości 0,3 dB, jeśli 2 próby spajania nie pozwoliły na
uzyskanie wartości 0,10 dB, przy czym uzyskiwane wyższe wartości były prawie
jednakowe,

−

tłumienność nie przekroczyła wartości 0,5 dB dla złączy rozłączalnych, jako wartość
maksymalna przyjmowana do obliczeń, a średnia wartość tej tłumienności nie powinna
przekraczać 0,3 dB,

−

tłumienność odbiciowa złączek światłowodowych (reflektancja) nie była mniejsza niż 35
dB,

−

zmiana tłumienności jednostkowej wzdłuż odcinka, pomiędzy sąsiednimi złączami
światłowodowymi, nie przekraczała 0,1 dB/km dla fal 1310 nm i 1550 nm, na każdym
dowolnie wybranym jednokilometrowym odcinku światłowodu,

−

skokowy wzrost tłumienności wywołany punktowymi wtrąceniami nie był większy od
0,1 Db.
W trakcie budowy i montażu linii światłowodowej wykonuje się pomiary w następującej

kolejności:
a) po ułożeniu kabla, a przed rozpoczęciem montażu złączy mierzy się parametry

zastosowanych światłowodów przy pomocy reflektometru dla fali 1550 nm,

b) po wykonaniu połączeń światłowodów należy mierzy się tłumienie poszczególnych

włókien metodą reflektometryczną, z obydwu stron zmontowanego odcinka, dla fal 1310
nm i 1550 nm, w celu stwierdzenia poprawności wykonanych połączeń,

c) po całkowitym zmontowaniu odcinka linii, mierzy się metodą reflektometryczną

parametry dla każdego włókna, dla fal o długościach 1310 nm i 1550 nm, z obydwu
stron odcinka.
Przed oddaniem do eksploatacji należy zmierzyć na odcinku linii:

a) tłumienność wynikową wszystkich światłowodów metodą transmisyjną, przy

wykorzystaniu stabilizowanego źródła światła i miernika mocy optycznej,

b) tłumienność odbicia wstecznego (reflektancji) złączek światłowodowych z dokładnością

1-2 dB, wystarczającą dla celów eksploatacyjnych, z zastosowaniem sprzęgacza
kierunkowego lub z zastosowaniem reflektometru poprzez porównanie poziomu mocy P

(dBm) odbicia pochodzącego od mierzonego złącza z odbiciem pochodzącym od wzorca.

Pomiary wykonuje się światłem niemodulowanym.

„Sposoby wykonywania pomiarów:”

Pomiary tłumienności połączeń spajanych w czasie ich montażu

W  czasie  łączenia  odcinków  kabla  należy  sprawdzić  wszystkie  połączone  włókna  przy
pomocy  reflektometru.  Należy  również  odnotować  długość  optyczną  linii  przed  i  po
połączeniu  odcinków  kabli.  Pomiary  należy  wykonać  dla  fal  1310  i  1550  nm.  Jeśli  jest  to
możliwe,  pomiar  ten  należy  wykonywać  z  zakończeń  kablowych  tj.  z  przełącznicy
światłowodowej. W każdym razie pomiary te mogą być wykonane z końca odcinka linii albo
też  z  jakiegokolwiek  odpowiedniego  punktu  na  trasie  linii  z  zastosowaniem  adapterów  do
podłączania  włókien  światłowodowych.  Ponieważ  przy  pomiarze  reflektometrem występuje
pewna strefa  martwa, są trudności przy pomiarze  tłumienności  złączy położonych w pobliżu
punktu pomiarowego. Sposobem na pokonanie tej trudności jest przeprowadzenie pomiaru ze
złącza odległego o co najmniej 40 m od złącza badanego, albo też zastosowanie  odpowiednio
długiego  odcinka  tzw.  włókna  rozbiegowego. Wykonanie  spoiny o  minimalnej  tłumienności
może  wymagać  kilku  prób  i  powtórzeń.  Aby  ilość  prób  spajania  przy  wykonywaniu  złącza
pozostawić na rozsądnym poziomie, należy przyjąć następujące zasady:

−

jeśli tłumienność połączenia jest wyższa niż 0,10 dB (odczyt ze spawarki), włókno
powinno być przecięte i ponownie spojone,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

jeśli ponowna próba spajania nie daje pozytywnego rezultatu, należy przejść do montażu
włókna następnego,

−

jeśli to następne włókno daje się zmontować poprawnie, należy powrócić do włókna
poprzedniego i starać się uzyskać prawidłowe połączenie,

−

jeśli próby ponownego spojenia włókna nie dają pozytywnego rezultatu odnośnie
tłumienności spoiny, a osiągane wyniki nie spełniają wymagań, ale są zbliżone co do
wartości, należy uznać, że przyczyną są różne parametry światłowodów.

Przy tej metodzie ilość prób na jedno włókno nie powinna przekroczyć trzech. Jeśli nie można
uzyskać  wymaganej  tłumienności  również  na  innym  włóknie,  a  różnice  osiąganych
tłumienności  włókien  są  stosunkowo  duże,  należy  sprawdzić  spawarkę  i  starannie  oczyścić
elektrody  zgodnie  z  instrukcją  obsługi.  Jeśli  połączenie  włókna  można  uznać  za  poprawne,
należy  umieścić  na  swoim  miejscu  osłony  spoiny  włókna.  Ważne  jest,  aby  ułożenie  pętli
zmontowanego  włókna  w  osłonie  złączowej  wykonać  dopiero  po  całkowitym  ostygnięciu
osłonki  spawu.  Po  zmontowaniu  i  ułożeniu  włókna  należy  ponownie  sprawdzić,  czy
tłumienność połączenia nie uległa zmianie. Sprawdzenie należy wykonać dla fal 1310 i 1550
nm i odnotować w protokole.
Do pomiarów na odcinkach krótkich należy stosować możliwie krótki impuls sygnału
pomiarowego.

Tłumienność połączenia mierzona dla fali 1550 nm nie może różnić się od wartości

uzyskanych dla fali 1310 nm o więcej, niż 0,05 dB. Jeśli ta różnica jest większa dla jakiegoś
włókna, to prawdopodobną przyczyną jest nadmierne jego naprężenie lub istnienie
mikrozgięć w sąsiedztwie połączenia włókna. Jeśli to zjawisko obserwuje się na wszystkich
włóknach, to należy sądzić, że kabel został zbyt mocno zagięty lub ściśnięty w pobliżu złącza.

„Pomiar tłumienności światłowodu” jest podstawowym pomiarem wykonywanym

podczas    badania  włókna  światłowodowego    w  czasie  produkcji,  u  dostawcy  oraz  podczas
prac  instalacyjnych  a  także    podczas  kontroli  okresowej  torów  światłowodowych
i okablowania światłowodowego.  W praktyce stosuje się dwie metody pomiaru tłumienności
światłowodów: transmisyjna i reflektometryczną.

W metodzie transmisyjnej do pomiarów światłowodów stosujemy zestaw pomiarowy

złożony z dwu mierników – źródła światła (nadajnika) pozwalającego na nadawanie sygnałów
świetlnych  w  określonym  „oknie”    transmisyjnym  i  miernika  mocy  optycznej  oraz  dwu
patchcordów wzorcowych (wyposażenie fabryczne miernika).  W trakcie pomiarów, które są
wykonywane  sygnałem  niemodulowanym,  moc  źródła  nie  powinna  się  zmieniać  więcej  niż
0,1  dB/godz.    Wyniki  pomiarowe  należy  przedstawić  albo  w  mW  albo  w  decybelach
absolutnych  Ponieważ tłumienie światłowodu jest różne dla różnych długości fal świetlnych,
to  pomiary  należy  wykonywać  przy  długościach  fal  używanych  w  sprzęcie
telekomunikacyjnym.    Kolejność  czynności  podczas  wykonywania  pomiarów:  Oczyść
starannie  wszystkie  złącza.  Do  czyszczenia  styków  w  złączach  konieczna  jest  butelka
sprężonego powietrza, jak również płyn czyszczący, najlepiej czysty alkohol etylowy (99%),
lub  isopropylowy.  Nie  należy  używać  acetonu    lub  podobnych  płynów,  gdyż  mogą  one
uszkodzić lub zniszczyć styki w złączu.

Rys. 35: Układ pomiarowy tłumienia światłowodu [7, s.16]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pomiar wykonaj w następujący sposób:

1.  wykonaj niezbędne połączenia,
2.  włącz źródła światła i mierniki,
3.  przeczytaj  wskazania  miernika,  zanotuj  wyniki  pomiarów  i  wykonaj  odpowiednie

przeliczenia,

4. powyższą procedurę można powtórzyć dla różnych włókien lub połączeń

światłowodowych.

„Pomiar tłumienności światłowodu przy pomocy reflektometru”

Reflektometr (OTDR Optical Time-Domain Reflectometer) jest drogim, ale bardzo

wygodnym,  urządzeniem  pomiarowym  stosowanym  przy  budowie  i  eksploatacji  linii
światłowodowych. Umożliwia on wykonywanie różnego rodzaju pomiarów, między  innymi
tłumienia światłowodu spowodowanego przez:

–

straty transmisyjne,

–

straty na połączeniach,

–

defekty w kablach światłowodowych (uszkodzenia mechaniczne typu przerwy, złamania,
wgniecenia itp.

Pomiar przy wykorzystaniu reflektometru może być prowadzony z jednego końca linii,

w 3  oknach  telekomunikacyjnych    (0,85  μm,  1,31  μm,  1,55  μm  -  w  zależności  od
zastosowanej  wkładki  optycznej).  Na  rysunku  35  przedstawiono  układ  blokowy
reflektometru. System mikroprocesorowy steruje generatorem impulsów pobudzających diodę
laserową  (LD)  emitującą  impulsy  optyczne. Impulsy te  poprzez sprzęgacz  optyczny (SO)  są
wysyłane  do  mierzonego  światłowodu.  Światłowód  dołączony  jest  do  reflektometru  przy
pomocy  złącza  rozdzielczego.  Wysyłane  do  światłowodu  impulsy  optyczne  charakteryzuje
moc szczytowa P o wartości 10 mW oraz czas trwania Δt o wartości od kilku nanosekund (np.
5 ns) do kilku mikrosekund (np.10 mikrosekund) a także częstotliwość powtarzania od 1 kHz
do  20  kHz.    Małe  częstotliwości  repetycji  stosuje  się  do  długich  światłowodów,  o  duże
częstotliwości  dla  włókien  krótkich.  Częstotliwość  repetycji  musi  być  tak  dobrana,  by
powracający  sygnał  ze  światłowodu  nie  zachodził  na  impuls  nadawany.  Sygnał  zwrotny  ze
światłowodu (rozproszenie wsteczne, odbicie) skierowany jest przez sprzęgacz optyczny (SO)
do  diody  odbiorczej  (APD).  Następnie  sygnał  jest  wzmacniany  i  przetwarzany  na  postać
cyfrową.  Układ  uśredniania  zwiększa  odstęp  sygnału  użytecznego  od  szumu  oraz  przelicza
wartość  mocy  na  skalę  logarytmiczną.  Na  monitorze  są  wyświetlane  zależności  w  układzie
współrzędnych:  x  -  odległość  i  y  -  poziom  mocy  sygnału  zwrotnego.  Czas  od  wysłania
impulsu do powrotu wynika z dwukrotnego przejścia światła przez mierzony światłowód.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Opóźnienie i natężenie sygnału odbitego docierającego do detektora, opisuje parametry

łącza optycznego. Na tej podstawie określa się poziom sygnału w danym punkcie łącza oraz
odległość do tego punktu. Dobry reflekometr posiada jedno wejście-wyjście lub osobne
wejście i wyjście.

Podstawowe parametry reflektometru:

−

Zakres dynamiczny mierzony w dB, który jest różnicą pomiędzy poziomem sygnału na
początku światłowodu oraz poziomem szumu na końcu światłowodu.

−

Zakres pomiaru, który jest zdefiniowany jako maksymalne tłumienie, które może
zmierzone z zachowaniem akceptowalnej dokładności.

−

Strefy martwe – odległości od miernika (zależne od zakresu pomiarowego), w których
nie można mierzyć ponieważ impuls odbity pokrywa się z nadanym Dokładność
reprezentuje różnicę pomiędzy wartością mierzoną i wartością rzeczywistą.

Zasada pomiaru przy wykorzystaniu reflektometru

Pomiar reflektometrem rozpoczyna się testami układu pomiarowego i mierzonego

obiektu.  Następuje  weryfikacja  i  dopasowanie  parametrów  pracy.  Wstępne  ustawienia
zawierają:  typ  światłowodu  (wielomodowy  czy  jednomodowy),  długość  fali,  współczynnik
załamania  światłowodu  (tzw.  zintegrowany  współczynnik  załamania  podawany  przez
producenta  kabla  dla  celów  OTDR).  Następnie  ustawia  się  trzy  główne,  dobierane  przez
operatora, parametry pomiaru, do których należą: zakres odległości, szerokość impulsu, czas
akwizycji  danych  Zakres  odległości  pokazuje  jaka  długość  wykresu  jest  prezentowana  na
ekranie.  Zazwyczaj  jest  ustawiany  nieco  większy  niż  rzeczywista  długość  światłowodu.
Szerokość impulsu jest czasem trwania impulsu pobudzającego włókno optyczne, a także jego

Rys. 36 Układ blokowy reflektometru

Rys. 37 Obserwacja impulsów odbitych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

fizyczną długością rozciągnięcia wzdłuż światłowodu w czasie propagacji. Szerokość impulsu
jest  wstępnie  ustawiana  dla  określonych  zakresów  odległości,  tzn.  mniejsze  szerokości  dla
krótszych  odległości.  W  celu  uzyskania  maksymalnej  rozdzielczości  należy  wybrać
najmniejszą szerokość impulsu,  jednak taką, która dotrze do końca światłowodu. Zbyt krótki
impuls  o  zbyt  małej  energii  może  nie  dotrzeć  do  końca  światłowodu  poprzez  wcześniejsze
wyczerpanie  swojej  energii  na  rozproszenie  wsteczne  i  wydarzenia  odbiciowe.  Krótsze
impulsy  pozwalają  odróżniać  dwa  blisko  siebie  położone  zdarzenia  bliższe  wejściowego
końca światłowodu. Dłuższe impulsy wstrzykują większą energię do światłowodu i propagują
na większe odległości ale generują większe strefy martwe.

Rys. 38 Przykładowe wyniki na lampie reflektometru

Elementy odbiciowe na śladzie OTDR dotyczą złączy rozłączalnych, trwałych złączy

mechanicznych, pęknięć, złamań, oraz odległego zakończenia światłowodu badanego i są
rozpoznawane przez znaczne piki na śladzie rozproszeniowym. Im wyższy jest pik względem
poziomu rozproszenia, tym większa reflektancja.

Elementy nie odbiciowe są powodowane przez spawy odcinków światłowodów,

nadmierne zakrzywienia włókna powodujące naprężenia i ucieczkę części mocy optycznej na
zewnątrz. Dyskretny spadek sygnału rozproszonego wstecz na śladzie jest manifestacją
i lokalizacją tych zjawisk.
Zakończenie światłowodu badanego może być obserwowane jako wydarzenia odbiciowe i nie
odbiciowe. Miejsce zakończenia światłowodu charakteryzuje się przez występowanie
szumów po końcu włókna (tak jak na rysunku 38 ).

Prawidłowa interpretacja wyników pomiarów uzyskanych przy pomocy reflektometru

wymaga pewnej wprawy i doświadczenia. Najkorzystniej jest jeżeli pomiary te mogą być
wykonane w dwóch kierunkach transmisji a ich wyniki porównane.

Dalsze pomiary torów światłowodowych w zakresie:

a)  badanie wpływu polaryzacji światła na jakość transmisji optycznej,
b)  pomiary parametrów światłowodowych wzmacniaczy optycznych,
c)  pomiar parametrów krotnic falowych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

d)  badanie nieliniowości światłowodu,
e)  badanie jakości transmisji optycznej sygnałów cyfrowych,
f)  testowanie systemu optotelekomuniakcyjnego.

Pozwalają na dokładne określenie własności sieci światłowodowej pod kątem

przydatności do realizacji różnych usług telekomunikacyjnych. Do wykonania tych pomiarów
potrzebne są przyrządy pomiarowe:

–

analizatory widma (WDM, pomiary spektralne światłowodów),

–

interferometry (ocena jakości powierzchni czołowej złączy),

–

mierniki reflektancji odbiciowej,

–

mierniki długości fali,

oraz drobny osprzęt pomiarowy: złącza, patchcordy, tłumiki, kable referencyjne, zestawy
czyszczące.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Dlaczego stosuje się kodowanie sygnałów cyfrowych przeznaczonych do transmitowania

w torze światłowodowym ?

2. Jaka jest zasada przekształcania sygnałów cyfrowych podczas kodowania

transmisyjnego 4B-5B lub 5B-6B ?

3. Jakie czynniki mają wpływ na zasięg transmisji (bez regeneracji) sygnałów cyfrowych w

torze światłowodowym ?

4.  Jaka jest zasada zwielokrotnienia falowego WDM ?
5.  W jaki sposób wykonuje się pomiary tłumienności toru światłowodowego ?
6.  W jaki sposób można wykonać pomiary tłumienności odbiciowej toru światłowodowego ?
7.  Jak można zmierzyć wartość apertury numerycznej ?
8.  Jak funkcjonuje reflektometr ?
9.  Jakie pomiary  można wykonać przy pomocy reflektometru ?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeprowadź badanie wielkości apertury numerycznej dla światłowodu wielomodowego.

Pomiary  wykonaj  w  pracowni,  zgodnie  ze  wskazówkami  zawartymi  w  instrukcji  do
ćwiczenia. Czas na wykonanie ćwiczenia określi nauczyciel. W celu zwiększenia czytelności
montażu  należy  stosować  przewody  połączeniowe  w  różnych  kolorach.  Podczas  dobierania
mierników zwracaj uwagę na oznaczenia  zacisków i zakresy pomiarowe. Zanotuj oznaczenia
zastosowanych mierników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w instrukcji do ćwiczenia  schemat odpowiedniego układu pomiarowego
2)  opisać czynności wykonywane podczas pomiarów
3)  połączyć  układ pomiarowy  zgodnie z schematem zaproponowanym w instrukcji

pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

4) zmierzyć wielkości apertury numerycznej dla światłowodu wielomodowego,
5) zaobserwować, dla jakiej wartości apertury numerycznej zanika transmisja w

światłowodzie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw badaniowy,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

dwa multimetry,

−

zasilacz stabilizowany,

−

miernik mocy optycznej nadawanej.

Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym musi sprawdzić nauczyciel przed
podłączeniem napięcia zasilania.

Ćwiczenie 2

Przeprowadź badanie wielkości strat mocy w złączu światłowodowym podczas

zwiększania  szczeliny  powietrznej  w  światłowodzie  oraz  podczas  zwiększania  przesunięcia
osi  łączonych  światłowodów  wielomodowych.  Pomiary  wykonaj  w  pracowni,  zgodnie  ze
wskazówkami  zawartymi  w  instrukcji  do  ćwiczenia.  Czas  na  wykonanie  ćwiczenia  określi
nauczyciel. Podczas dobierania mierników zwracaj uwagę na oznaczenia  zacisków i zakresy
pomiarowe. Zanotuj oznaczenia zastosowanych mierników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w instrukcji do ćwiczenia  schemat odpowiedniego układu pomiarowego
2)  opisać czynności wykonywane podczas pomiarów,
3)  połączyć    układ  pomiarowy    zgodnie  z  schematem  zaproponowanym  w  instrukcji

pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

4) zmierzyć wielkości strat mocy w złączu światłowodowym w zależności od wielkości

szczeliny powietrznej i od przesunięcia osiowego,

5) zaobserwować, dla jakiej wielkości szczeliny powietrznej w światłowodzie zanika

transmisja.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw badaniowy,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

dwa multimetry,

−

zasilacz stabilizowany,

−

miernik mocy optycznej nadawanej.

Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym musi sprawdzić nauczyciel przed
podłączeniem napięcia zasilania.

Ćwiczenie 3

Przeprowadź badanie możliwości transmisji sygnałów analogowych i cyfrowych

w światłowodach  o  różnych  długościach.    Pomiary  wykonaj  w  pracowni,  zgodnie  ze
wskazówkami  zawartymi  w  instrukcji  do  ćwiczenia.    Czas  na  wykonanie  ćwiczenia  określi
nauczyciel.  W  celu  zwiększenia  czytelności  montażu  należy  stosować  przewody
połączeniowe  w  różnych  kolorach.  Podczas  dobierania  mierników  zwracaj  uwagę  na
oznaczenia zacisków i zakresy pomiarowe. Zanotuj oznaczenia zastosowanych mierników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  odszukać w instrukcji do ćwiczenia  schemat odpowiedniego układu pomiarowego,
2)  opisać czynności wykonywane podczas pomiarów,
3)  połączyć  układ  pomiarowy  zgodnie  z  schematem  zaproponowanym  w  instrukcji,

pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

4) określić warunki, w zależności od typu i długości zastosowanego światłowodu oraz okna

transmisyjnego, przy których sygnał wyjściowy (zdekodowany sygnał elektryczny) nie
zawiera zniekształceń,

5) obserwować, na oscyloskopie, przebiegi sterujące i przebiegi zdekodowane,
6) notować wyniki zwracając uwagę na stosowanie odpowiednich jednostek.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw badaniowy,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

generator sygnałów sterujących np. generator funkcyjny,

−

koder PCM, multiplekser,

−

dwa multimetry,

−

miernik mocy optycznej,

−

zasilacz stabilizowany.

Uwaga: Wykonane połączenia w układzie pomiarowym musi sprawdzić nauczyciel przed
podłączeniem napięcia zasilania.

Wykonując ćwiczenia pamiętaj, że podczas oceny twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:

–

prawidłową analizę parametrów mierzonych układów toru światłowodowego,

–

trafny wybór parametrów do kontroli,

–

zaproponowany układ pomiarowy,

–

cechy charakterystyczne zastosowanych mierników,

–

poprawność zastosowanych symboli i oznaczeń na schematach,

–

poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić znaczenie pojęcia kodowanie transmisyjne stosowane podczas

transmisji sygnałów cyfrowych w torze światłowodowym ?



2) opisać znaczenie pojęcia transmisja sygnałów cyfrowych w paśmie

podstawowym w torze światłowodowym?



3) opisać sposób realizacji kodowania transmisyjnego 4B-5B w torze

światłowodowym ?



4) wyjaśnić zasadę realizacji zwielokrotnienia falowego WDM ?



5) opisać sposób pomiaru tłumienności toru światłowodowego ?



6) opisać metodę pomiaru tłumienności odbiciowej toru światłowodowego ?



7) opisać możliwości wykrywania błędów w sygnałach cyfrowych

transmitowanych w torze światłowodowym ?



8) opisać sposób wykonywania pomiarów przy pomocy reflektometru

optycznego w torze światłowodowym ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Konserwacja i lokalizacja uszkodzeń w torach

światłowodowych

4.6.1. Materiał nauczania

Konserwację linii kablowych można podzielić na:

–

konserwację zapobiegawczą,

–

konserwacje doraźną,

–

remonty.
Pod pojęciem konserwacji bieżącej należy rozumieć wykonywanie przez służby

eksploatacyjne czynności profilaktycznych i drobnych napraw, do których należą:

–

obchody i objazdy tras kabla,

–

przegląd obiektów i urządzeń kablowych,

–

pomiary elektryczne, okresowe kabli,

–

przegląd urządzeń kontroli ciśnieniowej,

–

przegląd urządzeń ochrony przed korozją,

–

usuwanie stwierdzonych podczas przeglądów usterek i uszkodzeń,

–

przebudowy na krótkich odcinkach tras kabla,

Rodzaje uszkodzeń złączy światłowodowych wykrytych przy użyciu mikroskopu

Podczas montażu światłowodu może dojść do wielu

uszkodzeń spowodowanych złą jakością materiałów, z których
wykonany

był

światłowód,

także

nieostrożnym

obchodzeniem    się  ze  światłowodem  lub  używaniem
nieodpowiednich  narzędzi  służących  do  montażu  tego
światłowodu. Idealny wygląd światłowodu jaki powinien być
widoczny  przy użyciu  mikroskopu przedstawiony  jest  na rys.
39.    W  przypadku  zobaczenia  w  mikroskopie  uszkodzeń
takich  jak  na  rysunku  40  lub  41,  które  oznaczają  nadłamania
światłowodu  przechodzące  przez  środek  lub  całkowite
złamanie  włókna    jedynym  wyjściem,  należy  powtórnie
wykonać

połączenia

ponieważ

tak

uszkodzonym

światłowodzie będą straty mocy sygnału i zasięg transmisji
będzie ograniczony. Część uszkodzeń, w połączeniach

rozłącznych,  można  poprawić  poprzez  powtórne  szlifowanie    odpowiednio  dobranym
rodzajem  papieru  (niewyczuwalna  szorstkość).  Do  usuwalnych  uszkodzeń  można  zaliczyć:
pozostałości  po  kleju  (jedna  z  metod  montażu  światłowodu  przy  użyciu  kleju),  drobne
zarysowania, drobne nadłamania przy zewnętrznej krawędzi światłowodu, zabrudzenia. Część
z tych uszkodzeń pokazane są na rysunku .

Konserwacja doraźna to przeglądy tras kabla i urządzeń oraz usuwanie usterek

wykonywane  nieplanowo,  np.  po  powodzi.  W  ramach  konserwacji  doraźnej  wykonuje  się
również  niektóre  pomiary  toru  kablowego  np.  pomiar  tłumienia  toru  ,  pomiar  tłumienności
odbiciowej  toru.  Remonty  wykonywane  są  zgodnie  z  planem  i  dotyczą  zaplanowanego
zakresu prac.

Przeglądy okresowe kabli i urządzeń kablowych są planowane na roczny okres czasu.

W tym  czasie  powinny  być  skontrolowane  wszystkie  elementy  sieci  takie  jak:  kanalizacja
kablowa,  szafki,  puszki  i  skrzynki  kablowe,  instalacje  abonenckie  itp.  Dokładny  zakres
czynności  wchodzących  w  skład  przeglądów  określają  instrukcje  zakładowe.  Okresowe
pomiary  parametrów  torów  światłowodowych  znacznie  ułatwia  stosowania  specjalnych
testerów  kablowych,  szczególnie  reflektometrów.  Nadal  co  kilka  lat  powstają  kolejne

Rys. 39. Idealny wygląd

światłowodu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

generacje przenośnych mikroprocesorowych urządzeń do sprawdzania parametrów
i charakterystyk światłowodów - coraz mniejszych i lżejszych, ale wyposażonych w znacznie
więcej funkcji pomiarowych.
Dla

przykładu

lokalizator

uszkodzeń

VFL

,mający

zastosowanie

kabli

światłowodowych,

jedno

i wielomodowych,  to  niezwykle  pomocny przyrząd  emitujący
falę  optyczną  w  zakresie  widma  widzialngo  o  barwie
czerwonej.  Tester  emituje  sygnał  optyczny,  który  jest
widoczny  na  drugim  końcu  kabla  światłowodowego  lub
poprzez  jego  płaszcz,  w  miejscu  wystąpienia  uszkodzenia
(przerwy, zagięcia kabla, uszkodzenia złącza, miejsca łączenia
włókien – klejenie lub spawanie). Jest to niezwykle użyteczne
kiedy  istnieje  konieczność  wyszukania,  wyśledzenia  kabla
światłowodowego  lub  złącza  oraz  przeprowadzenia  jego
wstępnej weryfikacji.

Możliwości techniczne lokalizatora uszkodzeń:

–

źródło światła widzialnego o długość 650 nm,

–

szybkie sprawdzanie ciągłości kabli światłowodowych (kable wielomodowe do 3 km
i jednomodowe do 4 km),

–

precyzyjne sprawdzanie przebiegu i identyfikacja torów optycznych,

–

sprawdzenie polaryzacji fali świetlnej,

–

pomoc w lokalizacji podstawowych uszkodzeń torów optycznych: zagięcia kabli,
przerwy w torach kablowych oraz uszkodzenia złącz,

–

emisja sygnału optycznego ciągłego oraz pulsacyjnego (2-3 impulsy na sek.),

–

obudowa odporna na uszkodzenia mechaniczne,

–

uniwersalne złącze kompatybilne z większością złącz optycznych (tj. ST, SC, FC i FJ dla
standardu 2.5mm oraz z opcjonalnym adapterem również złącza standardu 1.25 mm tj.
LC),

czas pracy wynosi ponad 80 godz. przy użyciu standardowych baterii typu AA

Rodzaje uszkodzeń lokalizowane za pomocą lokalizatora uszkodzeń VFL:

–

wykrywanie uszkodzeń w obszarze strefy martwej reflektometru,

–

wykrywanie zgięć powodujących straty mocy,

–

wykrywanie złych połączeń,

–

wykrywanie uszkodzonych złącz,

–

identyfikacja włókien w kablu,

–

wykrywanie defektów powierzchni czołowych złącz.
Zaawansowane wersje reflektometrów optycznych winny umożliwiać testowanie

z rozdzielczością nie gorszą niż 1 ns, dla co najmniej następujących pomiarów fizycznych:

–

pomiar podstawowych parametrów źródła światła: mocy,
długości fali i szerokości widmowej nadajnika optycznego,

–

pomiar charakterystyki przenoszenia i badanie fluktuacji
fazy sygnału w badanym włóknie światłowodowym,

–

pomiar czułości odbioru sygnałów optycznych,

–

pomiar tłumienności spawów i złączy światłowodowych w
torze, wraz z lokalizacją ich odległości od źródła,

–

badanie strat związanych z dyspersją w światłowodzie,

–

badanie tolerancji toru i urządzeń końcowych na zmiany
częstotliwości zegara,

–

badanie kształtu impulsów elektrycznych na wyjściu

urządzenia końcowego.

Rys. 40 Zarysowania i
zabrudzenie klejem światłowodu

Rys. 41 Pęknięty i złamany

światłowód

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przykładowe dane testerów firmy FLUKE
A. Zestaw pomiarowy komplety nadajnik i odbiornik FTK100 i FTK200

Autonomiczne zestawy do pomiaru okablowania światłowodowego w oknach

optycznych 850/1300/1310 i 1550 nm. Oba komplety FTK100 i FTK200 umożliwiają pomiar
mocy  optycznej  i  tłumienności  pojedynczych  traktów  optycznych.  Urządzenie  FTK200
w odróżnieniu  od  urządzania  FTK100  (miernik  mocy  optycznej) wyposażone  jest  w  pamięć
podręczną  umożliwiają  zapisanie  do  100  wyników  oraz  w  złącze  RS-232  służące  do
wyeksportowania  danych.  Dodatkowo  w  zestawie  FTK200  zawarte  jest  źródło  optyczne
o lepszych parametrach.

Możliwości:

–

pomiar światłowodów wielomodowych w oknach 850nm i 1300nm,

–

pomiar światłowodów jednomodowych w oknach 1310nm i 1550nm (przy zastosowaniu
opcjonalnego źródła światła w postaci np. urządzenia LS-1310/1550),

–

pomiar mocy optycznej (dBm lub W),

–

pomiar tłumienności traktów (dB),

–

zapisywanie wyników i tworzenie raportów (tylko FL-FTK200).

B. REFLEKTOMETR

Reflektometr (OTDR Optical Time-Domain Reflectometer) jest podstawowym

urządzeniem  pomiarowym    stosowanym  przy  budowie  i  eksploatacji  linii  światłowodowych
oraz  produkcji  kabli.  Reflektometr  wykorzystuje    zjawisko  rozproszenia  mocy  optycznej  w
różnych  punktach  włókna  optycznego.  Pomiar  wykonuje  się  z  jednego    końca  toru
optycznego.  Za  pomocą  tej  metody,  podłączając  tester  z  jednego  końca  toru,  można
przeanalizować  zmiany  tłumienności  wzdłuż  włókna  i  tym  samym  określić  straty
transmisyjne spowodowane łączeniem włókien
oraz  sprawdzić  i  zlokalizować  niejednorodności  tłumienia.  Tym  samym  można  wyszukać
defekty  i  uszkodzenia  kabli  światłowodowych.      Pomiar  prowadzony  jest  z  jednego  końca
linii we wszystkich oknach transmisyjnych. Urządzenie OptiFiber  składa się z obudowy OF-
500 oraz modułów (moduły typu MM - OFTM-5610, OFTM-5611, OFTM-5612 oraz moduły
typu  SM  -  OFTM-5630,  OFTM-5631,  OFTM-5632),  które  umieszczane  są  wewnątrz
obudowy i  decydują o właściwościach urządzenia.

Właściwości:

–

pomiar wykonuje się z jednego końca kabla optycznego,

–

pomiar odległości oraz analiza uszkodzeń lub zmiany struktury włókna(złącze, spaw,
adapter, itp.) w funkcji odległości,

–

detekcja punktowej niejednorodności włókien optycznych,

–

pełna analiza OTDR (pomiary reflektometryczne) okablowania wielomodowego (moduły
OFTM-5610, OFTM-5611, OFTM-5612) i jednomodowego (moduły OFTM-5630,
OFTM-5631, OFTM- 5632),

–

certyfikacja okablowania światłowodowego (tak jak testery serii DTX, DSP i
OMNIScanner) z zintegrowaną funkcją OTDR,

–

paszportyzacja wyników pomiarów oraz generowanie raportów pomiarów,

–

zintegrowana kamera inspekcyjna do sprawdzenia wszystkich punktów stycznych złącz,
gniazd, wtyków i przejściówek,

–

modułowa konstrukcja ułatwiająca użycie modułów jedno- i wielomodowych,

–

funkcja „ChannelMap”.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie rodzaje uszkodzeń mogą wystąpić w torach światłowodowych ?
2. Jakie rodzaje uszkodzeń w torach światłowodowych można wykryć przy pomocy

lokalizatora uszkodzeń ?

3. Jakie pomiary wykonujemy podczas lokalizacji uszkodzeń toru światłowodowego ?
4. Jakie znasz inne wykonania zestawów pomiarowych dla kontroli parametrów łączy

światłowodowych ?

5. Jakie parametry łączy światłowodowych można zmierzyć przy pomocy reflektometru ?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przygotuj referat opisujący wykonywanie czynności konserwujących dla elementów toru

światłowodowego. W referacie uwzględnij wskazania podawane przez producentów sprzętu
przeznaczonego do budowy i remontów torów światłowodowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z wymaganiami zawartymi w normach [15], [16] i [17],
2) przygotować opis czynności konserwujących dla elementów toru światłowodowego.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania,

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura.

Ćwiczenie 2

Przygotuj projekt opisu czynności umożliwiających pomiar tłumienia toru oraz

tłumienności odbiciowej występującej w torze światłowodowym przy pomocy reflektometru.
W  projekcie  powinny  się  znaleźć:  wymagane  wartości  mierzonych  parametrów,  schemat
układu  pomiarowego  z  zastosowaniem  właściwych  symboli  graficznych,  wykaz  czynności
związanych  z  uruchomieniem  i  wykonywaniem  pomiarów,  przykładowe  wyniki  pomiarów
przedstawione w tabelkach i na wykresach, wskazania eksploatacyjne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego zgodnie ze wskazaniami zawartymi

w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

2) wykonać czynności zapisane w zadaniu,
3) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania i rysowania,

−

katalog specjalizowanych układów scalonych stosowanych w telekomunikacji, literatura
[3]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Przygotuj opis czynności umożliwiających pomiar tłumienia wprowadzanego przez

złącza  światłowodowe  lub  połączenia  światłowodowe  oraz  tłumienności  odbiciowe
występujące  w  połączeniach  światłowodowych.  W  opisie  powinny  się  znaleźć:  wymagane
wartości  mierzonych  parametrów,  schemat  układu  pomiarowego  z  zastosowaniem
właściwych  symboli  graficznych,  wykaz  czynności  związanych  z  uruchomieniem
i wykonywaniem  pomiarów,  przykładowe  wyniki pomiarów  przedstawione  w  tabelkach  i  na
wykresach, wskazania eksploatacyjne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego zgodnie ze wskazaniami zawartymi

w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

2) wykonać czynności zapisane w zadaniu,
3) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania i rysowania,

−

katalog złącz światłowodowych stosowanych w telekomunikacji,

−

literatura [3]

Ćwiczenie 4

Przygotuj materiały do referatu na temat: jakie czynności wykonuje się podczas

pomiarów zdawczo-odbiorczych nowo budowanej linii światłowodowej.

W przygotowywanych materiałach powinny się znaleźć odpowiedzi na pytania:

–

jak wypełnia się protokół powykonawczy zawierający wyniki pomiarów kontrolnych ?

–

kto zatwierdza wyniki pomiarów kontrolnych ?
a także:

–

wymagane wartości mierzonych parametrów,

–

schematy układów pomiarowych z zastosowaniem właściwych symboli graficznych,

–

wykaz czynności związanych z uruchomieniem i wykonywaniem pomiarów,

–

przykładowe wyniki pomiarów przedstawione w tabelkach i na wykresach,

–

wskazania eksploatacyjne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) przygotować druki odpowiednich dokumentów wykorzystywanych podczas pomiarów

zdawczo-odbiorczych nowo budowanej linii światłowodowej,

2) narysować w zeszycie schemat układu pomiarowego zgodnie ze wskazaniami zawartymi

w instrukcji pomiarowej dostarczonej przez nauczyciela,

3) wykonać czynności zapisane w zadaniu,
4) porównać uzyskane wyniki z wartościami oczekiwanymi.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przybory do pisania i rysowania,

−

literatura [3]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W trakcie prezentacji przygotowanych materiałów nauczyciel będzie kontrolował na

bieżąco sposób przygotowania prezentacji oraz umiejętność wyciągania odpowiednich
wniosków.

Podczas oceny Twojej pracy nauczyciel zwróci uwagę na:

–

poprawność twojej wypowiedzi prezentującej rozwiązanie zadania,

–

umiejętność wypełniania odpowiednich formularzy.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) wskazać dokumenty, w których znajdują się wymagane parametry torów

światłowodowych ?



2) wymienić rodzaje prac pomiarowo-kontrolnych wykonywanych dla łączy

światłowodowych ?



3) opisać czynności wykonywane przez służby eksploatacyjne podczas

pomiarów zdawczo-odbiorczych nowo budowanej linii światłowodowej ?



4) wymienić jakie parametry światłowodowych torów telekomunikacyjnych

można mierzyć przy pomocy zestawów pomiarowych dla torów
światłowodowych ?



5) opisać metodę pomiaru poziomu sygnału szumu i stosunku sygnału do

sygnału szumu ?



6) wymienić parametry światłowodowych torów telekomunikacyjnych, które

można mierzyć przy pomocy reflektometrów dla torów światłowodowych ?



7) opisać zasady lokalizacji uszkodzeń stosowane w szukaniu niesprawności

toru światłowodowego ?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
5.  Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
6.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
7.  Test  zawiera  30  zadań  dotyczących  Montażu  i  eksploatacji  sieci  i  urządzeń  transmisji

światłowodowej. Zadania: (od 1 do 19) są zadaniami, w których tylko jedna odpowiedź
jest prawidłowa, zadania: (20 do 30) to zadania, wymagające krótkiej odpowiedzi lub
odpowiedzi opisowej.

8. Na rozwiązanie wszystkich zadań masz 60 minut. Zadania oznaczone gwiazdką mogą

sprawić Ci trudność. Jeśli początkowo wydadzą Ci się trudne, to spróbuj je rozwiązać
wówczas, gdy zostanie Ci jeszcze wolny czas po rozwiązaniu zadań łatwiejszych.

9. W pytaniach wymagających wyboru odpowiedzi, zaznacz prawidłową odpowiedź

znakiem X zrobionym na literze a), b), c) lub d). W przypadku pomyłki błędną odpowiedź
zaznacz kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową,

10. Zadania 20 – 30 wymagają wpisania w miejsce kropek

−

odpowiedzi na zadane pytania,

−

wyrazów uzupełniających definicje, określenia i wzory

11. W zadaniach z krótką odpowiedzią wpisz odpowiedź w wyznaczone pole,
12. W zadaniach opisowych, wpisz krótką charakterystykę w wyznaczone pole.
13. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Powodzenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Który, z wymienionych światłowodów umożliwia uzyskanie największej szybkości

transmitowania sygnałów cyfrowych.

a) światłowód wielomodowy gradientowy,

b) światłowód wielomodowy skokowy,

c) światłowód jednomodowy ,

d) szybkości transmitowania sygnałów jest nie zależy od typu światłowodu.

2. Włókien światłowodowych nie wykonuje się z:

a) krzemu,

b) szkła kwarcowego,

c) polimerów,

d) szafiru.

3. Mod światłowodu to:

a) typ światłowodu określony normą telekomunikacyjną,

b) charakterystyczny rozkład fali elektromagnetycznej w światłowodzie,

c) kanał telekomunikacyjny lub cyfrowy zestawiony w łączu światłowodowym,

d) rodzaj transmisji światłowodowej (np. wielomodowa, jednomodowa).

4. Światłowody telekomunikacyjne mogą  przesyłać sygnały  świetlne o trzech
      określonych długościach fali (tzw. okna telekomunikacyjne). Zaznacz długości
      fal, które są  standardowo przesyłane w łączach  światłowodowych:

a) 850 nm, 1320 nm, 1550 nm,

b) 1000 nm, 2000 nm, 3000 nm,

c) 1540 nm, 1550 nm, 1560 nm,

d) światło zielone, czerwone, podczerwone.

5. Dioda laserowa służy do:

a) detekcji światła laserowego,

b) generacji światła monochromatycznego,

c) generacji światła białego,

d) prostowania prądu zmiennego w układzie zasilania lasera.

6. W światłowodzie, relacja między współczynnikiem załamania światła rdzenia n

i płaszcza

ma postać:

a) n

= n

b) n

< n

c) n

> n

d) n

+ n

= 2.

7. Tłumienie światłowodów wyraża się wzorem

log

]

[

O ile procent

zmniejszy się moc na wyjściu światłowodu jeżeli tłumienie odcinka wynosi 3 dB

a)  33 %,
b)  50 %,
c)  3 %,
d)  66 %.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8. Światłowód telekomunikacyjny jest wykonany z materiałów o właściwościach

elektrycznych:

przewodnika,

półprzewodnika,

padprzewodnika,

dielektryka.

9. FITL jest to skrót oznaczający:

a)  technikę wykorzystującą światłowód w sieci abonenckiej,
b)  technikę tworzenia sygnału zbiorczego w światłowodowej sieci telekomunikacyjnej,
c)  zespół funkcjonalny sieci światłowodowej,
d)  protokół transmisyjny w sieci światłowodowej.

10. Systemy WDM i DWDM to:

a)  światłowodowe systemy transmisyjne z podziałem falowym,
b)  światłowodowe systemy transmisyjne z podziałem czasu,
c)  światłowodowy system zarządzania sieciami dostępowymi,
d)  system przetwarzania sygnałów optycznych w terminalach abonenckich.

11. Laser to:

a)  wzmacniacz optyczny,
b)  generator optyczny,
c)  filtr optyczny,
d)  komparator optyczny.

12. Do pasma podczerwieni należy pasmo:

a)  100 nm - 550 nm,
b)  200 nm - 600 nm,
c)  1000 nm - 1100 nm,
d)  30 nm - 70 nm.

13. Największe zasięgi transmisji sygnałów danych uzyskuje się przy wykorzystaniu:

a)  pierwszego okna transmisyjnego obejmującego fale w okolicy 0,85 μm,
b)  drugiego okna transmisyjnego obejmującego fale w okolicy 1,3 μm,
c)  trzeciego okna transmisyjnego obejmującego fale w okolicy 1,55 μm,
d)  maksymalny zasięg transmisji nie zależy od długości fali.

14. Laserami nadawczymi w optotelekomunikacji światłowodowej są:

a)  Gazowe,
b)  Molekularne,
c)  półprzewodnikowe,
d)  barwnikowe.

15 Najkrótsze impulsy świetlne to:

a) impulsy femtosekundowe ( kilka razy 10

-15

s),

b) impulsy milisekundowe (kilka razy 10

-3

s),

c) impulsy pikosekundowe (kilka razy 10

-12

s),

d) impulsy nanosekundowe (kilka razy 10

-9

s).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16. Sieć gwiaździsta w porównaniu z siecią wieloboczną jest:

a)  bardziej niezawodna,
b)  bardziej zawodna,
c)  tak samo zawodna,
d)  zawodność zależy od innych czynników.

17. Miarą jakości transmisji sygnałów cyfrowych w kanałach optotelekomunikacyjnych jest:

a)  elementowa stopa błędu,
b)  moc sygnału odebranego,
c)  poziom szumu w kanale,
d)  moc sygnału nadanego.

18. Największy wpływ na ograniczenie zasięgu transmisji sygnałów w kablach

jednomodowych wywiera:

a)  dyspersja chromatyczna materiałowa,
b)  dyspersja modowa,
c)  dyspersja chromatyczna  falowa,
d)  temperatura otoczenia.

19. Znak przedstawiony na rysunku oznacza

a) Promieniowanie emitowane przez

nadajnik laserowy jest szkodliwe dla
wzroku,

b) Urządzenie może być przystosowane do

współpracy z światłowodem,

c) Urządzenie nie może być dołączone do kanału światłowodowego,
d) Zakaz zbliżania się do urządzenia z otwartym ogniem.

Część II

20. Objaśnij pojęcie: kabel światłowodowy o konstrukcji ścisłej tuby i luźnej tuby?

…………………………………………………………………………………………

……..............................................……………………………………………………..

21. Opisz zasady kodowania transmisyjnego 4B-5B
…………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………..……………
22. Objaśnij sposób w jaki odbiornik może wykrywać błędy w transmisji światłowodowej
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….
23. Przedstaw sposób obliczania bilansu mocy dla konwertera optycznego pozwalający

określić maksymalny zasięg transmisji przy zastosowaniu światłowodu wielomodowego,
gradientowego 50/125

a) dane, które trzeba odczytać z katalogu dla długości fali np.

= 860 nm

…………………………………………………………………………………………
b) obliczenia …………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………
24. Wymień wszystkie parametry optyczne interfejsu S1 z kanałem światłowodowym
………………………………………………………………………………………….
25. Objaśnij pojęcie światłowód wielomodowy?
………………………………………………………………………………………….

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26. Objaśnij znaczenie pojęć okna transmisyjne w światłowodach?
………………………………………………………………………………………….
……………………………..………………………………………………………….

27. Jakie parametry łączy można mierzyć przy pomocy reflektometru optycznego ?

…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….

28. Objaśnij, czy można połączyć (optycznie) światłowód wielomodowy z jednomodowym

oraz jednomodowy z wielomodowym?

…………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….

29. Opisz podstawowe przyczyny strat mocy we włóknach światłowodowych ?

30. Opisz postać i cel stosowania impulsów transmitowanych w kanale światłowodowym

tzw. Solionów.
……………………………………………………………………………….………….

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ………………………………………………

Montaż i eksploatacja sieci i urządzeń transmisji kablowej 311[37].Z2.02

Numer

pytania

Odpowiedź

Punktacja

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

Razem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1. Dudziewicz Jerzy Pomiary Teletransmisyjne Wydawnictwa Komunikacji i Łączności

Warszawa Wydanie 1 1982 r.

2.  Drabik Zenon Sposób na kable światłowodowe TP S.A. Lublin
3.   Instrukcja obsługi miernika mocy optycznej MPM 1000
4.  Jeruszka  Urszula    Pomiar  wyników  a  jakość  kształcenia  zawodowego      wydawnictwo

Wyższej Szkoły Pedagogicznej Towarzystwo Wiedzy Powszechnej Warszawa 2000 r.

5. Karta wybranych wzorów i stałych fizycznych Materiały pomocnicze opracowane dla

potrzeb egzaminu maturalnego i dopuszczone jako pomoce egzaminacyjne. publikacja
współfinansowana przez Europejski Fundusz Społeczny

6. Kula Sławomir Systemy transmisyjne Wydawnictwa komunikacji i Łączności Warszawa

2004 r.

7. Norma zakładowa ZN-02/TD S.A.-09 TELEFONIA DIALOG S.A. Budowa sieci

optotelekomunikacyjnych Wrocław marzec 2002 r.

8.   Patela Sergiusz  Reflektometr optyczny art.
9.  Read  Richard Telekomunikacja  WKiŁ Warszawa Wydanie 1  2000  r.
10.  J. Siuzdak „Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej” WKiŁ, Warszawa

1995

11. Sojecki Antoni Optyka Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 1997
12. Standard wyposażenia dydaktycznego pracowni kształcenia zawodowego Zawód:

technik telekomunikacji Symbol cyfrowy: 311[37] Wydział Kształcenia Zawodowego
i stawicznego, KOWEZiU

13. VADEMECUM TELEINFORMATYKA I (książkowe) Praca zbiorowa IDG Poland

S.A. Warszawa 1999 Sieci komputerowe, telekomunikacja, instalatorstwo

14. VADEMECUM TELEINFORMATYKA II Praca zbiorowa IDG Poland S.A. Warszawa

2002 sieci nowej generacji, technologie internetowe, metrologia sieciowa

15. VADEMECUM TELEINFORMATYKA III Praca zbiorowa IDG Poland S.A.

Warszawa 2004 Komunikacja mobilna, bezpieczeństwo, technologie i protokoły sieciowe

16. Standardy ITU-T zawierające szczegółowe parametry fizyczne, geometryczne,

mechaniczne oraz charakterystyki transmisyjne jednomodowych włókien optycznych.

–

G.652 - dla jednomodowych włókien (SM) oraz kabli optycznych;

–

G.653 - dla włókien SM z przesuniętą dyspersją (DS) oraz kabli optycznych;

–

G.654 - dla włókien SM z przesuniętym odcięciem (cut-off) i kabli;

–

G.655 - dla włókien SM z niezerową (NZ) i przesuniętą (DS) dyspersją oraz kabli
wykonanych z tych włókien.

17.  Net World - czasopismo  Wydawnictwo  IDG Poland S.A. Warszawa
18.  Źródło: "http://pl.wikipedia.org
19.  Norma  zakładowa  ZN-96/TP  S.A  –  002      Linie  optotelekomunikacyjne.  Ogólne

wymagania i badania

20. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 005 Kable optotelekomunikacyjne. Wymagania

i badania

21. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 006 Złącza spajane światłowodów jednomodowych.

Wymagania i badania

22. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 007 Złączki światłowodowe i kable stacyjne.

Wymagania i badania

23. Norma zakładowa ZN-96/TP S.A – 008 Przełącznice światłowodowe. Wymagania

i badania.