Οπτικές Ίνες

ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η ιδέα της επικοινωνίας χρησιμοποιώντας το φως υπήρχε πολύ πριν την εφεύρεση των οπτικών ινών. Ωστόσο χρειάστηκαν αρκετά χρόνια έτσι ώστε να ωριμάσουν οι ιδέες που αφορούσαν τα απλά οπτικά μέσα σε οπτικές ίνες. Είναι κοινή γνώση ότι το φως ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή. Έστω κι αν οι φακοί αποκλίνουν το φως και οι καθρέπτες το αντανακλούν, το φως ταξιδεύει σε ευθείες γραμμές μεταξύ των οπτικών συσκευών. Αρκετές εφευρέσεις δημιουργήθηκαν σαν αποτέλεσμα αυτής της αρχής, όπως είναι το τηλεσκόπιο, το μικροσκόπιο και οι φωτογραφικές μηχανές. Εν τούτοις, αρκετές φορές το φως χρειάζεται να ταξιδέψει περνώντας μέσα από γωνίες. Το πρόβλημα αυτό εμφανίστηκε πολύ πριν βρεθεί η λύση. Η ανάγκη για τη μεταφορά φωτός χρησιμοποιώντας καλώδια για επικοινωνία οδήγησε στην εφεύρεση των οπτικών ινών.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ
Οι οπτικές ίνες αποτελούν έναν υβριδικό τομέα. Ξεκινώντας σαν ένα εκμεταλλεύσιμο οπτικό προϊόν, οι οπτικές ίνες πρώτο-χρησιμοποιήθηκαν σαν οπτικά μέρη. Στη συνέχεια, ως ένα νέο μέσο επικοινωνίας, ο τομέας "δανείστηκε" ιδέες και ορολογία από τις ηλεκτρονικές επικοινωνίες. Πομποί και δεκτές μετατρέπουν σήματα από ηλεκτρικά σε οπτικά και αντιστρόφως. Για να κατανοηθούν σωστά οι οπτικές ίνες πρέπει πρώτα να κατανοηθούν οι τομείς των οπτικών, των τηλεπικοινωνιών αλλά και των ηλεκτρονικών.

Η λειτουργία των οπτικών ινών εξαρτάται από τις βασικές ιδιότητες των οπτικών και την αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη. Από τη φυσική σκοπιά, το φως αποτελείται είτε από ηλεκτρομαγνητικά κύματα είτε από φωτόνια, τα οποία είναι κβάντα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Το πιο βασικό σημείο στην κατανόηση της λειτουργίας των οπτικών ινών είναι η θεώρηση ότι το φως αποτελείται από ακτίνες οι οποίες ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές μεταξύ οπτικών στοιχείων, τα οποία μπορούν να κάμψουν η να ανακάμψουν τη τροχεία αυτή.
Μπορούμε δηλαδή να πούμε ότι, η οπτική ίνα χρησιμοποιείται ως μέσο και το φως ως φορέας της πληροφορίας. Ο τρόπος που αποστέλλεται η πληροφορία, η οποία βρίσκετε σε ψηφιακή μορφή, είναι η διαμόρφωση πλάτους του εκπεμπόμενου από την πηγή φωτός σε μορφή on/off.

Το φως αποτελεί ένα μικρό κομμάτι ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η φύση όλων των μορφών της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι η ίδια, και αναγνωρίζεται ως φωτόνια η κύματα τα οποία ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, η οποία είναι 300.000 km/s. Η διαφορά της ακτινοβολίας μεταξύ διαφορετικών ηλεκτρομαγνητικών φασμάτων μπορεί να μετρηθεί ως μήκη κύματος, ενέργεια φωτονίων η ακόμα ως μια κυματοειδή συχνότητα των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων.

Αναπαράσταση οπτικής ίναςΟι περισσότερες από τις οπτικές ίνες που χρησιμοποιούνται σήμερα λειτουργούν στα πλαίσια του υπέρυθρου φωτός με μήκη κύματος που κυμαίνονται από 800 έως 1600nm και αποτελούνται συνήθως από τρεις ομοαξονικούς κυλίνδρους διηλεκτρικού υλικού, την κεντρική ίνα (Core), την επίστρωση (Cladding) και το κάλυμμα (Buffer Coating).

Στην εικόνα αριστερά, μπορούμε να δούμε τα μέρη από τα οποία αποτελείται μια οπτική ίνα.

Η πληροφορία μεταφέρεται από τη φωτεινή δέσμη διαμέσου της κεντρικής ίνας με διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματα της ίνας. Έτσι το σήμα υφίσταται ολικές ανακλάσεις με αποτέλεσμα η ενέργεια της φωτεινής δέσμης να παραμένει εγκλωβισμένη μέσα στην οπτική ίνα.

Το φως «οδηγείται» σύμφωνα με την αρχή της ανάκλασης, όπως αυτή ορίζεται από το νόμο της διάθλασης. Σύμφωνα με αυτή, όταν υπερβούμε την γωνία προσπτώσεως το φως ανακλάται στην επιφάνεια επαφής ενός «πυκνού» υλικού, όπως το νερό, και ενός αραιού υλικού, όπως ο αέρας. Στην περίπτωση των οπτικών ινών, η κεντρική ίνα έχει υψηλότερο συντελεστή διάθλασης από αυτό της επίστρωσης.

Βασική προϋπόθεση για να συμβεί ολική ανάκλαση είναι αφ’ ενός ο δείκτης διάθλασης του εξωτερικού υλικού να είναι μικρότερος από αυτόν του εσωτερικού και αφετέρου η γωνία πρόσπτωσης της ακτίνας να είναι μεγαλύτερη από κάποια τιμή που ονομάζεται ‘κρίσιμη γωνία’. Στην κάτωθι εικόνα μπορούμε να δούμε το τρόπο λειτουργίας των οπτικών ινών.
 
Οπτική Ίνα: Τρόπος λειτουργίας
Οι οπτικές ίνες που είναι κατασκευασμένες από πλαστικό λειτουργούν καλύτερα όταν τα μήκη των κυμάτων τα οποία μεταφέρουν κυμαίνονται στο οπτικό φάσμα. Ωστόσο οι οπτικές αυτές ίνες δεν είναι τόσο διαυγείς όσο αυτές που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά υπέρυθρων κυμάτων, οι οποίες είναι φτιαγμένες από γυαλί.
Τέλος, σε εξέλιξη βρίσκονται και οπτικές ίνες φτιαγμένες από αλλά υλικά που μπορούν να μεταδώσουν φως που βρίσκετε σε μήκη κύματος πάνω από τα υπέρυθρα.

ΟΠΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
Τα εξαρτήματα που αποτελούν ένα οπτικό σύστημα διαφέρουν από σύστημα σε σύστημα. Αυτό οφείλεται σε παράγοντες όπως οι ανάγκες του χρήστη και η μορφολογία του δικτύου. Ωστόσο, οποιοδήποτε οπτικό δίκτυο και αν αναλύσουμε θα διαπιστώσουμε ότι αποτελείται από κάποια στάνταρ εξαρτήματα.
Όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, η οπτική επικοινωνία βασίζεται στο φως, αντί του ηλεκτρισμού για τη μεταφορά πληροφοριών και σε οπτικά καλώδια, αντί για χάλκινα ως μέσο για τη μεταφορά των πληροφοριών αυτών. Το φως παράγεται και επεξεργάζεται από τα ενεργά (active) εξαρτήματα το οπτικού δικτύου, που αποτελούνται από τους πομπούς και τους δεκτές.
Οι συνδέσεις των οπτικών ινών απαιτούν ιδιαίτερη μεταχείριση, ειδικότερα κατά τη διαδικασία της ένωσης δυο οπτικών ινών. Επειδή οι οπτικές ίνες είναι φτιαγμένες από γυαλί, η ένωση τους χρησιμοποιώντας ένα απλό κολλητήρι δεν είναι εφικτή. Γι' αυτό το λόγο έχουν αναπτυχθεί ειδικές τεχνικές που επιτρέπουν τη μόνιμη ή ακόμη και τη προσωρινή ένωση δυο οπτικών καλωδίων.
Η προσωρινή ένωση οπτικών καλωδίων επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση συνδέσμων. Ένας μεγάλος αριθμός από συνδέσμους που χρησιμοποιούνται σήμερα παγκοσμίως, διαφέρουν ως προς τις αρχές λειτουργίας αλλά και ως προς τις εφαρμογές για τις οποίες έχουν κατασκευαστεί. Ωστόσο, η κατασκευαστική ανοχή και η τοποθέτηση αποτελούν στοιχεία τα οποία απαιτούν πολύ μεγάλη ακρίβεια. Οι μόνιμες συνδέσεις επιτυγχάνονται σήμερα με δυο τρόπους. Η μέθοδος της σύντηξης αλλά και η μηχανική, που αποτελούν μόνιμες συνδέσεις, αναλύονται με μεγαλύτερη λεπτομέρεια πιο κάτω.
Ειδική προσοχή χρειάζεται και κατά τη τοποθέτηση των οπτικών καλωδίων. Ειδικά στηρίγματα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε σημεία όπου περνούν ή διακλαδώνονται οπτικά καλώδια έτσι ώστε να τους προσφέρουν την απαραίτητη στήριξη για την αποφυγή φθοράς.
Τέλος, αλλά στοιχεία ενός οπτικού δικτύου αποτελούν οι διακλαδωτές και οι πολυπλέκτες μήκος κυμάτων (Wavelength multiplexers). Και τα δυο αυτά στοιχεία βοηθούν στην βελτιστοποίηση της μορφολογίας των δικτύων μειώνοντας τον αριθμό των ενεργών συσκευών που απαιτούνται για τη σωστή λειτουργία του οπτικού συστήματος.

ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ
Όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, οι οπτικές ίνες είναι διηλεκτρικοί οδηγοί αποτελούμενοι από τρεις ομοαξονικούς κυλίνδρους, την κεντρική ίνα (core) η οποία έχει συντελεστή διάθλασης nk, την επίστρωση (cladding) η οποία έχει ένα χαμηλότερο συντελεστή διάθλασης nk από αυτό της κεντρικής ίνας και το κάλυμμα (buffer).

Δύο είναι οι βασικοί τρόποι μετάδοσης μέσω των οπτικών ινών, η πολύτροπη ( multi-mode ) και η μονότροπη ( single-mode ή mono-ode ).

Οι ίνες multi-mode έχουν κεντρική ίνα με διάμετρο 50, 62.5 ή 100μm και επίστρωση διαμέτρου 125μm. Ο συχνότερος τύπος είναι ο 62.5/100 (62.5μm διάμετρο κεντρικής ίνας και 100μm διάμετρο επιστρώσεως). Η ονομασία multi-mode οφείλεται στην ύπαρξη πολλών διαφορετικών δρόμων μετάδοσης που αντιστοιχούν στις διαφορετικές γωνίες ανάκλασης. Εξαιτίας αυτής της ιδιότητας, όσο μικρότερη είναι η διάμετρος της ίνας τόσους λιγότερους δρόμους μετάδοσης έχουμε.

Οι multi-mode ίνες διακρίνονται σε δυο επιμέρους κατηγορίες, τις step index και τις graded index.

Step-Index. Η κεντρική ίνα στις step index ίνες έχει διάμετρο που κυμαίνεται από 100μm έως 200μm. Το προφίλ του συντελεστή διάθλασης παρουσιάζει μια σταθερή τιμή στην κεντρική ίνα και μια απότομη αύξηση στο σημείο επαφής με την επίστρωση.

Graded-Index. Σε αντίθεση με τις step index ίνες, οι graded index ίνες χαρακτηρίζονται από μια βαθμιαία μείωση του συντελεστή διάθλασης του υλικού όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο και προς την εξωτερική επιφάνεια της κεντρικής ίνας.
Η διάμετρος τις κεντρικής ίνας, στις ίνες graded index multi mode, είναι 50 ή 62.5μm. Η διάμετρος της οπτικής ίνας είναι ανάλογη με την ενέργεια που μπορεί να μεταφέρει.

Single-Mode. Τέλος οι οπτικές ίνες single mode εμφανίζουν πολύ καλύτερα χαρακτηριστικά από τις multi mode. Επιτυγχάνουν υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης ενώ παράλληλα εισάγουν χαμηλότερη εξασθένηση σήματος.

Οι εικόνες που ακολουθούν δείχνουν τον τρόπο λειτουργίας των Multi mode step index, Graded-Index και Single-Mode οπτικών ινών.

WAVE DIVISION
Το Wave Division Multiplexing (WDM) αναφέρεται στην τεχνική μεταφοράς οπτικών σημάτων όπου ένας αριθμός οπτικών σημάτων μεταφέρεται σε μια μόνο οπτική ίνα χρησιμοποιώντας διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτό, ουσιαστικά επιτυγχάνεται με τα καλώδια multi-mode.
Στα σημερινά συστήματα αιχμής που υποστηρίζουν τη τεχνολογία WDM, και τα οποία είναι σχεδιασμένα για επικοινωνίες σε μεγάλες αποστάσεις, ένα οπτικό σήμα (το οποίο συχνά αναφαίρεται ως ένα κανάλι ή ένα μήκος κύματος), μπορεί και λειτουργεί σε ταχύτητες που κυμαίνονται από 2.5 Gbps έως και 10 Gbps. Τα σημερινά συστήματα παρέχουν 32 ή 64 κανάλια, ενώ γίνονται έρευνες για την δημιουργία συστημάτων που θα μπορούν να μεταφέρουν έως και 160 κανάλια. Αυτό επιτρέπει τη μεταφορά πάνω από 1 terabit/s δεδομένων σε μια και μόνο οπτική ίνα.
Προφανώς, η τεχνολογία WDM, παρέχει πλεονεκτήματα όπως τη μεταφορά μεγαλύτερου αριθμού πληροφοριών στις ήδη υπάρχουσες οπτικές ίνες, χωρίς να είναι αναγκαία η εγκατάσταση επιπλέον καλωδίων οπτικών ινών.

ΓΙΑΤΙ ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ
Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων που χρησιμοποιούν οπτικές ίνες και όλων των άλλων είναι ότι τα σήματα μεταφέρονται με τη μορφή φωτός. Τα συνήθεις ηλεκτρονικά τηλεπικοινωνιακά συστήματα βασίζονται στην κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα από τα καλώδια, ενώ τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα μικροκυμάτων βασίζονται στη κίνηση των μικροκυμάτων διαμέσου του σέρα. Στο κομμάτι που ακολουθεί παρατίθενται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των οπτικών ινών.

Οι οπτικές ίνες διαθέτουν πολύ μεγάλο εύρος ζώνης συχνοτήτων, με αποτέλεσμα την επίτευξη υψηλών ρυθμών μετάδοσης. Υπάρχουν σήμερα εγκατεστημένες οπτικές ίνες με ρυθμούς μετάδοσης έως 5 Gbps, ενώ σε ερευνητικά κέντρα έχουν επιτευχθεί υψηλότερη ρυθμοί. Σήμερα η χωρητικότητα της οπτικής ίνας έχει ξεπεράσει τα 3000 ψηφιακά κανάλια φωνής.
Επίσης, αποτελούν το πιο ασφαλές μέσον μεταφοράς, καθώς είναι πολύ δύσκολο να παρέμβει κάποιος για να υποκλέψει ή να παρεμβάλει data.
Το error rate ή αλλιώς ο ρυθμός εμφάνισης σφαλμάτων σε καλώδια οπτικών ινών είναι σε πολύ χαμηλά επίπεδα. Μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι είναι ο καλύτερος από τα ενσύρματα μέσα μετάδοσης κατά 3 τάξεις μεγέθους.
Οι οπτικές ίνες είναι ανεπηρέαστες από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία και ως τούτου συνιστάται η χρήση τους σε βιομηχανικούς χώρους με περιβάλλον υψηλού θορύβου.
Οι αποστάσεις που επιτυγχάνονται χωρίς τη χρησιμοποίηση αναμεταδότη σήμερα ξεπερνά τα 300 χιλιόμετρα και το νούμερο συνεχώς αυξάνεται. Αυτό οφείλετε στο γεγονός ότι οι οπτικές ίνες προξενούν κατά πολύ μικρότερη εξασθένηση στα σήματα από ότι τα χάλκινα και τα ομοαξονικά καλώδια.
Τέλος, οι οπτικές ίνες είναι κατά πολύ ελαφρύτερες από όλους τους άλλους αγωγούς που χρησιμοποιούνται σήμερα. Αξίζει να σημειωθεί ότι ένα χάλκινο καλώδιο που αποτελείται από 1000 ζεύγη με μήκος 500 μέτρων ζυγίζει γύρο στα 4000 κιλά, ενώ ένα αντίστοιχο καλώδιο οπτικής ίνας που μπορεί να μεταφέρει τον ίδιο αριθμό καναλιών ζυγίζει μόνο 45 κιλά.

Παράλληλα με τα πλεονεκτήματα υπάρχουν όμως και κάποια μειονεκτήματα.
Όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, είναι δύσκολη οι τρόποι σύνδεσης και βυσμάτωσης των οπτικών ινών σε πομπό και δεκτή. Οι δυσκολίες εμφανίζονται στη σύνδεση με τον connector και στην προσαρμογή και ευθυγράμμιση της ίνας με τη φωτεινή πηγή του πομπού.

Τέλος, μέχρι στιγμής οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται κυρίως σε point to point συνδέσεις . Αυτό οφείλεται στο ότι είναι δύσκολη η σύνδεση πολλών χρηστών πάνω σε ένα καλώδιο, καθώς δεν είναι εύκολος ο τρόπος απομάστευσης με οπτικές ίνες.

ΕΙΔΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ

Τυπικό υποθαλάσσιο καλώδιο Οπτικά καλώδια
Τα οπτικά καλώδια έχουν εξελιχθεί παρά πολύ από τότε που άρχισαν να χρησιμοποιούνται. Αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν οπτικά καλώδια τα οποία από μόνα τους ενισχύουν το οπτικό σήμα που ταξιδεύει μέσα τους με τη χρησιμοποίηση ειδικών επιστρώσεων στην κεντρική ίνα, τα οποία ιονίζουν το φως, αυξάνοντας την ενέργεια του καθώς αυτό περνά μέσα από τα καλώδια αυτά. Έτσι το σήμα μπορεί να ταξιδεύσει ακόμα πιο μακριά χωρίς τη χρησιμοποίηση ενισχυτών.
Τέλος τα υποθαλάσσια καλώδια αποτελούνται πλέον από έναν αριθμό οπτικών καλωδίων και ειδικών μεταλλικών ράβδων, που συνήθως βρίσκονται στο κέντρο του καλωδίου και 'τρέχουν' παράλληλα με τα οπτικά καλώδια, οι οποίες έχουν σαν σκοπό την ενίσχυση του καλωδίου, επιτρέποντας στο καλώδιο να δεχτεί ψηλότερες πιέσεις χωρίς να σπάσει.

Εξασθένηση
Ο όρος αυτός αναφέρεται στην εξασθένηση του σήματος. Όπως σε όλες τις μορφές επικοινωνίας, το σήμα που φτάνει σε ένα δέκτη είναι πιο χαμηλό σε ένταση από αυτό που εκπέμφθηκε από τον πομπό. Αυτή η εξασθένηση του σήματος οφείλεται κατά κύριο λόγο σε ακαθαρσίες και στη 'διασκόρπιση' της δέσμης φωτός λόγο ανομοιογενών περιοχών στη κεντρική ίνα του οπτικού καλωδίου. Μεγαλύτερη εξασθένηση του σήματος παρουσιάζεται σε σημεία που γίνεται η ένωση δυο καλωδίων λόγο μη καλής ευθυγράμμισης των δυο άκρων. Τέλος η εξασθένηση του σήματος εξαρτάται και από τα μήκη κύματος του φωτός που χρησιμοποιούνται κατά τη μεταφορά του σήματος. Οι μικρότερες τιμές εξασθένησης, λόγω του μήκους κύματος που χρησιμοποιείται, εμφανίζονται σε περιοχές που ονομάζονται "οπτικά παράθυρα".

Διασπορά
Τα χαρακτηριστικά μεταφοράς του σήματος των οπτικών ινών εξαρτώνται από την εξασθένηση και τη διασπορά. Η διασπορά οφείλεται σε δύο παράγοντες.
Το υλικό που χρησιμοποιείται για τη κατασκευή τις κεντρικής ίνας παίζει σημαντικό λόγο. Αυτό σημαίνει ότι το μήκος κύματος που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το συντελεστή διάθλασης της κεντρικής ίνας συντελούν στη διεύρυνση του σήματος που φτάνει στο δέκτη. Τέλος διασπορά του σήματος οφείλεται και στους ρυθμούς (modes) λόγο της συνύπαρξης αρκετών διαφορετικών σημάτων με διαφορετικούς χρόνους διάδοσης μέσα στην ίδια οπτική ίνα.

Πομποδέκτες: Τύπος μονάδος: Μονότροπη - Τύπος συνδετήρα: SC fiber Πομποί
Ο σκοπός του πομπού είναι η μετατροπή του ηλεκτρικού σήματος στο απαραίτητο ηλεκτρικό ρεύμα έτσι ώστε να λειτουργήσει μια πηγή φωτός. Τα ηλεκτρικά σήματα είναι είτε αναλογικά είτε ψηφιακά. Εάν το σήμα είναι ήδη ψηφιακό, ο πομπός πρέπει να αποτελείται από ένα ολοκληρωμένο το οποίο να παρέχει ταχύτατη εναλλαγή παλμικής κωδικοποίησης. Εάν το σήμα είναι αναλογικό, ο πομπός θα πρέπει να παρέχει ρεύμα σε μια πηγή φωτός έτσι ώστε να γίνει η εκπομπή των εναλλαγών του σήματος.

Δύο είναι οι τύποι των πηγών φωτός που χρησιμοποιούνται στις οπτικές επικοινωνίες. Αυτοί έχουν διαφορετικά επίπεδα ενέργειας, χαρακτηριστικά εκπομπής φωτός και διάρκεια ζωής.

Led. Τα LED έχουν ένα μη γραμμικό χαρακτήρα. Επιπλέον, δε σχετίζονται άμεσα με τη θερμοκρασία αφού δεν απαιτούν έλεγχο της ενέργειας και της θερμοκρασίας. Ακόμη, είναι πιο αργά και με λιγότερη εκπομπή ενέργειας από τους πομπούς LASER. Το φως που εκπέμπουν είναι ασυνεχές και έχει φάσμα πλάτους της τάξης των 60nm.

Laser. Τα LASER είναι δίοδοι ημιαγωγών που εκπέμπουν μια συνεχή δέσμη φωτός με φάσμα πλάτους μικρότερο από 10nm. Απαιτούν εξειδικευμένο έλεγχο της θερμοκρασίας και της ενέργειας και χρησιμοποιούνται για ροή σήματος αρκετών Μbit αφού έχουν μεγάλη ταχύτητα εναλλαγής πολικότητας. Επιπλέον πάνω από ένα όριο ρεύματος, τα LASER έχουν γραμμικό χαρακτήρα και είναι κατάλληλα για αναλογική μετάδοση.

Δέκτης οπτικού σήματος με ένα συνδετήρα SC Fiber και συνδετήρα UTP Δέκτες
Οι δέκτες λαμβάνουν το σήμα από την οπτική ίνα και το μετατρέπουν σε ηλεκτρικό ρεύμα. Σήμερα χρησιμοποιούνται δυο τύποι φωτοδιόδων ως ανιχνευτές για τη μετατροπή του οπτικού σήματος σε ηλεκτρικού. Οι δίοδοι ΡΙΝ, οι οποίοι είναι λιγότεροι ευαίσθητοι στο φως αποτελούνται από θετικά, αρνητικά και ουδέτερα υλικά τα οποία βρίσκονται σε στερεά κατάσταση. Οι δίοδοι χιονοστιβάδας, ή αλλιώς APD (Avalance Photo Diode) είναι ακριβότεροι από τους ΡΙΝ επειδή παρέχουν μεγαλύτερη ευαισθησία. Τέλος οι δέκτες ΑPD χρειάζονται εξωτερική τροφοδοσία.

Σύνδεσμοι
Παρακάτω περιγράφονται και αναλύονται οι πιο σημαντικές κατηγορίες συνδέσμων.

Οπτικό καλώδιο με συνδέσμους STΣύνδεσμοι SC
Οι σύνδεσμοι SC αναπτύχθηκαν από την εταιρία Nippon Telephone and Telegraph (NTT). Σήμερα οι σύνδεσμοι αυτοί χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο τόσο στις επικοινωνίες (για μεταφορά πληροφοριών αλλά και φωνής) όσο και στην καλωδιακή τηλεόραση. Τέλος οι σύνδεσμοι SC χρησιμοποιούνται ως επί των πλείστον σε single-mode οπτικές ίνες. Στην εικόνα μπορούμε να δούμε ένα οπτικό καλώδιο με συνδέσμους SC.


Σύνδεσμοι ST
Οι σύνδεσμοι ST αναπτύχθηκαν από την αμερικάνικη εταιρία τηλεπικοινωνιών AT&T. Χρησιμοποιούνται ως επί των πλείστον σε τοπικά δίκτυα υπολογιστών (LANs) και τους συναντούμε ποιο πολύ σε multi-mode οπτικές ίνες αν και οι αμερικάνικες, Bell Operating Companies τον χρησιμοποιούν και σε single-mode. Στην εικόνα μπορούμε να δούμε ένα οπτικό καλώδιο με συνδέσμους ST.

Απώλειες κατά τις συνδέσεις
Η ποιότητα των συνδέσμων καθορίζεται από τις απώλειες οι οποίες εισάγουν οι ίδιοι οι σύνδεσμοι. Ένας σύνδεσμος προκαλεί απώλειες λόγω της διάσπασης του σήματος που προκαλείται λόγω της σύζευξης αυτής. Απώλειες επίσης οφείλονται σε παράγοντες όπως διαφορές στις διαμέτρους αλλά και στους συντελεστές διάθλασης των κεντρικών ινών που πρόκειται να ενωθούν, στίγματα στις επιφάνειες επαφής ακόμα και παγιδευμένος αέρας στο κενό των δύο επαφών. Τα τελευταία χρόνια λόγω της ανάπτυξης στον τομέα της κατασκευής των οπτικών ινών, οι απώλειες οφείλονται πλέον κατά κύριο λόγω στην κακή ποιότητα κατασκευής των συνδέσμων.
Ειδικότερα, το Insertion Loss (απώλεια κατά τη σύνδεση) αποτελεί ένα μέτρο το οποίο υπολογίζεται από την αναλογία του εισαγόμενου φωτός πριν και μετά την παρεμβολή ενός συνδέσμου. Μια μικρή τιμή κυμαίνεται από 0.1 έως 0.5 dB.
Τέλος το Return Loss (απώλεια λόγω της επαναφοράς) αποτελεί ένα μέτρο της ποσότητας φωτός το οποίο αντανακλάται προς τον πομπό λόγω της σύνδεσης. Όπως και το Insertion Loss έτσι και το Return Loss εκφράζεται σε dB. Κάτω από συγκεκριμένες καταστάσεις, και ειδικότερα κατά την αναλογική διαβίβαση, η ανάκλαση αυτή παρεμβάλει σε αρκετά μεγάλο ποσοστό το σήμα που εκπέμπεται από τον πομπό με αποτέλεσμα η μείωση του ποσοστού αυτού να αποτελεί κάτι το αναγκαίο.

Συσκευή Splicing. Τιμή: 17.000 δολάρια ΜΟΝΙΜΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ( SPLICERS )
Όπως είναι φυσικό, κάποιες φορές οι οπτικές ίνες χρειάζεται να ενωθούν μεταξύ τους έτσι ώστε είτε να δημιουργηθούν μεγαλύτερα τμήματα ινών είτε για τη συγκόλληση ινών που έχουν σπάσει.
Σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά καλώδια, που το μόνο που χρειάζεται για να γίνει μια συγκόλληση είναι ένα ‘κολλητήρι’, η διαδικασία ένωσης οπτικών ινών, που είναι γνωστή ως splicing, είναι αρκετά πολύπλοκη και απαιτεί ειδικά μηχανήματα.
Τα δυο άκρα που πρόκειται να ενωθούν πρέπει να είναι στοιχισμένα με μεγάλη ακρίβεια, ειδάλλως το φως δεν θα μπορεί να διανύσει το κενό ανάμεσα στα δύο άκρα, με αποτέλεσμα να αχρηστεύεται ολόκληρη η οπτική ίνα.
Τα πιθανά ‘λάθη’ που μπορεί να προκληθούν είναι τέσσερα, και έχουν ως εξής:

Παράλληλη λάθος ευθυγράμμιση

Αξονική λάθος ευθυγράμμιση

Γωνιακή λάθος ευθυγράμμιση

Κακή λείανση της ίνας

Για την αποφυγή προβληματικών ενώσεων έχουν αναπτυχθεί δυο συστήματα που παρέχουν επιτυχείς ενώσεις. Αυτές περιλαμβάνουν την μέθοδο της σύντηξης και τη μηχανική.

Ένωση με τη μέθοδο της σύντηξης
Στην ένωση με σύντηξη, τα δύο άκρα ευθυγραμμίζονται είτε με τα χέρια χρησιμοποιώντας micro-manipulators και ένα μικροσκόπιο για να βλέπουμε την ίνα, είτε αυτόματα με τη βοήθεια κάμερας ή μετρώντας το φως που φτάνει στο τέλος τις ίνας και προσαρμόζοντας τη στοίχιση της ίνας έως ότου πετύχουμε τη μέγιστη απόδοση. Στη συνέχεια τα δύο άκρα ‘λιώνονται’ χρησιμοποιώντας είτε μια φλόγα γκαζιού είτε πιο συνήθες ένα ηλεκτρικό τόξο. Με τη μέθοδο αυτή επιτυγχάνονται σχεδόν τέλειες ενώσεις με απώλειες που κυμαίνονται στα 0.02dB.

Μηχανική ένωση
Στην μηχανική ένωση τα δύο άκρα ευθυγραμμίζονται με τη βοήθεια ενός οδηγού ο οποίος είναι συνήθως φτιαγμένος από γυαλί. Τα άκρα του οδηγού είναι συνήθως ραβδωτά έτσι ώστε να είναι ευκολότερη η ευθυγράμμιση των άκρων της οπτικής ίνας. Ο οδηγός γεμίζεται με οπτικό ‘τσιμέντο’ του οποίου ο συντελεστής διάθλασης είναι ίδιος με αυτό τις κεντρικής ίνας. Αφού τα δύο άκρα τοποθετηθούν στον οδηγό ευθυγραμμίζονται έτσι ώστε να επιτύχουμε τις λιγότερες δυνατές απώλειες. Στη συνέχεια τα δύο άκρα ‘κλειδώνονται’ στη θέση τους και το όλο σύστημα εκτίθεται σε υπεριώδες φως έτσι ώστε να ‘δέσει’ το τσιμέντο.

ΔΙΑΚΛΑΔΩΤΕΣ
Διακλαδωτές χρησιμοποιούνται για τη διανομή και συνένωση οπτικών σημάτων. Η διαφορά τους με τους μόνιμους διακλαδωτές και τους συνδέσμους είναι ότι χρησιμοποιούνται για τη διασύνδεση τουλάχιστον τριών οπτικών καλωδίων. Η χρησιμοποίηση των διακλαδωτών εισάγει ένα ακόμα πρόβλημα. Το σήμα όταν διέρχεται από ένα διακλαδωτή χάνει αρκετή από την ισχύ του, με αποτέλεσμα να είναι περιορισμένος ο αριθμός των εξόδων ενός διακλαδωτή. Γι' αυτό το λόγο έχουν αναπτυχθεί δύο ειδών διακλαδωτές, οι παθητικοί και οι ενεργητικοί.
Οι παθητικοί διακλαδωτές απλώς διαβιβάζουν το οπτικό σήμα από μια είσοδο σε ένα αριθμό εξόδων.
Από την άλλη μεριά οι ενεργητικοί διακλαδωτές, έχουν ένα πομπό στην είσοδο του σήματος και πομπούς σε κάθε έξοδο. Έτσι, επιτυγχάνεται ενίσχυση του σήματος με αποτέλεσμα να μπορούν να χρησιμοποιηθούν αρκετοί διακλαδωτές χωρίς να εξασθενίζεται σημαντικά το αρχικό σήμα.

Τέλος αξίζει να σημειωθεί ότι οι διακλαδωτές διακρίνονται σε:

Ακτινωτούς και Τ-coupler, ανάλογα με τη γεωμετρία του σήματος.

Κατευθυντικούς και αμφικατευθυντικούς, ανάλογα με την κατεύθυνση που μπορεί να πάρει το εκπεμπόμενο σήμα (προς συγκεκριμένη κατεύθυνση, ή προς όλες τις εξόδους του διακλαδωτή).

και σε αυτούς που μπορούν να διαχωρίζουν τα διαφορετικά μήκη κύματος που συνυπάρχουν στο ίδιο σήμα και να τα δρομολογούν σε διαφορετικές, προεπιλεγμένες εξόδους.

ΟΠΤΙΚΟΙ ΔΙΑΝΕΜΗΤΕΣ
Εάν συγκρίνουμε την τεχνική ανάπτυξη των οπτικών με αυτά των 'απλών χάλκινων καλωδίων' θα διαπιστώσουμε ότι 'ειδικές' λύσεις έχουν βρεθεί έτσι ώστε να γίνει όσο το δυνατό πιο εύκολη η εγκατάσταση ενός οπτικού συστήματος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η εγκατάσταση ενός οπτικού συστήματος 'ζητεί' ιδιαίτερη προσοχή.
Σήμερα, λόγω της ραγδαίας εξέλιξης των οπτικών συστημάτων αυτό αποτελεί πλέον ένα μύθο του παρελθόντος και η εγκατάσταση ενός συστήματος οπτικών ινών είναι τόσο εύκολη όσο και αυτή ενός συστήματος που αποτελείται από χάλκινα καλώδια.
Το μοναδικό ίσως μέρος μιας εγκατάστασης όπου χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή είναι το πόσο μπορούμε να λυγίσουμε ένα οπτικό καλώδιο έτσι ώστε να το περάσουμε από μια γωνία χωρίς ωστόσο να βλάψουμε την οπτική ίνα.

Τυπικό Main Distribution Frame MAIN DISTRIBUTION FRAMES
Τα Main Distribution Frames χρησιμοποιούνται για την διασύνδεση των οπτικών καλωδίων και των πομπών/δεκτών. Είναι κατασκευασμένα με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να επιτρέπουν την χρησιμοποίηση υπομονάδων, τα οποία είναι επίσης γνωστά ως 'κασέτες'. Λόγω της κατασκευής τους, είναι δυνατή η χρησιμοποίηση πολλών διαφορετικών κασετών, ανάλογα πάντα με τις ανάγκες του χρηστή.
Τέλος αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν Main Distribution Frames τα οποία επιτρέπουν την αφαίρεση και προσθήκη κασετών χωρίς να χρειάζεται να 'σβήσει' το μηχάνημα (Hot swappable). Στην εικόνα μπορούμε να δούμε ένα τυπικό Main Distribution Frame.

Fiber Optic network adapter card ΚΑΡΤΕΣ ΔΙΚΤΥΟΥ
Η ραγδαία εξάπλωση των οπτικών συστημάτων είχε σαν αποτέλεσμα την πτώση των τιμών. Έτσι, σήμερα οπτικά συστήματα δεν χρησιμοποιούνται πλέον στη 'ραχοκοκαλιά' (backbone) των δικτύων αλλά και στα τοπικά δίκτυα (LANs). Οι κάρτες δικτύων που συνδέονται κατευθείαν σε οπτικά καλώδια είναι πλέον γεγονός και οι εταιρίες που χρησιμοποιούν αποκλειστικά και μόνο οπτικά συστήματα, από καλώδια μέχρι διακλαδωτές (switches) και δρομολογητές (routers) αυξάνονται συνεχώς.
Αναζήτηση:


Αρχική Σελίδα Copyright © 2002-2006 HellasCams® All rights reserved. Εισαγωγή, Εμπορία, Μελέτες, Εγκαταστάσεις.