Budowa włókna światłowodowego

Najważniejszym elementem włókna światłowodowego jest jego rdzeń. To przez niego propagowane są mody świetlne odpowiedzialne za transmisje optyczną. Średnica rdzenia możne przyjmować trzy wartości:

• 50 µm oraz 62.5 µm dla włókien wielomodowych
• 9µm dla włókien jednomodowych

Włókna światłowodowe – podstawowe rodzaje

Światłowód wielomodowy może przenosić wiele promieni świetlnych (modów) w tym samym czasie -poszczególne mody odbijają się od płaszczyzny „rdzeń/bufor” zakłócając się wzajemnie. Ponadto w miejscu odbicia następuje absorpcja energii takiego modu świetlnego. I to właśnie z uwagi na ten rodzaj dyspersji włókna te znalazły swoje komercyjne zastosowanie tylko w okablowaniu strukturalnym.

Światłowód jednomodowy ma znacznie mniejszy rozmiar rdzenia 9 mikronów i tylko jeden promień świetlny jest propagowany prawie idealnie wzdłuż jego osi. Przez co dyspercja modowa nie występuje. Dzięki czemu taki promień może pokonać znacznie większe odległości niż w przypadku włókien wielomodowych. Z uwagi na tę właściwość ten tym włókien znalazł zastosowanie w telekomunikacji gdzie oględności pomiędzy urządzeniami przekraczają nawet 100km. To nie oznacza, że dyspersja w takich włóknach nie występuje. Ponieważ zjawisko dyspersji polaryzacyjnej, chromatycznej oczywiście zachodzi.

Odległości transmisji we włóknach światłowodowych

W przypadku włókien jednomodowych sprawa nie jest tak oczywiśca. W okablowaniu strukturalnym przyjmuje się odległość graniczną 2000m, natomiast w przypadku telekominikacji długodystansowej tak jak zaznaczono powyżej nawet 100km.

Typy włókien jednomodowych

Poszczególne podrodziny oznaczone literami różnią się miedzy sobą w ramach danego typu włókna tłumiennością czy też dyspersją. Nie mniej przedstawiono poniżej główne założenia danych typów aby wskazać ich główne właściwości.

G.652.A,B,C,D – włókna światłowodowego o nieprzesuniętej dyspersji chromatycznej, charakteryzujące się zarówno obniżonym tłumieniem w zakresie piku wodnego jak też obniżonym poziome dyspersji polaryzacyjnej PMD.

G.653.A,B – włókna światłowodowe o przesuniętej dyspercji chromatycznej, charakteryzujące się obniżonym poziomem dyspersji polaryzacyjnej PMD

G. 655.A,B,C,D,E – włókna światłowodowe o przesuniętej, niezerowej dyspersji chromatycznej,

G.657.A1,A2,B3 – Włókna jednomodow o nieprzzesuniętej charakterystyce dyspersji chromatycznej. Włókna te charakteryzują się podniesioną odpornością na makrozgięcia. W ramach włókien typu „A” rozróżnia się podkategorie A1 oraz A2, które różnią się minimalnymi promieniami gięcia: A1:10mm, A2: 7,5mm. W przypadku włókien B3 minimalny promień gięcia to 5mm.

Okna transmisyjne

W przypadku światłowodów z włóknami szklanymi używamy światła w zakresie niewidzialnym dla ludzkiego oka - ma dłuższe fale niż światło widzialne, zwykle około 850, 1300 i 1550 nm. Dlaczego więc do transmisji używa się właśnie tych długości fal? Ponieważ tłumienie włókna jest znacznie mniejsze na tych długościach. Oczywiście na tłumienie we włóknie szklanym odpowiadają dwa czynniki: absorpcja(energii) i rozpraszanie.

Tłumienie/Rozpraszanie jest powodowane przez światło odbijające się od atomów lub cząsteczek znajdujących się w szkle. Jest to silnie powiązane długością fal, przy czym dłuższe fale mają znacznie mniejsze rozpraszanie. Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego niebo jest niebieskie? To dlatego, że światło słoneczne jest silniej rozpraszane w błękicie.

Rozdrażniamy trzy główne długości fal które są wykorzystywane do transmisji 850, 1300 and 1550 nm. Przy czym to drugie okno transmisyjne zostało rozbite na dwie wartość 1300 oraz 1310nm. I tak przyjmuje się następujące wartości:

- Okno 850nm oraz 1300nm są oknami wykorzystywanymi w transmisji wielomodowej(MM),

- okno 1310nm oraz 1550nm wykorzystuje się przy transmisji jedno modowej (SM).

Jak widać wraz ze wzrostem długością fal tłumienie maleje ale tylko do pewnego stopnia – przy czym już od trzeciego okna transmisyjnego następne długości fal do transmisji optycznej nie są wykorzystywane – przynajmniej w tej podstawowej wersji. 
Oczywiście jeżeli mówimy o światłowodach jednomolowych to nie są to wszystkie okna jakie używane są do transmisji. W przypadku technologii zwielokrotnienia falowego xWDM stosowane są długości fal pomiędzy tymi wskazanymi dla włókien SM.

Spawanie włókien światłowodowych

Spawanie włókien światłowodowych jest metodą gwarantującą najlepszą jakość łączenia włókien. Jakość wykonanego spawu zależna jest od wielu czynników: umiejętności instalatora, klasy spawarki, rodzaju i stanu włókien. Wynik tłumienia punktu spawanego mieści się w zakresie 0.01-0.15 dB. Wartość spawu powyżej 0.15 dB kwalifikuje spoinę do poprawy ze względu na degradacje włókna światłowodowego w czasie. W tym miejscu proces starzenia będzie się objawiał najszybciej. W związku z rozwojem technologicznym spawarek światłowodowych sam proces łączenia włókien jest czynnością zautomatyzowaną. Najwięcej uwagi należy poświęcić przygotowaniu włókien (a wcześniej kabla) z wykorzystaniem dedykowanych narzędzi złamaniu (obcięciu) z wykorzystaniem precyzyjnej obcinarki włókien oraz zabezpieczeniu włókna i odpowiedniego montażu w miejscu instalacji.

Wskazówki instalacyjne oraz proces przygotowania i spawania włókna światłowodowego:

1. Ściągniecie powłok z włókna światłowodowego (strippowanie), nałożenie osłonki termokurczliwej na jedno z włókien.
2. Czyszczenie włókna z wykorzystaniem alkoholu izopropylowego.
3. Obcięcie (złamanie) wykonane dedykowaną obcinarką (maksymalne dopuszczalne pochylenie czoła światłowodu 2°, dobrej jakości obcinaczki dają efekt 0.5°).
4. Ułożenie włókien pozbawionych pokrycia pierwotnego w V-rowkach.
5. Centrowanie układu dwóch włókien do rdzenia lub płaszcza, to proces wykonywany automatycznie przez nowoczesne spawarki. Polega na dokładnym wyrównaniu i ustawieniu rdzeni lub paszczy względem siebie. Centrowanie rdzeń do rdzenia gwarantuje lepsze wyniki spawania.
6. Proces spawania. Połączenie fuzyjne czoła włókien, czyli pod wpływem akcji łuku elektrycznego.
7. Sprawdzenie spoiny: test odciągu, czyli sprawdzenie wytrzymałości mechanicznej wykonanego spawu oraz szacowanie jego tłumienności, na podstawie zaimplementowanych w systemie obrazów i porównanie ze zdjęciami wykonanymi podczas połączenia.
8. Kontrola wizualna spawu na ekranie. Należy powtórzyć spaw, który ma „bąble” i innego rodzaju niejednorodności.
9. Zabezpieczenie spoiny osłonką termokurczliwą (proces wygrzewania osłonki).

Spawanie daje najlepsze efekty łączenia światłowodów, jednak wymaga dokładności w przygotowaniu włókna oraz zabezpieczeniu spawów. Stosując zasady dobrej praktyki instalatorskiej i po nabraniu wprawy w przygotowania włókien, spawanie światłowodów będzie przebiegało bezproblemowo, a wykonane spawy charakteryzować się będą niskim tłumieniem i odpowiednią wytrzymałością mechaniczną.

Zobacz film poniżej