Ministerul Educaiei al Republicii MoldovaUniversitatea Tehnic a MoldoveiFacultatea Inginerie i Managmentn Electronic i TelecomunicaiiCatedra Sisteme i Reele de Comunicare Optoelectronice

Lucrare de cursla disciplina: OproelectronicTema: Atenuatoarele optice

A efectuat studentul gr. SOE-121Grigorovschii Alexandru

A verificat l. sup.A. Dorogan

CHIINU 2013

Cuprins

1. Introducere 2-42. Procesul de atenuare n fibra optic ... 4-63. Noiunea i esena atenuatoarelor optice 6-74. Tipologia atenuatoarelor optice 7-134.1. Atenuatorul optic fix .. 8-9 4.2. Atenuatorul optic variabil ........................... 9-135. Proiectani mondiali de atenuatoare optice ... 14-255.1. Amphenol . 14-195.2. Agilent . 20-235.3. Anritsu 23-256. Concluzie .. 267. Lista literaturii utilizate .. 27

1. Introducere

Fibra optic este o fibr subire transparent, de obicei, fabricat din sticl sau plastic pentru a transmite lumin. Optoelectronica este o ramur a tiinei i ingineriei preocupat de studiul unor asemenea fibre. Comunicaiile au atins un punct n care, orict de mare ar fi nevoia dumneavoastr de comunicaii, ea poate fi acoperita. Se face lucrul acesta, n principal, cu ajutorul tehnologiior broadband. Cea mai puternic dintre ele - fibra optic. Tehnic vorbind, transmisia datelor prin fibra optic se bazeaz pe conversia impulsurilor electrice n lumin. Aceasta este apoi transmis prin mnunchiuri de fibre optice pn la destinaie, unde este reconvertit n impulsuri electrice. Pentru utilizatori, aceasta nseamn: - rat de transfer foarte mare n raport cu celelalte tipuri de conexiune (practic nelimitat, i nca imposibil de folosit la maximum de ctre aplicaiile existente); - mai mult siguran - fibra optic este insensibil la perturbaii electromagnetice i este inaccesibil scanrilor ilegale (interceptari ale transmisiunilor); - posibilitatea de instalare rapid si simpl, in orice condiii, datorit greutii reduse a cablului optic i existenei mai multor tipuri de cabluri.Reprezinta soluia pentru accesul de mare vitez la serviciile internet, utiliznd fibra optic pentru conexiuni dedicate permanente. Este recomandat firmelor care au ajuns la o anumita maturitate informaional, cu un numar mare de posturi de lucru cuplate la reeaua internet i cu un transfer informaional susinut pe tot timpul unei zile de lucru.

Aplicaiile fibrelor opticeCablurile din fibrele optice pot fi folosite ca mediu pentru transmiterea informaiilor n telecomunicaii i reele datorit faptului c sunt flexibile i pot fi mnuite ca nite cabluri obinuite. Cu toate c fibrele optice pot fi produse din plastic transparent sau sticl, totui, fibrele folosite n telecomunicaii de lung distan sunt ntotdeauna din sticl, datorit proprietii de absorbie optic joas a acesteia. Transmiterea luminii prin fibr este posibil datorit refleciei interne n material. Aceasta este o proprietate important care elimin intersectarea semnalului n cablu i permite rutarea cablului cu ntorsturi i cotituri. n aplicaiile din telecomunicaii, lumina se folosete n infrarou, la lungimi de und apropiate de lungimea de und cu minimum de absorbie a fibrei utilizate. Fibrele sunt n general, folosite n perechi, fiecare fibr transmind un semnal n fiecare direcie. Cu toate acestea, comunicaiile bidirecionale printr-o fibr sunt posibile dac se folosesc dou lungimi de und i ramificatori potrivii. Cablurile de fibr optic moderne sunt ntr-o varietate larg de nveliuri de protecie, confecionate pentru aa aplicaii ca instalarea n conducte, conectarea la stlpurile telefonice, instalaii submarine sau inseria n strzile pavate. n ultimii ani, costul cablurilor s-a diminuat considerabil graie cererii mari din partea companiilor japoneze i sud koreene.

Deosebim dou tipuri de fibre optice: monomod folosete o lungime de und specific. Diametrul miezului se conine ntre 8-10 m. Fibra monomod se folosete deseori pentru staiile telefonice interurbane i aplicaii video multimod utilizeaz un numr mare de mode. Diametrul miezului este mai mare dect cel al fibrei monomod. Fibrele multimod sunt tipurile, de obicei, specificate pentru LAN (Reelele de arie local) i WAN (Reelele de arie larg).

Avantajele cablurilor optice fa de cablurile obinuite:1. pierderea mic a semnalului (de obicei, mai puin de 0,3 dB/km), aadar nu trebuie de repetat transmisia pe distane mari2. capacitate mare de transmisie a datelor (de mii de ori mai mare, atingnd viteze de pn la 1,6Tb/s n condiii de cmp i de pn la 10Tb/s n cele de laborator)3. imunitate la interferene electromagnetice, dar pot fi deteriorate la aciunea radiaiei i 4. nu prezint radiaie electromagnetic; dificil de tras cu urechea la conversaii5. rezisten electric nalt, deci este sigur de folosit lng echipament de nalt tensiune sau ntre ariile cu potenial diferit al pmntului6. greutate nesemnificativ7. nu se nregistreaz interferen ntre cabluri8. nu prezint pericolul scnteii

Dezavantajele cablurilor optice fa de cablurile obinuite:1. cost ridicat2. necesitatea unor transmitori i receptori optici costisitori3. unirile i sudrile sunt mai scumpe dect n cazul cablurilor simple

n telecomunicaiile moderne, practic toate dezavantajele au fost depite i sistemele de comunicaii sunt astzi de nenchipuit fr fibrele optice. Costul lor este mult mai economic dect al cablurilor coaxiale, deoarece transmitorii i receptorii (lasere i fotodiodele) rezult a fi mai ieftini dect circuitele electrice, graie capacitii lor superioare. Costul regenerrii n transmisiuni electrice de lung distan sunt completamente nepractice pentru comunicaiile moderne.

2. Procesul de atenuare n fibra optic

Atenuarea este fenomenul prin care semnalele electromagnetice i pierd din puterea iniial (cu care au fost transmise n mediu) o dat cu creterea distanei. Acest fenomen apare din cauza faptului c mediul de transmisie absoarbe o parte din energia semnalelor. Din acest motiv, se impun restricii ale distanei pe care un semnal o poate parcurge fr a depi un nivel de degradare. Cu ct semnalul este recepionat la o mai mare distan fa de surs, cu att posibilitatea de a fi decodificat corect este mai mic din cauza atenurii i interferenelor.Atenuarea semnalului este un factor foarte important n procesul proiectrii sistemului de telecomunicaii prin fibre optice, precum i a oricror altor sisteme de telecomunicaii. Deoarece receptoarele necesit ca puterea de intrare a lor s fie mai mare dect un anumit nivel minim, atunci pierderile de transmisie determin distana maxim de transmisie pn la care este necesar restaurarea semnalului. Comunicaiile prin fibre optice au nceput s fie mai atractive cnd aceste pierderi ale fibrelor au fost reduse mai jos dect ale conductorilor metalici. Principalele puncte ale sistemului de telecomunicaii prin fibre optice unde au loc pierderile de semnal sunt conectorii, cuploarele de intrare, mbinrile, precum i nsi fibra optic. Atenuarea const n micorarea puterii impulsului, care are loc datorit absorbiei luminii n fibr. Menionm c doar impuritile din fibr absorb lumina, iar nsi sticla nu absoarbe lumina la lungimea de und de operare. Pe cnd variaiile n uniformitatea sticlei cauzeaz doar mprtierea luminii, care, de asemenea, este dependent de lungimea de und a luminii. n fibrele optice moderne, majoritatea pierderilor au loc doar datorit mprtierii luminii n interiorul fibrei.Atenuarea semnalului n interiorul fibrei optice se exprim, de obicei, n decibeli (dB). Este un termen general folosit pentru a descrie scderea puterii optice ntre dou puncte, la o lungime de und dat. Deci atenuarea AT poate fi exprimat prin relaia:

,(1)

unde este puterea optic de intrare (transmis) prin fibr, iar este puterea optic la ieirea fibrei (recepionat). Fiecare tip de fibr optic este caracterizat de un coeficient de atenuare n decibeli pe o unitate de lungime a fibrei optice (de exemplu, dB/km), msurat la o anumit lungime de und a luminii incidente. n domeniul comunicaiilor prin fibre optice se folosete frecvent expresia:

,(2)

unde este atenuarea semnalului n decibeli pe o unitate de lungime, iar L este lungimea fibrei optice.Atenuarea semnalelor optice depinde, n primul rnd, de proprietile proprii ale fibrelor optice, iar, n al doilea rnd, de procesele fizice ce au loc la transmiterea luminii. Conform datelor experimentale, pierderile n fibra din plastic ating valori de 120160 dB/km n diapazonul lungimii de und 0,5 0,7 m, n fibra multimod aceste pierderi ating valorile de 18 dB/km n diapazonul 0,75 1,2 m, iar n fibrele monomod pierderile sunt minime: 0,1 1,2 dB/km n diapazonul 0,85 1,75 m.Pentru nelegerea problemelor ce in de proiectarea i fabricarea fibrelor optice cu pierderi joase n domeniul lungimilor de und de la 0,5 m pn la 1,6 m, vom studia pierderile n interiorul lor. Atenuarea semnalului n interiorul fibrei are loc datorit mecanismelor ca compoziia materialului, metodelor de purificare i de preparare, precum i de structura ghidului de unde.Pentru fibrele de bioxid de siliciu, mecanismele responsabile de atenuarea semnalului la frecvene joase sunt: absorbia fundamental de material a sticlei; pierderile de tip Rayleigh; pierderile datorit impuritilor; pierderile de curbur ale fibrei;Pentru atenuarea semnalului la frecvene nalte, mecanismele responsabile sunt: dispersia modal; dispersia spectral.

3. Noiunea i esena atenuatoarelor optice.

Atenuatoarele optice sunt nite dispozitive care reduc puterea semnalului n conexiunile fibrelor optice inducnd o pierdere fix sau variabil. Ei sunt utilizai pentru a controla nivelul puterii semnalelor optice la ieirea din sursele luminoase i a convertorilor electrico-optici. Ele sunt, de asemenea, aplicate n scopul testrii liniaritii i a diapazonului dinamic a fotosensorilor i fotodetectorilor. Atenuatoarele optice folosesc cteve metode de atenuare. Exemplele includ: spaierea ntre fibre, microbenzi, modulatoare acusto-optice i electro-optice. Spaierea ntre fibre determin reflectarea luminii, datorit schimbrii indicelui de refracie. Microbenzile prezint nite curburi cu dislocri axiale locale de civa micrometri. Microbenzile pot cauza pierderi radiative semnificative. Modulatoare acusto-optice folosesc undele sonore pentru a modifica amplitudinea, frecvena sau faza luminii care trece printr-un material acusto-optic. Similar, modulatoarele electro-optice utilizeaz un cmp electric pentru a altera caracteristicile luminii care parcurge un material electro-optic. Atenuatoarele optice pot folosi cabluri monomod i/sau multimod. Cablurile monomod permit propagarea doar a unei singure mode i posed un diametru al miezului de aproximativ 8 m. Aceste cabluri permit transmisiunea semnalului la limi de band mari i pot fi utilizate la distane mari. Prin contrast, cablurile multimod suport propagarea multiplelor mode la un diametru al miezului de 50-100 m. Cablurile multimod au indicele gradat de refracie i astfel este posibil aplicarea diodei emitoare de lumin (LED) ieftin. Cu cablurile multimod, alinierea conectorilor i cuplorilor este mai puin critic dect n cazul celor monomod. Graie dispersiei, totui, cablurile multimod ofer o distan de transmisie redus. Multe tipuri de conectori sunt folosite cu atenuatoarele optice. Conectorii biconici au terminalele desvrite pentru o pierdere de inserare minim. Conectorii DC i FC sunt durabili, cu o structur adecvat pentru inserare repetabil. Conectoarele FC sunt folosite n principal cu fibrele monomod, dar mai sunt ntlnii n reelele telefonice, instrumente. Specificaii importante pentru atenuatoarele optice includ diapazonul lungimii de und, rata atenurii, pierderi dependente de polarizare, pierderi de reflexie. Rata atenurii descrie valoric pierderea semnalului produs de atenuatoarele optice. Pierderea de reflexie este rata puterii luminii reflectate ctre puterea luminii incident. Exprimat n decibeli (dB), pierderea de reflexie, de asemenea, mai msoar cantitatea puterii reflectate pe o linie de transmisiune care este conectat la un dispozitiv pasiv sau activ.

4. Tipologia atenuatoarelor optice Exist dou tipuri principale de atenuatoare optice: atenuatoarele optice fixe i atenuatoarele optice variabile. S examinm fiecare dintre aceste tipuri n parte (dup esen, funcionare i avantaje):

4.1 Atenuatorul optic fix Este folosit pentru a reduce din puterea semnalelor cu o anumit valoare. Atenuatorul optic fix introduce o pierdere bine determinat, care va reduce puterea semnalului pn la un nivel de detectare acceptabil. Nivelul de atenuare ar trebui s fie stabil n dependen de temperatur i lungime de und pentru un sistem stabil i sigur.Folosirea atenuatorului fix face pierderile legate de reflexie mai puin o problem i de aceea asigur o transmisiune de informaii sigur. Atenuatoarele optice fixe sunt disponibile mpreun cu multiple opiuni, inclusiv conectori de tipul SC, LC, ST, FC i MU, la valori ale atenurii de 1-20dB.

Fig.1 Conectori utilizai cu atenuatoarele optice fixe

Avantaje: multiple opiuni pentru folosirea n diverse sisteme i aplicaii diferite metode de atenuare pentru un nivel de atenuare precis dimensiuni compacte conectorul i opiunile de lefuire permit o bun integrare n sistemele existente Aplicaii: aplicaiile DWDM testare i msurare sensori optici aplicaii n telecomunicaii

4.2 Atenuatorul optic variabil Este folosit pentru a controla puterea semnalelor care se transmit prin fibrele optice. Atenuatoarele optice variabile reduc puterea semnalului n fibr n proporii ajustabile. n cazul fibrelor monomod, spre exemplu, semnalul poate fi prea puternic dac distana dintre dispozitivele care folosesc semnalul este prea apropiat. Reducerea din puterea semnalului este necesar pentru a evita erorile n transmisiunea datelor care survine cnd semnalul transmis este prea puternic pentru dispozitivele de recepie. Atenuatoarele variabile pot fi folosite cu fibre monomod, multimod i cele care menin polarizarea. Exist pierderi mici de inserie i de reflexie prin utilizarea atenuatoarelor variabile.

Avantaje: nivelurile atenurii ajustabile insensibile la lungime de und fiabilitate ndelungat

Fig.2 Atenuatorul optic variabil

Atenuatoarele variabile pot fi fabricate dup mai multe tehnologii, fiecare avndu-i avantajele i dezavantajele proprii. Parametrii importani la alegerea atenuatoarelor variabile sunt costul mic, consumul jos de curent i viteza mare. De aceea este important de ales tehnologia adecvat, materialul, structura i mecanismul. Atenuatoarele descrise mai jos sunt fabricate dup aa tehnologii ca: optomecanica, optica integrat, MEM (micro-electromecanica).Atenuatoarele bazate pe silicon (SiO2) nregistreaz performane superioare cum ar fi: pierderi nesemnificative de propagare (< 0,1dB/cm), pierderi joase legate de cuplarea ghid de und - fibr (