Conectorii optice

29
1. Conectorii optice. Construcţia şi modul de interconectare a conectorilor optici. Exemple de conectori. Spre deosebire de îmbinările fibrelor optice este mult mai dificil de îndeplinit conectori optici demontabili. În cazul folosirii unor conectori demontabili este mult mai delicat de alineat fibrele optice, deoarece axa optică a fibrei şi axa geometrică a conectorului trebuie să coincidă, sau să poată fi reglate cu precizie una faţă de alta. De asemenea, construcţia conectorului trebuie să permită conexiuni şi disconexiuni repetate fără probleme de aliniere ale fibrelor opti ce care pot conduce la degradarea performanţelor liniilor de transmisie în locul îmbinării. Adică, pentru funcţionarea satisfăcătoare conectorul demontabil trebuie să asigure o aliniere precisă şi reproductibilă ale fibrelor opti ce. Aceeaşi eficienţă de cuplare trebuie să fie obţinută dacă se folosesc aceleaşi combinaţii de conectori şi fibre, iar pentru a menţine performanţele optime conectorul trebuie şi să protejeze de deteriorare capetele fibrelor pe parcursul manipulării. Trebuie să fie compatibil cu mediul ambiant, adică conexiunea să fie stabilă cu variaţia temperaturii, la umiditate, la atacuri chimice, la murdării, la presiuni înalte şi la vibraţii. O altă cerinţă mai este uşurinţa în asamblare, adică prepararea fibrei şi plasarea în conectoarele de fixare nu trebuie să fie dificilă şi să nu dureze mult timp. Pe lângă toate cele expuse conectorul trebuie să fie un component cât mai ieftin posibil. Deci conectorii fibre lor optice pot fi consideraţi în câteva domenii majore în care sunt utilizaţi: - terminaţia fibrei care localizează şi protejează capetele fibrei; - alinierea capetelor fibrei pentru asigurarea unei cuplări eficiente între fibre; - anvelopă exterioară care menţine conexiunea şi alinierea fibrei; - protecţia capetelor fibrei de mediul ambiant, precum ŞI asigurarea unei rezistenţe a îmbinării. Conectorii fibre lor optice pot fi separaţi în două categorii largi: - conectorii în care alinierea celor două capete preparate ale fibrei se execută prin îmbinarea cap la cap, încât axele miezurilor să coincidă şi tranziţia de putere optică să aibă loc direct; - conectorii în care pe axa optică a fibrelor cuplate se introduce un sistem optic (de exemplu lentile pentru colimarea fasciculului etc.) cu scopul de a reduce atenuările de nealiniere. Majoritatea conectorilor sunt proiectaţi de a produce o îmbinare precisă de prima categorie, în care capetele fibrelor se plasează cât mai aproape posibil cap la cap. 5.4.1. Conectori cu canale de ghidare Cei mai simpli conectori sunt obţinuţi pe baza unei structuri cu canale de ghidare în V pentru alinierea capetelor a două fibre optice care se îmbină. O astfel de structură simplă este prezentată în figura 5.14, în care capetele celor două fibre se pot fixa prin lipire sau cu ştifturi de ghidaj. Fig. 5.14. Schiţă a conectorului cu canal de ghidare în V. După plasarea capătului liber de înveliş al fibrei în canalul de ghidare,

description

conectori optici

Transcript of Conectorii optice

Page 1: Conectorii optice

1. Conectorii optice. Construcţia şi modul de interconectare a conectorilor optici. Exemple de conectori.Spre deosebire de îmbinările fibrelor optice este mult mai dificil de îndeplinit conectori

optici demontabili. În cazul folosirii unor conectori demontabili este mult mai delicat de alineat fibrele optice, deoarece axa optică a fibrei şi axa geometrică a conectorului trebuie să coincidă, sau să poată fi reglate cu precizie una faţă de alta. De asemenea, construcţia conectorului trebuie să permită conexiuni şi disconexiuni repetate fără probleme de aliniere ale fibrelor opti ce care pot conduce la degradarea performanţelor liniilor de transmisie în locul îmbinării. Adică, pentru funcţionarea satisfăcătoare conectorul demontabil trebuie să asigure o aliniere precisă şi reproductibilă ale fibrelor opti ce.

Aceeaşi eficienţă de cuplare trebuie să fie obţinută dacă se folosesc aceleaşi combinaţii de conectori şi fibre, iar pentru a menţine performanţele optime conectorul trebuie şi să protejeze de deteriorare capetele fibrelor pe parcursul manipulării. Trebuie să fie compatibil cu mediul ambiant, adică conexiunea să fie stabilă cu variaţia temperaturii, la umiditate, la atacuri chimice, la murdării, la presiuni înalte şi la vibraţii. O altă cerinţă mai este uşurinţa în asamblare, adică prepararea fibrei şi plasarea în conectoarele de fixare nu trebuie să fie dificilă şi să nu dureze mult timp. Pe lângă toate cele expuse conectorul trebuie să fie un component cât mai ieftin posibil.

Deci conectorii fibre lor optice pot fi consideraţi în câteva domenii majore în care sunt utilizaţi:

- terminaţia fibrei care localizează şi protejează capetele fibrei;- alinierea capetelor fibrei pentru asigurarea unei cuplări eficiente între fibre; - anvelopă exterioară care menţine conexiunea şi alinierea fibrei; - protecţia capetelor fibrei de mediul ambiant, precum ŞI asigurarea unei rezistenţe a îmbinării.

Conectorii fibre lor optice pot fi separaţi în două categorii largi: - conectorii în care alinierea celor două capete preparate ale fibrei se execută prin

îmbinarea cap la cap, încât axele miezurilor să coincidă şi tranziţia de putere optică să aibă loc direct;

- conectorii în care pe axa optică a fibrelor cuplate se introduce un sistem optic (de exemplu lentile pentru colimarea fasciculului etc.) cu scopul de a reduce atenuările de nealiniere.

Majoritatea conectorilor sunt proiectaţi de a produce o îmbinare precisă de prima categorie, în care capetele fibrelor se plasează cât mai aproape posibil cap la cap.

5.4.1. Conectori cu canale de ghidare Cei mai simpli conectori sunt obţinuţi pe baza unei structuri cu canale de ghidare în V

pentru alinierea capetelor a două fibre optice care se îmbină. O astfel de structură simplă este prezentată în figura 5.14, în care capetele celor două fibre se pot fixa prin lipire sau cu ştifturi de ghidaj.

Fig. 5.14. Schiţă a conectorului cu canal de ghidare în V. După plasarea capătului liber de înveliş al fibrei în canalul de ghidare, în V se aplică un

material adeziv (de exemplu, epoxy) pentru fixare. Suprafeţele frontale ale fibre lor se şlefuiesc împreună cu corp ii de susţinere. Dacă canalele de ghidare în V sunt realizate prin frezare şi şlefuire mecanică, este destul de greu de obţinut precizie suficient de mare pentru ca jumătăţile corpului de susţinere să fie interschimbabile. De exemplu, valoarea reprezentativă a atenuării optice într-un astfel de conector este de la 0,5 ÷ 1 dB, în cazul îmbinării fibrelor optice cu diametrul miezului de 30 µm.

Page 2: Conectorii optice

În cazul în care canalele în V sunt produse prin procedee fotolitografice şi corodări electrochimice de precizie utilizate în microelectronică, se obţine un cuplaj foarte eficient.

5.4.2. Conectori cu trei ace La baza structurii conectorului cu trei ace se află trei cilindri de ghidaj adiacenţi în locul canalului de ghidaj. Între aceşti cilindri de acelaşi diametru se presează fibrele care trebuie îmbinate, după cum este prezentat în figura 5.15 .

Fig. 5.15. Schiţă a structurii conectorului cu trei ace

După ce au fost prelucrate prin tăiere, suprafeţele frontale ale fibrelor optice sunt fixate cap la cap prin intermediul celor trei cilindri. În cazul îmbinării a două fibre cu diametre diferite este necesar de îmbrăcat cei trei cilindri cu o cămaşă elastică din material plastic. Grosimea acesteia se alege, astfel încât să fixeze fibra de diametru mai mic. Pe lângă simplitatea pregătirii suprafeţelor capetelor fibrelor îmbinate, lipsa lipirii cu material adeziv sau a lustruirii, este necesar de menţionat şi dificultatea asamblării unui astfel de conector. În acest caz, mai există şi pericolul, ca în cazul unei suprafeţe frontale care nu este strict perpendiculară pe axa fibrei opti ce, să apară şi atenuări optice suplimentre .

Fig. 5.16. Schiţă a structurii conectorului multiplu: (a) cu bare cilindrice de aliniere şi (b) cu matrice cu semiconducri de aliniere.

Pentru cuplarea simultană a mai multor fibre optice se foloseşte un grup de bare cilindrice plasate superior şi inferior în interiorul unei carcase de strângere. Schiţa unui atare conector multiplu cu bare cilindrice de ghidare este prezentată în figura 5.16 .

În figura 5.16 sunt prezentate exemplele celor două secţiuni transversale posibile, din care se observă cum se formează astfel de grupe a câte trei cilindri. Între aceste grupe sunt plasate cap la cap câte două fibre optice.

5.4.3. Conectori cu trei bile O metodă de aliniere, asemănătoare celei descrise în secţiunea 5.4.2, se află la baza

conectorului cu trei bile. La aducerea în contact a celor trei bile de diametre egale acestea se centrează de la sine pe o axă de simetrie comună cu axele optice ale fibrelor care trebuie îmbinate. Cele trei bile sunt presate cu ajutorul unui manşon cilindric, după cum este reprezentat în figura 5.17 .

Fig. 5.17. Structura schematică a conectorului optic cu trei bile şi secţiunea transversală a lui.

De capătul manşonului cilindric se lipeşte cu un adeziv înseşi cab luI optic unifilar. Cauzele apariţiei atenuării în acest tip de conector sunt diametrele diferite ale fibrelor de îmbinat. De exemplu, la conectarea fibrelor multimod cu diametrul miezului de 85 µm, pierderile medii de

Page 3: Conectorii optice

inserţie sunt de ordinul a 0,5 dB, iar la aplicarea fluidului cu indicele de refracţie adaptat este sub 0,15 dB . 5.4.4. Conectori cu dublu excentric

Conectorul cu dublu excentric are la bază un dispozitiv de aliniere interior cu dublu excentric ajustabil. În figura 5.18 este reprezentată o schiţă a unor asemenea structuri ale conectorului. Din figura 5.18 se observă că în carcasa conectorului cu un orificiu cilindric excentric este plasat şi un alt excentric interior, care este format din trei bile. Două dintre cele trei bile au diametrele mai mici, astfel încât prin rotirea lor se ghidează carcasa fibrei optice, care deja este lipită şi lustruită corespunzător.

Prin rotirea excentricului interior şi, împreună cu acesta, a fibrei optice se îndeplineşte o deplasare paralelă cu ea înseşi a axei fibrei. În acest mod, este posibilă alinierea foarte precisă a fibre lor optice de îmbinat.

Fig. 5.18. Schiţă a conectorului cu dublu excentric şi secţiunea transversală a acestuia

Conform datelor din literatura de specialitate, pierderile de inserţie în cazul utilizării conectorilor cu dublu excentric sunt sub 0,45 dB pentru fibrele multimod. Dar dacă se utilizează fluidul cu indicele de refracţie adaptat, atunci valorile sunt chiar sub 0,2 dB. Acest tip de conector se foloseşte, de asemenea, pe scară largă la îmbinarea fibre lor monomod, care au diametrul miezului foarte mic şi deci necesită o ajustare precisă5.4.5. Conectori pentru fibrele monomod

Deşi conectorii cu dublu excentric se folosesc pentru fibre le monomod, ele, iniţial, nu au fost proiectate pentru acest scop. În figura 5.19 este schiţată o structură a conectorului special realizat pentru utilizarea cu fibrele monomod.

Fig. 5.19. Schiţa structurii conectorului pentru fibrele optice monomodConectorul pentru fibrele monomod constă dintr-o pereche de carcase de fixare a

fibrelor şi dintr-un manşon cu rulmenţi cu bile plasaţi pe suprafaţa interioară. Aceşti rulmenţi cu bile asigură o precizie la alinierea fibrelor. Fiecare carcasă de fixare conţine două tuburi excentrice (similar cazului din Secţiunea 5.4.4), cu ajutorul cărora, prin rotaţie, este posibilă centrarea cu mai mare precizie a fibrei în cămaşă. De exemplu, pierderile de inserţie au valori sub 0,4 dB la conectarea fibrei monomod cu diametrul miezului de 6 µm.

De asemenea, au fost proiectate şi conectoare cu structuri simple ale carcasei de fixare, adică fără utilizarea tuburilor excentrice. Atenuările optice rezultante sunt de aceleaşi valori, în cazul în care structurile carcasei au fost preparate cu precizie.

5.4.6. Conectori cu rubine În conectoarele cu rubine procedura de centrare a fibrei optice se îndeplineşte cu

ajutorul unui rubin de ceas. Această structură este prezentată în figura 5.20.

Page 4: Conectorii optice

Fig. 5.20. Schiţa structurii conectorului cu rubin.După cum se observă din figura 5.20, acest rubin, care este presat în carcasa

conectorului, este prevăzut cu un canal de ghidare a fibrei optice prin care trece aceasta. Astfel de ghidaj al fibrelor, ce trebuie îmbinate, sunt foarte simple şi foarte uşor de montat la preţuri destul de convenabile. Datorită toleranţei inevitabile a diametrului orificiului faţă de diametrul fibrei vor apărea atenuări optice în conector. De exemplu, la îmbinarea cu acest tip de conector a fibrelor optice cu indicele gradat şi diametrul miezului de 50 µm s-au obţinut atenuări de cuplaj de 1 dB. Acest tip de conector cu rubin sunt produse şi cu mai multe contacte simultane.

5.4.7. Conectori cu carcase de fixare

Conectorul cu carcasă de fixare mai este menţionat şi drept conector cu manşon concentric şi este reprezentat în figura 5.21. Cele două fibre de îmbinat sunt fixate cu material adeziv în nişte carcase metalice care au câte o cavitate în centru. Preventiv, cele două capete ale fibrelor au fost preparate în modul corespunzător şi curăţate de învelişul interior de protecţie.

În conector, cele două carcase de fixare, împreună cu capetele fibre lor, sunt alineate prin intermediul unui manşon de aliniere care permite îmbinarea fibre lor. Carcasele de fixare sunt menţinute cap la cap cu ajutorul unui mecanism pe bază de spirale elastice.

Fig. 5.21. Structura conectorului cu carcase de fixare.

Este important ca suprafeţele capetelor fibrelor să fie netede şi perpendiculare pe axa miezului fibrei. Pentru aceasta este necesar de îndeplinit următoarele etape:

- de tăiat capătul fibrei înainte de inserarea în carcasa de fixare;- fixarea cu un material adeziv; - lustruirea capătului fibrei până nu va fi la un nivel cli capătul carcasei de fixare.

5.4.8. Conectori cu manşon de ghidare

La baza conectori lor de acest tip se utilizează un manşon cilindric de ghidare (care este conic în interior la ambele capete) cu scopul de a alinia cele două capete ale fibrelor optice. În acest manşon fibre le se ghidează prin înşurubare, după cum este reprezentat în figura 5.22. În prealabil, capetele celor două fibre sunt fixate prin strângere sau lipire În două conectoare de fixare care au filet. Aceste conectoare de fixare se înşurubează pe manşonul biconic de ghidare care, de asemenea, are filet exterior. Cele două conectoare de fixare ale fibrelor pot fi confecţionate chiar pe fibra optică prin topire şi turnare în formă sau prin plasarea în jurul fibrei a unei răşini epoxy. Evident, În primul caz precizia de aliniere a fibrelor şi a conectorului este mult mai bună.

Drept cauze ale apariţiei atenuării optice de cuplare pot fi:- erorile geometriei fibrelor optice; - precizia formei de turnare; - difuziile şi reflexiile la capetele fibrelor optice;- precizia mecanică a manşonului biconic.

Page 5: Conectorii optice

Fig. 5.22. Schiţa conectorului cu manşon biconic de ghidare. De exemplu, atenuările optice de cuplaj ale fibrelor cu diametrul miezului de 50 Jlm au fost

măsurate aflându-se de la 0,2 până la 1 dB. Pentru a reduce atenuările de nealiniere, se mai aplică În centrul manşonului, pe axa optică a fibre lor cuplate şi un sistem optic format din lentile sau microlentile

5.4.9. Conectori cu colimarea fasciculului La conectorii cu colimarea fasciculului de lumină În spaţiul dintre capetele fibrelor este plasat un sistem optic. De obicei, acest sistem optic constă din două lentile sau microlentile pentru colimarea şi refocalizarea luminii de la un capăt al fibrei spre celălalt capăt al fibre lor de Îmbinat. Prin utilizarea unor atare de sisteme optice se

reduc esenţial pierderile de inserţie, datorită nealinierii laterale, precum şi longitudinale,

Însă se măresc pierderile, datorită nealinierii unghiulare, care sunt mult mai importante.

Astfel de conectori cu colimarea fascicul ului se folosesc mai frecvent pentru conexiunile multifilare, la care alinierile laterale şi longitudinale prezintă probleme.

În acest tip de conector microlentilele sferice fac imaginea 1: 1 de la fibra din care se emite În cea care recepţionează fasciculul de lumină. Dacă se mai aplică şi un Înveliş antireflector pe aceste microlentile, atunci se reduc esenţial şi pierderile de inserţie.

Fig. 5.25. Schiţa conectorului cu trei bile şi fibră cu lentile la capete. De asemenea, În domeniul elaborării a unor atare conectoare se lucrează continuu. În figura 5.25 este reprezentat

un asemenea rezultat, care combină conectorul cu trei bile şi fibra cu lentila creată la capătul ei. Astfel de lentile (la capătul fibrei) sunt formate prin utilizarea descărcării cu arc electric. Ca rezultat, acestea, la rândullor, reduc necesitatea aplicării În interiorul conectorului a unui fluid cu indicele adaptat atât pentru fibrele multimod cât şi pentru cele monomod

Dintre toate tipurile prezentate de conectori ai fibrelor optice prezentaţi este destul de . dificil de a indica pe cel mai eficient. În primul rând, toate rezultatele obţinute prin utilizarea conectori lor descrişi depind de caracteristicile diferitelor fibre optice îmbinate. Aceasta influenţează substanţial atenuarea optică în locul cuplajului.

În al doilea rând, nu există încă procedeul standardizat de măsurare a atenuării optice în fibră în această situaţie. Deoarece pentru măsurări se folosesc surse de lumină coerente şi incoerente pe diferite lungimi de unde şi în diferite condiţii de excitaţie a modurilor de propagare în fibra optică, de aceia valorile atenuării în conector pot fi doar relativ comparate.

Pe lângă toate cele expuse mai sus, mai trebuie menţionate preţul conectori lor optici, preţul de montaj ale acestora, durata de reglare etc. Adică conectoarele cu precizia mai mare şi cu principiul de construcţie mai sofisticat produc atenuări mai mici la îmbinare, dar respectiv la un preţ mai ridicat.

În general, utilizarea în sistemele de comunicaţii prin fibre opti ce a conectorilor cu atenuarea cât mai mică reprezintă cea mai reuşită alegere, luând în consideraţie şi faptul că preţul conectori lor şi a fibrelor optice scade permanent. 5.4.10. Exemple de conectori optici

În prezent, sunt disponibili un şir de conectori ai fibre lor optice. Dar deoarece echipamentul utilizat în comunicaţiile optice încă nu este standardizat la un anumit tip de conector, de aceia este necesar de a determina tipul de conector cel mai convenabil. Din această cauză în continuare este expusă lista celor mai frecvente tipuri de conectori pentru fibrele optice: -ST conector popular pentru conexiunile fibrelor optice multimod şi a celor monomod. Pierderile

de inserţie sunt de ordinul a 0,5 dB. Se încuie din două părţi, nefiind astfel susceptibil la vibraţii. Acesta a devenit de facto un standard în lumea contemporană pentru majoritatea

Page 6: Conectorii optice

echipamentului reţelelor locale (LAN) cu fibre optice. Conectorul este construit pentru a fi insertat într-un manşon de aliniere, care acceptă câte un conector la fiecare capăt. Schiţa structurii este prezentată în figura 5.26 (a). -SMA acesta este un conector care se utilizează de demult şi până în prezent în unele echipamente.

Pierderile de inserţie sunt de ordinul a 1 dB. Sunt disponibile două tipuri de conectori SMA, conectorul SMA 905 şi SMA 906. Conectorul SMA 905 poate fi convertit, în caz de necesitate, în SMA 906. Schiţe ale structurilor sunt prezentate în figura 5.26 (b) şi (c).

Fig. 5.26. Structurile celor mai răspândite tipuri de conectori optici.

- PC conector bun care este popular cu fibrele monomod. Acesta mai este cunoscut şi ca FC-PC.

Pierderile de inserţie sunt de ordinul a 0,25 dB. Se utilizează pe scară largă în industria televiziunii prin cablu (CATV). Schiţa structurii este prezentată în figura 5.26 (d). -SC este un conector nou cu densitate mare. Acest tip de conector se utilizează cel mai frecvent la

instalaţiile cu fibre monomod. Pierderile de inserţie sunt de ordinul a 0,25 dB. Schiţa structurii este prezentată în figura 5.26 (e). - Biconic conector în stil vechi. Se foloseşte pentru fibre le multimod.

Reproductibilitatea lui este redusă şi mai este şi susceptibil la vibraţii. Pierderile de inserţie sunt de ordinul a 1 dB. Schiţa structurii este prezentată în figura 5.26 (f). - FDDI acest conector este un conector optic standard FDDI. Este de tip duplex, adică conectează două fibre odată. Schiţă a structurii este prezentată în figura 5.26 (g). - Conector cu bară de ghidare. Acest conector se foloseşte pentru conectarea fibrelor neterminate. Adică asigură o conexiune temporară. Poate necesita un fluid cu indicele de refracţie de reflecţie adaptat pentru reducerea pierderilor.

2. Conectorii optici demontabili şi conexiunea nedemontabilă. Avantajele conectorilor optici demontabili.

Componentele optice pasiveComponentele optice pasive includ conectoarele optice, fişe, conductoare, panouri de distribuire,

dulapuri de distribuţie, mufe de conectare, ramificatoare optice, atenuatoare, multiplexoare spectrale, adică totul, ce este necesar pentru asigurarea transmisiunii semnalului optic pe cablul optic de la emiţător la receptor.

Pe măsura creşterii complexităţii şi mărirea lungimii sistemei de cabluri optice rolul elementelor pasive creşte. Practic toate sistemele de transmisiune prin fibra optică, care sunt realizate pentru reţelele informaţionale magistrale, reţelele de calcul locale, şi de asemenea pentru reţele televiziunii prin cablu, cuprind toate tipurile de componente optice pasive.

Principala sarcină de transmisiune a informaţiei pe liniile de transmisiune prin fibra optică este asigurarea conexiunii fiabile a fibrelor optice. Conectorul optic – este dispozitivul, destinat pentru conectarea diferitor componente a tractului liniar optic în locurile de introducere şi extracţie a radiaţiei. Astfel de locuri sunt: conexiunile optice a modulelor optoelectronice (receptoare şi emiţătoare) cu fibrele cablului, conectarea tăieturilor cablurilor optice între ele, şi de asemenea cu alte componente. Se cunosc conectoare detaşabile şi

Page 7: Conectorii optice

nedetaşabile. Conectoarele nedetaşabile se folosesc în locurile montării permanente cu sistemele de cabluri. Metoda de bază a montajului, acre asigură o conexiune nedetaşabilă este sudarea. Conectoarele detaşabile (pe larg se foloseşte termenul de conectoare, connectors) permit un număr mare de conectări / deconectări. O poziţie intermediară a ocupă conectările de tipul spalisului mecanic.

Conectoarele detaşabile. Tipurile de construcţiiDupă construcţie conexiunile pot fi simetrice şi asimetrice. Schemele simplificate a conexiunilor sunt

reprezentate în fig.4. La construcţia asimetrică pentru organizarea conexiunii sunt necesar două elemente: conectorul bucşă (cuib) şi conectorul fişă, fig.4, a. Fibra optică în tubul capilar a conectorului fişă nu ajunge până la capătul capilarului, dar rămâne în interior. Din potrivă, fibra în conectorul bucşă este în afară. La organizarea conectării fizice contactul fibrelor are loc în interiorul termina-capilar, care asigură coaxialitatea fibrelor. Fibra deschisă şi interiorul capilarului la ceste conectoare sunt neajunsul de bază, acre micşorează fiabilitatea construcţiei asimetrice. Neajunsul în deosebi apare la un număr mare de reconectări. De aceea un şa tip de construcţie nu a obţinut o întrebuinţare pe larg.

Fig.4. Construcţia conectoarelor: a) asimetrică; b) simetrică; c) terminalul şi elementul de centrare a prizei

La construcţia simetrică pentru organizarea conexiunii sunt necesare trei elemente două conectoare şi o priză de trecere (coupling), fig.4, b. Elementul ed bază a conectorului este terminalul (ferrule). Priza de trecere conţine un element de centrare, îndeplinit sub forma unui tub cu o tăietură longitudinală – trebuie să fie contact între terminal şi elementul de centrare a prizei, fig.4, c. Elementul de centrare cuprinde bine terminalul şi asigură coaxilitatea lor strictă.

Diametrul extern a terminalului este egal cu 2,5 mm. Cele mai stricte cerinţe sunt faţă de parametrii tăieturii (capilarului) a terminalului. Ea trebuie să fie destul de mare, pentru ac fibra să poată intra în ea, şi totodată destul de mică, pentru ca jocul fibrei să fie nu prea mare. Diametrul tăieturii în corespundere cu standartul este egal cu 126 +1/-0 mm pentru fibra monomod şi 127 +2/-0 pentru fibra multimod. Unii producători propun terminale de diferite diametre (de exemplu, 124, 125, 126, 127 mm) pentru acomodarea variaţiilor reale a diametrului fibrelor. Terminalul este cel mai precis element a conectorului, şi este cel mai costisitor. Terminalele de obicei sunt metalice (construite din otel inoxidabil), ceramice (pe baza circoniu sau oxid de aluminiu). Terminalele de masă plastică de o calitate înaltă trebuie să micşoreze costul conectorului.

Faţă de conectoare sunt impuse următoarele cerinţe: pierderi mic, reflecţia inversă mică, stabilitate la influenţele mecanice, climaterice şi altele, fiabilitate înaltă şi simplitatea construcţiei, înrăutăţirea nu prea mare a caracteristicilor după un anumit număr de conectări.

Conectarea fibrelor 62,5/125 şi 50/125. Faptul de existenţă a două standarde de fibre multimod 50 mm şi 62,5 mm este considerat perfect. Fibra multimod se foloseşte pe larg la construcţia reţelelor locale. Întreprinderile din Rusia care produc cablul optic folosesc pe larg standardul fibrei multimod cu diametrul purtătoarei de lumină 50mm. Dacă lumina se propagă din fibra 50/125 în fibra 62,5/125, atunci nu au loc pierderi de lumină (neglijăm alte pierderi). Dacă lumina trece din fibra 62,5/125 în fibra 50/125, atunci numai o parte din intensitatea luminii (50/62,5)2 va trece în fibra a doua, ce corespunde pierderilor de 1,94 dB.

Acest fapt se ea în consideraţie la producerea emiţătoarelor receptoarelor. Deci, de obicei dioda luminescentă a emiţătorului este calculată pentru o fibra cu un diametru mai mic (50 mm), iar receptorul în acelaşi dispozitiv este calculat pentru o fibra cu diametrul mai mare (62,5 mm). În acest caz nu este stric necesar

Notaţiile

1 – conectorul bucşă2 – terminal-capilar3 – conectorul fişă4 – firele de chelvalr5 – material epoxidic6 – conectorul7 – adapter8 – terminalul optic9 – elementul de centrare a prizei10 – fibra optică11 – minicablul

Page 8: Conectorii optice

folosirea în segmentul de cablu, care uneşte astfel de dispozitive, a standardului 62,5/125, recomandat de specificarea ANSI/TIA/EIA – 568A.

Mai mult ca atât, multe standarde de reţea pun o rezervă foarte mare pentru atenuarea în sistema de cabluri. De exemplu, standardele nivelului fizic pentru fibra multimod FDDI (PMD), Fast Ethernet (100 Base - FX) sunt calculate pentru o atenuare maxim admisibilă în linie până la 11 dB pentru o distanţă maximă de 2 km. Dacă de luat în consideraţie că pierderile în cablu alcătuiesc 3 dB/km, iar în conectoarele cu fibre de acelaşi tip – 0,5 dB, atunci o trecere adăugătoare de la 62,5 la 50 mm, care introduce atenuarea 2,5 dB nu va fi critică chiar pentru lungimea maximă a segmentului de cablu (2 km).

Conexiunea fibrelor multimod şi monomod. Pierderi interne şi mai mari apar la conectarea fibrei monomod şi multimod (aproximativ 16 dB), când lumina se propagă din prima fibra în a doua.Există conectiri:

- conectori cu canale ghidate;- conectori cu trei ace;- conectori cu trei bile;- conectori cu dublu excentric;- conectori cu rubine;- conectori cu carcase de fixare;- conectori cu manşon de ghidare.

3. Detectori fotoelectrici. Destinaţia, cerinţe, parametrii.

Destinatia fotodetectorului consta în convertarea semnalului optic in electric, care apoi se prelucreaza de circuitele electronice a MOR. Fotodetectorul ideal trebuie:

precis sa reproduce forma semnalului receptionat; să nu introduca zgomot adaugator in semnal; sa asigure puterea maximala a asemnalului electric in sarcina sa pentru puterea data a semnalului optic, sa posede diapazon dinamic mare; să posede dimensiuni mici, fiabilitate inalta, cost redus, tensiuni de alimentare mici.

Cel mai pe deplin acestor cerinte corespund fotodetectoarele (FD) semiconductoare. In sistemele care functioneaza la A=0.85 pirn se utilizeaza FD produse din Si, iar pentru sistemele care functioneaza la λ=1.3 si 1,55 μrn - din Ge şi InGaAs. Dintre FD semiconductoare în STFO se utilizeaza fotodiodele de diferite tipuri. In STFO se utilizează FD de două tipuri:• FD cu structura p-i-n, care poseda o sensibilitate mai buna decat FD obisnuite p-n;

• FD cu avalansă, care poseda mecanismul interior de amplificare a fotocurentului şi prin urmare sensibilitatea la ele este mai buna decat la FD cu structura p-i-n.

Analizam caracteristicele si parametrii de baza a FD.1. Sensibilitatea dupa circuit Ri indica eficacitatea de convertare a fotodiodului , a puterii optice in curent. Cu cit este mai mare valoarea lui Ri cu atit este mai bun FD . 2. Curentul la întuneric Iint a FD este curentul ce circulă în circuitul sarcinii ei în lipsa semnalului optic. Curentul la întuneric este un parametru parazitar, deoarece creaza zgomotul de alice şi limitează sensibilitatea FD. Valorile tipice I}nl=1nA pentru Si şi Iinl=100nA pentru Ge FD;

În FDA datorită tehnologiei speciale de confecţionare partea de multiplicare a curentului la întuneric, cu un ordin este mai mic decat la FD cu structura p-i-n.

3. Frecvenţa de limita Flim a benzii de trecere a semnalului recepţionat este frecvenţa pentru care sensibilitatea după curent a fotodetectorului se micsorează de doua ori referitor de valoarea pentru cazul receptorului radiaţiei nemodulate. Frecvenţa de limita a FD contemporan alcătuieste unitaţi de GHz.

4. Tensiunea de deplasare şi capacitatea jonctiunii FD. FD funcţionează în STFO în regimul fotodiodic. În acest caz de reducere a capacitaţii se mareşte frecvenţa de limită în comparaţie cu regimul fotodiodic. Reducerea capacităţii FD este importantă pentru crearea MOR cu banda largă şi micşorarea nivelului sumar de zgomot a lui. Mărimea tensiunii de deplasare pentru FD p-i-n alcatuieşte 5 şi 20V, iar pentru PDA 30 şi 300V. Corespunzator pentru FD confecţionate din Ge şi Si.

5. Diapazonul dinamic a FD caracterizează capacitatea lui de a converta atît cele mai mici cît şi cele mai mari nivele a semnalului optic. De jos el este limitat de zgomotul de alice a FD, iar de sus de distorsiunile neliniare şi alcatuieşte 50...60 dB în dependenţă de materialul semiconductor.

6. Caracteristicele de zgomot. Practic o sursă de zgomot a FD este zgomotul de alice a curentului de întuneric.Constructia fotodiodei

Page 9: Conectorii optice

Fotodiodele pe siliciu sint construite pe un cristal de siliciu similar celui folosit in fabricarea circuitelor integrate. Diferenta principala este aceea ca siliciul folosit in fabricarea fotodiodelor este de puritate mult mai mare. Puritatea siliciului este direct legata de rezistivitatea sa, o rezisitvitate mai mare indicind un siliciu mai pur. De exemplu, se utilizeaza siliciu a carui rezistivitate variaza intre 10 Ω ⋅cm si 10000 Ω ⋅cm . In figura 1.1 este prezentata o sectiune transversala printr-o fotodioda tipica.

Materialul de plecare este siliciu dopat N. Un strat subtire de tip P este creat la suprafata stratului N, prin difuzie termica sau implantare ionica a unui material adecvat (de regula bor). Interfata dintre stratul P si cel de tip N este cunoscuta ca jonctiune pn. Contacte metalice sunt aplicate pe suprafata superioara a dispozitivului , precum si pe intreaga suprafata posterioara. Contactul posterior este catodul diodei , iar contactul anterior esteanodul. Suprafata activa a diodei este acoperita cu monoxid sau bioxid de siliciu pentru protectie si pentru a forma un strat antireflectorizant. Grosimea acestui strat este optimizata in functie de lungimea de unda a radiatiei. De exemplu, diodele din seria 5-T ale firmei Centro Vision au stratul de protectie optimizat pentru partea albastra a spectrului vizibil.Jonctiunele fotodiodelor au propietati deosebite datorita subtirimi stratului P. Grosimea acestuia este determinata de lungimea de unda a radiatiei ce trebuie detectata. Linga jonctiunea PN siliciul devine saracit de purtatori de sarcina liberi. Aceasta regiune este cunoscuta sub numele de « regiune saracita de purtatori ». Adincimea acestei regiuni poate fi modificata prin aplicarea unei tensiuni inverse in lungul jonctiunii. Cind regiune saracita ajunge la nivelul contactului de catod, se spune ca fotodioda este « complet saracita de purtatori ». Aceasta regiune saracita este foarte importanta pentru functionarea fotodiodei deoarece sensibilitatea diodei la radiatii isi are originea aici. Capacitatea jonctiunii PN depinde de grosimea acestui strat saracit. Crescind tensiunea de polarizare se mareste adincimea regiunii saracite si se micsoreaza capacitatea jonctiunii pina cind se atinge situatia de saracire completa. Capacitatea jonctiunii depinde si de rezitivitatea siliciului si de aria activa a jonctiunii. Relatia dintre capacitatea jonctiunii, tensiunea de polarizare si aria jonctiunii este prezentata in figura 1.2.

Fig. 1.2.Cind lumina este absorbita in aria activa, se creeaza o pereche electron-gol. Aceasta pereche este separata de cimpil electric din regiunea saracita, electronii trecind in

Page 10: Conectorii optice

regiunea N, iar golurile in regiunea P. Aceasta separare de sarcini este numit « efect fotovoltaic », iar curentul corespunzator este curentul generat de lumina (notat, de obicei, cu Isc).Fotodiodele pe siliciu se comporta ca o sursa de curent, motiv pentru care in catalog se indica curentul de scurtcircuit. Acesta este o functie liniara de iluminare pe un interval foarte larg de valori (de cel putin sapte ordine de marime). Isc este afectat putin de temperatura, variind cu mai putin de 0.2% pe grad C pentru lumina vizibila. Trebuie notat ca la aplicarea unei tensiuni inverse apare un curent prin fotodioda chiar si in lipsa iluminarii. Acest « curent de intuneric » este specificat pentru fiecare dispozitiv. In cazul in care o tensiune de polarizare mica este aplicata, se specifica si rezistenta paralel ; aceasta se determina masurind curentul de intuneric pentru o polarizare de +/- 0.01 V.Responzivitate fotodiodeiMasura a sensibilitatii fotodiodei, responzivitatea este raportul dintre fotocurentul la iesirea din diode (in A) si puterea luminoasa (in W) incidenta la fotodioda. De notat ca puterea incidenta este exprimata, de obicei, in W/cm2, iar fotocurentul in A/cm2. In figura 1.3 este prezentata responzivitatea unei fotodiode, in functie de lungimea de unda.

Caracteristica spectralaAsa cum se poate vedea din figura 1.3, siliciu devine transparent la lungimi de unda peste 1100 nm, in timp ce ultravioletele sunt absorbite in primii 100 nm de grosime. Stratul antireflectorizant inbunatateste raspunsul la o anumita lungime de unda (cu cca. 25%), dar il poate deteliora la alte lungimi de unda datorita reflexiilor. Fereastra diodei poate modifica raspunsul fotodiodei. Fereastra clasica din sticla absoarbe lungimile de unda sub 300 nm. Pentru detectia ultravioletelor este necesara folosirea unei ferestre din siliciu sinterizat. Se folosesc si diverse filtre pentru a inbunatati raspunsul spectral a fotodiodei. Un asemenea filtru este cel ce modifica raspunsul normal al siliciului pentru a aproxima raspunsul spectral al ochiului uman, figura 1.4.

Fig 1.4Liniaritatea

Page 11: Conectorii optice

Iesirea unei fotodiode in cazul aplicarii unei polarizari inverse este foarte liniara in raport cu iluminarea aplicata jonctiunii fotodiodei , figura 1.5.

Eficienta cuanticaCapacitatea interna a unei fotodiode de a converti energia luminoasa in energie electrica, exprimata in procente, se numeste eficienta cuantica (η). Responzivitatea fotodiodei este legata de eficienta cuantica prin relatia :

Funtionind in conditii ideale de reflectanta, structura a cristalului si rezistenta interna, o fotodioda pe siliciu de calitate foarte buna poate atinge o eficienta cuantica de 80%. In tabelul urmator este prezentata esponzivitatea unei fotodiode, in functie de lungimea de unda, pentru situatia ideala in care eficienta cuantica ar fi 100%.

Influenta temperaturiiCrescind temperatura de functionare a fotodiodei, apar doua rezultate distincte asupra caracteristicilor acesteia. Primul este o modificare a eficientei cuantice datorita modificarilor de absorbtie a radiatiei in dispozitiv. Valorile eficientei cuantice se micsoreaza in regiunea ultraviolet si creşte in regiunea infrarosu, ca in figura 1.6.

Al doilea rezultat este determinat de cresterea exponentiala a numarului de perechi electron-gol , ceea ce determina cresterea curentului de intuneric. Acest curent se dubleaza la fiecare crestere a temperaturii cu 8…10 grade C, asa cum se arata in figura 1.7.

Page 12: Conectorii optice

4. Modulul optoelectronic de recepţie. Destinaţia, parametrii, scheme de principiu.MOR este un articol al optoelectronicii destinat pentru convertarea semnalelor optice transmise prin STFO în electrice. MOR tipic conţine: conectorul optic sau segmentul de CO; fotodetectorul; circuite electronice pentru prelucrarea semnalului electric şi stabilizarea regimurilor de funcţionare produs sub forma de construcţie unică.

Parametrul de bază a MOR este sensibilitatea - puterea medie minimală în timp a semnalului la polul de la intrare, pentru care se asigura valoarea necesara a RSZ sau a coeficientului de erori.

Sensibilitatea MOR depinde de parametrii FD şi indicii de zgomot a amplificatorului preliminar. Din această cauză catre circuitele de întrare a MOR se înaintează cerinţe contradictorii: nivel minimal al zgomotului în banda data de trecere pentru un diapazon dinamic mare, în legatură cu aceasta ampliflcatoarele preliminare cu zgomot mic pentru MOR se impart în două tipuri de bază

• cu impendanţa de întrare mare Rint → ∞ (fig.6, a);

• cu reacţie negativă (fig.6, b).În amplificatorul cu Rint → ∞ pentru reducerea nivelului zgomotului se măreşte impendanţa de întrare. Aceasta

aduce nemijlocit la micşorarea diapazonului dinamic şi bandei de trecere a amplificatorului. Pentru restabilirea ei se utilizeaza corectorul CAP, care în sistemele digitale este numit nivelator. În cazul doi pentru marirea bandei de trecere se utilizeaza reacţia negativă paralelă. Banda de trecere se mareşte datorită reducerii impendanţei dinamice de intrare a amplificatorului.

Schema de principiu a modulului optoelectronic de recepţie este reprezentată fig 7

Primele două tranzistoare VT1 şi VT2 formează circuitul de etaj, care posedă o capacitate de întrare dinamică mică. Repetorul pe emitor la ieşire este necesar pentru acordarea cu impedanţa de întrare mică a amplificatorului de bază. MOR se proiectează conform urmatoarei consecutivităţi. Iniţial se analizează cerinţele şi limitările sistemei de transmisie. Primul pas în procesul calculelor este alegerea metodei de modulaţie analogică sau digitală, care trebuie să

Page 13: Conectorii optice

corespundă cu metoda de modulaţie a sursei. Urmatorul pas după alegerea metodei de modulaţie este calculul puterii echivalente a zgomotului (FEZ) al MOR. FEZ pentru banda de transmisie dată se sumează din zgomoturile fotodetectorului, sarcinii lui sau circuitului cu reacţie şi amplificatorului. După calculul FEZ se calculează sensibilităţile necesare şi de limită, valoarea RSZ şi marimea Per.

Următoarea etapa în procesul de proiectare este alegerea FD concret pentru lungimea de undă dată a sursei. Lungimea de undă a sursei trebuie să coincidă cu maximumul sensibilitaţii spectrale al FD. În continuare urmează să ne determinam cu tipul amplificatorului preliminar şi tipul tranzistorului din primul circuit al lui.

Dacă se utilizează FD cu structura p-i-n, atunci pentru vitezele de transmisie mult mai mici ca 10... 15 Mbit/sec este necesar tranzistorul cu efect de cîmp, iar pentru viteze de transmisie mari - tranzistorul bipolar.

După alegerea FD concret, amplificatorului preliminar, tranzostorului din primul circuit se calculeaza FEZ, RSZ, Per şi sensibilitatea MOR. Daca valoarea obtinută a sensibilitatii este insuficientă pentru îndeplinirea cerinţelor sistemei, atunci urmeaza să alegem un FD mai bun sau să micşorăm laţimea benzii de transmisiune (daca aceasta e posibil).

După alegerea elementelor, care satisfac cerinţei după sensibilitate, este necesar de a analiza mărimea diapazonului dinamic. El este important datorită schimbării unui şir de factori, care influenţează asupra functionarii sistemei după cum sunt schimbarea conditiilor exterioare (în particular temperatura), diferenţa în lungimile sectoarelor de regenerare, de gradarea parametrilor elementelor în timp. De aceea la calculul MOR urmează să revedem cea mai rea variantă de schimbare a parametrilor elementelor sistemei, în particular al MOE şi MOR, şi la fel schimbările posibile a temperaturii mediului ambiant. Dacă schimbările de temperatură exercită influenţă esenţială asupra MOR, atunci trebuie de utilizat circuitul de compensare a temperaturii în MOR, analogic ca şi în MOE.

La etapa finala de montaj a MOR este necesar de a lua în considerare factorii mediului ambiant: temperatura, umiditatea, stabilitatea la corozie, posibilitatea pătrunderii undelor electromagnetice şi expunerii la lumina de fond a FD. 5. Performanţele sistemului cu fibre optice. Cerinţe. Alegerea componentelor sistemului optic.

Capitolele precedente au fost consacrate celor trei componente principale ale sistemului de comunicaţii prin fibre optice şi anume: fibre lor optice, emiţătoarelor optice şi receptoarelor optice. În capitolul dat sunt expuse principiile proiectării şi performanţele sistemului optic.

Multe probleme asociate cu proiectarea sistemelor de comunicaţii prin fibre opti ce pot apărea ca rezultat al proprietăţilor unice ale fibre lor ca mediu de transmisie. Însă principalele criterii de proiectare pentru aplicaţiile specifice, ce folosesc metode de transmisie analogică sau digitală, sunt: viteza de transmisie a infonnaţiei în biţi şi distanţa de transmisie necesară. În comunicaţiile prin fibre optice aceste criterii se referă direct la caracteristicile

principale de transmisie ale fibrelor - dispersia şi atenuarea optică. Capacitatea de transfer a informaţiei prin fibrele optice este limitată de un şir de factori. Aceşti factori, împreună cu constrângerile din echipamentul terminal, limitează distanţa maximă de transmisie care poate fi tolerată între emiţător, fibra optică şi receptor. În aplicaţiile de telecomunicaţii magistrale, când echipamentul periferic este plasat la o distanţă mai mare decât cea maximă, se plasează repetoare la anumite intervale. Repetorul încorporează un receptor liniar ce converteşte semnalul optic în cel electric, care în cazul transmisiei analogice este amplificat şi egalizat. Apoi acest semnal este transmis ca semnal optic printr-un emiţător liniar. La transmisia digitală repetorul regenerează semnalul optic digital original în regim electric, care apoi este transmis ca semnal optic digital. Datorită creşterii mari a preţului de cost şi a complexităţii sistemelor de comunicaţii când se folosesc repetoare, este necesar ca în procesul proiectării să fie luată în consideraţie distanţa maximă a transmisiei fără repetoare. În acest mod vor fi reduse la minim numărul necesar de repetoare în sistemele magistrale. Acest fapt asigură un avantaj enorm faţă de alte sisteme de comunicaţii. Înainte de a initia orice proceduri de proiectare a sistemului de comunicatii prin fib;e optice este necesar de a specifica principalele cerinţe care pot include:

transmisia analogică sau digitală; probabilitatea de eroare acceptată de sistemul de comunicaţii digitale sau rata

semnal-zgomot şi distorsiunea semnalului pentru sistemele analogice;

Page 14: Conectorii optice

lărgimea necesară a benzii de transmisie; spaţiul acceptabil dintre echipamentul periferic; spaţiul dintre repetoarele intermediare; preţul de cost; fiabilitatea şi durata de viaţă a sistemului.

De asemenea, este necesar de luat în consideraţie şi componentele de sistem disponibile ce vor permite implementarea sistemului optic proiectat. Însă acest caz se îndeplineşte mai rar pentru sistemele magistrale, de aceea este necesar de făcut alegerea, considerând disponibilitatea, uşurinţa de instalare, în funcţionare, costul şi fiabilitatea înainte de a determina cerinţele de bază. Este de dorit ca proiectantul de sistem să găsească necesar de a considera posibil alegerea componentelor în conjunctură cu cerinţele enumerate mai sus.

Pentru simplificarea procedurii de selectare a componentelor sistemului optic este necesar de a stabili lungimea de undă de funcţionare. Această decizie va fi dictată de cerinţele pentru performanţele sistemului, pentru componentele fiabile şi pentru preţul de cost. Alegerea componentelor include:

tipul sursei optice - diodă electroluminescentă sau laser; caracteristicile sursei - puterea optică, timpul de creştere şi de cădere, stabilitatea etc;

tipul fibrei optice - monomod sau multimod, parametrii ei - dimensiuni, profilul indicelui de refracţie, dispersia, atenuarea, rezistenţa, îmbinarea, cablarea etc;

proiectarea emiţătorului pentru transmis ii digitale ,sau analogice - impedanţa de intrare, tensiunea de alimentare, diapazonul dinamic etc.

tipul fotodetectorului p_n, p_i_n sau diodă de avalanşă; caracteristicile lui: responsivitatea, tensiunea de polarizare, diametrul activ, timpul de răspuns etc;

configuraţia receptorului; cnstrucţia preamplificatorului cu impedanţă joasă sau ridicată, probabilitatea de eroare sau rata semnal-zgomot etc;

modularea şi codificarea. De exemplu, pentru sistemele digitale modularea puls uri lor în cod (MPC-PCM), iar pentru cele analogice

modularea în amplitudine, modularea în frecvenţă etc. De asemenea, schemele de codificare pentru transmisia digitală ca codurile Miller sau bifazic (Manchester). Pentru transmisia analogică se foloseşte modularea în frecvenţe a subpurtătoarei electrice sau modularea în intensitate. Toate deciziile asupra celor expuse sunt independente şi pot fi re1atate la cerinţele sistemului de bază. Multitudinea alegerilor posibile asigură o varietate largă de sisteme de comunicaţii prin fibre optice, însă este necesar să fie îndeplinite cu scopul de a optimiza performanţele sistemului pentru anumite aplicaţii. În unele sisteme de comunicaţii prin fibre opti ce se foloseşte multiplexarea câtorva semnale într-o fibră, pentru a majora transferul de informaţii. Aceasta poate fi îndeplinită prin multiplexarea în domeniul frecvenţei sau în timp a semnalelor electrice înainte de modulaţia în intensitate a sursei optice. De exemplu, un şir de canale pot fi combinate prin multiplexarea prin divizarea frecvenţei, adică lărgimea benzii lor este divizată întrun anumit număr de benzi de frecvenţe ce nu se suprapun şi fiecărui semnal i se atribuie una din aceste benzi de frecvenţe. Apoi, semnalele individuale sunt extrase prin filtrare a electrică la repetor. Multiplexarea prin divizarea frecvenţei se îndeplineşte electric la emiţător, înainte de modularea în intensitate a sursei optice. Altă metodă include schemele de modulaţie a pulsului digital care se extind asupra funcţionării multicanal cu multiplexarea prin divizarea în timp a pulsurilor înguste de la diferite modulatoare ce sunt sub controlul unui ceas comun. Pulsurile de la canalele individuale sunt transmise secvenţial majorând astfel utilitatea benzii sistemului. Când se folosesc câteva surse optice care operează fiecare cu difeJite lungimi de unde, are loc multiplexarea prin divizarea lungimii de undă (MDU- WDM). În acest caz, separarea şi extragerea semnalelor multiplexate se îndeplineşte cu ajutorul filtrelor optice. Astfel, sistemele de comunicaţii prin fibre optice devin şi mai convenabile pentru transmisiile digitală de bandă largă. De exemplu, oferă şi un avantaj enorm al ratei semnal-zgomot acceptabilă la receptorul fibrei optice faţă de transmisiile analogice. De asemenea, sunt reduse şi problemele legate de nelinearităţile sursei optice, precum

Page 15: Conectorii optice

şi de dependenţa de temperatură ce afectează transmisiile analogice. Din aceste cauze, majoritatea sistemelor de comunicaţie prin fibre optice de capacitate înaltă folosesc informaţia digitală.

ARHITECTURI DE SISTEM

Aplicaţiile sistemelor de comunicaţii prin fibre optice pot fi clasificate în următoarele categorii largi - legături dintre două puncte, reţele largi şi distribuite şi reţele locale. În continuare, sunt descrise caracteristicile acestora. Legăturile dintre două puncte Legăturile dintre două puncte sunt sistemele de comunicaţii prin fibre optice ce servesc la transportarea informaţiei dintr-un loc în altul cu o precizie cât mai înaltă . De exemplu, legăturile care se folosesc Între computere şi utilajul periferic dintre două clădiri ce sunt la o distanţă relativ scurtă (< 10 km) sau în interiorul aceleiaşi clădiri. Ca exemplu, pot servi şi sistemele optice submarine utilizate în comunicaţiile intercontinentale la lungimi de mii de kilometri. Astfel, se poate de menţionat că lungimea legăturii dintre două puncte poate varia de la sute de metri până la mii de kilometri. Evident, pentru legăturile scurte, lărgimea benzii şi pierderile sunt mai puţin importante decât preţul şi imunitatea la interferenţa electromagnetică, pe când la lungimi ale legăturilor în diapazonul de 20 - 100 km, În dependenţă de lungimea de undă, apare necesitatea compensării pierderilor în fibră, ceea ce se îndeplineşte prin utilizarea repetoarelor. De asemenea, pot fi utilizate în acest scop ŞI amplificatoarele optice, care amplifică direct fasciculul optic de biţi fără a-l converti. Însă amplificatoarele nu pot fi etajate în continuu în sistemele magistrale, deoarece în ele predomină dispersia semnalului. Pentru a compensa dispersia şi pierderile în fibră, se folosesc regeneratoarele fluxului originar de biţi. În figura 1 este ilustrată schema legăturii dintre două fibre optice în care se folosesc amplificatoare optice sau repetoare pentru regenerarea semnalului. Pe parcursul proiectării sistemului spaţiul de repetare L are un rol important. Distanţa de repetare depinde de viteza de transmisie a informaţiei în biţi B, datorită dispersiei în fibra optică. Produsul dintre viteza B şi distanţa de repetare L, ce serveşte ca măsură a performanţelor legăturii între două puncte depinde de lungimea de undă de operare.

Fig.1. Legătura dintre două puncte prin fibre optice în care se utilizează compensarea periodică a pierderilor cu ajutorul amplificatoarelor optice (A) sau repetoarelor electro-optice (Rep).

După cum s-a mai menţionat sistemele de comunicaţii prin fibre optice operează la lungimile de undă de 0,85 µm, 1,3 µm şi 1,55 µm. Pentru sistemele ce operează cu lungimea de undă de 0,85 µm produsul BL este de ordinul a 1 GB/s - km, pe când pentru sistemele care funcţionează la 1,55 µm acest produs întrece 1 Tb/s - km . Reţelele largi şi de distribuţie Sistemele de comunicaţii prin fibre optice se folosesc nu numai pentru transmiterea informaţiei, ci şi la distribuirea ei către abonaţi. De exemplu, distribuirea canalelor video prin televiziunea prin cablu şi a serviciilor de telecomunicaţii. În reţeaua digitală cu integrarea serviciilor de bandă largă ISDN sunt îmbinate serviciile audio şi video permiţând distribuirea videotextului, a datelor din computer, a telefoniei, a facsimilului şi a canalelor video. Deşi distanţa de transmisie este relativ scurtă (până la 50 km), viteza de transmisie a informaţiei poate fi de ordinul a 10 Gb/s pentru astfel de reţele. Pentru reţelele de distribuţie se folosesc pe larg topologiile şină şi hub care sunt reprezentate în figura 2. În cazul topologiei şină cablul cu o singură fibră transportă semnalul optic cu mai multe canale prin toată suprafaţa de servicii. Cu ajutorul branşelor optice se îndeplineşte distribuirea semnalului către abonaţi, fiecărui revenindu-i o mică fracţiune din puterea optică. Cu sistemele de comunicaţii prin fibre optice, ce folosesc topologia şinei, pot fi distribuite foarte multe canale video (până la 100) prin oraş datorită lăţimii mari a benzii.

Page 16: Conectorii optice

Odată cu majorarea numărului de branşe optice, cresc exponenţial şi pierderile semnalului care limitează numărul de abonaţi deserviţi de şina optică.

Fig. 2. Reţele de distribuţie cu topologie: (a) şină şi (b) hub

Dacă periodic se folosesc amplificatoarele optice în şină, atunci este posibilă distribuirea către un număr mai mare de abonaţi până când dispersia fibrei este neglijabilă. În sistemele optice cu tehnologia hub, reprezentate în fig. 2 (b), distributia canalelor are loc în hub-uri, unde o instalaţie automatizată cu conectare încrucişată comutează canalele în domeniul electric. Fibra optică, având rolul şinelor ca şi în legăturile dintre două puncte, permite câtorva oficii să fie dirijate de hub-ul principal. Ca exemplu pot fi reţelele telefonice pentru distribuirea canalelor audio în oraş. Deoarece deteriorarea cablului electric poate afecta serviciul unei mari porţiuni de reţea, de aceea se folosesc şi legături dintre două puncte între principalele hub-uri. Reţelele locale LAN Reţelele locale LAN pe baza comunicaţiilor prin fibre optice permit unui mare număr de utilizatori, într-o arie locală, să fie interconectaţi, astfel încât orice utilizator să aibă acces haotic la reţea, pentru a transmite date către utilizatori. Pentru asemenea reţele pierderile fibrei au un rol minor, datorită distanţelor de transmisie scurte (de până la 10 km). Dezvoltarea reţelelor optice LAN a avut ca fortă motrice încrederea că cerinta în viteze de gigabiti pe secundă la staţiile de lucru va deveni primară în comunicaţiile în interiorul unei singure grupe de lucru . Spre deosebire de reţelele de distribuţie, LAN-urile oferă accesul haotic către multiplii utilizatori ai reţelei locale. Evident, arhitectura de sistem conduce spre stabilirea regulilor de protocoale predefinite ce sunt o necesitate. Topologiile care se utilizează mai pe larg sunt şină, stea şi inel . Configuraţia sub formă de şină este asemănătoare celei reprezentate în figura 2 (a), iar ca exemplu este reţeaua "Ethernet" ce se foloseşte la conectarea multiplelor aparate periferice şi a computerelor. Însă în acest caz pierderile la fiecare branşă optică cel mai mult limitează numărul de utilizatori. În topologia stea reprezentată în figura 3 (a) toate nodurile sunt conectate prin legături dintre două puncte cu nodul central, adică steaua. În dependenţă de faptul dacă nodul central este un dispozitiv pasiv sau activ LAN-urile se subc1asifică în reţea stea pasivă sau stea activă. La reţeaua stea pasivă compusă din cuploare direcţionale distribuţia semnalului are loc în domeniul optic.

Fig. 3. Reţele locale LAN cu topologii: (a) stea şi (b) inel

Intrarea de la un nod este distribuită la multe noduri de ieşire, iar puterea transmisă fiecărui nod depinde de numărul de utilizatori. Puterea transmisă descreşte mai puţin În reţelele LAN stea pasivă decât în cazul topologiei şină.

Topologia stea este foarte atractivă pentru aplicaţiile LAN şi datorită faptului că pierderile de inserţie cresc logaritmic odată cu creşterea numărului de utilizatori. În reţelele locale cu configuraţie stea activă toate semnalele opti ce de la intrare sunt converti te În domeniul electric cu ajutorul receptoarelor optice. Apoi, semnalul este distribuit pentru dirijarea emiţătoarelor nodurilor individuale. Comutarea poate fi îndeplinită la nodul central, deoarece distribuţia are loc În domeniul electric .

Page 17: Conectorii optice

În topologia reprezentată În figura 3 (b) toate nodurile sunt conectate consecutiv prin legături Între două puncte, formând un inel închis . Fiecare nod acţionează şi ca un repetor, recepţionând şi transmiţând informaţia. O secvenţă predefinită de biţi este transmisă prin inel. Fiecare nod monitorizează fluxul de biţi pentru detectarea adresei proprii şi recepţionarea datelor, de asemenea poate şi transmite informaţie. Utilizarea pe larg a reţelelor locale prin fibre cu topologia inel a devenit posibilă cu dezvoltarea interfeţei digitale pentru reţelele de distribuţie pe fibră optică FDDI, acestea asigurând interconectarea reţelelor locale de viteze mici sau a computerelor principale .

TEHNOLOGII PENTRU REŢELELE OPTICE

Sistemele de comunicaţii prin fibre optice pot avea diferite modificaţii: sisteme cu un singur canal - care sunt cele mai simple sisteme. În acest caz,

fiecare legătură fizică transportă un singur canal, care la fiecare capăt al legăturii este procesat electronic;

sisteme cu multiplexare prin divizarea lungimii de undă WDM- în care prin fiecare legătură sunt transmise mai multe canale. La fiecare capăt al legăturii optice, cu ajutorul electronicii, se îndeplineşte rutarea semnalelor şi construirea reţelei. Aplicarea practică a sistemului WDM a Început în 1996 şi au fost instalate câteva legături WDM subterane ;

reţele optice simple - în care se îndeplineşte procesarea optică sau comutarea semnalului. Ca exemplu pot servi reţelele optice LAN sau MAN de distribuţie şi selecţie. Astfel de reţele au început să fie instalate comercial din 1997, o serie de conexiuni WDM cu multiplexare optice la noduri au fost calificate pentru aceste scopuri ;

reţelele optice cu dirijare prin lungimea de undă - care constau din legături prin fibre optice cu rutarea optică la nodurile intersecţiilol Semnalele individuale sunt dirijate pe baza lungimii de undă a lor prin reţea. Adică, lungimile de undă individuale nu sunt schimbate în nodurile de dirijare şi traiectoriile prin reţea sunt cel puţin semipermanente. Reţeaua este relativ statică;

reţelele de comutare optică a căror topologie este aceeaşi ca şi a reţelelor optice cu dirijare prin lungimea de undă cu deosebirile:

- Lungimea de undă se schimbă la noduri; - Noua traiectorie poate fi stabilită sau schimbată foarte repede.

comutarea pachetelor optice - în aceste reţele datele sunt transportate în blocuri scurte, denumite pachete. Aceasta fiind similar funcţionării majoritătii reţelelor electronice modeme (ATM, TCP/IP). În acest scop, este necesară procesarea logică optică, precum şi comutatoare activate optic etc. În 1997 au fost raportate multe cercetări asupra componentelor necesare pentru construcţia unor astfel de reţele. Prototipi asemănători se află în atenţia cercetătorilor în prezent ;

multiplexarea prin divizarea optică de timp.- astfel de reţele oferă conexiuni digitale sincrone capăt-cu-capăt, utilizând principiile multiplexării prin divizarea de timp.

LUNGIMEA DE UNDĂ DE FUNCTIONARE ŞI LIMITĂRI ALE SISTEMULUI

La proiectarea sistemelor de comunicaţii prin fibre optice este necesar de luat în consideraţie limitările impuse de pierderile în fibră, precum şi de dispersia fibrei, deoarece ele variază în dependenţă de lungimile de undă. O trăsătură importantă a proiectării este alegerea corectă a lungimii de undă de funcţionare. În continuare vom studia cum viteza de transmitere a informaţiei în biţi B şi distanţa de transmisie L a legăturii dintre două puncte sunt limitate de diferite valori ale lungimii de undă.

Sistemele de comunicaţii limitate de pierderiDupă cum s-a menţionat mai sus pierderile în fibra optică joacă un rol important la

proiectarea sistemelor de comunicaţii. Să considerăm că emiţătorul optic poate

Page 18: Conectorii optice

transmite puterea medie maximă PTr, iar receptorul este capabil să detecteze puterea medie minimă PRec la viteza de transmisie a informaţiei în biţi B. În acest caz distanţa maximă de transmisie este determinată de relaţia:

unde αf - prezintă pierderile cablului optic (în dB/km) inclusiv pierderile la îmbinări şi conectări.

Dependenţa vitezei de transmisie a informaţiei în biţi B de distanţa de transmisie L provine de la dependenţa lineară a PRec de B conform expresiei:

PRec =Nf · h · ν · B unde Nf - numărul mediu al fotonilor pe bit necesari detectorului. Conform ec. De

mai sus este evidentă descreşterea logaritmică a distanţei L cu majorarea vitezei B la lungimea de undă dată.

Fig. 4. Dependenţa distanţei de transmisie L faţă de viteza de transmisie a informaţiei În biţi B pentru trei lungimi de undă de operare. Liniile continue reprezintă limitările de pierderi, iar liniile întrerupte - limitarea de către dispersie a distanţei de transmisie

În fig. 4 este ilustrată dependenţa distanţei de transmisie L faţă de viteza datelor B pentru trei lungimi de undă de 0,85 µm, 1,3 µm şi 1,55 µm, considerând αf de 2,5 dB/km, 0,4 dB/km şi 0,25 dB/km respectiv.

Puterea medie transmisă PTr = 1 mW, iar Nf = 3 pentru lungimea de undă de 0,85 µm şi Nf = 500, pentru 1,3 µm şi 1,55 µm. Pentru sistemele de comunicaţii prin fibre optice ce funcţionează la 1,55 µm, datorită pierderilor mici, spaţiul de repetare posibil este mai mare de 200 km, iar pentru sistemele la 0,85 µm este de 10-30 km.

Compararea limitei pierderilor sistemelor optice ce funcţionează la 0,85 µm cu sistemele de comunicaţii prin cablu coaxial conform figurii 8.4 arată că aplicarea fibrelor optice oferă avantajul economic la funcţionarea cu viteze mai mari de 10 Mb/s. Sistemele de comunicaţii limitate de dispersie Când distanţa de transmisie este mai scurtă decât distanţa limitată de pierderi, atunci sistemul de comunicaţii prin fibre optice se consideră limitat de dispersie. În figura 4 prin liniile întrerupte este ilustrată dependenţa distanţei de viteza de transmisie a informaţiei. Pentru sistemele optice, ce funcţionează la 0,85 µm şi utilizează fibrele multimod factor limitator este dispersia intermodală. Evident că acest sistem este limitat de dispersia la distanţe de transmisie mai mici de 10 km chiar şi pentru viteze mici. Din această cauză, la proiectarea sistemelor de comunicaţii prin fibre optice foarte rar sunt folosite fibrele multimod cu indice treaptă de refracţie cu excepţie pentru anumite legături de date. Iar în cazul utilizării fibrelor multimod cu indicele gradat în astfel de sisteme limitările sunt impuse mai mult de pierderi decât de dispersie pentru viteze de până la 100 Mb/s. În sistemele de comunicaţii prin fibre opti ce, ce funcţionează la lungimea de undă 1,31 µm, dispersia fibrei este dominată de lărgimea spectrală a sursei. În sistemele optice, ce funcţionează la lungimea de undă de circa 1,55 µm, factor limitator este dispersia în fibră, deoarece în această regiune pierderile sunt cele mai mici. Folosirea laserelor cu semiconductori, ce operează cu un singur mod

Page 19: Conectorii optice

longitudinal, permite micşorarea substanţială a dispersiei. În acest tip de sisteme limitarea de către dispersie are loc pentru B > 5 Gb/s în cazul ideal, dar în practică are loc o limitare mai strictă din cauza fluctuaţiilor frecvenţei, care se manifestă prin împrăştierea spectrului pulsului optic, limitând distanţa de transmisie de două ori faţă de limitată de pierderi. O soluţie a acestor pierderi sunt fibrele cu dispersia deplasată, pentru care pierderile şi dispersia sunt minimale la lungimea de undă de 1,55 µm. Ca exemplu de sisteme, ce folosesc astfel de fibre este curba întreruptă din dreapta din figura 4, care funcţionează cu viteze de 20 Gb/s şi cu spaţiul de repetare de 80 km. Îmbunătăţirea ulterioară a perfonnanţelor sistemului este posibilă prin funcţionarea aproape de lungimea de undă cu dispersia zero, fapt ce necesită o adaptare precisă a λ cu dispersia zero. Această procedură este foarte dificilă şi nu este posibilă întotdeauna, datorită variaţii lor în proprietăţile de dispersie ale fibrei de-a lungul legăturii de transmisie.

LIMITA VITEZEI DE TRANSMISIE A INFORMAŢIEI Pe parcursul ultimilor zece ani vitezele de transmisie a informatiei utilizate în sistemele de comunicaţii prin fibre optice de arie largă, au fost cel puţin dublate în fiecare doi ani. Aceasta se îndeplineşte prin perfecţionarea surselor şi detectorilor optici, precum şi prin funcţionarea în banda ∆λ de 1,55 µm. Acestea au loc pentru sistemele practice ce folosesc doar un singur canal printr-o fibră. Însă se observă că există o limită reală a sistemelor optice cu un singur canal. Cei mai importanţi factori sunt descrişi mai jos :

Lărgimea benzii semnalului. Lărgimea benzii semnalului modulat se adaugă la lărgimea benzii semnalului transmis prin dublarea Iărgimii benzii proprii. De exemplu, dacă se modulează semnalul ce are lărgimea benzii de 20 GHz, atunci extinderea semnalului modulat va fi de 40 GHz. Aceasta poate mări dispersia adăugătoare la folosirea fibrelor optice standard. Considerând lărgimea liniei laserului nemodulat foarte îngustă, se poate de ajuns la o regulă evidentă că dublarea vitezei de transmisie a informaţiei conduce la dublarea cantităţii dispersiei. Însă este necesar de mai luat în consideraţie şi efectul înjumătăţirii lungimii pulsului cu formatul nereîntoarcerii-la-zero (NRZ) sau NRZ inversat, odată cu dublarea vitezei. Dispersia lungeşte pulsul cu o anumită valoare în timp, astfel dacă înjumătăţiţi lungimea pulsului, atunci aceeaşi cantitate a disperse ei va avea efectul dublat faţă de cel anterior. Combinând cele două efecte, apare o regulă nouă. De fiecare dată cu dublarea vitezei, are loc multiplicarea efectului dispersiei cu factorul patru, dar nu cu doi .

Sensibilitatea receptorului. După cum s-a mai discutat mai sus, odată cu dublarea vitezei de transmisie a informaţiei este necesar de dublat puterea la receptor. Aceasta se poate de îndeplinit pe câteva căi : - prin dublarea puterii laserului de transmisie; - utilizarea unui amplificator al puterii optice imediat după emiţător; - prin dublarea sensibilităţii receptorului. Însă există o limită a sensibilităţii receptorului inclusiv la folosirea celui mai sensibil receptor; - prin folosirea unui preamplificator optic, dar sunt limitări şi aici; - prin scurtarea legăturii la vreo 15 km; dar în multe situaţii nu este aceasta o soluţie practică sau o alternativă economică; - prin utilizarea metodelor de codificare cu multe nivele. Această metodă se foloseşte în sistemele electronice de comunicaţii. Aceasta este o soluţie practică foarte bună, însă receptorul trebuie să fie capabil să deosebească nivele diferite ale amplitudinii semnalului. Adică receptorul trebuie să fie mai senzitiv sau nivelele puterii să fie mai înalte.

Împrăştierea Stimulată Brillouin. Împrăştierea stimulată Brillouin impune o limită asupra puterii optice maxime prin fibră. Anume aceasta este o restricţie importantă asupra puterii maxime a semnalului ce poate fi utilizată în orice canal optic particular. Această limitare depinde de lărgimea de linie a semnalului, de lungimea de undă şi de distanţa de transmisie şi poate avea valori de 10 m W pentru sistemul ce operează la 1,55 μm şi cu o distanţă de 150 km. Deci majorarea puterii semnalului la emiţător nu poate fi foarte mare pentru a compensa pierderile în sensibilitate a receptorului. Minimizarea efectului împrăştierii stimulate Brillouin poate fi îndeplinită prin folosirea semnalului cu lărgimea de linii mai mare, însă în acest caz devine mai important şi efectul dispersiei .

Page 20: Conectorii optice

În prezent, sunt disponibile sisteme ce au viteze de peste 10 Gb/s pentru un canal, însă la un preţ de cost foarte înalt. Se pare posibil că viteza de 10 Gb/s este o limită practică pentru sistemele ce folosesc modulaţia cu codificarea pulsului, iar cercetătorii au demonstrat cu astfel de sistem viteze de până la 40 Gb/s. Astfel, pentru atingerea vitezelor de transmisie mai mari este necesar de folosit metode noi de modulaţie. Multiplexarea prin divizarea lungimii de undă WDM permite folosirea multiplelor semnale opti ce prin aceiaşi fibră. De asemenea solitonii oferă perspectiva folosirii fluxurilor optice foarte rapide. Pentru folosirea avantajului lor e necesar de aplicat modulaţia prin divizarea în timp a fluxul optic în multe semnale mai încete. Aceasta fiind necesar deoarece la viteze de ordinul a 200 Gb/s printr-un canal electronic ce nu poate satisface cerinţelor.

În tabelul 1 sunt prezentate caracteristicile diferitor sisteme de transmisii prin fibre optice. Caracteristicile sistemelor de comunicatii moderneMediul de transmitere

Sursa optică

Tehnologia Viteza de transmisie

Distanţa

Fire de cupru 2 Mb/s 2km

Fibre optice multi mod

DEL FDDI 100 Mb/s 2km Purtătoarea optică OC - 3

155 Mb/s 2km

Fibre optice monomod

Laser

Distanţe lungi. 10 Gb/s 50 km Modulaţie în amplitudine în laborator

40 Gb/s 40km

Coerentă în laborator

400 Mb/s 370 km

Solitoni în laborator

100 Mb/s 4000 km

După cum s-a mai menţionat de mai multe ori, măsura a capacităţii de transmisie este produsul dintre viteza de transmisie a informaţiei în biţi B şi distanţa maximă de transmisie L, acest produs servind totodată şi ca ghid util al capabilităţii tehnologiei utilizate. Toate caracteristicile prezentate în tablel 1 se referă doar la sistemele de comunicaţii cu un singur canal. În tabelul 2 sunt prezentate caracteristicile de atenuare ale diferitelor tipuri de medii de transmisie precum şi spaţiul maxim dintre repetoare . Datele prezentate în tabelul 2 sunt foarte conceptuale, deoarece sunt sisteme cu cabluri coaxiale speciale ce au spaţiul de repetare de 12 km. De asemenea, sunt sisteme ce pot funcţiona cu viteze de câţiva Mb/s prin perechile duble telefonice, având spaţiul de repetare de 4 - 6 km (adică tehnologiile liniilor digitale asimetrice pentru abonaţi şi ale liniilor digitale foarte rapide pentru abonaţi). Tabelul 2 Pierderile semnalului şi distanţa dintre repetoare pentru diferite medii de transmisie

Materialul Atenuarea, dB/km

Distanţa dintre repetoare la maximul 35 dB, km

Cablul coaxial 25 1.5Perechile duble telefonice 12 - 16 2-3Fibre din silica - aplicate 0.18 - 1 50 - 150Fibre din silica În laboratoare

0.16 250

Fibre din halogenuri (Halide) În cercetare

0.01 3500

Însă acestea au la bază o procesare digitală foalie sofisticată a semnalului, prezentând astfel fibrele optice cu avantajul mult superior. PROIECTAREA ASISTATĂ DE CALCULATOR

Proiectarea sistemelor de comunicaţii prin fibre optice include optimizarea unui mare număr de parametri asociaţi cu emiţătorul, cu fibra optică şi cu receptorul. Aspectele proiectării discutate în acest capitol sunt prea simple pentru asigurarea valorilor optimizate ale parametrilor sistemului. Cele descrise se folosesc la estimarea aproximativă a vitezei de transmisie şi a distanţei dintre repetoare. Iar marginea sistemului include diferitele surse de penalitate a puterii discutate mai sus .

Page 21: Conectorii optice

În prezent, se folosesc pe larg simulările la calculatoarele personale pe baza modelării reale a sistemului de comunicaţii prin fibre optice . Aceste modele pot optimiza întreg sistemul, asigurând valorile optime ale parametrilor lui, astfel încât obiectivele proiectării sunt realizate la un preţ minim. În figura următoare sunt ilustrate diferite etape ale procesului de simulare a generării fluxului optic de biţi, transmisia lui prin fibră şi detectarea lui la receptor . La intrarea emiţătorului optic se aplică o secvenţă pseudo-haotică de pulsuri electrice ce reprezintă biţi ,,1" şi ,,0". Lungimea Ls a secvenţei de biţi determină timpul de calcul şi trebuie aleasă cu multă atenţie, de obicei Ls=2m unde m obţine o valoare în diapazonul de la 6 până la 10. Fluxul optic de biţi poate fi obţinut prin calcularea ecuaţii lor vitezei ce determină răspunsul de modulaţie al laserului cu semiconductori. Deformarea fluxului optic de biţi în timpul transmisiei prin fibra optică se calculează prin folosirea ecuaţii lor respective .

Reprezentarea schematică a etapelor modelării la calculator a sistemelor de comunicaţii prin fibre optice. Fluxul de biţi este convertit în domeniul electric la receptor, iar zgomotul receptorului este stimulat prin adăugarea termenului de fluctuaţie la statistica Gaussiană. Fluxului de biţi i se dă forma la trecerea lui printr-un filtru al cărui lungime a benzii este tot un parametru de proiectare. Diagrama "ochi" se construieşte numeric, iar efectul variaţiei parametrilor de sistem se studiază prin monitorizarea ei. Astfel, pot fi determinate penalităţile puterii, datorită diferitelor mecanisme. Prin simulările numerice se determină rata optimă de extindere, pentru care penalitatea puterii sistemului este minimă Proiectarea asistată de calculator are un rol important În prezent. Sistemele de comunicaţii magistrale conţin un şir de repetoare, iar receptoarele şi emiţătoare le folosite în ele sunt alese, astfel încât să corespundă specificaţiilor, nu sunt niciodată identice. Cablurile optice sunt construite prin îmbinarea a mai multor bucăţi diferite ce au pierderi puţin diferite, precum şi caracteristici de dispersie. Ca rezultat mulţi parametri de sistem variază în jurul valorilor nominale. De exemplu, parametrul dispersiei D ce este responsabil nu doar pentru extinderea pulsului, dar şi pentru alte surse de penalitate a puterii, astfel ca zgomotul partiţiei modulului ce variază în diferite secţiuni ale legăturii optice, datorită variaţiilor lungimii de undă. Spaţiul de repetare poate fi majorat mult prin considerarea cazului cel mai rău, când parametrii sistemului au valorile cele mai rele în acelaşi timp. Aceste sisteme vor funcţiona foarte stabil la viteza specificată cu o probabilitate foarte înaltă, aproape de valoarea unitară