optikai szál

száloptika

de: LWL - Lichtwellenleiter, en: optical fiber

Az optikai szál egy igen tiszta, néhány tíz (a technológia megjelenése idején még néhány száz) mikrométer átmérőjű szálból és az ezt körülvevő, kisebb optikai törésmutatójú héjból álló vezeték. Működési elve a fénysugár teljes viszaverődésén alapul: A fénykábel egyik végén belépő fényimplulzus a vezeték teljes hosszán teljes visszaverődést szenved, így a vezeték hajlítása esetén is – minimális energiaveszteséggel – a szál másik végén fog kilépni.

Ezt a tulajdonságot kihasználva az optikai szálak rendkívül alkalmasak digitális információ-továbbításra. A fényimpulzusoknak köszönhetően hatékonyabbak, mint a hagyományos rézvezetőjű csavart érpáras UTP-kábelek. A telekommunikációban jóformán minden hosszútávú gerinchálózat optikai kábeleket használ az adattovábbításra hatékonysága, valamint nagy távolságokon az egységnyi sávszélességre jutó jóval alacsonyabb fajlagos költségei miatt.

optikai szál

POF

hu: műanyag optikai szál, en: POF – Plastic/Polymer Optical Fiber, de: kunststoff Faser

A legolcsóbb, legkisebb távolságokra alkalmazható optikai szál. A műanyag optikai szálnak nagyobb a csillapítása mint az optikai üvegszálnak (> 1 dB/m), magátmérője 1mm körül mozog. Jellemzően 650nm (vörös) LED-et szoktak alkalmazni hozzá jeladónak. Jellemző alkalmazási hossza 50 - 100 m.

PMMA

hu: Polymethylmethacrylat (műanyag) optikai szál, en:PMMA Optical Fiber, de: PMMA-Faser

A polymethylmethacrylat (rövidítve PMMA, egyébként: Acrylglas, Friacryl®, Vitroflex®, Plexiglas®, Limacryl®, Piacryl oder O-Glas) egy szintetikus, az üveghez hasonló tulajdonságokkal bíró műanyag.  Jellemzően egyszerűen csak akrill-üvegnek szokás nevezni. Jellemzően optikai vezetékként jeladónak LED-et szoktak ennél a vezetéknél használni.

PCF

hu: optikai szál, en: Polymer cladded fiber, de: LWL: Lichtwellenleiter

Összefoglaló néven a különböző optikai szálak (PCS, HCS, HPCF,..).

PCS/HCS

hu: műanyagburkolatú optikai szál, en: plastic clad silica / hard clad silica, de: kunststoffummantelte Glasfaser

A szál magja kvarc-üvegből készül, jellemzően 200 μm a magátmérője. Védőburkolata 300 µm - 550 µm átmérőjű polimer. A továbbított fény

  • UV esetén 220 nm - 1100 nm,
  • IR esetén 350nm - 2400 nm

lehet, a vezeték jellemző csillapítása 10 - 20 dB/km, az 500-µm-es verzió esetén, 650 nm-es forrás mellett ez az érték 150 dB/km - re emelkedhet. A vezeték hőmérséklet tűrési tartományát a fő felhasználási területéhez, az gépjármű-technikához igazítják, így ez (nylon burkolattal) -40 °C - +125 °C (ETFE burkolat esetén ez az érték: -200 °C - +150 °C).

GCS

hu: üvegszál, en: glas clad silica, de: Glasfaser

Az üvegmagos optikai szálakat majdnem mindig szilícium-dioxidból készítik, de néhány egyéb anyagot, mint például fluoro-circonátot, fluoro-aluminátot, és tisztított üveget használnak hosszabb hullámhosszú sugarakhoz, infravörös tartományban működő eszközökhöz. Akár csak a többi üvegnek, ezeknek az üvegeknek a törésmutatója is 1,5 körül van. Tipikusan kevesebb mint egy 1%-nyi a különbség az üvegmag és a héj törésmutatója között. Nem lehetséges, hogy a módus struktúrája függjön a használt fény hullámhosszától, ezért ez a szál tulajdonképpen csak néhány további hullámhosszt támogat a látható fény tartományában.

MMF

hu: Multimódusú szálak, en: multi-mode optical fiber, de: Multimodefaser

optikai szálak csoportosítása módusuk alapján A többmódusú szálakkal indult meg az optikai szálak fejlődése. Ezekben a fent leírt működési alapelvek jellemzőek, ugyanakkor mivel ez a legkorábbi technológia, itt a legnagyobb a numerikus apertúra értéke és a jelveszteség. Bár az alapelv a lépcsős indexű, és az egymódusú szálaknál is hasonló, bizonyos technológiai újításokkal sikerült javítani a vezető tulajdonságain.

A vezetékek meghatározásánál jellemzően a magátmérő és a védőburkolat átmérője kerül megadásra a típusmeghatározáson és az anyagon kívül, például: multi-mode PMMA, 62,5/125 µ.

SMF

hu: Egymódusú szálak, en: single-mode optical fiber, de: Monomodefaser

Az egymódusú szál magátmérője általában 8 és 10 μm között mozog. Néhány speciális célra kifejlesztett optikai szálat nem hengeres üvegmaggal illetve héjjal terveznek, hanem általában elliptikus vagy téglalap alakú keresztmetszettel. Ezek magukba foglalják a polarizációt támogató szálakat és a szálak melyek elnyomják az átlapolódást.

Nagyobb optikai teljesítmény esetében – több mint egy watt esetén – amikor egy szálat ütés ér vagy másképpen hirtelen megsérül, a szál megéghet. A visszavert fény azonnal elégeti a szálat a sérülésnél, és ez a hiány visszatükröződik, tehát a sérülés elterjed egészen az adóig 1-3 m/s-os sebességgel. A nyitottszál-vezérlő rendszer, ami megvédi a szemet a lézertől a száltörése pillanatában, ugyancsak megfékezheti a szál elégését. Olyan esetekben mint a tengeralatti kábel, ahol nagyobb energia szinteket használnak nyitottszál-vezérlés nélkül, egy szál égés védelmi eszköz az adónál megszakíthatja az áramkört, hogy megóvja a további sérüléstől.

FOC

hu: Üvegszál csatlakozók, en: Fiber Optic Connectors de: Faser Steckers

rendszerképleírás
ST rendszerST rendszer Az ST rendszert az AT&T specifikálta az IEC-874-10-nak megfelelően (eredeti neve: BFOC/2.5). A rendszer egy- és multimódusú kommunikációra egyaránt alkalmas. Az ST az egyik legszálesebb körben elterjedt csatlakozó, LAN, WAN és MAN hálózatokban egyaránt fel szokott bukkanni. Automatizálástechnikában például a Profibus száloptikai rendszere is erre a típusra épül. A csatlakozók boajonett-zárral rögzíthetők és egy belső rugó biztosítja a megfelelő csatlakozást. A csatlakozókhoz a TK csatlakozó-aljzat alkalmazható.
SC rendszer SC rendszer Az SC rendszer az IEC 874-19-nel került megfeleltetésre, egy- és multimódusú kommunikációra egyaránt alkalmas.  A csatlakozóval simplex- és duplex adatátvitel is kialakítható. Jellemzően a vezeték alap-csillapításához 0.4 dB adódik hozzá, csatlakozónként.

A fentieken kívül még az alábbi típusok ismertek

  • LC - SPF
  • MT-RJ
  • FC
  • VF-45
  • MIC

A POF / PCS / GCS optikai szálak összehasonlítása

A POF / PCS / GCS optikai szálak összehasonlítása

Néhány száloptika adatsora

típusmag
anyaga
köpeny
anyaga
burkolat
anyaga
mag /
köpeny
jellemző
csillapítás
módus
50/125 Launchsziliciumdioxidsziliciumdioxidakril50/125< 5.0 dB/kmmulti
105/125 low
NA Lauch
sziliciumdioxidsziliciumdioxidakril105/125< 20.0 dB/kmmulti
HCS 37 125sziliciumdioxidHCSETFE125/140< 12.0 dB/kmmulti
HCS 37 600sziliciumdioxidHCSETFE600/630< 8.0 dB/kmmulti
62,5 HCSsziliciumdioxidHCSETFE62,5/200< 3.5 dB/km (850 nm)
< 1.2 dB/km (1300 nm)
multi
POF 2.2PEPEPUR980/1000< 0.22 dB/mmulti

maximális átviteli távolságok

száloptika
jellege
Méretjellemzők Hullámhossz jellemző
csillapítás
maximális
átviteli távolság
műanyag (POF) 980/1000 µm 660 nm 230 dB/km 80 m -ig
PCF / HCS 200/230 µm 660 nm 10 dB/km 400 m -ig
    850 nm 8 dB/km 800 m -ig
Multimódusú üvegszál 50/125 µm 850 nm 2,5 dB/km 2600 m -ig
    1310 nm 1 dB/km 10 km -ig
  62,5/125 µm 850 nm 3 dB/km 3300 m -ig
    1310 nm 1 dB/km 10 km -ig
egymódusú üvegszál 9/125 µm 1300 nm   15 km -ig

Csatlakozó

A Profibus száloptikai rendszere az IEC 61158-2-vel került megfeleltetésre, és leggyakrabban az ST-rendszerű (BFOC/2.5) csatlakozókkal kerül telepítésre. A norma nem rendelkezik a csatlakozó-rendszerről, így néhány gyártó más rendszerű csatlakozót kínálhat, anélkül, hogy eltérne a normától.

Adatátvitel

A Profibus a két vezetékes üvegszál átvitelt preferálja, így mind a két vezeték simplex adatátvitelt alkalmaz. Ebben a felállásában a száloptika egyfajta repeater-ként funkciónál a két RS485-ös szegmens között, nagyobb távolságokat áthidalva ezzel.

Profibus száloptika 

ECHO

A normál adatátvitel mellett az optikai szál nagy sebessége egy ECHO-nak nevezett felügyeleti módszert is lehetővé tesz. Az elküldött adatsort a fogadó állomás visszaküldi (viszhangozza), és a küldő állomás ezt az ECHO-t összehasonlítja az elküldött adatsorral és hiba esetén jelzi azt. Ez az eljárás előírés a redundáns hálózatok esetén.

Profibus száloptika / ECHO