onnrnen
2 0ptisetkuidut
2.1 Valonolemus
Kaikki nykyaikainentietoliikenneperustuusdhkomagneettiseen
aaltoliikkeeseen.
Tietoliikenteess:isiihkomagneettiset
aallot kuljettavat informaatiotajohdetusti tai vapaasti edeten.Toisellatavalla ilmaistuna: langallisestitai langattomasti.Tietoliikenteessd
spektriemuutamien hertsien(Hz) taajuuksistasatoihin
keiytetriiinsdhkomagneettista
=
(1
THz
l0l2
Hz). Valo edustaasiihkomagneettisessa
terahertseihin
aaltoliikkeesse
suuria,satojenterahertsientaajuuksia.Taulukossa2.1 on muutamia esimerkkejiitietokiiytettdvistdtaajuuksistaja niiden kiiyttosovelluksista.
Iiikenteessii
kriytettcivistii
Taulukko2.1.Esimerkkeidtietoliikenteessci
taaiuuksista.
Taajuusalue
3 0 0- 3 4 0 0H z
Esimerkki kiiyttiisovell uksesta
50 kHz- 2,2YHz
| - 2 5 0M H z
A D S L2 +
5 - 862MHz
Kaapeli-TV
3 - 3 0 M H z( H F )
Lyhytaaltoradio:
5,95- 26,1MHz
3 0- 3 0 0M H z( V H F )
3 0 0- 3 0 0 0M H z( U H F )
U L A - r a d i o8: 7 , 5- 1 0 8M H z
3 - 30 GHz (SHF)
T V - s a t e l l i i t i 1t :0 . 7- 1 2 . 7 5G H z
4 0 0- 8 0 0T H z
l h m i s s i l m dn :d k y v dv a l o
230THz
s sa al l o n p i t u u d e l l3al 0 n m
T i e t o l i i k e n nyek s i m u o t o l < u i d u a
Perinteinenanaloginen
puhelintel<niil<ka
Datasiirtoldhiverkonparil<aapelissa
(cat 6)
Digi-TV maanpddllisessa
verl<ossa:47Q- 862 YlHz
Valon mddritelmriei ole aivan tarkka. Toisillatieteenja tekniikan aloilla valolla tarkoitetaanvain ihmissilmrillenrikyviiriosaasdhkomagneettisesta
spektristd.Toisillaaloilla
valoon luetaankuuluvaksimyos ndkyvdn valon ulkopuotaas,kuten tietoliikenteessd,
lellejiiiivZitinfrapuna-alue(IR) ja ultraviolettialue(UV).
joka edustaasilmiillen;ikym;itontdvalon
kiiytetiidninfrapuna-aluetta,
Tietoliikenteessei
kuvataanvalon spektraalisiaominaisuuksia,kZiyaluetta.Kun tietoliikennetekniikassa
tetidn useimmitentaajuudensijastaaallonpituudenkiisitettd.Taajuusja aallonpituus
toisiinsaseuraayankaavanmukaisesti:
yhteydessri
orratmatemaattisesti
tr= clf,
InISSA:
20
l, = aallonpituus
f = taajuus
c = valon nopeus
Optiset liityntdverkot
a
onntnen
Valon nopeustyhjossiion luonnonvakioco= 299792,458kmis. Useimmitenlaskelmissa
riittiiii likiarvo 300 000 km/s.
kutenesim.lasissa,
on ainapienempikuin coja seriippuu vdliValonnopeusvdliaineessa,
joita kuvataankdsitteelliitaitekerroin.Riippuvuus
aineendielektrisistiiominaisuuksista,
kaavaa:
noudattaaseuraaYaa
c=co/n,
missi:
c = valon nopeusvdliaineessa
co= 300 000 km/s (valonnopeustyhjoss?i)
n = vdliaineentaitekerroin
Lasin taitekerroin on noin 1,5, joten valon nopeus optisessakuidussa on noin
200000km/s = 200m/us.
Vaikka valo onkin siihkomagneettistaaaltoliiketta, kuvataan valon etenemistd
kiiytttien.Tiimd tarkoittaa,ettdvalon ajatellaankulkevansiteen
useimmitensiideteoriaa
tutkittaessapuolestaankiiytetiirin hiukkasenergiaominaisuuksia
muodossa.Valon
eli hiukkasista,joita kutsutaan
teoriaa,jonka mukaan valo koostuu energiakvanteista
fotoneiksi.
2,2 Valoneteneminenoptisessakuidussa
Optisen kuidun toiminnan perustanaovat valon taittumis- ja heijastuslaitkahden
aineenrajapinnassa.Kuvassa2.1 valonsiidekohtaa kahden taitekertoimeltaanerisuuruisenveiliaineenrajapinnan.Viiliaineen1 taitekerroinnl on suurempikuin viiliaineen
2 taitekerroinn, (n,)nr). Vdliaineesta1 tulevavalonsddekohtaarajapinnannormaalin
2 semuodostaapinnan norkulmassag, ja taittuu rajapinnassasiten,ette vdliaineessa
taittuu
normaalista
kulman
g,
.
Valonsiide
poispiiin
eli rajapintaakohti.
maalin kanssa
TaittuminennoudattaaSnellinlakia:
n, sing, = n, sing,
Kun valonsdteentulokulma kasvaariittiiviin suureksi,taittuu valonsiiderajapinnassa
pinnan suuntaiseksi.
]os tulokulma tiistiivield kasvaa,heijastuuvalonsdderajapinnasta
kulmassa.Ilmiotii kutsutaankokokonaantakaisin vdliaineeseenI samansuuruisessa
jolla
ja
gc,
kokonaisheijastus
tapahtuu,kutsutaankriittikonaisheijastukseksi kulmaa
seksikulmaksi.
Optiset liityntdverkot
2l
.,.
on,r$nen
= nrsinq,
Snellinlaki:n,,sin<p.,
Vdliaine2
Taitekerroin= nz
Vdliaine1
Taitekerroin= n r
[r>hz
kulmaq" = arcsin(nrln,)
Kriittinen
Tiilldingz= 90 o
Kuva 2,1. Snellinlaki ja kriittinen kulma.
Kuvassa2.2 on esitetty optisen kuidun pitkittaisleikkaus periaatekuvana.Kuidussaon
kaksi osaa:ydin ja kuori. Ytimen taitekerroin nr on suurempi kuin kuoren taitekerroin
nr. Kun valonsdteentulokulma g on kuidun akseliin niihden riittiiv?in pieni, tapahtuu
ytimen ja kuoren rajapinnassakokonaisheijastusja valonsiidel?ihteeetenemidn kuidun
ytimess?i.Rajapinnanliipiiisseetvalonsdteetetenevdtkuoreen.
Kuidunooikkileikkaus
Kuori, taitekerroin= n2
Kuidunoitkittiiisleikkaus
Numeerinen aukko NA = singmd
Kuva2.2. Optisenkuidun toimintaperiaate.
Suurimman sallitun tulokulman <psinifunktiota kuvan 2.2 merkinnoin kutsutaan
numeeriseksiaukoksi,NA:
NA = sin<o
, max
22
Optiset liityntdverkot
onnrnen
2.3 Kuitujenperustyypit
Sen mukaan, millainen taitekerroinprofiili kuidussa on ja miten valo sen perusteella
etenee,optiset kuidut jaotellaan eri tyyppeihin. P?iiijakoon monimuotokuidut ja yksimuotokuidut. Sekii monimuoto- ettii yksimuotokuituja on lisiiksi monta eri tyyppiii.
Valon etenemisenkannalta on havainnollista esitelliilyhyesti kolme eri kuitutyyppiii:
. askeltaitekertoiminenmonimuotokuitu eli askelkuitu
(Stepindex multimode fibre)
' asteittaistaitekertoiminenmonimuotokuitu eli asteittaiskuitu
(Gradedindex multimode fibre)
. yksimuotokuitu (Single-modefibre).
Vaikka askelkuituaei nykyiiiin juuri lainkaan k?iytet?itiedonsiirrossa,on myos senperiaatehyvti esitt?iiihavainnollisuudenvuoksi.
Kuvassa2.3 on esitettykuitutyyppienperiaatteet.
Kuidun
poikkileikkaus
Taitekerroinprofiili
L€ihetett€ivii
valopulssi
Valonsdteiden
eteneminen
kuidussa
Vastaanotettava
valopulssi
=l
c)
ffiD /\
fiffi
A
ll
It
Kuva 2.3.Askelkuidun(a),asteittaiskuidun(b)ja yksimuotokuidun(c)toiminnan pii aperiaatteet.
Askelkuidussataitekerroin muuttuu hypp2iyksellisestiytimen ja kuoren rajapinnassa.
Koskaytimen halkaisijaon huomattavastisuurempi kuin kaytetyn valon aallonpituus,
Optisetliityntdverkot
23
onnlnen
eteneekuidussamonta eri muotoa,kukin eri kulmissaheijastellen.Koskavalopulssin
eri etenemiskomponenteilla
on eripituinen matka kuljettavanaan,leveneepulssi edetessddnkuidussaeli syntyy muotodispersiota.
Osavalotehostamyiishiiviiiii matkallaeli
syntyyvaimennusta.T?im?iniikyy vastaanotettavan
pulssinvaimenemisena.
Asteittaiskuidussataitekerroin muuttuu ytimessii asteittaisestikuorta kohti poikkileikkauksensdteensuunnassa.T?illoin valonsdteetkulkevat viihitellen taittuen eikd
jyrkiisti heijastuen,kuten askelkuidussa.
Myos asteittaiskuidussa
valo eteneeuseissa
eri muodoissa,kuitenkin siten,ettii ytimen reunoillavalon nopeuson suurempikuin
keskiosassa.
T:istiijohtuu, ettd erot eri muotojenetenemisajoissa
eli muotodispersioon
pienempikuin askelkuidussa.
Pitemmiin matkan kulkevat valonsdteetkulkevat nimittdin vastaavastinopeammin.Vastaanotetunpulssinlevenemdon pienempikuin askelkuidussa.Myds vaimennuson asteittaiskuidussa
pienempi.
Yksimuotokuidunytimen halkaisijaon niin pieni - luokkaa 9 Fm - ja taitekerroinero sellainen,ett:i kiiytetyll?iaallonpituudellaeteneevain yksi muoto. Muotodispersiota
ei esiinny olenkaan,mutta toisenlaista,kromaattistadispersioitaesiintyy yksimuotokuidullakin. Myos vaimennus on yksimuotokuidullaeritttiin pieni verrattuna monimuotokuituihin. Yksimuotokuidun ominaisuuksistajohtuu, ettd osa valosta etenee
myos kuoressa.Niinpii yksimuotokuiduntapauksessa
kiiytetiiiinkin nimitystri muotokenttinhalkaisijakuvaamaansitaaluetta,jossavalo tehollisestietenee.
Optistenkuitujen koko ilmaistaanmerkinniilln,joka ilmoittaa niiden ytimen ja kuoren
halkaisijoidenmitat muodossaytimen halkaisija/kuorenhalkaisija,esim.91I25gm.
Optistenkuitujen ominaisuuksiakiisitelliiiintarkemmin kohdassa2.5.
Tiirkeimmiit nykyiiiin kiiytossiiolevatoptisten kuitujen tyypit ovat seuraavat:
Monimuotokuidut:
. Tietotekniikanyleiskaapeloinnissa
kiiytettiiviitstandardienEN 50173-1ja
ISO/IEC 11801mukaisetmonimuotokuidut:
- kategoriaOM1, t1'ypillisesti
pm
62,51125
- kategoriaOM2,t1'lpillisesti501125pm
- kategoriaOM3, aina50ll25 pm
- 62,51I25pm monimuotokuitu,joka ei tiil.tii edellZimainittujenstandardien
vaatimuksia(voi esiintyii yli 10vuotta vanhoissaasennuksissa)
. Muut monimuotokuidut,kuten esim. 100/140pm (poistunutkdyt<istii,mutta
voi esiintyaiyli 10vuotta vanhoissaasennuksissa)
24
Optiset liityntdverkot
onnlnen
Yksimuotokuidut:
. Yksimuotokuitu(SM) ITU-T G.652:
- tyippimerkintd SM, mitat 91125Pm
- tietotekniikan yleiskaapeloinnissa
kategorianOS1kuitu
- perinteinenja edelleenyleisinyksimuotokuitutp,ppiteleverkossa
- versiotA, B, C ja D
- versio D suositeltavin,ks. seuraavakohta (LWP)
. Alhaisenvesipiikin (LWP)yksimuotokuituITU-T G.652.D
- lisiiii kapasiteettiaalue-ja liityntdverkkoihin
- sopii hyvin CWDM-kaFtoon (harva aallonpituuskanavointi)
- aallonpituudet20 nm:n viilein alueella1270- 1610nm
' Alhaisendispersionkuidut (NZDS) ITU-T G.655ja ITU-T G.656
- sopivaterityisestitiheiiiin aallonpituuskanavointiin(DWDM)
- suuretnopeudet,pitkat etaislTdetja DWDM-keytto
- aallonpituudetjopa 0,6nm:n viilein
- optimoitu aallonpituuksille1530- 1565nm (iTU-T G.655)tai
r460-r62s nm (ITU-T G.656)
- epiilineaarisetilmiotminimoitu
2.4 Kuitujenmateriaalitja mekaanisetominaisuudet
valmistettukvartsilasista(SiOr).
kiiytettiiviitoptisetkuidut on pddasiassa
Tiedonsiirrossa
(lyhyetetiiisyydetja kaOptisilta ominaisuuksiltaanvdhemmdnvaativissasovelluksissa
pea siirtokaista)voidaankiiyttii2imyciskuituja, joiden ydin on lasiaja kuori muovia tai
keskitytiiiin kvartsilasistavalmistettuijotka ovat kokonaanmuovia. Tiissiiesityksessai
hin optisiin kuituihin.
ytimen
Tarvittavataitekerroineroytimen ja kuoren viilillii saadaanaikaanseostamalla
(GeOr).
ytimen
Tyypillinen
kuten
germaniumoksidia
lasin sekaansopivaalisdainetta,
o/o
taitekertoimenarvo on 1,46ia taitekerroineron. I tai vdhemmdn.
joka on yleisimKuidun valmistuksenyhteydessiikuitu suojataanensiopridllysteelld,
ja
epiipuhtauksilta
naarmuuntumiselta
lasikuitua
suojaa
min akrylaattia.Ensiopiiiillyste
kuidun jatkokasittelysszi.Yleisin ensiop:irillysteenhalkaisija on 250 pm, mutta myos
esim.halkaisijat400 pm ja 500 prmovat kdytossi.Kuidun tunnistusvdrion pdillysteen
tai muulla suojauspinnassa.Kaapelissaolevatkuidut suojataanvielii toisiopii?illysteellii
tavalla.
Kuidun murtolujuus on suuri, tyypillisesti luokkaa 4-5 GPa.Timd vastaayli 50 N:n
voimaa ja noin 5 %:n venymiiii kuidulla, jonka kuoren halkaisijaon 125 prm.Kuidun
Optiset liityntdverkot
25
a
onnrnen
sekatkeaarikilpalautumatonvenymaalueon kuitenkin hyvin pieni,joten rasitettaessa
lisesti.Kuidun katkeamismekanisminkannalta ovat merkityksekkaitamyos kuidussa
tehtdvenaon
olevatheikot kohdat,kuten mikrohalkeamatja naarmut.Ensiop2iiillysteen
suojatakuitua juuri vdsymistriedistriviltdseikoilta.Kuidun vdsyminentuleeesillesilloin,
kun seuraavatkolme ehtoatziyttyviit yhteiaikaa:
. Kuidussaon mikrohalkeama.
. Kuitu on alttiina kosteudelle.
. Kuituun vaikuttaapitkiiaikainenvetoidnnitvs.
kuidun mahdollisetheikotkohdatkarsitaanpois rasitustestillti
Valmistuksenyhteydessd
tietyllii voimallaja sitdvastaavalla
veeli ns. proof-testilli. Testissiikuitua koerasitetaan
nymiillii. Kiiytettiiviivoimaon selviistipienempikuin kuidun murtolujuus.Tiilloin kuitu
Testinliipiiisseenkuidun elinikii voidaanlaskennalkatkeaaheikonkohdan esiintyessii.
kiiytetyn venymdnja kuidun kdytonaikaisenvenymdn
lisestiennustaa rasitustestissd
perusteella.Kiiytonaikainenvenymd saa olla yleensdenintiiiin 1/3 rasitustestinvenymiistii.Kuvassa2.4 on esitettykuidun elinikiiii koskevialaskennallisiakiiyri?i.Nykyisin
yleisimmin I %:nvenymiiiija 1 s:n rasitusaikaa.
kiiytetiiiinrasitustestissii
20 vuotta
0,4
Kdytonaikainen
venymd,%
30 vuotta
100vuotta
-r----1----r---
v,z
0,4
0,8
1,0
1.2
Rasitustestin
venymd,%
Kuva 2.4. Rasitustestinja ktiytttnaikaisen venymiin vaikutus kuidun elinikiirin.
26
Optiset liityntdverkot
onntnen
Kuvasta2.4 ndkyy, etta I o/o:nvenymiilkirasitustestatunkuidun elinik?ion yli 30 vuotta,
mikiili senkdytonaikainenvenyml on alle 0,3 o/o.
|otta kuitu ei taivutettaessarasittuisi liikaa, puhumattakaanettd sekatkeaisi,on sentaivutuksessatiirkeriii noudattaaminimitaivutussiidettii. Suositeltavakuidun minimitaivutussddeon 30- 40 mm. Taivuttaminenlisiii myoskuidun vaimennusta.|ostaivutussdde
on suuri verrattuna kuidun halkaisijaan (yli 1 mm), puhutaan makrotaipumasta.Kun
kuitua painetaanesim. karheaapintaa vasten,syntyy mikrotaipumia, joissataivutusside on alle 1 mm.
Kuitujen mitat ja niiden toleranssiton miiiiritelty standardeissatarkasti. Oikeat ja riittiiviin tarkat mitat ovat tiirkeitii mm. kuitujen jatkamisenja liittiimisen kannalta. Taulukossa2.2 on tyypillisiZioptistenkuitujen mittoja'
Taulukko2.2, Optistenkuitujen tyypillisiAmittojaja niiden toleransseja,
Ytimenhalkaisija62,5t 3 Pm
Y t i m e ne l l i p t i s y y<s6 %
Kuorenhalkaisiia125t 2 Pm
K u o r e n e l l i p t i s y<y2s%
halkaisija 9,3t 0,5pm (1310nm)
Muotokentiin
3 1,0Um
epiikeskisyys
Muotokentiin
125t 2 pm
Kuorenhalkaisija
<2%
K u o r e ne l l i p t i s y y s
2.5 Kuitujenoptisetominaisuudet
Optisten kuitujen tiirkeimm?itoptiset ominaisuudetovat
r vaimennus (monimuoto- ja yksimuotokuitu)
. kaistanleveys(monimuotokuitu) tai dispersio(yksimuotokuitu)
. raja-aallonpituus(yksimuotokuitu)
r numeerinen aukko (monimuotokuitu).
Taulukossa2.3 on esitetty monimuotokuitujen ja taulukossa 2.4 yksimuotokuitujen
tyypillisiii optisiaominaisuuksia.
Optiset liityntdverkot
27
a
onnrnen
Taulukko 2.3. M onimuot okuitujen tyyp illi si ti optisi a ominaisuuksi a. Vaimennus- j a
kaistanleveysarvot
ovatstandardienEN 50173-1
ia IS?/IEC 1180imukaiset.
Vaimennus,dB/km
8 5 0n m
1 3 0 0n m
Kaistanleveys,MHzxkm
8 5 0n m ( L E D )
850 nm (Laser)
1 3 0 0n m ( L E D
> 200
Eimiiiiritelty
> 500
> 500
> t500
> 2000
> 500
Ei miiiiritelty
> 500
Taulukko2.4. Yksimuotokuituj
en tyypillisidoptisiaominaisuuksiq.
Vaimennus,dB/km
l3l0nm
1 3 1 0 . . . 1 6n2m
5
1 5 5 0n m
< 0,45
Ei mdiritelty
< 0,28
Kromaattinen
dispersio,ps/(nmxkm)
1 2 8 5 . . . 1 3n
3m
0
1530...15n
6m
5
< 0,40
< 0,40
< 0,25
Ei mdiiritelty
Ei miiritelty
< 0,28
Ei mdiiritelty
<0,t...6
< 0,5ps/r/km
2. 5 . 1 Va i m e n n u s
Vaimennustarkoittaa kuidussaetenevdnvalotehonpienenemistd.VaimennuksenyksikkoniikiiytetritindB/km. Vaimennusaiheutuukuidussapdziasiassa
kahdestaseikasta:
absorptiostaja sironnasta.Absorptio tarkoittaakuidussaolevienepripuhtauksien
sekd
infrapuna-alueen(IR) ja ultraviolettialueen(UV) aiheuttamaavalotehonimeytymistii
kuidun materiaaliin.Tiirkeimpidvaimennusta
aiheuttaviaepiipuhtauksia
ovatOH-ionit.
Sirontatarkoittaakuidussaolevienmikroskooppisenpienientaitekerroinerojenaiheuttamaaheijastumistakaikkiin suuntiin. Epdpuhtauksista
ja muustaabsorptiostavapaan
kuidun vaimennuksenalarajamiidriiytyy Ray'eigh-sironnanperusteellaja se on aallonpituudella1550nm n. 0,16dB/km. Kvartsilasista
valmistetussa
kuidussavaimennus
riippuu aallonpituudesta
kuvan 2.5 mukaisesti.
28
Optiset liityntdverkot
a
onnrnen
dB/km
Vaimennus,
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
pm
Aallonpituus,
ja
Kuva2.5.Kvartsilasistavalmistetunkuidun vaimennusaallonpituudenfunktiona
aallonpituusikkunat.
Kuten kuvastak?iyilmi, viilillii 800-1700 nm on alue,jossavaimennuson pieni. Vaimennustalisdiilyhemmillii aallonpituuksillaUV-absorptioja pitemmillii IR-abrsorptio.
eli
kolme aallonpituusaluetta
Tiedonsiirrossaon perinteisestiollut kiiytossiipeiiiasiassa
ikkunaa,jotka ovat
. 850nm alue
. 1310nm alue
. 1550nm alue.
Monimuotokuituja kaytetaan850 nm:n ja 1310nm:n alueilla.Yksimuotokuitujakiiytetzizin1310nm:n ja 1550nm:n alueilla.SuosituksenITU-T G.652.Dmukainen alhaisenvesipiikin yksimuotokuitu mahdollistaakuitenkin myos 1310nm:n ja 1550nm:n
kiiytiin. SuositustenITU-T G.656 mukainen alhaisendisviilisen aallonpituusalueen
persionyksimuotokuitupuolestaanmahdollistaa1550nm:n alueenyliipuolellaolevan
L-alueenkiiyton. L-alueon kuvassa2.5 esitettyviivoitettuna.Koko yksimuotokuitujen
Optiset liityntdverkot
29
a
onnrnen
aallonpituusalue
on jaettu itse asiassavieliikin tarkemmin alueisiin.Nrimd alueetovat
seuraaYat:
O-alue:
E-alue:
S-alue:
C-alue:
L-alue:
(U-alue:
1260- 1360nm
1360- 1460nm
1460- 1530nm
1530- 1565nm
1565- 1625nm
1625- 1675nm)
Vaimennuspiikki 1310nm:n ja 1550nm:n alueidenviilissiion OH -ionistajohtuva ns.
vesipiikki. Alhaisenvesipiikin yksimuotokuidussatiimii piikki on niin alhainen,ettd
kuitua voidaankiiyttiiii myos vesipiikin aallonpituudella.SuosituksenITU-T G.652.D
mukaan vaimennussaaolla alle aallonpituudella1383nm vetyvanhennuksen
jiilkeen
enintiiiin i310 nm:lle miiiiritellyn vaimennuksensuuruinen. Kuvassa2.6 on esitetty
suosituksenITU-T G.652.Dmukaisenalhaisenvesipiikinyksimuotokuidunvaimennus
aallonpituudenfunktiona. Kuvastanrikyviitmyosedelliimainitut alueeto, E, S,C ja L.
Vaimennus
dB/km
0,7
0,5
Kvartsilasille
ominainen
vesipiikki
n?
S-alue
0,1
C-alue L-alue
0,0
1300
1400
1500
'1600
Aallonpituus
nm
Kuva 2.6.Suosituksen
ITU-T G.652.Dmukaisenalhaisenvesipiikinyksimuotokuidun
vaimennus aallonpituudenfunkti ona.
Vaimennustalisddvdtmyos kuidun makrotaipumat(sdde>> I mm) ja mikrotaipumat
(sdde< I mm), vety sekiiradioaktiivinensiiteily.Niimd ovatns. lisdvaimennusta
aiheuttavia tekijoitd,jotka pyritrieinminimoimaan tai eliminoimaankokonaantarkoituksenja oikeilla asennusmenetelmillii.
mukaisillakaapelirakenteilla
30
Optiset liityntdverkot
onnrnen
2.5.2 Yksimuotokuidun
dispersiot
Kromaattinendispersio
Yksimuotokuitujenmerkittiivin dispersioon kromaattistadispersiota,joka puolestaan
ja aaltojohtodispersiosta.
koostuumateriaalidispersiosta
Kromaattistadispersiotasyntyy,
kun valosignaalinsisdltiimiithiukan toisistaanpoikkeavataallonpituudetetenevdteri
nopeuksillakuidussa.Dispersionyksikkdnii on ps/(nmxkm).Dispersionlukuarvo voi
olla negatiivinentai positiivinen.Negatiivinendispersiotarkoittaa,ettii pitemmdrtaallonpituudetetenevdtnopeammin kuin lyhyetja positiivinen dispersiotarkoittaapiiinvastaista.Mitri kapeampion liihetettiiviinvalon spektri,sita vdhemmdnkromaattinen
dispersiovaikuttaa. SuosituksenITU-T G.652mukaisenyksimuotokuidun (SM) dispersioon minimissiiiin aallonpituuden1310nm kohdalla.Taitekerroinprofiiliamuuttamalla voidaandispersionminimikohta siirtiiii 1550nm:n alueelle,jossaon kvartsilasin
vaimennusminimi.Tiillainenkuitu on esim.suosituksenITU-T G.655mukainen alhaisen dispersionkuitu (NZDS-kuitu).Kromaattinendispersioon kuidun materiaaliominaisuus,eikii senarvo kiiytiinnossdmuutu kaapelointiprosessin
aikana.Taulukossa2.4
on tyypillisi:i kromaattisendispersionarvoja erityyppisilleyksimuotokuiduilleja eri
Kuvassa2.7 on havainnollistettu,miten kromaattimen dispersio
aallonpituusalueilla.
leventiiiiyksimuotokuidussa
kulkeviavalopulsseja.
Kuvassanrikyy myosvaimennuksen
vaikutus.
LZihetetttivdit
pulssit
Pulssitlevenevdt,pyoristyvait
ja vaimenevatedetessddn
yksimuotokuidussa
u
il
t]
ll
-Jt]LIL]t
%
Vastaanotettavat
pulssit
AAAA
)UUUI
Kuva2.7.KromaattinendisDersio
aiheuttaavaloDulssien
levenemistii.
Polqrisaatiomuotodispersio (PMD)
Yksimuotokuidussaesiintyy kromaattisendispersionlisiiksi myris toinen dispersion
muoto: polarisaatiomuotodispersio.
Teimii dispersionmuoto johtuu siitd, ettd valo
kahdessaeri polarisaatiomuodossa.
eteneeyksimuotokuidussa
Eri polarisaatiomuodoisvalonsdteen
komponenteilla
hiukan
saetenevilld
on
erisuuruisetnopeudet,mikii niikyy
kulkuaikaeroinaeli dispersiona(kuva2.8)Polarisaatiomuotodispersion
suuruusriippuu
ja
kuidun geometriastaja mekaanisistajrinnitystiloista.Niiin ollen kaapelirakenteella
kaapeliinkohdistuvillarasituksillaon oma vaikutuksensapolarisaatiodispersion
esiintymiseenja sensuuruuteen.Ilmio on luonteeltaantilastollinen,ioten senluonnehdinta
Optiset liityntdverkot
3l
a
onnrnen
ja mittaaminen on vaikeahkoa.Polarisaatiomuotodispersio
on pienempridkuin kromaattinendispersio,ja sillii alkaayleensdolla merkitystii analogisessa
kaapeli-TV-siirrossasekd digitaalisessa
tiedonsiirrossa,kun siirtonopeudetovat luokkaa 2,5 Gbit/s
tai enemmdnja siirtoetdisyysyli 50 km. Polarisaatiomuotodispersion
tulee olla alle
0,2ps/r/km.
(x-suuntaja y-suunta)etenevilldvalonsiiteen
Kuva 2.8.Eri polarisaatiomuodoissa
komponenteilla
on hiukanerisuuruiset
jota
nopeudet.
Tiimdaiheuttaakulkuaikaeroa,
kutsutaan p olarisaatiomuot odispersioksi.
2.5.3 Epiilineaariset
ilmitit
Yksimuotokuidussasiirrettdvdn optisen signaaliin tehotasonkasvaessaalkaa myos
epiilineaarisillailmicjillii olla merkitystd.Suuriatehotasojakiiytetiiiinpitkilla yhteyksillii,
ja ne saadaanaikaan optisia vahvistimia kiiyttden. Kun signaali voidaan vahvistaa
optisestimaiiirdvdlein,
saavutetaan
helpostihyvin pitkiii yhteyksiii.Epiilineaariset
ilmiot
on kuitenkin samallahallittavariittdviin hyvin.
Epiilineaariset
ilmiot johtuvatvalosignaalinsisiiltdmienfotonienja lasinviilisestdvuorovaikutuksestaatomitasolla.Niiiden ilmiciiden tdydellinenymmd.rtdminenedellyttiiii
kvanttimekaniikantuntemusta.
Merkittiivimmeitepiilineaarisetilmiot ovat seuraavat:
. Raman-sironta(StimulatedRamanScattering,SRS)
. Brillouin-sironta(StimulatedBrillouin Scattering,SBS)
. neljeinaallonsekoitus(Four-WaveMixing, FWM)
. itseisvaihemodulaatio
(Self-Phase
Modulation,SPM).
32
Optiset liityntdverkot
a
onnlnen
(DWDM), jossakiiytetyt aallonNailla on merkitystihedssdaallonpituuskanavoinnissa
pituudet ovat liihellii toisiaan(jopa 0,6 nm:n vdlein).Esim. hallitsematonneljrinaallon
sekoitusvoi aiheuttaatiedonsiirtoahdiritsevid"haamuja"kdytossiiolevilleaallonpituuskanaville.
Epiilineaarisetilmicit eiviit ole optisenkuidun valmistusvirheitd,vaan ne liittyviit valon ja veiliaineen(kvartsi) mukaiseenvuorovaikutukseentunnettujen luonnonlakien
mukaisesti.Niillii on merkitystdyleensiivain hyvin pitkillii yhteyksillii,joilla on suuri
kapasiteetti(yli 10 Gbit/s)ja joilla kriytetiiiintiherii aallonpituuskanavointia.
Ilmiot otetaan huomioonia hallitaanoikeallaiiiriestelmiisuunnittelulla.
2.5.4 Yksimuotokuidunraja-aallonpituus
Yksimuotokuidunraja-aallonpituus
on aallonpituus,jota pienemmiilliiaallonpituudella
valo ei etene kuidussayksimuotoisesti,vaan esiintyy useitamuotoja.Yksimuotokuitu muuttuu ikiiiin kuin monimuotokuiduksiraja-aallonpituuttapienemmilldaallonpituuksilla.On tiirkeiiii,ettii kiiytetyn kuidun raja-aallonpituus
on selviistipienempikuin
kuidussakriytettiiviinvalon aallonpituus.
kiiytettiiviinkuidun raja-aallonpituudenon olHllntiikuiduissaja kytkentiikaapeleissa
jonkin
pienempi
kuin
varsinaisessa
verran
kaapelissakiiytettiiviinkuidun. Tiimii
tava
johtuu siitai,ettii kuidun ptiiistiip?iiihiinniikyvii raja-aallonpituusriippuu myos kuidun
pituudet ovat tyypillisestivain muupituudesta.Hiintiikuitujenja kytkent:ikaapeleiden
tamia metrejii.
2.5.5 Monimuotokuidunkaistanleveys
tarkoitetaansiind siirrettdvdnsignaalinsuurinta
Monimuotokuidun kaistanleveydellii
mahdollista taajuutta tietyll2i matkalla. Kaistanleveysriippuu kiiytettiiviistii aallonpituudestaja se ilmoitetaanyksikossi MHz x km. |os esimerkiksiOMl-monimuotokuidun kaistanleveydeksiilmoitetaan 200 MHz x km aallonpituudella850 nm,
tarkoittaase,ettd suurin siirrettdvdtaajuuskilometrin matkallaon 200MHz. |os matka
pieneneepuoleeneli 500 m:iin, kasvaasuurin taajuusvastaavastikaksinkertaiseksieli
on siis sekdsuurintasiirtonopeuttaettzietiiisyyttdrajoitta400 MHz:iin. Kaistanleveys
johtuu monimuotokuidullamuotodispersiosta
eli eri
va tekijd.Rajallinenkaistanleveys
muotojenkulkuaikaeroistasekiikromaattisestadispersiosta.
Kuva 2.9 valaiseekaistanleveydenkiisitettii.
Optiset liityntdverkot
33
a
onntnen
Liihetettiiviit
pulssit
T
<->T
Pulssitlevenevait,pydristyvait
ja vaimenevatedetessddn
monimuotokuidussa.
Vastaanotettavat
pulssit
/nry\
fllft
T = Kahdenperdkkdisen
oulssinvdlinenaika
Jos pulssitlevenevdtliikaa,
niitdei voi erottaatoisistaan.
Ajan T on oltavariittdvdnsuuri,jotta pulssienleveneminenei olisi haitallista
Tiimti tarkoittaa,ettd pulssientoistotaajuus(f = 1/T)ei saa olla liiansuuri.
Kaistanleveys
kuvaatdtd suurintamahdollistatoistotaajuutta.
Valopulssitmenettdvdttehoaanedetessddnkuidussa.
yksikkdndon dB.
Tiitii kutsutaanvaimennukseksi.
Vaimennuksen
Kuva 2.9.Monimuotokuidunkaistanleveyden
mridritelmd.
2.5.5 Numeerinen
aukko
Monimuotokuidulle ilmoitetaan yleensiimyos numeerinenaukko NA. Seon m?iliritelty
luvussa2.2. Numeerisellaaukollaon merkitystdvalon kytkeytymisessdkuituun jaytimiltiiiin erikokoistenmonimuotokuituieniatkamisessa
toisiinsa.
34
Optiset liityntdverkot
onnrnen
3 0ptiset kaapeliteli valokaapelit
3.1 Kaapelirakenteet
Kaapelirakenteen
tehtdvdndon suojatakuituja kaikenlaisiltarasituksiltavalmistuksen,
kuljetuksen,varastoinnin,asennuksenja kiiyton aikana.Tavoitteenaon rakenne,jolla
turvataankuitujen siirto-ominaisuudetkoko kaapelinarvioidun eliniiin ajan,jopa 30
on oltavahelpostiasennettava,
sopiva
vuotta. Lisdksikaapelirakenteen
materiaaleiltaan
ja taloudellisestiedullinen.Kaapelirakenteen
ja
suunnittelussa valinnassaon niiin ollen
otettavahuomioonhyvin monenlaisiavaatimuksia.
perusteellajakaa seuraaviinosiin:
Valokaapelivoidaanrakenteensa
. kuidut ja niiden suojaus
. kaapelinsydiinrakenne
r veto- ja lujite-elementti
. tdyteaine
r vaippa.
3.1.1Kuidutja niidensuoiaus
ensiopiiiillysteellii.
Kuidut suojataanjo valmistusvaiheessa
Materiaalinakiiytetiiiinyleisestiakrylaattia.Ensiopiiiillysteon tiukasti kiinni kuidussaja suojaasitd naarmuuntumiseltaja kosteudelta.Piiiillysteenon kuitenkin oltavasamallahelpostiirrotettavissa
ensiop2iiilkuidun jatkamistavarten.Kuidun tunnistamiseenkaiytettiiviiv?irjiiystehdeiain
kuidun halkaisijaon tyypillisesti245t 10 prm.
lysteenpintaan.Ensiopiiiillystetyn
paVedynja kosteudenpiidsykuituun voidaanestddja kuidun vdsymisominaisuuksia
hermeettistiikuitua. Hermeettisessii
kuidussakuorenpiiiillii on ohut
rantaakiiyttiimZill2i
hiili- tai metallikerros.Tyypillisiasovelluksiaovat merikaapelit.
lisdksi toisiopiiiillystettdtai muuta toiKuidun lisdsuojanakdytetddnensiopZi2illysteen
Toisiop2iiillyste
voi olla tiukka tai viiljii. Tiukka piiiillysteon suoraanensiosuojausta.
Tyypillinen
kiinni olevayksi- tai kaksikerroksinenpolymeeripi?illyste.
siopririllysteessii
jonka
sisrilld'on yksi tai useampi
halkaisijaon 900 pm. V2ilj?ip2iiillysteon muoviputki,
kuitu. Putkenhalkaisijaon2-3 mm. Tiukkaa javdijddtoisiopiiiillysensiopddllysteinen
kaapekerratuissavalokaapelirakenteissa.
Ontelorakenteessa
tettii kiiytetzidnpddasiassa
Kuvassa
lisydiimenmuodostavaputki toimii samallamyosviiljiinii toisio-piiaillysteenii.
3.1on esitettyeri pii2illystetyypit.
Optiset liityntdverkot
35
a
onnrnen
Vtiljeitoisioptirillyste
Ensicipddllyste
Tiukka
toisiopddllyste
O@
o o-o
2-3mm
ja vriljritoisiopiiiillyste.
Kuva 3.L Ensi1ptidllyste,
tiukka toisiopriiillyste
Urarunkorakenteessa
on toisiosuojausmahdollista ilman putkea. Ensiop2iiillystetyt
kuidut sijaitsevat
viiljiisti urarunkorakenteenurissaja ovatniissdhyvin suojattuina.
Kuitunauhassaensiopiiiillystetytkuidut ovat vieri vieressdja kiinni toisissaan.Kuidut
ovat normaaleita250 prmhalkaisijanensiopiiiillystettyjii
tai erityisiii nauhasovelluksiin
tarkoitettujaohutpiiiillysteisiii
kuituja,joiden halkaisijaon vain 180- 200 pm. Nauhavoi
ollaympiiriliimattu, teippituettutai reunaliimattu.Kuitunauhassa
voi olla2- 24 kuitua.
Kuvassa3.2on kaksi esimerkkiiikuitunauhoista.
Ensiopddllyste
Nauhapdaillyste
t 0,4mm
+0,25mm
V
V
|
|
1 , 1m m
kuitunauha
a) Ympairiliimattu
1 , 0m m
b) Reunaliimattu
kuitunauha
Kuva 3.2. Ympdriliimattu(a)ja reunaliimattu(b) kuitunauha.
36
Optiset liityntdverkot
onnlnen
4 Optisetliittiimistarvikkeet
ja muut passiiviset
rakenneosat
seki mekaaniset
rakenteet
4.1 Optiset liittimet
4.1.1 Liittimien keskeisetominaisuudet
Optisia liittimiii kiiytetiiiin siellii,missii liitos joudutaan toistuvastitai ajoittain avaamaan ja sulkemaan.Tiillaisiakayttdkohteitaovat optisetpeiiitepaneelit
ja optisetjakamot, siirtolaitteet,mittalaitteetsekasiirrettaydtjiirjestelmrit.
Optinen liitin edustaaverkossaaina epiijatkuvuuskohtaa
ja se on tiiten mahdollinen
vikakohta. Optisen liittimen oikea valinta, asennusja k?isittelyovat ndin ollen tiirkeitii seikkojaverkon luotettavantoiminnan kannalta.Optisellaliittimellii ei p?iiistiiyhtti
hyviin optisiin ominaisuuksiinkuin hitsausjatkoksella,
mutta riittiivln hyviin suoritusarvoihinpiiiistiiainoikeaaliitintii oikein kiiyttiien.
Hyviill?ioptisellaliittimelle on seuraavatominaisuudet:
. pieni liitosvaimennus
. suuri heijastusvaimennus
' hyvd stabiilius
' hyv?itoistettavuus.
Liitosvaimennuksella
tarkoitetaansitdtehohiiviotii,joka liitoskohdassa
tapahtuu.Trimiin
tulisi olla mahdollisimmanpieni.Liitosvaimennukseen
vaikuttavatmonettekijdt,kuten
liitinpii2in hionnan laatu, kohdistustarkkuus,kuitujen geometriaja puhtaus.Hyviin
optisenliittimen liitosvaimennuson tyypillisestialle 0,3 dB sekdyksimuoto-ettd monimuotokuiduilla.
Heijastusvaimennus
ilmoittaa, kuinka hyvin valotehokip?iisee
liitoksen heijastumatta
liitosrajapinnastatakaisin paluusuuntaan.Mitd suurempi lukuarvo heijastusvaimen(dB) ilmaistuna, sitziparempi on liitos. Heijastusvaimennuknuksellaon desibeleisse
seenvaikuttavatmm. liitinpiiiin laatu ja puhtaus.Yleisimpiin televerkonja lahiverkon
sovelluksiinvaadittavaheijastusvaimennus
on yli 40 dB. Liian pieni heijastusvaimennus
voi aiheuttaasiirtovirheitii.Liitoksestaheijastunutsignaalivoi nimittdin heijastuauudestaanmyotdsuuntaantoisestaliitoksestaja niiin syntynyt "haamusignaali"voi hiiiritd
tiilloin varsinaistasignaalia.Heijastunutsignaalivoi myos aiheuttaatietyntyyppisissd
laserliihettimissiihriirioitii liihettimeenpalatessaan.
Tdstii syystiitietyissiierikoissovelluksissa(esim.kaapeli-Tv) voidaankin vaatiajopa yli 60 dB:n heijastusvaimennusta.
56
Optiset liityntdverkot
onnrnen
krisitteitd.
Kuva4.1valaiseeliitosvaimennuksenia heiiastusvaimennuksen
Kuituliitos
Optinenkuitu
kuitu
Optinen
Liitokseentulevaoptinenteho P;
----------------
Liitoksen ldipiiissytoptinen teho P,
Liitoksestaheijastuvaoptinenteho R
RL = 10 lg (Pi/ P,) dB
Heijastusvaimennus
lL = 10 lg (P,/ P, ) dB
Liitosvaimennus
ja heijastusvaimennus.
Kuva 4.1.Liitosvaimennus
Hyvii stabiilius tarkoittaa, ett?i liitosvaimennus ja heijastusvaimennus pysyviit
esim. tietyllti liimpotilamahdollisimman muuttumattomina kiiyttoympZiristossiiiin
ominaisuudet.Toistettavuudelalueella.Stabiiliuteenvaikuttavatliittimen rakenteelliset
la tarkoitetaanmahdollisuuttariittiiv?inmoneen(tyypillisesti500)liitoksenavaamiseen
ja heijastusvaimennus)
ja sulkemiseen
ilman, ettii optisetominaisuudet(liitosvaimennus
on tiirkeiiii, ettii
luotettavuuden
kannalta
muuttuvat sallittua enemman. Liitoksen
liittimeen voidaankiinnittiiii kuitu siten,ettii kuituun kohdistuvakohtuullinen veto ei
aiheutamerkittavdiiliitosvaimennuksenkasvua,puhumattakaanliitoksen aukeamisesta. T?imiion ns. pull proof -vaatimus.
Optinen liitos muodostuuyleensdkahdestaliittimestii, jotka on kohdistettuja lukittu
paikoilleen liitinadapterin avulla. Kaikkia edellii mainittuja ominaisuuksiaonkin
liitoksenkokonaisuudenkannalta,jolloin itseliittimien lisiiksimyosliitintarkasteltava
adapterinlaatukriteerit ovat merkittiiviii.
Yleisin liittimen perusrakenneon holkkiliitin. Holkkiliittimessii kuidun piiii liimataan
pienen reiiillisen holkin eli ferrulen sisiiiin. Kuituliitos syntyy, kun kaksi tiillaista holkkaiytetdiinadapteria,
kia kohdistetaantoisiinsaja lukitaan paikoilleen.Kohdistuksessa
jonka sisiilliiolevakohdistusputkiohjaaferrulet vastakkainja kohdalleen.Periaateon
esitettykuvassa4.2. Kaikki yleisimmdt nykyiset liittimet, esim. SC, MU ja LC' ovat
holkkiliittimi?i.
perusrakenteeltaan
Optiset liityntdverkot
57
onntnen
Keraaminenholkkieli eli "ferrule"
Kuva 4.2.Holkkiliittimenperusrakenne.
Luotettavanliitoksen saavuttamiseksiferrulen piiii hiotaan hieman kuperaksi.Tiilki
varmistetaankuidunpiiidenvdlinen fyysinenkosketus.TiitZihiontatapaakutsutaankin
PC-hionnaksi(PC = PhysicalContact).Ferrule on materiaaliltaanyleensatdyskeraaminen' Monimuototekniikassaesiintyymyosmuovi- ja teriisferruleita.Td.yskeraamiset,
esim. zirkoniumoksidistavalmistetut ferrulet ovat suositeltavimpia,
koska niiden mekaanisetominaisuudetja hiontaominaisuudetovat parempiakuin muiden ferruleiden.
Senmukaan,miten ferrulenpeiiion hiottu, miiiiritelliirinseuraavathiontatavat:
' PC-hionta.Tiimii niin sanottutavallinenPC-hiontaoli aikoinaanyleisin
hiontatapa.Saavutettava
heijastusvaimennus
on > 30 dB. Nvkviiiin eniiii
harvoin tyydytiiiin tiihiin hiontatapaan.
' SuperPC-hionta
eli SPC.SPC-hionnassa
saavutetaan
hienompihionnan laatu
useammallahiontavaiheella.
Heijastusvaimennus
on > 40 dB.
. ultraPC-hiontaeli uPC. UPc-hionnassaon viimeinen hiontavaihespchiontaavaativampi.Ndin saavutetaan
heijastusvaimennus
> 50 dB. Nykyisin
yksimuotokuituliittimilthvaaditaanyleensiiUpC_hionta.
' Vino hionta eli AnglePC(APC) tai SlantPC. Ferrulenpiiii on hiottu hieman
vinosti (esim.8 astetta).Tiill?itavallasaavutetaan
yli 60 dB:n heijastusvaimennus.
Ferrulenhionnanlaadullaon aivankeskeinen
merkitysliitoksensuorituskyvynkannalta.
Hionnan laatuaarvioidaanyleensiiSPC-ja UPC-hionnassakolmellatunnusluvulla.Ne
ovatseuraavat:
. Hionnan kaarevuussdde.
Trimiin tuleeolla 10- 25 mm.
. Hionnan huipun eprikeskisyys.
Hionnan huippukohdanja ferrulenkeskiakselinviilinen etiiisyyssaaolla enintddn50 um.
. Kuidun uppouma.Tdmd saaolla enintziiin0,05prm.
Kuvassa4.3 on havainnollistettuhionnan tunnuslukuia.
58
Optiset Iiityntdverkot
onnlnen
*tr
<50pm
< 0,05pm
Klw
|
jl
uppouma
Kuidun
Hionnanepakeskisyys
Hionnankaarevuussade
Kuva4.3.Hionnantunnusluvut.
Edellii mainittujen vaatimustenlisiiksi hiontajiiljentulee olla kaikin puolin puhdasja
sileii.Laadukkaanhionnan tekeminenedellyttiiiierityisenhiontalaitteenkiiyttoii. SPCja erikoislaitteilla,
ja UpC-hiontaovatkin mahdollisiatehddvain hallituissaolosuhteissa
Hionnan laatuavoidaantarkastellaesim.interferometrinavulla.
ei tyomaaolosuhteissa.
paljaallasilmiillii tai edessuurennuslasinavulla hionnan laatua ei voida arvioida luotettavasti.Kuvassa4.4 on esimerkki interferometrillamitatustahyvdksyttavestaliittimestd.
"T
r l"..t
ji,_-] t-i--J
_tol ll
$blll
t
.du&thr
r ''r--
ri-
-
rfif
s*'
n6-
Hdlm)
PscB.drldr
13E
&,0m)
6e-
[email protected]@kal
*fi ?i 'oi 4.
rd
reFelmr
0@E
c,,l
Kuva 4.4.Interferometrilldmitatun hyviiksyttriviinliittimen hionta-arvot'
Liittimen ferrulella on siis keskeinenrooli suorituskykyisenja luotettavanliitoksen
sensuhteen,
Liitinrunko ja liitinadapteripuolestaanovat avainasemassa
syntymisessii.
miten hyvin kaksi toisiinsakohdistettuaferruleapysyykohdallaan.Liitinrungon tulee
olla riitiriviin lujarakenteinenja kuidun tai yksikuituisenkaapelinkiinnitys siihen tulee olla helpostija luotettavastitehtavissa.Erittiiin tiirkediion myds vedonpoistoja ns'
pull proof -vaatimus,jonka mukaan liitos ei saa aueta,kun liittimeen kiinnitetystii
Luup.lirtu vedetdiinkohtuuvoimalla.Liittimen hinnasta suurimman osan muodostaa
on kehitelty.Yksi mahdollisesti
ferrulenhinta,joten uusiahalvempiaferrulemateriaaleja
Optiset liityntdverkot
59
a
onnlnen
yleistyvtityyppi on lasikeraaminenferrule, joka on suorituskyvyltaanvastaayakuin
nykyisin yleisestikiiytetty zirkonium, mutta on hinnaltaan edullisempi.
Adapterin tehtavaon kohdistaa ferrulet kuidunpiiineen yhteen ja pitdd liittimet luotettavastipaikoillaan.Kohdistuksessa
on kohdistusputkellatiirkeri merkitys. Keraamiset
kohdistusputketovatmetallisiasuositeltavampia.
4.a.2 Yleisimmitliitintyypit
Yleisinliitintyyppi niin yksimuoto-kuin monimuototekniikassakinon SC-liitin (kuva
4.5). Sc-liitin on alun perin |apanissa(NTT) kehitetty holkkiliitin. Liitinrunko on
muoviaja poikkileikkausmuodoltaan
nelikulmainen.Liitin lukittuu kielekkeidenavulla. Kytkeminenja avaaminensujuvathelposti tyontiimiill2ija vetiimiillii. SC-liittimen
holkki eli ferrule ja SC-adapterin(kuva 4.5) kohdistusputkiovat kelluvia,joten liitintai adapterirungoteiviit ohjaakohdistusta,vaan se tapahtuuvapaasti.Liittimien jousivoimat pitiiviit kytkettyjen liittimien ferrulet toisiaanvastenkiinni sopivallavoimalla.
Ferrulenhalkaisiiaon 2.5mm.
Kuva 4.5.SC-liitinja SC-adapteri.
Yleisimmin SC-liittimen ferrule on yksimuotokuiduilla UPC-hiottu ja monimuotokuidulla SPC-hiottu.HyviilaatuisenSC-liittimen ferrule on tdyskeraaminen(zirkoniumoksidi).
TyypillisiehyviilaatuisenSCliittimen ominaisuuksiaovatseuraavat:
liitosvaimennus:( 0,2 dB
I
heijastusvaimennus:
> 50 dB
I
stabiilius:vaimennusmuutos< 0,2 dB
toistettavuus:> 500kytkentdkertaa
ferrulenhionta:hionnan kaarevuussdde
10- 25 mm;
< 50 pm; kuidun uppouma< 0,05pm
hionnan epiikeskisyys
ferrulenmateriaali:keraaminen(zirkonia)
adapterinkohdistusputki:keraaminen(zirkonia)tai pronssinen
liitinrungon vdri: SM - sininen,SM/APC- vihred,MM - beige.
60
Optiset liityntdverkot
a
onnlnen
FCJiittimen, joka oli pitkiiiin yleisin
SC-liitin on syrj?iytt?inyt
valokaapeliasennuksissa
runko
liitintyyppi. SensijaanmittalaitteissaFCliitin on edelleenkiiytossri.FCliittimen
Myos
kiristiimZillii.
avulla
kierteiden
on metallia tai muovia ja se lukitaan paikoilleen
ja
ne
ovat
FC-liittimet ovat pC-hiottuja.SekiiSC- ettii FC-liitin on kehitetty ]apanissa
yhteen
ferruleiltaanyhteensopiviakeskeniiiin.TaitenSC- ja FCliitin voidaan liittdai
kiiyttiien.
SC-FC-vaihtoadapteria
ja
MUliitin (kuva4.6)on myosalun perin |apaninNTT:n kehittamZi senominaisuudet
ja suorituskykyovat SC-liittimen kaltaiset.Erona on kuitenkin puolta pienempikoko'
halkaisija
nau-lii ,i-"st2i niikyykin toisinaankaytettavennimitystii mini-SC' Ferrulen
on MUliittimessd 1,25mm.
koko ja
LCliitin (kuva 4.6) on alun perin Yhdysvalloissa(Lucent)kehitetty liitin' sen
on
suorituskykyon samaluokkaa kuin MU-liittimelld, mutta sen lukitusmekanismi
parikaapeloinnissa
kuin
samanlainen
on
erilainen. LC-liittimen lukitusmekanismi
painamalla
kdytettiiviissa Rl4s-liittimessd. Liitin kytketiitin tyontiimiillii ja avataan
liiitimen lukitussalpaakohti liitinrunkoa ja vet?imiillii'
Form Factor)'
MU-liitin ja LC-liitin edustavatniin sanottujaSFF-liittimiii (SFF=Small
esim'
asennustiheys
suuri
N?iidenpienikokoistenliittimien etunaon niill?i saavutettava
tai optisessasiirtolaitteessa'
piiiitepaneelissa
optisessa
a)
D)
Kuva4.6.MU-liitin (a) ia LC-liitin (b).
24-kuituiset
Kuitunauhoilleon olemassaomat liitintyyppinsri,joilla voidaanliittaa 2jopa 80
joilla
samanaikaisesti
saadaan
liittimia,
kehitetty
nauhattoisiinsa.]apanissaon
nauhaliitinmoduulista'
16-kuituisesta
kuitua liitetty?iyhteen.Liitin koostuuviidestd
Optiset liityntd'verkot
6l
onntnen
4.1.3 Hintiikuidut, hdntiikaapelitja kytkentdkaapelit
Hiintiikuituja kriytetiibnoptisenkaapelinkuitujen p[dttiimiseenpribtepaneelissa
tai tyopisterasiassa.
Ne ovattyypillisesti I,5 tai2 m:n pituisiatiukkapiiiillysteisid(900pm) kuituja,joiden toisessapiiiissiion optinenliitin. Niiillii pituuksillavarmistetaanriittrivii tyovarahzint:ikuitujenja kaapelinkuitujen vrilistiijatkamistavarten.Jostarvitaanerityistei
suojausta,kuitu voi olla vahvistettuaramidikuiduillaja muovivaipalla(halkaislla2-3
mm). Hiintiikuidun toinenpiiii jatketaanpii;itettiivzin
kaapelinkuituun ja toisessa
piiiissii
jakamon
oleva liitin kytketiirin
tai piiiitepaneelinadapteriinliitinkentiin siszipuolella.
|atkaminentehdiiiinjoko hitsaamallatai mekaanistajatkostakriyttiien.Suositeltavampi
tapaon hitsaaminen.fatkossijoitetaanpdiitepaneelin
tai -kotelonsisiillejatkoslevylletai
vastaavalle
kiinnitysalustalle.Kuvassa4.7 on esimerkkejiihiintiikuiduista.
Kuva 4.7.Esimerkkej
ii SC-hdnthkuiduista.
(ulko)kaapelion kiiyttririns. hiintiikaapeleita.
Toinen tapa pairittriai
Hiintdkaapelissa
on
(esim.
useitakuituja
6...48kpl) kaapeloituina
samankaapelivaipan
alleja kaapelintoinen piiii on varustettuliittimin. Liitinpiiii kytketiiiin piiiitekoteloon,-paneeliintai jakamon Iiitinkenttiiiin javapaapriiijatketaansisiijatkoskotelossa
varsinaiseen
piiiitettriviidn
kaapeliin.
Hiintiikaapeleidenkriytossii varsinkin ulkokaapeleitapiiritettriessdvoidaan nrihdd
seuraaviaetuja:
. Tyon sddsto.Ulkokaapeleitapdiitettiiessd
vziltytridnj:iykkien ulkokaapeleiden
asentamiselta
mahdollisestiahtaisiinsisdtiloihin.lakamoidenvzilisessii
sisiikaapeloinnissa
kuitujen jatkoskohtiaon ainakin yksi vzihemmiin.
. Helpompipiiiittiimistyo.Kuitujenjatkamistyoja kaapeleidenkiisittelyon
mahdollistatehdriviiljemmissiitiloissa.
. Paloturvallisuus,Ulkokaapelimuutetaanpaloturvalliseksisisiikaapeliksi
heti
sisddntulonyhteydessd.
62
Optiset liityntdverkot
onnlnen
on metallielementtejii.
, ylijrinniteriskienminimointi, jos ulkokaapelissa
. jakamoidenpuhtaus.viiltytiiiin ulkokaapelintdyterasvantai -geelin
aiheuttamaltalikaantumiselta'
ja kaapeli
Hdntiikaapelinrakennevoi olla esim.urarunko-, kerrattu tai ontelorakenne,
miiiiriiytyy
Kaapelin
nimellispituus
voi tarpeenmukaan olla sisri-tai sisii-/ulkokaapeli.
mukaan.Kaapelivoi olla kiepill?itai puolattunakelalle'Markkinoilla
asennuskohteen
Kuon myoskaapeleita,jossakoko paneelion valmiiksi asennettunakaapelinpritihin'
vassa4.8 on esimerkkejaihtintiikaapeleista'
Kuva 4.8. HdntiikaaPeleita.
KytkentiiAktiivilaitteet kytketiirin jakamoissa kaapelointiin kytkentdkaapeleilla.
jakamoissa.
Kytkentiikaapelit-on
ristikytkentoihin
optisiin
kaapeleitakaytetaanmyos
yleensiiyksivarustettuliittimin molemmistapiiistriiin,ja niisslikiiytettiivdtkaapelitovat
ja
aramidikuiduilla
tai useampikuituisiatiukkapa2iiysteisilliikuiduilla varustettuja
Yksikuituisenkaapelinhalkaisijaon
vahvistettujamuovivaippaisiaasennuskaapeleita.
tyypillisesti2-3 mm.
pdissl olevatliittimet valitaan tarpeen mukaan. Ristikytkennoissii
Kytkentaikaapelin
piiissii,mutta
oaneelientailiitinkenttien viilillli on useinsamanlainenliitin molemmissa
voi olla tarvettaerilaisiinliittimiin'
kytkentdkaapeleissa
iaiteliitiinnoissiikriytettdvissii
Kuvassa 4.9 on esimerkkejii kytkentiikaapeleista'
Optiset liityntdverkot
63
onnlnen
j ii kytkentrikaapeleista.
Kuva 4.9. Esimerkke
H?int?ikuitujaja kytkentiikaapeleitavalittaessatulisi kiinnittiiii huomiota seuraaviin
seikkoihin:
. liitintyyppi ja liittimen suorituskyky
. kuitutyyppi ja kuidun vaatimukset
. kuitumii?irii
r pituus
. kytkentlikaapelinmateriaalitja mekaanisetominaisuudet
. tarvittavat merkinniit
4,2 Muut passiiviset
optisetkomponentit
Optistenliittimien lis?iksitietoliikenneverkoissa
voidaantarvita mydsmuita passiivisia
komponentteja.Niitli ovatmm. seuraavat:
r jaottimet ja haaroittimet
. vaimentimet
' kytkimet
. WDM-komponentit.
|aotin on passiivinenkomponentti,joka jakaayhdenkuidun valotehonyhti suurinaosina kahteentai useampaankuituun. |aottimenjakosuhdeilmoitetaanyleensdmuodossa
1:N. Kun tehoajaetaan,syntyy luonnollisestivaimennusta.faottimia kdytetiiiin esim.
ja passiivisissa
kaapeli-TV-verkoissa
optisissaverkoissa(PON).Yleisimmiitjakosuhteet
ja vastaavatvaimennuksetovattaulukontaulukon4.1mukaiset.
64
Optiset liityntdverkot