Włókna światłowodowe - teoria i praktyka

Instalacja światłowodowa umożliwia przesyłanie danych w postaci sygnałów świetlnych – tzw. modów. Instalacja światłowodowa jest jednym z podstawowych składników szerokopasmowej sieci internetowej i umożliwia szybki i niezawodny przesył danych, a także zapewnia bardzo dobrą jakość połączenia wideo i audio.

Budowa włókna światłowodowego

Mody świetlne, odpowiedzialne za transmisję optyczną, propagowane są przez rdzeń światłowody, który jest podstawowym elementem włókna. Średnica rdzenia przedstawiana jest przy pomocy jednej z następujących wartości:

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

Włókna światłowodowe – podstawowe rodzaje

Światłowody wielomodowe to takie, w których od płaszczyzny „rdzeń/bufor” jest jednocześnie odbijanych wiele promieni świetlnych zwanych modami. Mody te zakłócają się wzajemnie, a w miejscu odbicia następuje absorpcja energii takiego modu świetlnego. Światłowody wielomodowe wykorzystywane są komercyjnie ze względu na ten rodzaj dyspersji włókna.

Rozmiar rdzenia światłowodu jednomodowego jest znacznie mniejszy i wynosi 9 mikronów, a wzdłuż jego osi propagowany jest tylko jeden promień świetlny. Powoduje to, że dyspersja modowa nie występuje. W takich warunkach promień może pokonać dużo większe odległości aniżeli w przypadku włókien wielomodowych. Przez tę właściwość włókna jednomodowe znalazły zastosowanie w telekomunikacji, gdzie odległości pomiędzy urządzeniami wynoszą nawet 100km. Jednak zjawisko dyspersji polaryzacyjnej (chromatycznej ) zachodzi zawsze i występuje również w tego typu włóknach.

Odległości transmisji we włóknach światłowodowych

W przypadku telekominikacji długodystansowej, jak przedstawiono w tabeli, odległośc graniczna wynosi nawet 100km. Natomiast dla włókien jednomodowych nie jest to już tak oczywiste – w okablowaniu strukturalnym powszechnie uznaje się 2000m.

Typy włókien jednomodowych

W ramach danego typu włókna możemy wyróżnić podrodziny (oznaczone literami), dla których dyspersja czy tłumienność przyjmują różne wartości. Główne założenia wskazujące właściwości włokien dla poszczególnych typów, przedstawiono poniżej:

Okna transmisyjne

Światło w zakresie niewidzialnym dla ludzkiego oka ma dłuższe fale niż światło widzialne, zwykle około 850, 1300 i 1550 nm. Właśnie taka długość fal używana jest do transmisji światłowodowych ponieważ tłumienie włókna jest wtedy znacznie mniejsze. Na tłumienie we włóknie szklanym mają również wpływ czynniki takie jak absorpcja (energii) oraz rozpraszanie.

To światło odbijające się od atomów lub cząsteczek znajdujących się w szkle powoduje tłumienie/rozpraszanie i powiązane jest to z długością fal. Im dłuższe fale tym mniejsze rozpraszanie.

Możemy wyróżnić trzy główne długości fal wykorzystywanych do transmisji 850, 1300 and 1550 nm. Jednak drugie okno transmisyjne zostało podzielone na dwie wartość 1300 oraz 1310nm. I tak przyjmuje się następująco:

• Okno 850nm oraz 1300nm są oknami wykorzystywanymi w transmisji wielomodowej(MM),
• Okno 1310nm oraz 1550nm wykorzystuje się przy transmisji jednomodowej (SM).

Spawanie włókien światłowodowych

Najlepszą jakość łączenia włókien światłowodowych gwarantuje spawanie. Jednak wiele czynników ma wpływ na jakość wykonanego spawu: umiejętności instalatora, klasa spawarki, rodzaj i stanu włókien. Wynik tłumienia spawanego punktu mieści się w zakresie 0.01-0.15 dB. Przez wzgląd na degradacje włókna szklanego w czasie wartość spawu powyżej 0.15 dB kwalifikuje spoinę do poprawy. Ponieważ w takim miejscu proces starzenia będzie przebiegał najszybciej. Rozwój technologiczny spawarek światłowodowych powoduje zautomatyzowanie procesu łączenia włókien. Najwięcej uwagi należy poświęcić przygotowaniu włókien (a wcześniej kabla) czyli wykorzystaniu precyzyjnej obcinarki, zabezpieczeniu włókna oraz prawidłowego montażu w miejscu instalacji.

Wskazówki instalacyjne oraz proces przygotowania i spawania włókna światłowodowego:

Przed przystąpieniem do instalacji warto upewnić się, że kabel nie ma żadnych widocznych pęknięć czy innych uszkodzeń. Proces przygotowania kabla oraz spawanie przedstawiono poniżej w kilku krokach:

1. Ściągniecie powłok z włókna światłowodowego (strippowanie), nałożenie osłonki termokurczliwej na jedno z włókien. Do ściągania powłok światłowodu używamy strippera. Precyzyjnego, skalibrowanego fabrycznie narzędzia.

2. Czyszczenie włókna z wykorzystaniem alkoholu izopropylowego oraz chusteczek bezpyłowych. Nie zaleca się stosowania tradycyjnego spirytusu, ponieważ może on zostawić smugi na światłowodzie.
   WAŻNE: Zawsze zaczynamy od czyszczenia włókna ponieważ ścierany brud może pozostać na czole włókna, co uniemożliwi wykonanie spawu. Dopiero po wyczyszczeniu z brudu i żelu możemy włókno przyciąć.

3. Obcięcie (złamanie) wykonane dedykowaną obcinarką. Jest to kluczowy moment w przygotowaniu włókna. Od precyzyjności wykonania cięcia zależy jakoś połączenia oraz tłumienie spawu. Maksymalne dopuszczalne pochylenie czoła światłowodu wynosi 2°, dobrej jakości obcinaczki dają efekt 0.5°

4. Ułożenie włókien pozbawionych pokrycia pierwotnego w V-rowkach.

5. Centrowanie układu dwóch włókien do rdzenia lub płaszcza, to proces wykonywany automatycznie przez nowoczesne spawarki. Polega na dokładnym wyrównaniu i ustawieniu rdzeni lub paszczy względem siebie. Centrowanie rdzeń do rdzenia gwarantuje lepsze wyniki spawania.

6. Proces spawania. Połączenie fuzyjne czoła włókien, czyli pod wpływem akcji łuku elektrycznego.

7. Sprawdzenie spoiny: test odciągu, czyli sprawdzenie wytrzymałości mechanicznej wykonanego spawu oraz szacowanie jego tłumienności, na podstawie zaimplementowanych w systemie obrazów i porównanie ze zdjęciami wykonanymi podczas połączenia.

8. Kontrola wizualna spawu na ekranie. Należy powtórzyć spaw, który ma „bąble” i innego rodzaju niejednorodności.

9. Zabezpieczenie spoiny osłonką termokurczliwą (proces wygrzewania osłonki).

Żeby spawanie przebiegało prawidłowo, a wykonane spawy charakteryzowały się niskim tłumieniem oraz odpowiednią wytrzymałością mechaniczną, należy stosować zasady dobrej praktyki instalatorskiej i odpowiednio przygotować włókna.