Wszystkie produkty
W niektórych obudowach urządzeń elektrycznych lub elektronicznych sygnalizatory świetlne muszą być widoczne w miejscach, w których ich tradycyjne umieszczenie jest konstrukcyjnie niemożliwe. To, że nadal działają, jest zasługą specjalnych komponentów: światłowodów. Technologia ta pozwala na oświetlenie trudno dostępnych obszarów, gdzie standardowe źródła światła nie mają zastosowania. Co więcej, światłowody mogą również przesyłać sygnały wizualne oraz dane. W naszym poradniku wyjaśniamy, jak są zbudowane światłowody i włókna optyczne, jakie występują ich rodzaje oraz na jakiej zasadzie działają.
Światłowody służą do przekazywania światła – na przykład z diody LED – w miejsce, gdzie jest ono potrzebne. Zazwyczaj wykonane są ze szkła lub przezroczystego tworzywa sztucznego o współczynniku załamania światła wynoszącym około 1,5.
Światło, które wpada do wnętrza światłowodu pod krytycznym kątem całkowitego wewnętrznego odbicia, ulega całkowitemu odbiciu wewnętrznemu i zostaje w ten sposób "uwięzione" w przewodniku.
Porusza się ono zygzakiem wewnątrz kabla światłowodowego, aż dotrze do jego wyjścia, które często wyposażone jest w soczewkę optyczną. Światłowody mogą być zarówno sztywne, jak i elastyczne.
Oprócz światłowodów pełnych, istnieją również światłowody puste w środku lub w formie tuby świetlnej, a także typy z wieloma pojedynczymi włóknami szklanymi, które mogą być wykorzystywane z jednej strony do celów oświetleniowych, a z drugiej do transmisji obrazu i danych.
Te ostatnie są zwykle określane jako kable światłowodowe lub w skrócie FO, ponieważ zazwyczaj transportują niewidzialne fale elektromagnetyczne jako sygnały w zakresie widmowym podczerwieni.
Światłowody nie muszą być ani długie, ani proste. Można je dowolnie wyginać, nadając im nawet bardzo skomplikowane kształty. Ich przekrój może się zwężać, rozszerzać lub zmieniać formę według potrzeb. Dzięki zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia – gdzie kąt padania równy jest kątowi odbicia – możliwe jest prowadzenie światła nawet przez bardzo złożone struktury. Światłowody wykonane z włókien szklanych znajdują zastosowanie m.in. w podświetleniu desek rozdzielczych pojazdów, oświetleniu zewnętrznym samochodów czy w klawiaturach laptopów.
Jednym z najważniejszych rodzajów światłowodów są płaskie płyty stosowane do podświetlania ekranów telewizorów, monitorów oraz zegarków. Światło wprowadzane jest do nich z jednej lub kilku stron, zazwyczaj za pomocą diod LED. Starannie zaprojektowany system emisji światła pozwala uzyskać równomierne podświetlenie całej powierzchni.
Światłowody umożliwiają również doprowadzenie światła do miejsc, w których bezpośrednie umieszczenie źródła światła jest utrudnione lub niemożliwe. Stosuje się je na przykład w celu odizolowania źródła światła od ekstremalnych warunków otoczenia lub w sytuacjach, gdy korzystne jest umieszczenie źródła światła i elektroniki w innym, łatwiej dostępnym miejscu. Przykładem może być zastosowanie w lodówkach – źródło światła umieszczone jest poza komorą chłodniczą, co pozwala zwiększyć efektywność energetyczną urządzenia. Innym zastosowaniem jest oświetlenie pola operacyjnego podczas zabiegów chirurgicznych – układ generujący światło może znajdować się z dala od miejsca operacji, co zwiększa bezpieczeństwo i wygodę pracy.
Światłowody mogą również przybierać formę włókien optycznych. Takie światłowody to bardzo cienkie, elastyczne przewody wykonane ze szkła.
Zawierają one trzy koncentrycznie ułożone elementy: rdzeń, okładzinę i zewnętrzną powłokę, która często nazywana jest buforem.
Obecnie rdzeń składa się głównie z syntetycznego szkła kwarcowego i stanowi część włókna przewodzącą światło. Jako okładzinę stosuje się materiał o nieco niższym współczynniku załamania światła niż rdzeń.
Ta różnica w załamaniu oznacza, że całkowite wewnętrzne odbicie występuje na granicy rdzenia i okładziny na całej długości włókna - która może wynosić kilkaset kilometrów.
Światło jest całkowicie transmitowane przez włókno i nie ucieka po jego bokach.
Różne ścieżki lub częstotliwości, którymi może przemieszczać się wiązka światła wewnątrz kabla światłowodowego, nazywane są modami propagacji. Obecnie wyróżnia się dwa typy: światłowody wielomodowe (Multimode) i jednomodowe (Singlemode).
W światłowodzie wielomodowym sygnał świetlny może poruszać się wieloma torami — nawet do tysiąca różnych ścieżek. Tego typu rozwiązanie stosowane jest głównie na krótkich dystansach, zazwyczaj nieprzekraczających 2 kilometrów. Ich konstrukcja jest prosta, a koszty instalacji stosunkowo niskie.
Światłowód jednomodowy zawiera włókno optyczne, w którym światło przemieszcza się wyłącznie jednym, określonym torem. Efekt ten uzyskuje się dzięki zmniejszeniu średnicy rdzenia do 8,3–10 mikrometrów, co ogranicza propagację do jednego trybu. Transmisja odbywa się wzdłuż osi włókna. W przeciwieństwie do światłowodów wielomodowych, światłowody jednomodowe pozwalają na przesył danych na bardzo duże odległości — nawet do 400 kilometrów — oraz zapewniają wysoką przepustowość sygnałów elektrycznych lub optycznych.
Do przesyłu impulsów świetlnych wykorzystywane są głównie diody LED emitujące promieniowanie podczerwone. W przypadku krótkich odcinków, lasery wysokiej mocy pracujące w podczerwieni mogą osiągać prędkości transmisji sięgające nawet 100 gigabitów na sekundę.
Jaka długość fali zapewnia najwydajniejsze działanie kabli światłowodowych?
Szybkość przesyłu danych w światłowodach zależy od tłumienia sygnału, które z kolei jest związane z długością fali lasera. Najczęściej stosowane fale mieszczą się w zakresie podczerwieni – od 850 do 1625 nanometrów. Najniższe tłumienie obserwuje się przy długościach 1064, 1310, 1550 i 1625 nanometrów. Dla porównania – lasery stosowane w napędach DVD pracują przy długości fali 657 nanometrów.
Co oznaczają oznaczenia OM1 do OM5 w kontekście światłowodów?
Skróty OM1–OM5 odnoszą się do klasy jakości włókien w kablu światłowodowym, zgodnie z normą ISO/IEC 11801. Włókna OM1 i OM2 przeznaczone są do transmisji przy użyciu prostych diod LED pracujących w podczerwieni, natomiast OM3, OM4 i OM5 obsługują lasery na podczerwień.
OM1 i OM2 umożliwiają transmisję danych z prędkością do 1 Gb/s. OM3 wspiera przesył 10 Gb/s na dystansie do 300 metrów. W przypadku OM4 możliwa jest transmisja z prędkością 40 Gb/s na odcinku do 150 metrów. Przy zastosowaniu lasera VCSEL (emisja powierzchniowa) można osiągnąć 100 Gb/s na dystansie do 100 metrów. Technologia OM5 pozwala na przesył 40 Gb/s nawet na 440 metrów, a przy użyciu VCSEL – do 100 Gb/s na dystansie do 150 metrów.
Czym jest optyczny nadajnik mocy?
Optyczny nadajnik mocy to element systemu optoelektronicznego stosowanego w transmisji światłowodowej. Wyposażony jest w modulator, który przekształca sygnał elektryczny na częstotliwość akceptowaną przez źródło światła – zazwyczaj odpowiadającą częstotliwości pracy laserowej diody nadawczej.