4 Materiály pro optoelektroniku
|
|
- Radek Švec
- před 8 lety
- Počet zobrazení:
Transkript
1 Elektrotechnologie 4 Materiály pro optoelektroniku 4.1 Úvod Zatímco v elektronických obvodech je hlavní funkcí elektronických obvodů přenášet, upravovat a zpracovávat elektrický signál, v optoelektronice přejímá úlohu elektrického signálu světelný svazek. Optoelektronika je poměrně mladý obor, jehož prudký rozvoj byl způsoben požadavky na rychlé zpracování a šíření velkého množství informace. Optické komunikační systémy mají počátek koncem 18. století. V 90. letech tohoto století vynalezl francouzský inženýr Claude Chappe optický telegraf. Jeho systém sestával z množství semaforů namontovaných na věžích, ze kterých obsluhy postupně signalizovaly zprávy z vysílacího místa k příjemci informace. První demonstrační pokusy v oblasti optiky a vedení světla však lze datovat až do poloviny 19. století. Např. v roce 1854 anglický fyzik John Tyndall předváděl britské královské učené společnosti vedení světla proudem vody vytékajícím z nádoby, do které svítil zdrojem světla v podobě lampy. Realizovat takto vlastně první uměle vytvořený optický vlnovod. V roce 1880 patentoval Alexander Graham Bell optický telefonní systém, který nazval fotofon ( Photophone ). Jeho dřívější vynález, telefon, však byl v té době mnohem praktičtější. Uvažoval o přenosu signálů vzduchem, ale atmosféra není pro přenos světla tak spolehlivá jako dráty pro přenos elektrického signálu. Další významná data: 25. duben 1898 David D. Smith z USA přihlašuje žádost o patent pro použití zahnuté skleněné tyčky jako chirurgické lampy; 1920 svazek ohnutých skleněných tyček je použit pro zobrazení mikroskopu; 2. červen 1926 C. Francis Jenkins žádá o vydání US patentu na mechanický televizní přijímač, ve kterém je obraz přenášen průchodem světelných paprsků svazkem skleněných tyčí umístěných v rotujícím bubnu; 1930 Henrich Lamm, student medicíny v Mnichově, první člověk, který demonstroval přenos obrazu svazkem optických vláken byl (r.1930). Jeho cílem bylo nahlížet do nepřístupných částí těla. Skutečný rozvoj optické komunikační techniky byl umožněn až počátkem 70. let minulého století vyvinutím způsobu výroby nízkoútlumových optických vláken americkou firmou Corning Glass Work. První vyrobená vlákna se vyznačovala útlumem 20 db/km. Vývojem byla zdokonalena na útlum 0,2 db/km u současný špičkových výrobků. V současné době není útlum vláken limitujícím faktorem. Zároveň s vývojem optických vláken došlo k nevídanému rozvoji zdrojů a detektorů optického záření, především pokud jde o jejich výkon, spektrální čistotu, citlivost a životnost. Vzniklo nepřeberné množství nejrůznějších prvků optických komunikačních prvků jako jsou modulátory, vazební členy, multi a demultiplexery, vláknové zesilovače aj. Základními aplikacemi optoelektroniky jsou: Optické komunikace - vlnovodné, atmosférické, kosmické; Optická výpočetní technika - optická a holografická propojení součástek a prvků výpočetního systému a spínání (Způsob zobrazování, založený na interferenci paprskových svazků. Tzv. holographic data storage systém, tedy "systém pro holografické ukládání dat", je schopen na nepatrném prostoru uchovat obrovské množství dat s vysokou přístupovou rychlostí); Měřicí a automatizační technika -optické vysoce citlivé senzory; Zobrazovací technika - displeje; Ochrana dokumentů proti falšování (holografie). Poznámka: S příchodem nových generací mobilních sítí jsou pod označením RoF (Radio over Fiber přenos rádia optickým vláknem) používána optická vlákna k přenosu rádiového signálu mezi centrální částí základové stanice a vzdálenými rádiovým jednotkami. Vznikl tak nový samostatný prvek - 1 -
2 Optoelektronika mobilních sítí širokopásmový distribuční systém WDS, který je využíván pro výstavbu multimediálních mobilních sítí třetí generace. 4.2 Optoelektronický přenos informací Komunikační soustava V oblasti dálkového přenosu informací mají dominantní postavení systémy využívající k přenosu elektromagnetické vlny. Informační signál je při tom namodulován na vysokofrekvenční nosný signál, který je vysílací anténou převeden na elektromagnetickou vlnu. V místě příjmu je elektromagnetická vlna převedena zpět na elektrický signál. Informační signál je pomocí demodulačních obvodů oddělen od nosného a upraven do původní podoby. Přenosová rychlost (kapacita přenosu) je omezena možnou šířkou přenášeného pásma kmitočtů. Při použití optického přenosu je možné používat nosné kmitočty v oblasti Hz modulační kmitočet řádu 1000 GHz je pouhé 1 % kmitočtu světelného paprsku. Chceme-li dosahovat velmi velkých přenosových rychlostí, musíme volit takové způsoby přenosu, které mají šířku přenášeného pásma co možná největší. Je přitom vcelku zřejmé, že velké šířky přenášeného pásma lze dosáhnout nejsnáze tam, kde jsou kmitočty přenášených signálů velmi vysoké Rozdělení spektra elektromagnetických vln z hlediska jejich využití a vlastností je uvedeno v následující tabulce. Pro rádiový přenos jsou převážně využívány rozsahy v oblastech od dlouhých vln po mikrovlny. Optické pásmo kmitočtů zabírá kmitočtové rozmezí zabírající několik řádů široký interval vlnových délek. Pro optický přenos informace má největší význam oblast přibližně od 1,2 µm do 400 nm. Je to z toho důvodu, že do této oblasti vlnových délek spadají minima útlumu materiálů používaných pro výrobu vodičů světla světlovodů (optických vláken). V oblasti ultrafialového záření a zejména na hranici rentgenového záření jejich útlum narůstá a nejsou k dispozici účinné a levné detektory záření. Světlo Kmitočet [Hz] Vlnová délka Druh elmag. vln Anglický název (0,3 až 3).10 3 (10 6 až 10 5 ) m Extrémně dlouhé vlny (střídavá napětí) Extremely Low Frequency (ELF)) (3 až 30).10 3 (10 5 až 10 4 ) m Velmi dlouhé vlny Very Low Frequency (VLF) (30 až 300).10 3 (10 4 až 10 3 ) m Dlouhé vlny (DV) Low Frerquency (LF) (0,3 až 3).10 6 (10 3 až 10 2 ) m Střední vlny (SV) Medium _Frequency (MF) (3 až 30).10 6 (10 2 až 10) m Krátké vlny (KV) High Frequency) (HF) (30 až 300).10 6 (10 až 1) m Velmi krátké vlny (VKV) Very High Frequency (VHF) (0,3 až 3).10 9 (1 až 0,1) m Ultra krátké vlny (UKV) (DM) Ultra High Frequency (UHF) (3 až 30).10 9 (10 až 1) cm Centimetrové vlny (CM) Super High Frequency (SHF) (3 až 30).10 9 (10 až 1) mm Milimetrové vlny Mikrovlny až (10 až 3) µm Mikrovlny Extremly High Frequency (EHF) až 3, µm až 790 nm Infračervené záření Infra Red (IR) (3,8 až 7,7) (790 až 390) nm Viditelné záření Visible (VIS) 7, až (400 až 10) nm Ultrafialové záření Ultra violet (UV) až (10 až 0,1) nm Rentgenovo záření X - Rais až < 0,1 nm Záření gama Gamma Rais Infračervené záření (IR záření) Zdrojem infračerveného záření je každé těleso, které má teplotu vyšší než je absolutní nula. Jeho původcem jsou změny elektromagnetického pole vyvolané pohybem elementárních částí hmoty atomů a molekul. Pohyb molekul je způsoben vnitřní energií, která je závislá na teplotě. S vyšší teplotou vzrůstá intenzita IR záření. V oblasti infračerveného záření, jsou přijímače světla citlivé na rušení tepelnými signály zejména v oblasti dlouhovlnného infračerveného záření
3 Elektrotechnologie Z kosmického průzkumu je přijato rozdělení infračerveného záření (IR) do tří oblastí uvedených v následující tabulce: Název oblasti IR Vlnové délky [µm] Teploty [K] Co vidíme Blízká infračervená (Near Infrared) - NIR Střední infračervená (Mid Infrared) Daleká infračervená (Far Infrared) (0,7 až 1) do až ( ) 5 až (25 40) (92,5 140) do 740 (24 40) až ( ) (10,6 18,5) až (92,5 140) Z uvedeného označení je ve vláknové optice používáno označení NIR Optický spoj Chladnější rudé hvězdy, hvězdy - rudí obři, prach je průhledný Planety, komety a asteroidy, prach ohřátý světlem hvězd, Vyzařování chladného prachu, centrální oblasti galaxií, velmi chladné molekulární mraky Obecně je optický spoj tvořen vysílačem, optickým prostředí a optickým přijímačem. Optickým prostředím může libovolné prostředí propustné pro optické paprsky. Může to být např. atmosféra, vakuum, kosmický prostor nebo optický kabel. Parametry optického signálu se při průchodu optickým prostředím mění. Dochází k útlumu, ke změně tvaru světelných impulsů a ke změně jejich fáze (časové polohy). To zkracuje dosah optického spoje. Zvětšení dosahu je uskutečňováno zařazením mezilehlých optických zesilovačů, případně opakovačů, což umožňuje částečnou nebo úplnou regeneraci optického signálu. Nedostatkem zesilovačů je zesílení nejen signálu, ale i šumů. Spoj je nespolehlivý, pokud je odstup signálu od šumů menší než požadovaný. Opakovače, ve kterých je signál obnovován na původní kvalitu, umožňují vytvářet spoje nezávislé na délce trasy. Jejich nevýhodou je vyšší složitost a cena. Atmosféru je možné využívat v prostředí bez speciálně realizovaných odrazů světla pouze na přímou viditelnost. Toto prostředí je využíváno převážně pro ovládání různých zařízení nebo pro datovou komunikaci na krátké vzdálenosti. Optický kabel umožňuje přenos informací mezi libovolně vzdálenými dvěma místy, pokud je lze optickým kabelem propojit. Zdroj signálu Optický přijímací systém Modulátor a optický vysílací systém Demodulátor Optické prostředí Zpracování signálu Obr.č Optický přenosový systém výstup Princip optického přenosového systému je znázorněn na obr.č Vstupní a výstupní signál optického spoje je elektrický. Proto vysílací a přijímací část obsahuje kromě optoelektronických prvků také elektronické obvody pro zpracování vstupního a výstupního signálu. Zdrojem optického záření je zpravidla laser, laserová nebo LED dioda. Modulace světelného paprsku je prováděna v optickém modulátoru nebo v případě polovodičového světelného zdroje přímo změnou budicího proudu. Ve vláknové optice jsou využívána tři přenosová okna: 830 nm, 1300 nm a 1550 nm. Teoretická hranice optické komunikace Vědci v laboratořích Bell Labs vypočítali maximální množství informací, které je možné přenést přes optická vlákna za 1 sekundu. Určili, že přes jedno optické vlákno je teoreticky možné přenést současně 100 terabitů informací, čemuž odpovídá přibližně 20 miliard jednostránkových zpráv. Současné optické systémy mohou přenášet méně než dva terabity informací za sekundu. Fyzikální vlastnosti skla činí světlo přenášené optickým vláknem náchylné na velmi komplikovaný rozpad, - 3 -
4 Optoelektronika rychlost světelného paprsku putujícího vláknem není konstantní jako ve volném prostoru. To způsobuje, že se část signálu mění ve hluk. V současné době ještě není jisté, kdy se komerční systémy přiblíží teoretickým hranicím a tak se ani neobjevuje otázka, co asi překoná optická vlákna. Komerčně běžně dosahované rychlosti přenosu jsou na úrovni 40 Gbitů za sekundu Optické vlákno Optická vlákna umožňují přenos světla o vlnových délkách od 220 nm do 2400 nm. Rozsah provozních teplot dosahuje až hodnot od 60 C do +120 C. Oblasti použití optických vláken vedení pro přenos dat dálkové komunikace; vedení pro přenos dat v průmyslových zařízeních; počítačové sítě; zařízení pro medicínu; spektroskopie; výroba čidel; velmi intenzivní místní osvícení; měřicí systémy. Výhody použití optických vláken pro přenos informací velká šířka přenosového pásma kmitočtů, optický spoj umožňuje přenášet informace vysokou rychlostí na velké vzdálenosti; malé rozměry a hmotnost oproti metalickým vodičům, proto se s nimi snadněji pracuje, optické vlákno je tenči než lidský vlas; elektricky izolované prostředí, možnost použití v elektricky hazardních prostředích, nevznikají problémy s elektrickým přizpůsobením, odolávají vlivům statických výbojů v atmosféře; optické kabely zajišťují galvanické oddělení přijímače od vysílače a proto nemůže vzniknout rušení do tzv. zemních smyček; odolnost proti elektromagnetickému rušení a proti přeslechům; nízké ztráty při přenosu bezpečnost optického signálu nelze jej prakticky odposlouchávat optické vlákno nevyzařuje světlo do okolí; spolehlivost. Nevýhody použití optických vláken problematičtější je spojování jednotlivých vláken, technologie jejich lepení či svařování však již jsou v praxi dostatečně zvládnuty; vlastnosti optického kabelu se mění s teplotou při nízkých teplotách materiál křehne a při manipulaci s ním hrozí jeho poškození; v ostrých ohybech kabelu dochází ke zvýšenému ohybu světla a ke zvýšení útlumu kabelu; z hlediska mechanické pevnosti není možné kabel libovolně ohýbat. Princip přenosu světla optickým vláknem plášť (cladding) jádro (core) paprsek Mezní úhel dopadu pro úplný odraz paprsku tzv. numerická apertura Obr.č Princip přenosu světelného paprsku optickým vláknem Příklad použití světlovodu k místnímu osvícení Dopadá-li světelný paprsek na rozhraní dvou prostředí s různými optickými vlastnostmi (např. na rozhraní mezi jádrem a pláštěm), v obecném případě se část tohoto paprsku odráží zpět do původního prostředí, a část prostupuje do druhého prostředí. Záleží však na úhlu, pod jakým paprsek dopadá na rozhraní (měřeném od kolmice na místo dopadu). Je-li tento úhel větší než určitý mezní úhel (měřený od kolmice na místo dopadu a daný optickými vlastnostmi obou prostředí), dochází k úplnému odrazu paprsku zpět do původního prostředí - 4 -
5 Elektrotechnologie V důsledku opakovaných úplných odrazů, které probíhají bez jakýchkoli ztrát, pak světelný paprsek sleduje dráhu jádra optického vlákna, je tímto jádrem veden. Mnohavidové vlákno: je vlákno schopné vést různé vlny světelných paprsků - tzv. vidy (modes). Mnohavidové vláknové vlnovody mohou být: se skokovou změnou indexu lomu; s gradiendní (postupnou) změnou indexu lomu. Jádro se skokovou změnou indexu lomu Způsob, jakým optické vlákno paprsek vede, záleží na tom, jak se mění optické vlastnosti (konkrétně tzv. index lomu - refraction index) na přechodu mezi jádrem vlákna a jeho pláštěm. Mění-li se skokem a je-li průměr jádra dostatečně velký ( mikrometrů), jde o mnohavidové vlákno se skokovou změnou indexu lomu (ob.č.1.2.2). postupná změna indexu lomu Obr.č Princip vlákna s gradiendní změnou indexu lomu Jádro s gradiendní (postupnou) změnou indexu lomu Pokud se index lomu na přechodu mezi jádrem vlákna a jeho pláštěm nemění skokem, ale plynule, jde o mnohovidové vlákno s tzv. gradientním indexem lomu (graded index fiber), které přenášené vidy ohýbá (obr.č.1.2.3). Multividové vlákno poskytuje velkou šířku pásma při vysokých rychlostech přenosu informace na střední vzdálenosti. Při přenosu na velké vzdálenosti (větší než asi 1 km) dochází k tomu, že jednotlivé paprsky (vidy) nejsou přeneseny se stejnou fází a dochází ke zkreslení a zvětšení útlumu přenosu. Jednovidové vlákno: Nejvyšších přenosových rychlostí (Gigabity/sekundu na vzdálenosti do 1 km) lze dosáhnout na tzv. jednovidových vláknech (single mode fiber), která přenášejí jen jediný vid (pouze jeden paprsek). Schopnosti vést jediný vid bez odrazů i ohybů se většinou dosahuje velmi malým průměrem jádra (řádově jednotky mikrometrů). Jednovidová vlákna jsou dražší než mnohovidová, lze je ovšem použít pro přenosy na delší vzdálenosti (až 100 km bez opakovače). Pro své buzení vyžadují laserové diody. Mechanické uspořádání obou typů vláken je shodné, odlišnost je pouze v průměru jádra vlákna, jak je zřejmé z obr.č Konstrukční uspořádání optického vlákna Jednovidové vlákno Jádro (Core) Ochrana (Coating) Plášť (Cladding) Mnohavidové vlákno Obr.č Jednovidové a mnohavidové vlákno Samotné, ničím nechráněné optické vlákno má malou pevnost v tahu a je značně křehké. Ke zlepšení mechanických vlastností i odolnosti proti nepříznivým vlivům prostředí, je světlovodné vlákno již při jeho tažení pokrýváno tenkou vrstvou vhodného materiálu. Druh použitého materiálu je důležitý i z hlediska spojování vláken, přičemž je nutné tento obal z vlákna odstranit. Převážná většina vyráběných vláken je opatřena ještě dalším ochranným obalem, který zdokonaluje ochranu vlákna proti vnějším klimatickým, chemickým a mechanickým vlivům, případně i proti vlivům nadměrných teplot. Princip typického uspořádání jednovidového a mnohavidového vlákna je znázorněn na obr.č Optické vlákno obsahuje skleněné nebo platové světlovodné jádro, které je obaleno pláštěm a ochranným povlakem. Skla použitá pro výrobu jádra mohou být různých druhů podle požadované aplikace. Průměr jádra se pohybuje zpravidla od přibližně 5 µm až do 1000 µm, v některých případech i více. Jádro o větším průměru může přenášet více světelné energie
6 Optoelektronika Podle materiálu použitého k výrobě jádra mohou být optická vlákna používána pro přenos v oblastech vlnových délek NIR, viditelného světla (VIS) a ultrafialového světla (UV). Plášť je tvořen tenkou vrstvou skla obsahujícího příměsi nebo plastem nebo polymerem. Index lomu pláště je menší než index lomu jádra. Úlohou pláště je odrážet světelné paprsky zpět do jádra. Skleněné vlákno má nejmenší útlum a je nejdražší. Čistě skleněné vlákno má skleněné jádro i skleněný plášť. Sklo použité v optických kabelech je velmi čisté, velmi průhledné buď z SiO 2 nebo z roztaveného krystalu. Potřebné vlastnosti a stanovený index lomu vlákna jsou získávány během výroby přidáváním čistých příměsí (germanium nebo fosfor zvyšují index lomu, bór nebo fluor jej zmenšují). Ochranný obal, který je vyráběn z plastu nebo z polymeru, má za úkol chránit jádro a plášť před vlhkostí, poškrábáním a dalšími vnějšími vlivy. vlastnosti této ochrany jsou určujícím faktorem pro podmínky, ve kterých může být vlákno použito (teplotní rozsah, chemické prostředí, vlhkost, ohýbání apod.). Základními parametry optického vlákna jsou: numerická apertura (NA); disperse; útlum [db] šířka pásma [MHz-km]. Numerická apertura: překročen mezní úhel dopadu υ sin υ υ Θ sin Θ= n 2 /n = n 1 -n 2 =NA υ - mezní úhel dopadu (numerická apertura) Obr.č Definice numerické apertury Rozmezí úhlů, pod kterými může světelný paprsek dopadat na optické vlákno tak, aby byl veden, definuje tzv. numerickou aperturu (viz obr.č.1.2.5). Podmínkou pro vedení světla ve světlovodu je úplný odraz paprsku na rozhraní jádro plášť. Jeli úhel dopadu vzhledem k ose vlákna příliš velký, dojde na styku jádra s pláštěm k jeho lomu, paprsek se neodrazí a nedostane se na druhý konec vlákna (obr.č.1.2.5). Numerická apertura je určena úhlem, pod kterým je vlákno schopno na vstupní straně přijímat energii zdroje optického signálu a pod kterým ji na výstupní straně vyzařuje. Číselně je rovna sinu maximálního úhlu υ MAX, pod kterým se vstupující paprsky budou ještě šířit k jeho konci. Paprsky dopadající pod větším úhlem se šířit vláknem nebudou. Velikost NA u vláken s homogenním jádrem - se skokovou změnou indexu lomu lze vyjádřit vztahem: max NA = sin ϑ = n n, kde n 1 je index lomu materiálu jádra, n 2 je index lomu materiálu pláště. Numerická apertura se nejčastěji stanoví z vyzařovací charakteristiky vlákna. Vyzařovací charakteristika je měřena fotodetektorem rotujícím kolem čela vlákna v dostatečné vzdálenosti, aby byla splněna podmínka dalekého pole. Pro vícevidová vlákna je tato vzdálenost přibližně 3 až 5 cm. Disperse Disperze je příčinou zkreslení přijímaného signálu. Dochází při ní k rozptylu jednotlivých složek světelného paprsku (vidů), které se optickým vláknem šíří různou rychlostí. Disperze je způsobena jednak tím, že: přenášený paprsek není monochromatický; index lomu materiálu je závislý na vlnové délce přenášeného světla; u jednovidových vláken se projevuje polarizační disperze. Jediný vid, sířící se jednovidovým vláknem, se šíří ve dvou vzájemně kolmých polarizačních rovinách. Jakákoliv kruhová nesymetrie vlákna (ať z výroby, mikroohyby způsobenými montáží nebo vnějším tlakem apod.) způsobí šíření obou polarizací jinou rychlostí a tedy rozšíření impulzu nebo zkreslení analogového signálu. Tento parametr se stává důležitým v souvislosti s růstem - 6 -
7 Elektrotechnologie přenosové rychlosti nad 2,5 Gb/s, kdy má kritický vliv na šíření signálů kabelové televize a širokopásmových služeb; U mnohavidových vláken se projevuje rozdílná rychlost šíření jednotlivých vidů. Projevuje se zejména při vysokorychlostním přenosu informací na větší vzdálenosti. Přirozeným fenoménem vysokorychlostních technologií, využívajících koherentní (laserové) zdroje světla pro přenos přes mnohavidová vlákna je rozdílové zpoždění paprsků. Toto zpoždění vzniká mezi různými paprsky procházejícími vláknem. Paprsek, který prochází téměř po ose vlákna bude v přijímači dříve než paprsek, který se musí odrážet od stěn jádra vlákna. Tento problém je zmenšován technologií výroby vlákna. Ohybové ztráty plášť jádro plášť ztracený paprsek Obr.č Šíření signálu gradiendním vláknem Ztracený paprsek Obr.č Šíření signálu vláknem se skokovou změnou indexu lomu 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0, Poloměr ohybu [mm] Ohybové ztráty jsou udány jako poměr výkonu ztraceného v ohybu vlákna a vstupního výkonu světelného paprsku 2vidové 4vidové 6vidové Obr.č Ztráty způsobené ohybem vlákna Spojení v optickém konektoru odražený paprsek Obr.č Ztráty způsobené odrazem ve spoji dvou vláken plášť (cladding) plášť (cladding) Obr.č Ztráty způsobené posuvem os vláken Cestou je použití se gradiendního index lomu jádra. Zjednodušeně lze říci, že na hranicích jádra vlákna bude použit materiál s opticky nižší hustotou a směrem k ose bude gradiendně stoupat hustota. Tímto se docílí, že paprsky procházející osou jádra budou díky zpomalení v opticky hustším prostředí v přijímači přibližně stejně rychle jako paprsky odrážející se od stěn jádra, kde je prostředí opticky řidší. Útlum: Útlum světla vzniká jednak absorpcí světla materiálem vlákna. Dále se na něm podílejí další vlivy jako: Fresnelův odraz - uplatňuje se při navázání optického záření do optického vlákna, kdy se část optického záření vrací zpět ke zdroji. Stejným způsobem se tento mechanismus ztrát uplatňuje na konci optického optického vlákna; Difúzní odraz - nastává na mikroskopických nerovnostech a vadách materiálu v oblasti odrazu nebo lomu světla. Množství difúzně odraženého optického záření je dáno koncentrací bodových poruch v místě dopadu optického záření; Odraz ve spoji dvou vláken Vazební ztráty: Ztráty průřezem vlákna - jsou způsobeny spojováním vláken s rozdílným průřezem jader, kdy část paprsků dopadá na plášť následujícího vlákna; Ztráty souosostí vláken jsou způsobeny nepřesností spojování vláken, kdy dochází k posunutí os vláken a část paprsků není navázána do jádra navazujícího vlákna; Ztráty oddálením konců vláken jsou způsobeny spojováním vláken, jejichž čela jsou délkově posunuta a část paprsků dopadá mimo oblast úplného odrazu; Ztráty úhlovou odchylkou os - jsou způsobeny spojováním vláken, kdy jádra jsou vůči sobě odchýlena o určitý úhel a část paprsků se dostává mimo oblast úplného odrazu; Ztráty znečištěním ve spoji jsou způsobeny přítomností cizích látek ve spoji. V místě spoje tak dochází k nárůstu absorpcí, odrazů a lomů; - 7 -
8 Optoelektronika plášť (cladding) plášť (cladding) Obr.č Ztráty způsobené úhlovou odchylkou os vláken plášť (cladding) plášť (cladding) Obr.č Ztráty způsobené různým průměrem vláken Část světelné energie je rovněž ztracena pohlcením paprsků dopadajících pod velkým úhlem pláštěm jádra (obr.č.1.2.5, 1.2.6). Při ohýbaní optického vlákna, dochází k deformaci vedených vidů, které se šíří vláknem. Důsledkem jsou ztráty přenášeného výkonu, které mohou být velmi významné zejména u malých poloměrů ohybu (obr.č.1.2.6). Tento jev je z hlediska přenosových aplikací optických vláken nežádoucí. Na druhé straně jej je možné využít při konstrukci optických senzoru založených na zakřivování optického vlákna. Aby nedocházelo k velkým ztrátám při ohybu, je nutné dodržovat zásady stanovené výrobcem a vlákno ohýbat s co největším poloměrem. V praxi můžeme hodnotu útlumu trasy ovlivnit především kvalitou pokládky a montáže spojek, dodržováním zásad pro povolené ohýbání kabelů apod. DMD problém není jenom záležitost Gigabit Ethernetu, ale všech vysokorychlostních technologií, které používají laserové zdroje pro záření v mnohavidových vláknech. Gigabit je první standard, kde je klasické laserové záření v mnohavidovém vláknu použito. Předpokládá se využití této myšlenky ve všech dalších vysokorychlostních technologiích. Šířka pásma: Šířka pásma udává nejvyšší kmitočet signálu, který může být spolehlivě přenesen na vzdálenost 1 km mnohavidovým vláknem bez nadměrné disperze jednotlivých vidů. Je udávána v MHz-km. Význam parametru MHz-km je zřejmý z příkladu: Nechť výrobce kabelu udal šířku pásma 400 MHz-km. Dále, nechť kmitočtové pásmo přenášeného signálu má velikost 200 MHz. spolehlivě můžeme přenést tento signál uvedeným vláknem na vzdálenost: 400MHz = 2km. 200MHz Parametry optických skleněných vláken (typické hodnoty): Jednovidová vlákna Průměr jádra (4 až10) µm; Průměr pláště 125 µm (pro průměr jádra např. 8,8 µm je používáno označení 8,8/125 µm); Průměr primární ochrany 250 µm; Útlum 0,35 db/km při 1310 nm a 0,23 db/km při 1550 nm; Šířka pásma větší než 1000 GHz.km; Numerická apertura NA = 0,12 až 0,13; Šíří pouze jeden paprsek osový; Používané vlnové délky: (350 až 1800) nm. Mnohavidová vlákna pro oblast komunikací: a) Mnohavidová vlákna se skokovou změnou indexu lomu: Průměr jádra/pláště 50/125 µm nebo 62,5 µm, případně 100/140 µm; Numerická apertura NA = 0,2 pro vlákno 50/125 µm, NA = 0,275 pro vlákno 62,5/125 µm; Průměr primární ochrany 250 µm Útlum 5 až 10 db/km; Šířka pásma 50 až 500 MHz.km; - 8 -
9 Elektrotechnologie b) Mnohavidová vlákna s gradiendní změnou indexu lomu Numerická apertura NA = 0,2 NA = 0,2 (50/125 µm) a NA = 0,275 (62,5/125 µm); Útlum 0,8 až 5 db/km; Index lomu jádra n 1 je větší než index lomu pláště n 1 > n 2 ; Trajektorie paprsků: zakřivení odpovídá průběhu funkce sinus, což umožňuje dosažení větší šířky pásma. Poznámka: Mnohavidová vlákna jsou vyráběna i s většími průměry jader, např. 200 µm, 400 µ. Jejich výhodou je nižší cena, menší náročnost na zdroje světla, na spojování atd. Jsou používána pro přenos informací na kratší vzdálenosti, na výrobu senzorů apod. Výhody jednovidových vláken oproti mnohavidovým menší útlum umožňuje, aby na kumunikačním vedení nebylo třeba zřizovat velké množství zesilovacích stanic, tím je umožněn přenos na delší vzdálenosti; menší disperze; větší šířka přenosového pásma znamená velkou informační kapacitu, která umožňuje přenos velkého množství dat velkou rychlostí. Výhody mnohavidových vláken oproti jednovidovým větší hodnota NA => snadnější navazování světla do vlákna možnost budit pomocí LED; snadnější spojování vláken; relativně nízká cena. Značení optických vláken Označování optických vláken je prováděno pomocí rozměrů jádra a pláště. Např. označení 8,8125 označuje vlákno s jádrem o průměru 8,8m a s průměrem pláště 125 µm. Výroba optického skleněného vlákna Vláknové světlovody jsou většinou vyráběny z velmi čistých skel s vysokým obsahem SiO 2 ne ze speciálních několikasložkových skel. vytvoření preformy - tyčinka z SiO 2 s příměsemi např. 1 m dlouhá a např. 15 mm v průměru tažení z preformy - zahřívání plamenem; zpětná kontrola; opatřování ochrannými vrstvami; navíjení na bubny. Pro výrobu světlovodných vláken s velmi nízkým útlumem jsou využívány metody založené na chemickém vylučování velmi čistého SiO 2 z par, jejichž základem je obvykle SiCl 4, v oxidační atmosféře Hlavní typy vyráběných optických vláken a) Jednovidová vlákna Standardní jednovidová vlákna jsou určena pro aplikace v telekomunikacích, kde je uskutečňováno spojení na velké vzdálenosti. Jádro i plášť jsou z materiálu vyrobeného na bázi SiO 2 dotovaného vhodnými příměsemi. Jsou vyráběna vlákna s dvouvrstvým pláštěm. Jádro je dotováno např.germaniem, vnitřní část pláště fluorem. Vnitřní část pláště má menší index lomu než vnější. Toto uspořádání poněkud vylepšuje optické vlastnosti vlákna a zmenšuje chromatickou disperzi
10 Optoelektronika b) Mnohavidová skleněná vlákna Standardní mnohavidová vlákna jsou vyráběna s jádry o průměru 50 µm a 62,5 µm, 100 µm. Tato vlákna umožňují snadnější spojování oproti jednovidovým, jsou určena především pro přenos dat. Jsou vyráběna jak se skokovou změnou indexu lomu, tak s postupnou změnou indexu lomu. Mnohavidová vlákna se zesílenou vrstvou ochrany mají stejné uspořádání jako standardní mnohavidová vlákna, ale mají dvojnásobnou tloušťku standardních ochran (např. 500 µm místo 245 µm). Jsou určena pro vojenské aplikace, pro použití v kosmu, v průmyslových prostředích, v mobilních zařízeních apod. Vazební vlákna jsou dodávána se standardním a zmenšeným průřezem pláště (např. 125µm a 80 µm). Vlákna se standardním průřezem jsou určena pro použití v multisměrových vidlicích, kde je prováděno rozdělení nebo kombinování, případně odbočování optických signálů. Redukovaný průměr 80 µm je určen pro aplikace v nových zařízeních vyznačujících se malými rozměry, která jsou používána v obchodních sítích velkých měst, nebo pro výrobu senzorů jako např. gyroskopů. Mnohavidová skleněná vlákna s většími průměry jader Velká oblast aplikací vyžaduje skleněná nebo plastová vlákna větších průměrů pohybujících se od 200 µm do 1000 µm. Hlavní oblastí použití těchto vláken jsou datové optické sítě na krátké vzdálenosti, senzory a medicína. Výraznými skupinami vyráběných vláken jsou vlákna s označením HCS (Hard Clad Silica), HPCS (Hard Plastic Clad Silica). c) Optická vlákna HCS (Hard Clad Silica) HCS je registrovaná zkratka pro výraz Hard Clad Silica používaný ve vláknové optice. Jsou to optická vlákna s jádrem z čistého skla, plášť je vytvořen rovněž ze skla, ale dotovaného příměsemi. Plášť je pokryt ochranou z tvrdého polymeru, který má velkou pevnost v tahu. Hlavní vlastnosti: HCS vlákna jsou vyráběna s průměry jader v rozsahu přibližně od 200 µm do 1000 µm; používána jsou pro rozsahy vlnových délek od UV přes viditelné pásmo do infračervené oblasti (podle rozsahu vlnových délek jsou vlákna pro oblasti vlnových délek UV a VIS a pro oblasti VIS a IR UV ultrafialové záření, VIS oblast viditelného záření, IR oblast infračerveného záření); konstrukce zaručuje, že se u nich prakticky neprojevuje únava materiálu; mají velkou pevnost; Útlum α R [db/km] Vlnová délka λ [nm] Obr.č Přiklad útlumu vlákna HCS Použití: laserová chirurgie; konstrukce senzorů; spektroskopie; analýza záření; osvětlování laserové svařování a řezání. Typické vlastnosti: numerická apertura např. 0,22, 0,37; útlum na vlnové délce 820 nm až 850 nm (6 až 10) db/km materiál ochrany tefzel, kevlar; rozsah provozních teplot: -65 C až +125 C; krátkodobý průměr ohybu: podle průměru jádra od 10 mm u jádra s průměrem 200 µm do 75 mm u jádra s průměrem 940 µm; dlouhodobý průměr ohybu: podle průměru jádra od 14 mm do 120 mm
11 d) Optická vlákna HPCS (Hard Plastic Clad Silica) Elektrotechnologie Tato vlákna jsou cenově výhodnější variantou vláken HCS. Plášť mají vytvořen z tvrdého polymeru. Útlum mají větší než vlákna HCS. vyráběné průměry jader mají velikosti od 125/140 µm do přibližně 2000/2150 µm mají menší únavovou odolnost materiálu; velkou numerickou aperturu (0,37 až 0,48), což umožňuje jejich snadnější spojování s dalšími optickými prvky; minimální krátkodobý ohyb: 100 krát poloměr vlákna; minimální dlouhodobý ohyb 600 krát poloměr vlákna; mohou být opatřena ochranným povlakem např. z nerezové oceli; Použití: medicína: průmysl, věda: Plastová optická vlákna (POF- Plastic Optical Fiber) Typické vlastnosti: typické rozměry: 480/500, 735/750, 980/1000; průměr včetně ochrany: 2,2 mm numerická apertura: NA = 0,47; útlum: Jádro SiO 2 Plášť těžký polymer Tefzel mechanicky tuhý chemicky a teplotně odolný termoplast Obr.č Uspořádání vlákna HPCS Útlum [db/km] αr Vlnová délka λ [nm] Obr.č Příklad útlumu vlákna HPCS Útlum α R [db/km] Vlnová délka λ [nm] Obr.č Typická útlumová charakteristika POF - chirurgické lasery; - urologie; - dermatologie; - fotodynamická terapie, atd. - spektroskopie; - dálkové osvětlování; - senzory, atd. Plastická optická vlákna mají největší útlum, ale jsou nejlevnějšími optickými vlákny. Mají jádro i plášť z plastické hmoty. Obecně to je hmota označovaná PMMA (polymetylmetakrylát). První plastové kabely byly vyrobeny v Japonsku pro potřeby automobilového průmyslu. Využívání tohoto typu optických vláken má dva důvody: a) vyšší útlum než jaký vykazuje sklo není překážkou při použití krátkých délek používaných v místních sítích; b) nízká cena je důležitým faktorem při umístění výrobků na trhu. U plastových kabelů se může projevit problém s hořlavostí. Proto je nutné věnovat pozornost jeho umístění. standardní vlákno typicky 0,22 db/m vlákno se zmenšeným útlumem - typicky 0,19 db/m; rozsah provozních teplot: -40 C až +85 C; rozsah teplot pro instalaci: -20 C až +70 C; poloměr krátkodobého ohybu: 25 mm; poloměr dlouhodobého ohybu 35 mm. Typický průběh útlumové charakteristiky plastového optického vlákna je znázorněn na obr.č Použití: datová vedení automatizačních a řídicích systémů v průmyslových podnicích; spínací systémy v telekomunikacích; spojení PC s periferiemi;
12 Optoelektronika sítě LAN; digitalizované video; zařízení pro medicínu; galvanické oddělení zařízení, atp. Útlum α R [db/km] Vlnová délka λ [ µ m] Obr.č Typická útlumová charakteristika PIR útlum na vlnové délce 10,6 µm - 0,1 až 0,5 db/m; numerická apertura NA = 0,25; minimální poloměr ohybu: 10 x průměr vlákna. Aplikace: přenosové medium pro lasery CO a CO 2 ; infračervené zobrazovací systémy; dálková nekontaktní pyrometrie v rozsahu 100 až 600 K; vláknové optické sondy pro infračervené spektroskopy Optický kabel Optická vlákna pro oblast MIR (Mid Infrared) Pro spektrální oblast od (4 do 18) µm bylo vyvinuto speciální polykrystalické infračervené vlákno (PIR, spektrální charakteristika je znázorněna na obr.č ). Tato vlákna jsou schopna pracovat v teplotním rozmezí od 200 C do +250 C. Kabely s těmito vlákny jsou vyráběny o délkách do 20 m. Parametry vlákna: průměr: 450/500, 630/700, 900/1000 µm; Optická vlákna jsou velmi citlivá na mechanické namáhání a ohyby. Jejich ochranu proto musí zabezpečovat svým konstrukčním řešením optický kabel, který kromě jednoho nebo více optických vláken obvykle obsahuje i vhodnou výplň, zajišťující potřebnou mechanickou odolnost. Vlastnosti optických kabelů: v kabelu jsou vlákna chráněna proti otěru a jiným druhům mechanického poškození; kabel chrání vlákna proti vlhkosti; kabel chrání vlákna před mikroohyby; Optické kabely jsou vyráběny v nepřeberném množství kombinací vláken a ochran a je velmi důležité vybrat kabel vhodný právě do daného prostředí a pro danou aplikaci. Podle konstrukčního uspořádání můžeme kabely rozdělit na: kabely jedno- a vícevláknové; kabely s volnou a pevnou ochranou vlákna; kabely se středním nebo vnějším silovým prvkem; kabely s kruhovou nebo páskovou geometrií. Optické vlákno je v kabelu chráněno proti mechanickému poškození. Jako součást výrobního procesu je na vlákno nanesena primární ochrana. Kromě primární ochrany mohou být optická vlákna chráněna i sekundární ochranou. Tato sekundární ochrana (buffer coating) má zamezit vzniku mikroohybů způsobených tlaky při výrobě kabelů. Je vytvořena buďto: vlákno Těsná Volná sekundární ochrana Plněná Obr.č Typy sekundárních ochran vlákna pokrytím ochrannou vrstvou těsná sekundární ochrana; nebo může být vlákno volně uloženo do ochranné trubky volné uložení v pevné bužírce. variantou volného uložení je uložení v dutině ochranné trubky naplněné speciální směsí olejů, silikonovou směsí nebo jinou vláčnou hmotou
13 Elektrotechnologie Těsná sekundární ochrana poskytuje ochranu proti ztrátám mikroohyby, ale k mikroohybům může dojít při její výrobě (průměr zpravidla 0,25 mm až 1 mm). Volná sekundární ochrana vytváří dutinu, do které je uloženo vlákno, je malá pravděpodobnost vzniku mikroohybů (průměr zpravidla 1 mm až 2 mm). Vyplněná sekundární ochrana je variantou volné sekundární ochrany. Ihned po vložení vlákna do dutiny je dutina naplněna speciálním plnidlem, které je odolné proti vlhkosti Jednovláknové kabely Jádro Ochrana Zpevňovací Plášť vlákna Jsou používány většinou ke speciálním účelům nebo pro přenos na krátké vzdálenosti, kdy může být kabel pro zvýšení přenosové kapacity snadno vyměněn. Typické uspořádání jednovláknového kabelu je znázorněno na obr.č Kolem vlákna uspořádaného podle výše uvedeného popisu je vytvořen obal ze zpevňovacích vláken. Povrch kabelu je tvořen pláštěm, který může být vyroben z různých materiálů, jako např. z PVC, tefzelu kombinovaného s kevlarem, může být jednoduchý nebo dvojitý, chráněn kovovým povlakem atd. Jedovláknové kabely jsou nazývány také kabely simplex. Jsou vyráběny z různých typů vláken a o různých délkách v závislosti na aplikaci a požadavcích zákazníka Vícevláknové kabely Vícevláknové kabely jsou zpravidla používány pro dálkové telekomunikace. Sotrtiment vyráběných kabelů z hlediska způsobu a účelu použití je velmi široký. Aby byla využita poměrně dlouhá životnost optických kabelů, je výhodné budovat novou optickou trasu s ohledem na možné budoucí změny a možnosti rozšíření. Hlavní vlastnosti optických kabelů pro komunikace: Obsahují až 144 optická vlákna; Nejčastější počty vláken jsou: 6, 8,12, 16, 24, 36, 48, 64, 96, 120, 144; Nutná ochrana proti vlhkosti - gely Ochrana proti mechanickému poškození - tuhá ochrana, pokládka do ochranných trubek, ochrana kevlarem - proti brokům (kevlar je obchodní název umělé hmoty, která má velkou mechanickou odolnost, používána je např. také k výrobě ochranných vest policie);výrobní délky nejčastěji 2, 4 nebo 6 km Spojování v kabelových spojkách - nutná ochrana proti vlhkosti a dalším vlivům V každé kabelové spojce je nutné spojit všechna vlákna - nejčastěji svařením pomocí svářečky optických vláken Další možností je spojovat vlákna pomocí konetorů Kabel s kruhovou a páskovou geometrií Kabel s kruhovou geometrií plášť kabelu simplex kabel ocel s potahem Plášť kabelu Obr.č Typické uspořádání jednovláknového kabelu Obr.č Princip kruhového kabelu Princip kabelu s více vlákny je znázorněn na obr.č Tento kabel obsahuje určitý počet jednoduchých kabelů (označení simplex). Střed kabelu je tvořen ocelovým drátem potaženým izolačním materiálem Ocelový drát slouží k ochraně kabelu při jeho napínání. Obr.č znázorňuje příklad uspořádání kabelu s větším množstvím vláken
14 Optoelektronika Tento kabel obsahuje trubky, v každé z nich je maximálně 12 vláken. Mezi vnějším pláštěm a vnitřkem kabelu je vyztužení pomocí kevlaru. Vnější plášť může být podle toho, zda je kabel určen pro vnější nebo vnitřní prostředí je vyráběn z PVC nebo z materiálu typu LSZH, případně HDPE. PVC polyvinylchlorid je používán pro vnitřní instalace. Jeho nevýhodou je toxicita, při hoření vytváří jedovaté plyny. LSZH (Low-Smoke Zero-Halogen) vnější plášť centrální člen trubka s 12 vlákny výplň nebo bez výplně výztuž, např. vlákna kevlaru Obr.č Princip kruhového kabelu s více vlákny značí, že se jedná o kabel pro vnější a vnitřní použití odolný proti požáru a vnějšímu záření, při požáru netvoří jedovaté plyny. Přednostně jsou používány do uzavřených prostor, jako jsou tunely, nemocnice, místnosti s výpočetní technikou atd. Nahrazují PVC. HDPE (High Density Polyethylene) polyetylén vysoké hustoty je používán v různých technických disciplinách včetně automobilového průmyslu. Má velmi dobré mechanické vlastnosti Způsobů uspořádání kabelů s kruhovou geometrií je celá řada. Do drsnějších prostředí vyžadujících vyšší odolnost kabelů jsou vyráběny kabely které mají dvojitý vnější plášťvyrobeny z materiálu LSZH nebo HDPE. Vnitřní a vnější část tohoto pláště je oddělena navinutou ocelovou páskou, která rovněž chrání kabel proti hlodavcům. Kabel s páskovou geometrií Princip možného uspořádání páskového kabelu je naznačen na obr.č U páskového kabelu je snadné určit vybrané vlákno. Z toho důvodu je snadnější spojování kabelů. Je možné také využít spojovací techniku, která pracuje s celou vrstvou pásového kabelu namísto spojování jednotlivých vláken. Porovnání některých vlastností páskového a kruhového kabelu je uvedeno v následující tabulce. Obr.č Princip páskového kabelu Plášť z PVC nebo LSZH Vyztužení Sekundární ochrana Obr.č Princip kabelu duplex Plášť z PVC nebo LSZH Obr.č Princip kabelu heavy duplex Typ kabelu kruhový páskový Využití prostoru nízké vysoké Pravděpodobnost vzniku mikroohybu při výrobě malá velká Snadnost manipulace a identifikace vláken složitá snadná Snadnost oprav spojení špatná dobrá Obtížnost výroby malá velká Kabel duplex Kabel duplex umožňuje realizaci obousměrného spojení. Je vyráběn jak s jednovidovými tak s mnohavidovými vlákny (50/125 µm a 62,5 µm). Jeho uspřádání je zřejmé z obr.č Pro náročnější prostředí je určen zodolněný kabel duplex označovaný jako heavy duplex. Jeho uspořádání je znázorněno na obr.č Jak je z obrázku zřejmé, má na sobě tento typ kabelu jeden plášť z PVC nebo LSZH navíc. Tím je zajištěna větší odolnost kabelu proti vlivům prostředí.
15 4.3 Optické spojovací a vazební prvky Elektrotechnologie Důležitou součástí optoelektronických systémů jsou spojovací a vazební prvky, které zprostředkovávají jednak vzájemné propojení světlovodných vláken a dále jejich připojení k různým součástem optického spoje. Spojovací prvky musí zajistit dokonale radiální i axiální přesnost a minimální vzdálenost mezi spojovanými částmi optických vláken. Prováděné spoje mohou být - trvalé; - rozebíratelné konektory. Trvalé spojky jsou dvou typů: přímé a nepřímé. Přímé spojky mohou být provedeny: lepením vláken organickou pryskyřicí; svářením vláken mikrohořákem; svářením vláken elektrickým obloukem; svářením vláken laserem. Nepřímé spojky jsou založeny na několika principech. Nejjednodušší spočívá v tom, že se upravené konce vláken vloží do skleněné objímky (trubky), ve které se slepí epoxidovým lepidlem. Konektory umožňují opakovatelné spojení. hlavní částí konektoru, která určuje jeho kvalitu i cenu, je vlastní kontaktní člen kolík a zdířka. Jedna z konstrukcí využívá tzv. techniku rozšířeného paprsku, která spočívá ve využití kuželovité spojky nebo čočky, která přemění paprsky vystupující z vlákna v rovnoběžný svazek většího průřezu. Při navázání do vlákna naopak přicházející rovnoběžný svazek soustředí do vlákna. To umožňuje zvětšit příčné i podélné tolerance pro vzájemnou polohu konců vláken. 4.4 Zdroje optického záření /nosné vlny/: Ideální optický zdroj by měl generovat monochromatické optické záření s konstantním a dostatečně velkým výstupním výkonem. Vlnové délky musí ležet v oblasti nízkého útlumu použitého optického vlákna. 1 λ=0 λ0 λ0 λ Ideální Reálná spektrální charakteristika 1 0,5 Obr.č Příklad normované ideální a reálné spektrální Normovaná spektrální charakteristika znázorňuje závislost relativní intenzity záření zdroje světla na vlnové délce. Příklad ideální s reálné spektrální charakteristiky je znázorněn na obr.č. Jako zdroje světla mohou být použity: různé typy laserů; diody LED laserové diody LD. Ideální spektrální charakteristiku splňují nejlépe lasery, nejhůře diody LED. charakteristiky Reálné zdroje generují poměrně široké spektrum vlnových délek, tzn. že nejsou monochromatické. Důležitým parametrem zdroje je šířka spektrální čáry λ, která je určována v polovině spektrální charakteristiky. Porovnávací tabulka relativní šířky spektra diod LED a LD: Zdroj záření λ 0 λ λ λ 0 LED 1 µm 30 nm LD 1 µm 1 nm 10-3 Velká šířka pásma emitovaného optického záření může zásadním způsobem omezovat přenosovou kapacitu systému. Pro některé aplikace je vhodným zdrojem optického záření laser. Výhody laseru: generuje monochromatické záření;
16 Optoelektronika záření laseru je koherentní, to znamená, že u něho je zachovávána fáze a směr, jinak řečeno, fotony se pohybují jedním směrem a jsou v průřezu velmi rovnoměrně rozmístěny; Princip činnosti laseru je obdobný jako princip činnosti svítivých diod. Dodáním vnější energie dojde k přechodu elektronů na dráhu s větší energetickou hladinou. Elektrony tam dlouhou dobu nevydrží a při návratu na nižší hladinu vyzáří přebytečnou energii ve formě fotonů. Podle aktivního prostředí rozlišujeme tři základní typy laserů: plynové, pevnolátkové a polovodičové = laserové diody. U plynových laserů vzniká paprsek v plynném prostředí, kterým je nejčastěji argon, helium nebo neon. K emisi světla dochází po přivedení dostatečně vysokého napětí na elektrody, které jsou umístěny uvnitř trubice s plynem. Plynové lasery pro průmyslové využití mohou dosahovat i velmi vysokých výkonů, jejich nevýhodou je nutnost složitého chlazení i relativní nákladnost Druhou skupinu laserů tvoří pevnolátkové lasery. Zde je aktivním prostředím pečlivě vypěstovaný homogenní krystal s příměsí cizorodé látky. Světelná emise vzniká vystavením krystalu silnému stálému externímu světelnému výboji. Nejčastěji používaným typem pevnolátkového laseru je Nd:YAG Poslední a nejnovější skupinou laserů jsou polovodičové lasery, obecně známé jako laserové diody. Zde vzniká světelná emise v tenké přechodové vrstvě na hranici mezi polovodiči typu P a N. Atomy v přechodové vrstvě jsou schopny absorbovat energii z elektrického proudu procházejícího diodou a přecházet tak do vyšších energetických hladin. Při sestupu na své původní hladiny nadbytečnou energii vyzáří, obecně v podobě tepla a světla. Použitelnost a kvalita laserové diody závisí na správném výběru materiálů obou polovodičů a na udržení přesné tloušťky přechodové vrstvy. Pro použití ve vláknové optice mají LD tyto výhody: jsou malé; mají vysokou radiancí malou plochou emitují velké množství světla; oblast vyzařování světla je malá v porovnání s rozměry optického vlákna; mají velmi dlouhou životnost a vysokou spolehlivost; jsou velmi rychlé modulační kmitočty mohou být vysoké. Jak již bylo uvedeno, pro některé aplikace je z cenových důvodů výhodné použít diody LED. Následující tabulka uvádí přehled materiálů používaných pro LED různých barev: Materiál Vzorec Rozdíl energií drah Vlnová délka galium fosfid GaP 2,24 ev 550 nm arsenid hliníku AlAs 2,09 ev 590 nm galium arsenid GaAs 1,42 ev 870 nm fosfid india InP 1,33 ev 930 nm arsenid hliníku a galia AlGaAs 1,42 až 1,61 ev 770 až 870 nm indium-galium-arsenidfosfid InGaAsP 0,74 až 1,13 ev 1100 až 1670 nm Laserové diody pro kratší vlnové délky jsou obvykle vyrobeny na bázi GaAlAs, lasarové dlouhovlnné diody na bázi InGaAsP. Jsou vyráběny dva typy laserových diod: Laserová dioda struktury Fabry Perot (FP) je ekonomičtější, vykazuje větší šumy, je pomalejší. Zdokonalenou verzí této struktury je MQW (multi-quantum-well), která vykazuje podstatné zlepšení všech vlastností struktury FP. Vykazuje menší prahové proudy, vyšší účinnost, nižší šumy, lepší linearitu a podstatně lepší teplotní stabilitu; laserová dioda struktury DBF (distributed feedback) dosahuje vysoký poměr signál/šum, má užší spektrum vlnových délek, je rychlejší
17 Elektrotechnologie Porovnání hlavních vlastností diod LED a LD je uvedeno v následující tabulce: Parametr LED LD Výstupní výkon přibližně lineárně úměrný protékajícímu proudu Úměrný protékajícímu proudu nad prahovou hodnotou proudu, zpočátku velmi malý Proud Max 50 až 100 ma Prahový proud 5 až 40 ma Předávaný výkon do vlákna střední velký Rychlost menší větší Šířka pásma střední velká Používané vlnové délky pro přenos 0,78 až 1,65 µm 0,66 až 1,65 µm dat Spektrální šířka široká užší Typ připojovaného vlákna multividové jedno- i multividové Snadnost použití snadnější obtížnější Životnost vyšší nižší než LED Cena nízká vysoká 4.5 Závěr V oblasti optických komponentů ještě zdaleka nebyly vyčerpány jejich možnosti. U zdrojů IČ záření se dnes standardně dosahuje modulačních rychlostí řádu desítek Gb/s resp. GHz. Byly vyvinuty nové typy využívající kvantově mechanické jevy (Multiple-Quantum-Well, MQW), které mohou být modulovány rychlostí až do 40 Gb/s. Velké úsilí je věnováno vývoji rychle přeladitelných polovodičových laserů a jejich synchronizaci. Předmětem základního výzkumu jsou též zdroje IČ záření pro vlnová pásma nad 2000 nm, kde světlovody mohou vykazovat útlum o 1 až 2 řády nižší než dnešní křemenné světlovody, které jsou transparentní jen asi do 1600 nm. Podobná situace je u fotodetektorů, jejichž mezní rychlost se odhaduje na 100 GHz. Také pro fotodetektory se hledají nové materiály citlivé pro vlnové délky nad 2000 nm. V oblasti světlovodů se hlavní inovace týkají formování jejich disperzní charakteristiky v závislosti na vlnové délce a zachování polarizace přenášeného optického signálu požadované v koherentních spojích a v některých druzích senzorů
Strukturovaná kabeláž počítačových sítí
Strukturovaná kabeláž počítačových sítí druhy kabelů (koaxiální kabel, TWIST, optický kabel) přenosové rychlosti ztráty na přenosové cestě Koaxiální kabel Původní, první, počítačové rozvody byly postaveny
VíceOtázka č. 14 Světlovodné přenosové cesty
Fresnelův odraz: Otázka č. 4 Světlovodné přenosové cesty Princip šíření světla v optickém vlákně Odraz a lom světla: β α lom ke kolmici n n β α lom od kolmice n n Zákon lomu n sinα = n sin β Definice indexu
VíceTECHNOLOGIE OPTICKÝCH VLÁKEN A KABELŮ
TECHNOLOGIE OPTICKÝCH VLÁKEN A KABELŮ Výhody optického přenosu signálu: Vysoká přenosová rychlost Velká kapacita a šířka přenosových pásem Nízká výkonová úroveň Odolnost proti rušivým vlivům necitlivost
VícePřenosová média KIV/PD Přenos dat Martin Šimek
Přenosová média KIV/PD Přenos dat Martin Šimek O čem přednáška je? 2 Frekvence, připomenutí skutečností 3 Úvodní přehled 4 Úvodní přehled 5 6 Frekvenční spektrum elektromagnetických kanálů Základní klasifikace
VíceHistorie vláknové optiky
Historie vláknové optiky datuje se zpět 200 let, kde postupně: 1790 - franc. inženýr Claude Chappe vynalezl optický telegraf 1840 - Daniel Collodon a Jacque Babinet prokázali, že světlo může být vedeno
VíceOptická vlákna a práce s nimi
Optická vlákna a práce s nimi Ing. Pavel Schlitter místnost č. 619, 605 tel.: 2435 2102, 2095 Výhody komunikace s použitím optického vlákna Enormní šířka pásma Malé rozměry a hmotnost Elektrická izolace
VíceAplikovaná optika. Optika. Vlnová optika. Geometrická optika. Kvantová optika. - pracuje s čistě geometrickými představami
Aplikovaná optika Optika Geometrická optika Vlnová optika Kvantová optika - pracuje s čistě geometrickými představami - zanedbává vlnovou a kvantovou povahu světla - elektromagnetická teorie světla -světlo
VícePB169 Operační systémy a sítě
PB169 Operační systémy a sítě Přenos dat v počítačových sítích Marek Kumpošt, Zdeněk Říha Způsob propojení sítí opak. Drátové sítě TP (twisted pair) kroucená dvoulinka 100Mbit, 1Gbit Koaxiální kabel vyšší
VíceINVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. 1 Rozdělení optických vláken Jak funguje optické vlákno Základní parametry Výhody použití optických vláken
VíceZáklady fyzikálněchemických
Základy fyzikálněchemických metod Fyzikálně-chemické metody optické metody elektrochemické metody separační metody kalorimetrické metody radiochemické metody ostatní metody Optické metody Oko je citlivé
Víceoptické vlastnosti polymerů
optické vlastnosti polymerů V.Švorčík, vaclav.svorcik@vscht.cz Definice světelného paprsku světlo se šíří ze zdroje podél přímek (paprsky) Maxwell: světlo se šířív módech (videch) = = jediná možná cesta
VíceStručný úvod do spektroskopie
Vzdělávací soustředění studentů projekt KOSOAP Slunce, projevy sluneční aktivity a využití spektroskopie v astrofyzikálním výzkumu Stručný úvod do spektroskopie Ing. Libor Lenža, Hvězdárna Valašské Meziříčí,
VíceOPTOELEKTRONIKA SNELLOVY ZÁKONY
OPTOELEKTRONIKA Světlo je elektromagnetické vlnění o vlnové délce 380nm až 780nm. Světlo si lze představit také jako určité množství částic světla, tzv. fotonů. OPTICKÁ KOMUNIKAČNÍ SOUSTAVA Přenášenou
VíceFTTX - pasivní infrastruktura. František Tejkl 17.09.2014
FTTX - pasivní infrastruktura František Tejkl 17.09.2014 Náplň prezentace Optické vlákno - teorie, struktura a druhy vláken (SM,MM), šíření světla vláknem, přenos opt. signálů Vložný útlum a zpětný odraz
VíceLasery základy optiky
LASERY Lasery se staly jedním ze základních nástrojů moderních strojírenských technologií. Optimální využití laserových technologií předpokládá znalosti o jejich principech a o vlastnostech laserového
VíceLasery optické rezonátory
Lasery optické rezonátory Optické rezonátory Optickým rezonátorem se rozumí dutina obklopená odrazovými plochami, v níž je pasivní dielektrické prostředí. Rezonátor je nezbytnou součástí laseru, protože
VíceKIS a jejich bezpečnost I Šíření rádiových vln
KIS a jejich bezpečnost I Šíření rádiových vln Podstata jednotlivých druhů spojení, výhody a nevýhody jejich použití doc. Ing. Marie Richterová, Ph.D. Katedra komunikačních a informačních systémů Černá
VíceZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ
ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ (c) -2008, ACH/IM BLOKOVÉ SCHÉMA: (a) emisní metody (b) absorpční metody (c) luminiscenční metody U (b) monochromátor často umístěn před kyvetou se vzorkem. Části
VícePřenos dat v počítačových sítích
Počítačové sítě a operační systémy Přenos dat v počítačových sítích Jaromír Plhák xplhak@fi.muni.cz PB169 Počítačové sítě a operační systémy Jaromír Plhák, 27.03.2017 Elektrické vodiče TP (Twisted Pair)
VíceZdroje optického záření
Metody optické spektroskopie v biofyzice Zdroje optického záření / 1 Zdroje optického záření tepelné výbojky polovodičové lasery synchrotronové záření Obvykle se charakterizují zářivostí (zářivý výkon
VíceZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ
ZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ Komunikační kanál (přenosová cesta) vždy negativně ovlivňuje přenášený signál (elektrický, světelný, rádiový). Nejčastěji způsobuje: útlum zeslabení, tedy zmenšení amplitudy
VíceOptika pro mikroskopii materiálů I
Optika pro mikroskopii materiálů I Jan.Machacek@vscht.cz Ústav skla a keramiky VŠCHT Praha +42-0- 22044-4151 Osnova přednášky Základní pojmy optiky Odraz a lom světla Interference, ohyb a rozlišení optických
VíceKIV/PD. Přenosová média
KIV/PD Přenosová média Přenos dat Martin Šimek O čem přednáška je? 2 frekvenční spektrum elektromagnetických signálů přehled vlastností přenosových médií kroucená dvoulinka koaxiální kabel optické vlákno
VíceGeometrická optika. předmětu. Obrazový prostor prostor za optickou soustavou (většinou vpravo), v němž může ležet obraz - - - 1 -
Geometrická optika Optika je část fyziky, která zkoumá podstatu světla a zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla a při vzájemném působení světla a látky. Světlo je elektromagnetické
VíceVY_32_INOVACE_ENI_2.MA_13_Nekoherentní zdroje záření
Číslo projektu Číslo materiálu CZ.1.07/1.5.00/34.0581 VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_13_Nekoherentní zdroje záření Název školy Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Autor Ing. Miroslav Krýdl
VíceElektromagnetické vlny
Elektromagnetické vlny 151 Dlouhé půlvlné vedení v harmonickém ustáleném stavu se sinusovým buzením a otevřeným koncem l = λ/2 Ẑ vst = Ẑ z, Ẑ z stojatá vlna napětí dipól λ/2. vedení s otevřeným koncem
VíceMěření vlastností optického vlákna
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 1 Měření vlastností optického vlákna Vypracovali: Jan HLÍDEK & Lukáš TULACH V rámci předmětu: Telekomunikační systémy
VíceIEEE802.3 Ethernet. Ethernet
IEEE802.3 Ethernet Ethernet 1 Předmět: Téma hodiny: Třída: Počítačové sítě a systémy IEEE802.3 Ethernet část IV. 3. a 4. ročník SŠ technické Autor: Ing. Fales Alexandr Software: SMART Notebook 11.0.583.0
Více2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova)
Punčochář, J: AEO; 2. kapitola 1 2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova) Čas ke studiu: 4 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět identifikovat prvky optického přenosového
VíceSTAVEBNÍ PRVKY POČÍTAČOVÉ SÍTĚ
STAVEBNÍ PRVKY POČÍTAČOVÉ SÍTĚ Souhrn hardwarových a softwarových prostředků, které umožňují vzájemnou komunikaci koncových síťových zařízení nebo celých síťových uzlů. 1. Síťové koncové zařízení (počítač,
VíceÚloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory
Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory Optické vlákna patří k nejmodernějším přenosovým médiím. Jejich vysoká přenosová kapacita a nízký útlum jsou hlavní výhody, které je staví před
VícePasivní prvky: kabely
Pasivní prvky: kabely 1 Předmět: Počítačové sítě a systémy Téma hodiny: Pasivní prvky kabely část III. Třída: 3. a 4. ročník SŠ technické Autor: Ing. Fales Alexandr Software: SMART Notebook 11.0.583.0
VíceUčební texty z fyziky 2. A OPTIKA. Obor zabývající se poznatky o a zákonitostmi světelných jevů. V posledních letech rozvoj optiky vynález a využití
OPTIKA Obor zabývající se poznatky o a zákonitostmi světelných jevů Světlo je vlnění V posledních letech rozvoj optiky vynález a využití Podstata světla Světlo je elektromagnetické vlnění Zdrojem světla
VícePRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne 23.4.2009.
Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK PRAKTIKUM III Úloha č. XXVI Název: Vláknová optika Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne 23.4.2009 Odevzdal dne: Možný počet bodů
VíceZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ
ZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ Komunikační kanál (přenosová cesta) vždy negativně ovlivňuje přenášený signál (elektrický, světelný, rádiový). Nejčastěji způsobuje: útlum zeslabení, tedy zmenšení amplitudy
VíceUKONČOVÁNÍ OPTICKÝCH VLÁKEN KONEKTORY
UKONČOVÁNÍ OPTICKÝCH VLÁKEN KONEKTORY 1. Rozdělení a provedení optických vláken (OV) Prvořadým hlediskem, podle něhož jsou světlovodná vlákna rozdělena do třech skupin a které ovlivňuje jejich konstrukční
VíceOptoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)
Optoelektronika elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD Elektro-optické převodníky žárovka - nejzákladnější EO převodník nevhodné pro optiku široké spektrum vlnových délek vhodnost pro EO
VíceABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY
ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY 1 Fyzikální základy spektrálních metod Monochromatický zářivý tok 0 (W, rozměr m 2.kg.s -3 ): Absorbován ABS Propuštěn Odražen zpět r Rozptýlen s Bilance toků 0 = +
VíceHlavní parametry rádiových přijímačů
Hlavní parametry rádiových přijímačů Zpracoval: Ing. Jiří Sehnal Pro posouzení základních vlastností rádiových přijímačů jsou zavedena normalizovaná kritéria parametry, podle kterých se rádiové přijímače
VíceÚvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, 2014. Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.
Aktivní prostředí v plynné fázi. Plynové lasery Inverze populace hladin je vytvářena mezi energetickými hladinami některé ze složek plynu - atomy, ionty nebo molekuly atomární, iontové, molekulární lasery.
VícePSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.
PSK1-14 Název školy: Autor: Anotace: Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka Optické zdroje a detektory Vzdělávací oblast: Informační a komunikační technologie Předmět:
VíceSvětlo jako elektromagnetické záření
Světlo jako elektromagnetické záření Základní pojmy: Homogenní prostředí prostředí, jehož dané vlastnosti jsou ve všech místech v prostředí stejné. Izotropní prostředí prostředí, jehož dané vlastnosti
VíceNázev a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA
Název a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA OPTIKA ZÁKLADNÍ POJMY Optika a její dělení Světlo jako elektromagnetické vlnění Šíření světla Odraz a lom světla Disperze (rozklad) světla OPTIKA
VícePrůmyslové lasery pro svařování
Průmyslové lasery pro svařování (studijní text k předmětu SLO/UMT1) Připravila: Hana Šebestová V současné době se vyrábí řada typů laserů. Liší se svou konstrukcí, poskytovaným výkonem, účinností i charakterem
Víceλ, (20.1) 3.10-6 infračervené záření ultrafialové γ a kosmické mikrovlny
Elektromagnetické vlny Optika, část fyziky zabývající se světlem, patří spolu s mechanikou k nejstarším fyzikálním oborům. Podle jedné ze starověkých teorií je světlo vyzařováno z oka a oko si jím ohmatává
VíceJaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký. Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený
Jan Olbrecht Jaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený Jaký typ lomu nastane při průchodu světla z opticky
Víceednáška Ing. Bc. Ivan Pravda
4.předn ednáška Optické přenosové prostředky (WDM) Ing. Bc. Ivan Pravda Optické přenosové prostředky - Viditelné světlo frekvence okolo 10 8 Hz, oblast frekvencí využitelná pro přenos dat - Přenášená data
Více4 Nemetalické přenosové cesty
David Urbanec 4.B 4 Nemetalické přenosové cesty David Urbanec Nemetalické přenosové cesty Mezi nemetalické přenosové cesty se ředí například wi-fi síť a optické vlákno, ani v jednom s těchto dvou příkladu
VícePřenosová média. rek. Petr Grygárek. 2005 Petr Grygárek, FEI VŠB-TU Ostrava, Počítačové sítě (Bc.) 1
Přenosová média Petr Grygárek rek 1 Přenosová média pro počítačové sítě Využíván sériový přenos úspora vedení Metalická Nesymatrické - koaxiální kabel Symetrické - kroucená dvojlinka Optická stíněná, nestíněná
VíceVLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník
VLNOVÁ OPTIKA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník Vlnová optika Světlo lze chápat také jako elektromagnetické vlnění. Průkopníkem této teorie byl Christian Huyghens. Některé jevy se dají
VíceCharakteristiky optického záření
Fyzika III - Optika Charakteristiky optického záření / 1 Charakteristiky optického záření 1. Spektrální charakteristika vychází se z rovinné harmonické vlny jako elementu elektromagnetického pole : primární
VíceVYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY. OPTICKÝ SPOJ LR-830/1550 Technický popis
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY OPTICKÝ SPOJ LR-830/1550 Technický popis BRNO, 2009 1 Návrh a konstrukce dálkového spoje 1.1 Optická
VíceSpektrální charakteristiky
Spektrální charakteristiky Cíl cvičení: Měření spektrálních charakteristik filtrů a zdrojů osvětlení 1 Teoretický úvod Interakcí elektromagnetického vlnění s libovolnou látkou vzniká optický jev, který
VíceSvětlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky od 390 nm do 770 nm.
1. Podstata světla Světlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky od 390 nm do 770 nm. Vznik elektromagnetických vln (záření): 1. při pohybu elektricky nabitých částic s nenulovým zrychlením
VíceLasery. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013
Lasery Biofyzikální ústav LF MU Elektromagnetické spektrum http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:elmgspektrum.png http://cs.wikipedia.org/wiki/ Soubor:Spectre.svg Bezkontaktní termografie 2 Součásti laseru
VíceSvětlo 1) Světlo patří mezi elektromagnetické vlnění (jako rádiový signál, Tv signál) elmg. vlnění = elmg. záření
OPTIKA = část fyziky, která se zabývá světlem Studuje zejména: vznik světla vlastnosti světla šíření světla opt. přístroje (opt. soustavami) Otto Wichterle (gelové kontaktní čočky) Světlo 1) Světlo patří
VíceCharakteristiky optoelektronických součástek
FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Ústav fyziky FEKT VUT BRNO Spolupracoval Jan Floryček Jméno a příjmení Jakub Dvořák Ročník 1 Měřeno dne Předn.sk.-Obor BIA 27.2.2007 Stud.skup. 13 Odevzdáno dne Příprava Opravy Učitel
VíceELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ
VY_32_INOVACE_FY.16 ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Jiří Kalous Základní a mateřská škola Bělá nad Radbuzou, 2011 Elektromagnetické záření Jakýkoli
VíceZákladní komunikační řetězec
STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA NA PROSEKU EVROPSKÝ SOCIÁLNÍ FOND Základní komunikační řetězec PRAHA & EU INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI Podpora kvality výuky informačních a telekomunikačních technologií ITTEL
Více5. Optické počítače. 5.1 Optická propojení
5. Optické počítače Cíl kapitoly Cílem kapitoly je pochopit funkci optických počítačů. Proto tato kapitola doplňuje poznatky z předešlých kapitol k objasnění funkcí optických počítačů Klíčové pojmy Optické
VíceMĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis
MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis Ivana Krestýnová, Josef Zicha Abstrakt: Absolutní vlhkost je hmotnost
Více9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST
9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST Modulace tvoří základ bezdrátového přenosu informací na velkou vzdálenost. V minulosti se ji využívalo v telekomunikacích při vícenásobném využití přenosových
VíceVznik a šíření elektromagnetických vln
Vznik a šíření elektromagnetických vln Hlavní body Rozšířený Coulombův zákon lektromagnetická vlna ve vakuu Zdroje elektromagnetických vln Přehled elektromagnetických vln Foton vlna nebo částice Fermatův
VíceSNÍMAČE OPTICKÉ, ULTRAZVUKOVÉ A RÁDIOVÉ
SNÍMAČE OPTICKÉ, ULTRAZVUKOVÉ A RÁDIOVÉ (2.5, 2.6 a 2.7) Ing. Pavel VYLEGALA 2014 Optické snímače Optiky umožňuje konstrukci miniaturních snímačů polohy s vysokou rozlišovací schopností (řádově jednotky
VíceFYZIKA Elektromagnetické vlnění
Výukový materiál zpracován v rámci operačního projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0512 Střední škola ekonomiky, obchodu a služeb SČMSD Benešov, s.r.o. FYZIKA Elektromagnetické
VíceBezpečnostní inženýrství. - Detektory požárů a senzory plynů -
Bezpečnostní inženýrství - Detektory požárů a senzory plynů - Úvod 2 Včasná detekce požáru nebo úniku nebezpečných látek = důležitá součást bezpečnostního systému Základní požadavky včasná detekce omezení
VíceVlnovodn{ optika. 2 Vlnovodn{ optika. 2.1 Úvod. 2.2 Princip přenosu v optickém vl{kně
Vlnovodn{ optika Cíl kapitoly Cílem kapitoly je sezn{mit se s principem vedení optikého sign{lu v optických kan{lech, jejich buzení a detekci. Poskytuje podklady pro studenty umožňující objasnění těchto
VíceElektromagnetické vlnění
Elektromagnetické vlnění kolem vodičů elmag. oscilátoru se vytváří proměnné elektrické i magnetické pole http://www.walter-fendt.de/ph11e/emwave.htm Radiotechnika elmag vlnění vyzářené dipólem můžeme zachytit
VíceDPZ - IIa Radiometrické základy
DPZ - IIa Radiometrické základy Ing. Tomáš Dolanský Definice DPZ DPZ = dálkový průzkum Země Remote Sensing (Angl.) Fernerkundung (Něm.) Teledetection (Fr.) Informace o objektu získává bezkontaktním měřením
VícePRINCIP MĚŘENÍ TEPLOTY spočívá v porovnání teploty daného tělesa s definovanou stupnicí.
1 SENZORY TEPLOTY TEPLOTA je jednou z nejdůležitějších veličin ovlivňujících téměř všechny stavy a procesy v přírodě Ke stanovení teploty se využívá závislosti určitých fyzikálních veličin na teplotě (A
VíceVY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory
Číslo projektu Číslo materiálu CZ.1.07/1.5.00/34.0581 VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory Název školy Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Autor Ing. Miroslav Krýdl Tematická
VíceÚloha č.9 Měření optických kabelů metodou OTDR (Optical Time Domain Reflectometry)
Úloha č.9 Měření optických kabelů metodou OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) 1 Teoretický úvod Měření parametrů optických vláken metodou zpětného rozptylu představuje v současnosti velmi důležitý
VíceModerní metody rozpoznávání a zpracování obrazových informací 15
Moderní metody rozpoznávání a zpracování obrazových informací 15 Hodnocení transparentních materiálů pomocí vizualizační techniky Vlastimil Hotař, Ondřej Matúšek Katedra sklářských strojů a robotiky Fakulta
VíceMěřená veličina. Rušení vyzařováním: magnetická složka (9kHz 150kHz), magnetická a elektrická složka (150kHz 30MHz) Rušivé elektromagnetické pole
13. VYSOKOFREKVENČNÍ RUŠENÍ 13.1. Klasifikace vysokofrekvenčního rušení Definice vysokofrekvenčního rušení: od 10 khz do 400 GHz Zdroje: prakticky všechny zdroje rušení Rozdělení: rušení šířené vedením
VíceOptické komunikace 1 pro integrovanou výuku VUT a VŠB-TUO
VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA Fakulta elektrotechniky a informatiky Optické komunikace 1 pro integrovanou výuku VUT a VŠB-TUO Garant předmětu: Vladimír Vašinek Autor textu: Vladimír
VíceVŠB-TU Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra telekomunikační techniky. Optoelektronika. Protokol č.: 1Datum: 27.10.
Optoelektronika Protokol č.: 1Datum: 27.10.2013 Název: Měření útlumu optických vláken a kabelů u SM a MM Vypracoval: Tomáš Škařupa Spolupracoval: - login: SKA0092 login: - 1 Zadání měření A. Měření útlumu
VíceFyzika aplikovaná v geodézii
Průmyslová střední škola Letohrad Vladimír Stránský Fyzika aplikovaná v geodézii 1 2014 Tento projekt je realizovaný v rámci OP VK a je financovaný ze Strukturálních fondů EU (ESF) a ze státního rozpočtu
VíceÚloha č. 7 Disperzní vlastnosti optických vlnovodů
Úloha č. 7 Disperzní vlastnosti optických vlnovodů 1 Teoretický úvod Optické vláknové vlnovody jsou důležitou komponentou optických komunikačních sítí. Jejich nejvýznamnějším parametrem je měrný útlum
Víceelektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech
Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech piezoelektrický jev při mechanickém namáhání krystalu ve správném směru na něm vzniká elektrické napětí po přiložení elektrického napětí se
VíceIEC 793-2:1989 Optical fibres. Part 2: Product specification (Optická vlákna. Část 2: Výrobní specifikace)
ČESKOSLOVENSKÁ NORMA MDT 666.189.21:666.22 Říjen 1992 OPTICKÁ VLÁKNA Část 2: Výrobní specifikace ČSN IEC 793-2 35 8862 Optical fibres. Part 2: Product specifications Fibres optiques. Deuxième partie: Spécifications
VíceVY_32_INOVACE_OV_3.ME_05_Prvky prostorové ochrany. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno
Číslo projektu Číslo materiálu Název školy Autor Tematická oblast Ročník CZ.1.07/1.5.00/34.0581 VY_32_INOVACE_OV_3.ME_05_Prvky prostorové ochrany Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno
VíceNetradiční světelné zdroje
Ing. Jiří Kubín, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247, který je spolufinancován
VíceOtázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu
Otázky z optiky Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu ) o je světlo z fyzikálního hlediska? Jaké vlnové délky přísluší viditelnému záření? - elektromagnetické záření (viditelné záření) o vlnové délce
VíceODRAZ A LOM SVĚTLA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Septima - Fyzika - Optika
ODRAZ A LOM SVĚTLA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Septima - Fyzika - Optika Odraz světla Vychází z Huygensova principu Zákon odrazu: Úhel odrazu vlnění je roven úhlu dopadu. Obvykle provádíme konstrukci pomocí
Více28 NELINEÁRNÍ OPTIKA. Nelineární optické jevy Holografie a optoelektronika
336 28 NELINEÁRNÍ OPTIKA Nelineární optické jevy Holografie a optoelektronika Světelná vlna (jako každá jiná vlna) vyjádřená ve tvaru y=y o sin (út - ) je charakterizována základními charakteristikami:
VíceFotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec
Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace RNDr. Věra V Vodičkov ková,, PhD. Katedra materiálů TU Liberec Obecné schéma metody Dopad rtg záření emitovaného ze zdroje na vzorek průnik fotonů několik µm
VíceFyzikální podstata DPZ
Elektromagnetické záření Vlnová teorie vlna elektrického (E) a magnetického (M) pole šíří se rychlostí světla (c) Charakteristiky záření: vlnová délka (λ) frekvence (ν) Fyzikální podstata DPZ Petr Dobrovolný
Víceknové senzory v geotechnice a stavebnictví
Optovláknov knové senzory v geotechnice a stavebnictví Safibra, s.r.o. 1 Obsah Proč monitorovat? Co lze optovlákny monitorovat. FBG technologie Raman OTDR Brillouin OTDR Úloha firmy Safibra 2 Proč monitorovat?
VíceÚloha č. 1: CD spektroskopie
Přírodovědecké fakulta Masarykovy univerzity v Brně Předmět: Jméno: Praktikum z astronomie Andrea Dobešová Obor: Astrofyzika ročník: II. semestr: IV. Název úlohy Úloha č. 1: CD spektroskopie Úvod: Koho
VíceZákladní pojmy. p= [Pa, N, m S. Definice tlaku: Síla působící kolmo na jednotku plochy. diference. tlaková. Přetlak. atmosférický tlak. Podtlak.
Základní pojmy Definice tlaku: Síla působící kolmo na jednotku plochy F p= [Pa, N, m S 2 ] p Přetlak tlaková diference atmosférický tlak absolutní tlak Podtlak absolutní nula t 2 ozdělení tlakoměrů Podle
VíceÚloha č. 7 - Disperze v optických vláknech
Úloha č. 7 - Disperze v optických vláknech 1 Teoretický úvod Optické vláknové vlnovody jsou důležitou komponentou optických komunikačních sítí. Jejich nejvýznamnějšími parametry jsou měrný útlum a přenosová
VíceDetekční systém DENO-K
Detekční systém DENO-K Jiří Novotný Praha 9, Jablonecká 414 tel.: 604 263 272 e-mail : novotny@deno.cz http://www.deno.cz http://www.deno.cz strana 1 1. ZÁKLADNÍ POPIS Detekční systém DENO-K je optický
VíceStřední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hustopeče, Masarykovo nám. 1
Číslo projektu Číslo materiálu Název školy CZ.1.07/1.5.00/34.0394 VY_32_INOVACE_15_OC_1.01 Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hustopeče, Masarykovo nám. 1 Autor Tématický celek Ing. Zdenka
VíceKroucená dvojlinka. původně telefonní kabel, pro sítě začalo používat IBM (Token Ring) kroucením sníženo rušení. potah (STP navíc stínění)
Fyzická vrstva Kroucená dvojlinka původně telefonní kabel, pro sítě začalo používat IBM (Token Ring) kroucením sníženo rušení potah (STP navíc stínění) 4 kroucené páry Kroucená dvojlinka dva typy: nestíněná
VíceÚvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014
Úvod, optické záření Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014 Materiál je pouze grafickým podkladem k přednášce a nenahrazuje výklad na vlastní
VíceUniverzita Tomáše Bati ve Zlíně
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Ústav elektrotechniky a měření Optoelektronika Přednáška č. 8 Milan Adámek adamek@ft.utb.cz U5 A711 +420576035251 Optoelektronika 1 Optoelektronika zabývá se přeměnou elektrické
VíceJméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne. 11.3.2013 Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek
FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Ústav fyziky FEKT VUT BRNO Jméno a příjmení Petr Švaňa Ročník 1 Předmět IFY Kroužek 38 ID 155793 Spolupracoval Měřeno dne Odevzdáno dne Ladislav Šulák 25.2.2013 11.3.2013 Příprava Opravy
Víceλ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda
Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda Úvod Optoelektronické součástky jsou založeny na interakci optického záření s elektricky nabitými částicemi v polovodičích. Vztah mezi energií fotonů
VíceTECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Polovodičové zdroje fotonů Přehledový učební text Roman Doleček Liberec 2010 Materiál vznikl v rámci projektu ESF
VíceEmise vyvolaná působením fotonů nebo částic
Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic PES (fotoelektronová spektroskopie) XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie), ESCA (elektronová spektroskopie pro chemickou analýzu) UPS (ultrafialová
Více