Optické komunikace a jejich výuka v roce 2010 pro pedagogy SŠ, VOŠ a VŠ Martin Hájek, Miroslav Švrček MIKROKOM, s.r.o. Bratislava, 23. listopadu 2010
MIKROKOM, s.r.o. 18-let ve vláknové optice a OK 8 let pobočka v Senici MIKROKOM SK laboratoř vláknové optiky měření v terénu a v laboratoři + úřední měření mezinárodně akreditovaná kalibrační laboratoř široké spektrum odborných kurzů akreditovaná vzdělávací instituce dle MŠ SR zastoupení výrobce měřicí techniky tradice výukových souborů již od 1. pol. 90 let
Skleněné optické vlákno optický signál = signál o extra vysoké frekvenci obrovská přenosová rychlost / kapacita po jednom vláknu dle typu od x10 Mbit/s až dnes běžně 10 Gbit/s přichází 40 Gbit/s... na obzoru 100 Gbit/s kapacita se dá násobit užitím vícekanálového přenosu (WDM) omezení zkreslení disperze
Skleněné optické vlákno malý útlum jednotky db/km až 0,2 db/km dosah bez zesílení až přes 100 km malé rozměry a hmotnost vysoké počty vláken v kabelech (desítky až stovky) vysoká spolehlivost odolnost na rušení a ochrana přenášených informací odolnost proti krádeži nízká cena vzhledem k množství přenášených dat! zdroj: FiberFacts
Optické vlákno - základní pojmy totální odraz prostorový VID zdroj: CSIC mnohovidová vlákna MMF jednovidová vlákna SMF primární ochrana plášť jádro MMF SMF
Optický spoj vysílač optické vlákno přijímač Přenos signálu vláknem: Tx Rx jednosměrně na jedné i více λ obousměrně zejm. na více λ Tx Tx Tx Rx Rx Rx Rx Tx
Mnohovidová vlákna MMF gradienty GI užívají se dva typy: 50/125 a 62,5/125 perspektivnější 50/125 nové značení OM1 OM4 levné přenosové systémy, jednodušší instalace a vybavení, skromné měření vzdálenosti: typicky x10m až x100 m, max. 2-3 km přenosová rychlost: x10 a x100 Mbit/s, dnes i GbE a 10 GbE GI
nejpoužívanější vlákna v OK užití ve všech typech sítí excelentní přenosové parametry jednovidová vlákna - SMF přenosové rychlosti: až 40 Gbit/s možné násobení kapacity pomocí WDM CWDM, DWDM u DWDM kapacita x100 Gbit/s vzdálenosti: x100 m až x100 km (i tisíce) i duplexní přenos po 1 vláknu dražší zařízení, instalace, měření nejvíce užívané konvenční vlákno (G.652)
Plastová vlákna POF (Plastic Optical Fiber) celoplastová ( 0,25-3 mm) senzory, automobily, audio technika, počítače typické: materiál PMMA 1 mm s jádrem 0,98 mm útlum cca 100-150 db/km v pásmu 650 nm přenosová rychlost x10 Mbit/s na 100 m snadná práce, odolnost, nenáročnost, levné spoje velmi vhodné pro výuku
Optické přístupové sítě: FTTx Topologie P2P (Point to point) Topologie P2MP (Point to multipoint) PON (Passive Optical Network)
Optické přístupové sítě v SK a ČR SK: zasíťované domácnosti (HP): ~ 500.000 SK: připojené domácnosti (HC): ~ 50.000 poměr HC/HP v EU: ~ 10-20 % SK: převaha FTTH, PON stav v ČRR HP: 100 200.000 HC: ~ 10 20.000 průměrné náklady FTTH přípojky: ~ 30.000 Kč převaha FTTB, trend FTTH převaha P2P, trend PON
Základní vybavení pro údržbu optické sítě pomůcky pro čištění optických konektorů čistící kapesníčky, isopropylalcohol, čistící pásky, tyčinky, stlačený vzduch, VFL - vizuální zaměřovač poruch laser ~ 650 nm mikroskop, příp. videomikroskop měřidlo výkonu použitelné od 850 po 1600 nm, pro SMF i MMF trasy
Příslušenství pro servis optické sítě Vizuální zaměřovač poruch - VFL červený laser 650 nm
Příslušenství pro servis optické sítě Mikroskop zvětšení 200x nebo 400x filtr pro ochranu zraku Videomikroskop zvětšení 200x nebo 400x připojení k PC přes USB možnost připojení do optické konekt. spojky
Měření optických tras zdroj: JDSU u MMF měří se zpravidla jen celk. útlum přímou metodou u SMF celkový útlum přímou metodou zdroj záření měřená trasa útlum jednotlivých svarů, konektorů, kabel. úseků, zakončení trasy, případně odrazy - reflektometrem OTDR OTDR změří mapu celé trasy poznají se chyby montáže - ohyby, deformace, zašpinění,... měření protokol, srovnání s limity měřidlo výkonu 1310 nm 1550 nm zdroj: JDSU
Výukové soubory a učební pomůcky
Výukový soubor EF-970 zaměření na: vlastnosti a parametry vláken optické a optoelektronické součástky optický komunikační systém WDM senzory
s plastovými vlákny EF-970 průměr 1 mm snadná manipulace odolnost na ohyby, namáhání, poškrábání a zašpiněníní názorné viditelné světlo konstrukce ilustrativních optovláknových komponent
vlastnosti a parametry vláken makro a mikro ohyby NA numerická apertura zdroje útlumu konektor. spojení MANIPULÁTOR
vlastnosti a parametry vláken spektrální útlum vlákna měření útlumu na různých vln. délkách λ [nm]: 520, 590, 650, 850 EF-970
optické a optoelektronické součástky EF-970 konektory (ST) rozbočnice / splittery atenuátory a proměnný atenuátor filtry senzory
optoelektronické součástky a optický komunikační systém přenos signálu optickým vláknem analogový, audio, video, digitální... zdroje záření (LED, laser) v rozsahu 520 1300 nm detektory (Ge, Si, InGaAs), PIN a APD, velko- i malo- plošné optoelektronická měření parametrů zdrojů a detektorů EF-970
EF-970 - vysílač
EF-970 - přijímač
moderní technologie - WDM EF-970 WDM systém 2 kanály: 660 / 850 nm coupler, splitter, filtry + měření WDM trasy / systému EF-970: skripta s desítkami připravených experimentů
EF-970 - další rozšíření konektorovací souprava EF-970-02 leštící disk leštící filmy elastická podložka pevná podložka
Výukové soubory přenosových systémů vf a TV techniky analogový systém digitální systém TV přijímací systém DVB-T zesilovače
1. Krok do vláknové optiky Pro první seznámení s vláknovou optikou Velice jednoduchý Demonstrace základních principů: Zdroj světla a jeho navázání do vlákna Spojování optických vláken konektory s konekt. spojkou Optický pigtail a patchcord Prezentaci na CD + prezentace na CD
OPTEL-1 Základní charakteristika: na plastových vláknech konektory DNP zdroj záření -červená LED jednoduchý modulární (funkční bloky) Umožňuje: přenos analogového signálu přenos digitálního signálu přenos audio signálu měření útlumu
OPTEL-1 Možnost snadného přístupu do obvodů funkčních bloků možnost měření v měřicích bodech, popř. i jinde v obvodu. Schémata zapojení obvodů funkčních bloků součástí souboru. skripta s připravenými experimenty
OPTEL-2 rozšíření souboru OPTEL-1 U-sonda manipulátor ohybové kroužky reflexní sonda skripta s připravenými experimenty mikroohybové destičky možné rozšířit o další vybavení např. ze souboru EF-970
OPTEL WDM Využívá desek funkčních bloků souboru OPTEL-1 Demonstruje princip v praxi často používaných systémů xwdm (Wavelength Division Multiplex přenos více signálů na různých vlnových délkách po jednom vlákně) pro zvýšení přenosové kapacity optického vlákna red TX RX GREEN TX RX
OPTEL WDM Zdroje záření: červená LED (660 nm) a zelená LED (525 nm). Pro oddělení jednotlivých signálů jsou použity optické filtry Dle konfigurace přenosového systému je možné demonstrovat WDM přenos: sinusového a obdélníkového signálu a sledovat průběhy na jednotlivých přijímačích pomocí osciloskopu dvou audiosignálů (mikrofon, rádio, ) a analyzovat je na výstupu z reproduktorů
OSA - Spektrální analyzátor měření: spektrálních vlastností zdrojů záření a optic. signálu obecně spektrálních vlastnosti filtrů, optického vlákna, různých materiálů Spektrální rozsah 350 1000 nm Jednoduché připojení k PC přes USB
Výukový soubor OPTEL PROFI zaměřený na: skleněná mnohovidová a jednovidová vlákna MMF 50/125 a 62,5/125 SMF 9/125 šíření optického záření v telekom. vláknech vlastnosti vláken a optických konektorů přenosové parametry vláken měření optických tras
OPTEL PROFI optické šňůry MMF 50/125; 62,5/125; SMF 9/125 ST konektory optická trasa 1000 m, MMF 50/125 2 konektorové spojky vidový filtr ohybové válečky sada útlumových článků 5, 10, 15, 20 db
OPTEL PROFI čištění + lupa zdroj bílého světla PRACOVNÍ SEŠIT S ÚLOHAMI zdroj záření a měřidlo výkonu k souboru :
úlohy: Výukový soubor OPTEL PROFI měření optického výkonu výkon navázaný do vlákna do různých typů vláken:mmf 62,5/125; 50/125; SMF z různých zdrojů záření: LED, laser měření útlumu metodou vložných ztrát citlivost vláken na ohyby odlišné chování MMF a SMF vláken vliv buzení na útlum vlákna LED x laser použití vidového filtru
Výukový soubor OPTEL PROFI úlohy: útlum spojení optických konektorů spojování různých typů vláken vliv různých zdrojů záření vliv buzení na útlum optického konektoru opakovatelnost spojení dvou konektorů měření útlumu optické trasy standardizované metody optické útlumové články spektrální závislost vliv buzení modulární soubor