«ΕΙΔΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ» ΠΑΡΑΔΟΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΕΙΔΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ» ΚΕΦ. 3 ΜΑΡΤΙΟΣ 2005

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ MODES (ΤΡΟΠΟΙ) ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ (ATTENUATION) ΔΙΑΣΠΟΡΑ (DISPERSION) MODAL ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΧΡΩΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΜΕΤΑΘΕΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΟΛΥΤΡΟΠΙΚΩΝ ΜΕ ΜΟΝΟΤΡΟΠΙΚΕΣ

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΚΑΛΩΔΙΟΥ ΧΑΛΚΟΥ ΜΕ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΚΑΛΩΔΙΟΥ ΧΑΛΚΟΥ ΜΕ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ Πολύ μεγάλο BW Μικρό βάρος / ογκος Μικρή διάμετρος Πολύ μικρή εξασθένηση (dB) Πολύ απλό υλικό κατασκευής  SiO2 (διοξείδιο πυριτίου = άμμος) Ασυλία στον Ηλεκτρικής προέλευσης θόρυβο Ασφάλεια επικοινωνίας – αποφυγή υποκλοπής Μη ύπαρξη βραχυκυκλωμάτων / σπινθήρων Σταθερή απόδοση – Οχι υποβάθμιση του μέσου μετάδοσης με τη γήρανση Λειτουργία σε μεγάλη περιοχή θερμοκρασιών

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ Small Size: 12 pair fiber/cable operating at 140 mb/s can handle 3-inch diameter copper (900) twisted-pair cable. Light Weight:  132 lbs / kilometer. Twisted pair cable 16,000 lbs. High Bandwidth: > 4-billion bps / 100 km. Theoretical > 50-billion bps Low Loss: Single-mode fibers 0.2 dB / km. Multimode 1 dB (at 850 or 1300 nm). Noise Immunity: Fiber-optic cable  dielectric  not affected by electromagnetic or radio frequency interference Transmission Security: Fiber does not radiate electro-magnetic pulses, radiation, or other energy that can be detected  difficult to find methods to tap into fiber No Short Circuits: Since the fiber is glass and does not carry electrical current, radiate energy, or produce heat or sparks, the data is kept within the fiber medium. Wide Temperature Range: Fibers and cables can be manufactured to meet temperatures from -40°F to +200°F. Resistance to temperatures of 1,000°F have been recorded.

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ No Spark or Fire Hazard: Fiber optics provides a path for data without transmitting electrical current. For applications in dangerous or explosive environments, fiber provides a safe transmission medium. Fewer Repeaters: Few repeaters, if any, are required because of increased performance of light sources and continuing increases in fiber performance. Stable Performance: Fiber optics is affected less by moisture which means less corrosion and degradation. Therefore, no scheduled maintenance is required. Fiber also has greater temperature stability than copper systems. Topology Compatibility: Fiber is suitable to meet the changing topologies and configurations necessary to meet operation growth and expansions. Technologies such as wave-length division multiplexing (WDM), optical multiplexing, and drop and insert technologies are available to upgrade and reconfigure system designs. Decreasing Costs: Costs are decreasing, larger manufacturing volumes, standardization of common products, greater repeater spacing, and proven effectiveness of older "paid for" technologies such as multimode. No obsolescence: Expansion capabilities beyond current technologies using common fibers and transmission techniques. Material Availability: Material (silica glass) required for the production of fiber is readily available in a virtually unending supply.

ΒΑΣΙΚΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΒΑΣΙΚΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑ  > 40 gigabits ΕΥΡΟΣ ΖΩΝΗΣ – BW  μεγάλη χωρητικότητα ΑΠΟΣΤΑΣΗ  >100χλμ χωρίς repeater ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ  σε ηλεκτρομαγνητικο / ηλεκτροστατικό θόρυβο ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ  χαμηλό κοστος – αντοχή στη γήρανση ΑΣΦΑΛΕΙΑ  προστασια απο υποκλοπή ΚΟΣΤΟΣ  χαμηλό (πρωτη ύλη = αμμος)

ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ

ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ Κυματοδήγηση σε «αγωγό» ροής ύδατος (1841, 1854) (D. Colladon, Tyndall)

Κυλινδρικός κυματοδηγός διηλεκτρικού υλικού ΔΟΜΗ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ Κυλινδρικός κυματοδηγός διηλεκτρικού υλικού Core = πυρήνας με δείκτη διάθλασης (ΔΔ) n1=1,461 Cladding = περίβλημα με δείκτη διάθλασης (ΔΔ) n2=1,460

ΔΙΑΤΟΜΗ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ

ΤΥΠΟΙ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΠΟΛΥΤΡΟΠΙΚΗ ΜΟΝΟΤΡΟΠΙΚΗ ΤΥΠΟΙ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ ΠΟΛΥΤΡΟΠΙΚΗ ΜΟΝΟΤΡΟΠΙΚΗ ΔΙΑΤΟΜΕΣ ΤΥΠΩΝ ΟΠΤΙΚΗΣ ΙΝΑΣ

ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΟΠΤΙΚΗ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΟΠΤΙΚΗ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ Μετάβαση απο μεγαλύτερο ΔΔ σε μικρότερο (Νόμος Snell)  Κρίσιμη ή ορική γωνία θc Ολική ανάκλαση όταν θ < θc (Κρίσιμη ή ορική γωνία)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ Numerical Aperture (NA) = n1 sinθc (τυπικές τιμές 0.17 – 0.25)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ Το ΝΑ δημιουργεί ένα «νοητό» κώνο αποδοχής των οπτικών ακτίνων που εκπέμπει κάποια φωτεινή πηγή (Laser, LED) Μεγάλο ΝΑ = μεγαλύτερο άνοιγμα κώνου Μικρό ΝΑ = στενό άνοιγμα κώνου Η πολυτροπική ίνα έχει μεγαλύτερο ΝΑ απο ότι η μονοτροπική

ΔΙΑΔΟΣΗ ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ ΔΙΑΔΟΣΗ ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ Πυκνό zig-zag (Υψηλή mode) Αραιότερο zig-zag (χαμηλή mode) Evanescent Wave  μέρος της ενέργειας του ηλεκτρικού πεδίου περνά έξω απο πυρήνα (σε ολική ανάκλαση, δηλαδή διάδοση)

EVANESCENT WAVE Evanescent Wave  μέρος της ενέργειας του ηλεκτρικού πεδίου περνά έξω απο πυρήνα (σε ολική ανάκλαση, δηλαδή διάδοση)

MODES (ΤΡΟΠΟΙ) (groups of light rays)

ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ = ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΟΣ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ = ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΟΣ  ΘΕΩΡΙΑ ΠΕΔΙΩΝ (wave theory) / ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΑ (microwaves) / ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΟΙ (waveguides) /  dx.. dy.. dz ..

MODES (groups of light rays) ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΦΩΤΕΙΝΩΝ ΑΚΤΙΝΩΝ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ Step Index Multimode + Bend Πυκνό zig-zag  πολλές ανακλάσεις κατα την μετάδοση (mode υψηλής τάξης) Αραιό zig-zag  λίγες ανακλάσεις κατα την μετάδοση (mode χαμηλής τάξης) Η μονοτροπική ίνα επιτρέπει την διάδοση Μίας μόνο mode  καμμία ανάκλαση κατα την μετάδοση (mode της πλέον χαμηλής τάξης) Graded Index Multimode Monomode

MODES (groups of light rays) ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΦΩΤΕΙΝΩΝ ΑΚΤΙΝΩΝ ΣΤΗΝ ΟΠΤΙΚΗ ΙΝΑ Στην μετάδοση συνυπάρχουν και υπερτίθενται πολλές modes (απο μηδενική έως υψηλής τάξης). Οι υψηλής τάξης modes εξασθενούνται περισσότερο (lossy) απο τις χαμηλής τάξης modes. Καθώς η απόσταση αυξάνεται «επιβιώνουν» μονο οι χαμηλής τάξης modes. Ακραία περίπτωση η μονοτροπική ίνα με μια μόνο mode

ΧΩΡΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ MODES