PSK1-12

Komunikace pomocí optických vláken III

Útlum

Při šíření světla optickým prostředím se část energie v prostředí promění na teplo. Ve vlákně tedy vznikají ztráty, které se vyjadřují pomocí veličiny zvané Útlum:

$$U=10\log\frac{P_1}{P_2}\ [\mathrm{dB; W, W}]$$

Jestliže útlum vztáhneme k délce vlákna dostáváme Měrný útlum.

$$MU=\frac{U}{l}\ [\mathrm{dB\cdot km^{-1}; dB, km}]$$

Okna optických vláken 1

Útlum optických vláken je závislí na vlnové délce. Tuto závislost vidíme na následujícím obrázku.

zdroj: http://panwiki.panska.cz/index.php/Optické_vlákno

Pro přenos informací optickým vláknem se používají vlnové délky, které vykazují lokální minimum měrného útlumu. Těmto oblastem se říká okna.

I okno (850 nm)

toto okno se využívá v mnohavidovém šíření. Útlumová charakteristika je zde silně klesající a dosahovaného hodnoty měrného útlumu jsou pro využití v dálkových přenosech příliš vysoké. Díky levným zdrojům záření se přenos využívá u optických přístupových sítí.

II okno (1280 až 1335 nm)

je nejnižším oknem a využívá se pro jednovidový přenos. Typicky dosahovaná hodnota měrného útlumu je $0.35\,\mathrm{dB\cdot km^{-1}}$. Toto okno je využíváno pro dálkové přenosy.

III. okno (1530 až 1565 nm)

okno minimálním měrným útlumem pro standardní křemenné vlákna, typicky $0.19 \div 0.22\,\mathrm{dB \cdot km^{-1}}$. Toto okno je využíváno pro dálkové přenosy.

IV. okno (1565 až 1625 nm)

toto okno se nachází za minimem měrného útlumu. Využívá se ve spojení s III oknem ve WDM přenosech.

V. okno (1335 až 1530 nm)

toto okno je dostupné až od konce 90. let, kdy byly zvládnuty technologie výroby optických vláken natolik, že se ztrácí lokální maximum na 1380 nm. Spojení II. až V. okna vytváří souvislý přenosový kanál o šířce pásma až 50 THz.

Hladina výkonu

Někdy je užitečné neuvádět výkon ve watech ale v decibelech. Decibel je ale jednotka podílu dvou hodnot a proto musí být dána nějaká vztažná hodnota.

$$L_{dBm} = 10 \cdot \log \left( \frac{P}{P_0} \right) \left[\mbox{dBm; W, W}\right]; P_0 = 0.001\,\mbox{W}$$

Vztažnou hodnotou je $P_0=1\mbox{mW}$. A jednotkou je $\mbox{dBm}$ -- decibel nad miliwattem.

Pokud se vstupní a výstupní výkon udává v decibelech a je možné pro výpočet útlumu použít prostý rozdíl:

$$U = L_1-L_2 \left[\mbox{dB; dBm, dBm}\right]$$

Příklad 1

Do optického vlákna vstupuje výkon $P_1=0.25 \cdot 10^{-3}\,\mbox{W}$. Jaká je hladina výkonu nad miliwatem?

$L_1 = -6\,\mathrm{dBm}$

Příklad 2

Z optického vlákna vystupuje výkon o hladině $L_2 = 15\,dBm$. Jaký je výstupní výkon ve wattech?

$P_2 = 31.6\,\mathrm{W}$

Příklad 3

Z optického vlákna vystupuje výkon o hladině $L_2 = -10\,dBm$. Jaký je výstupní výkon ve wattech?

$P_2 = 0.1\,\mathrm{mW}$

Příklad 4

Do optického vlákna vstupuje výkon o hladině $L_1=3\,\mbox{dBm}$ a vystupuje výkon o hladině $L_2 = -4.5\,dBm$. Jaký je útlum optického vlákna?

$U = 7.5\,\mathrm{dB}$

Příklad 5

Do optického vlákna vstupuje výkon $P_1=7.2\,\mbox{mW}$ a výstupu je výkon o hladině $L_2 = -11.5\,dBm$. Jaký je útlum optického vlákna?

$L_1 = 8.57\,\mathrm{dBm}$
$P_2 = 0.0708\,\mathrm{mW}$
$U = 20.07\,\mathrm{dB}$

Příklad 6

Jak dlouhé je optické vlákno z příkladu 5 jeli jeho měrný útlum $MU = 0.58\,\mathrm{dB \cdot km^{-1}}$?

$l = 30.6\,\mathrm{km}$

Příklad 6

Vlákno o měrném útlumu $MU = 0.72\,\mathrm{dB \cdot km^{-1}}$ je dlouhé $l = 16.83\,\mbox{km}$ a vstupuje do něj výkon o hladině $L_1 = 6.3\,\mbox{dBm}$. Jaká je hladina výkonu na výstupu?

$U=12.12\mathrm{dB}$
$P_2=0.262\mathrm{mW}$
$L_2 = -5.82 \,\mathrm{dBm}$

Příklad 7

Vlákno o měrném útlumu $MU = 0.81\,\mathrm{dB \cdot km^{-1}}$ je dlouhé $l = 14.67\,\mbox{km}$ a vstupuje do něj výkon $P_1 = 16.4\,\mbox{mW}$. Jaká je hladina výkonu na výstupu?

$L_1 = 12.15\,\mathrm{dBm}$
$U = 11.88\,\mathrm{dB}$
$L_2 = 0.27 \,\mathrm{dBm}$
$P_2 = 1.064 \,\mathrm{W}$