Fiber og transmissionsudstyr Bjarne Funch Skipper, IHA 13. september, 2004 24. august, 2004

Dagsorden, Fiber - Fist kursus Introduktion Optiske fibre Fabrikation Multimode og singlemode fibre, specialfibre Fibernes transmissionsmuligheder Dispersionsegenskaber:PMD, Kromatisk dispersion, Ulineære effekter 24. august 2004

Optisk transmissionsfiber opbygning Den optiske fiber består af: Kerne (10 mm) af SiO2 + GeO2 Kappe (125 mm) af SiO2 Coating (ca. 250 mm) af plast til beskyttelse af glasset 24. august 2004

Brydningsindeks Brydningsindekset giver lyset hastighed i fiberen: c = lyset hastighed i vakuum 300.000 km/s (298.053 km/s) n = brydningsindekset i materialet Lyset hastighed i glasfibre er ca: v = 300.000 km/s /1.5 = 200.000 km /s Dvs. 5 ms pr. kilometer 24. august 2004

Refleksion ved overgang ml. 2 forskellige brydningsindeks n1: brydningsindeks materiale 1 n2: brydningsindeks materiale 2 a1: indfaldsvinkel a2: udfaldsvinkel aB: Brewsters vinkel For de to materialer gælder: n2 < n1 24. august 2004

Fabrikation præforme CVD process (Chemical Vapour Deposition) MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition) (Der anvendes i dag primært MCVD) Der anvendes et kvartsrør (rent silicium-oxid rør). Dette ender tilsidst som cladding. Vha. MCVD pådampes SiO og GeO (og måske andre materialer) indvendigt i SiO røret. Dette bliver til kernen i fiberen. Til slut kollapses røret ved at opvarme til smeltepunktet af glas. 24. august 2004

MCVD proces Preform fabrikation: Vha. ilt, der bobles gennem div. opløsninger: Silicium-klorid Fosfor-oxid-klorid Germanium-klorid Bor-brom opnås det ønskede blandings- forhold, som aflejres på inder- siden af kvartsrøret. Aflejringer sker ved at opvarme til ca. 1000 C 24. august 2004

MCVD process. Aflejring af kernemateriale 24. august 2004

Trækning af fibre Trækketårn er ca. 20 m højt Der trækkes med 100-120 km/time (30-35 m/s) Plastcoatning påføres løbende, hærdes vha. UV lys En preform giver ca. 100-400 km fiber Nye RIC typer preforme forventes at give 2000 - 5000 km fibre pr. preform. Fiberen trækprøves og rulles direkte på spole Tykkelsen af fiberen justeres vha. hastigheden, der trækkes med. 24. august 2004

Fibertyper (Glas, kommunikation) Fiberens ydre diameter: 125 m Kernediameter: Multimode SI: 62,5 m Multimode GI: 50 m Single mode: 9 m 24. august 2004

Anvendelse af fibre TDC anvender i dag udelukkende SM fibre i transportnettet Multimode fibre anvendes primært til optiske lokal net og til at interconnecte udstyr på samme lokationer. Derudover findes plastfibre til lav-hastighedskommunikation/belysning Special fibre til meget høje effekter, som kan anvendes til bearbejdning/svejsning (op til 1kW) 24. august 2004

Singlemode fibre G.652 Standard single mode fiber (SM) G.653 Dispersionsskiftet single mode fiber (DS) G.655 Non-zero dispersionsskiftet single mode fiber (anvendes ikke af TDC) Specialfibre Erbium doterede fibre (anvendes i optiske forstærkere) Dispersionskompenserende fibre (anvendes til kompensering af kromatisk dispersion i long haul WDM systemer) 24. august 2004

Dæmpning Dårlige fibre (fugt): Gode fibre: vandtop (1380 nm) 2 vindue (1300 nm) -bøjning Dæmpning [dB] 3 vindue (1550 nm) Bølgelængde [nm] Bølgelængde [nm] 24. august 2004

Dispersion Forskellige former for dispersion: Ind  Ud  tid tid Forskellige former for dispersion: Mode dispersion i multimode fibre Kromatisk dispersion i singlemode fibre Polarisations Mode Dispersion i singlemode fibre 24. august 2004

Mode dispersion i multimode fibre Multimode fibre (Stepindeks og graded indeks) Giver mode dispersion pga. de forskellige modes har forskellige hastighed gennem fiberen. Bl.a. pga. forskellig transmissionslængde gennem fiberen. 24. august 2004

Kromatisk dispersion I single mode fibre findes der kun en fundamental mode. (Denne ene mode kan dog opdeles i to forskellige ortogonale (vinkelrette) polarisationer.) I single mode fibre er den primære dispersion relateret til kromatisk dispersion. At de forskellige bølgelængder oplever forskellig brydningsindeks. Kromatisk dispersion angives i ps/nmkm 24. august 2004

PMD: Polarisations mode dispersion Den fundamentale mode kan opdeles i to forskellige polarisationer. Disse polarisationer kan opleve forskellig transmissionsvej primært pga. fiber kernen ikke er cirkulær. Dette skyldes: Stress, makro og mikro påvirkninger. Fejl i fabrikationsprocessen. PMD angives i 24. august 2004

SDH interface karakteristika: Sx.1, 20 km, 11 dB dæmpning, 1310 nm Lx.1, 40 km, 22 dB dæmpning, 1310 nm Lx.2, 80 km, 22 dB dæmpning, 1550 nm Vx.2, 120 km, 33 dB dæmpning, 1550 nm Ux.2, 160 km, 44 dB dæmpning, 1550 nm x = 1 : STM1, 155 Mbit/s = 4: STM4, 622 Mbit/s = 16: STM16, 2.5 Gbit/s = 64: STM64, 10 Gbit/s = 256: STM256, 40 Gbit/s (anvendes ikke af TDC) 24. august 2004

WDM interface karakteristika TDC anvender nationalt og internationalt WDM systemer med følgende karakteristika: 16L5-16.2 16: 16 optiske kanaler L: Long haul system (dvs. 80 km ved 1550 nm) 5: 5 span, dvs. systemet består af 2 optiske muxe/demuxe og 4 stk. inline forstærkere 16: STM16 transmissionshastighed på hver enkelt kanal 2: ”andet optisk vindue”, dvs. 1550 nm område. Det forventes ultimo 2004 at opgradere til 32 kanaler i det internationale netværk. 24. august 2004

Kapacitet i TDC’s transmissionssystemer TDC anvender i 2004 følgende interface/systemer SDH int. Mbit/s TV kanaler Tlf kanaler STM1 155 Mbit/s 15 1.890 STM4 622 Mbit/s 60 7.560 STM16 2.5 Gbit/s 240 30.240 STM64 10 Gbit/s 960 120.960 WDM systemer 16 kanal a 2.5 Gbit/s 40 Gbit/s 3.840 483.840 16 kanaler a 10 Gbit/s 160 Gbit/s 15.360 1.935.360 Der anvendes primært 2.5 Gbit/s på WDM kanalerne, men alle kanaler kan bestykkes med 10 Gbit/s 24. august 2004

Teoretisk kapacitetsmulighed i SM fibre Den anvendelige båndbredde af en single mode transmissionsfibre er: 1275 nm - 1625 nm. Dvs. en båndbredde på i alt: 350nm. Eller sagt i frekvens: 50.7 THz = 50.700 GHz Der kan transmitteres ca. 2 bit for hver 1 Hz båndbredde, dvs. transmissionskapaciteten er ca. 100 Tbit/s = 100.000 Gbit/s Dette svarer til ca. 10.000.000 TV kanaler eller 1.500.000.000 Telefon samtaler 24. august 2004

Lyskilder til transmissionssystemer Lys emitterende dioder (LED) Fabry-Perot lasere (FP-laser) Distributed FeedBack laser (DFB laser) Distributed Bragg reflection laser (DBR laser) DFB laser med ekstern modulator 24. august 2004

Detektorer P-intrinsic-N diode (Pin detektor) Avalanche Photo Diode (APD detektor) 24. august 2004