Δίκτυα Οπτικών Ινών, optical systems Fiber To Laser Fiber To The Home. Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας. Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών

Transcript

1 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Ηλεκτρολογίας ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΔΙΚΤΥΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ ΟΠΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ, FIBER TO THE HOME OPTICAL FIBER NETWORK: FIBER TO THE HOME Επιβλέπων Καθηγητής : Κος ΙΩΑΝΝΟΥ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ Σπουδαστής : ΑΛΤΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Α.Ε.Μ : 3864 Καβάλα Οκτώβριος

2 Ευχαριστήριο σημείωμα Στο σημείο αυτό θα ήθελα να πω ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μου, που έδειξαν υπομονή όλα αυτά τα ακαδημαϊκά μου χρόνια, που με στήριξαν και ήταν κοντά μου, δίπλα μου, να μου δώσουν δύναμη ώστε να φέρω εις πέρας τις σπουδές μου. Επίσης θέλω να ευχαριστήσω τον καθηγητή μου και επιβλέπων της πτυχιακής εργασίας κο Ιωάννου Αθανάσιο, που με καθοδήγησε για την σωστή δομή και την πραγματοποίηση της εργασίας. 2

3 Περιεχόμενα Δόμησης Εργασίας Πρόλογος 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ 1.1 Εισαγωγικό σημείωμα Ευρυζωνικότητα Ορισμός Ευρυζωνικές τεχνολογίες Παράγοντες ανάπτυξης ευρυζωνικότητας Η Ευρυζωνική διείσδυση Πίνακες ευρυζωνικής διείσδυσης Η Ευρυζωνική διείσδυση στις περιφέρειες της Ελλάδας Οι προτάσεις ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΔΙΚΤΥΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ 2.1 Οπτικές ίνες δίκτυα οπτικών ινών Είδη οπτικών ινών και οπτικά καλώδια Πλεονεκτήματα οπτικών ινών Τεχνολογία οπτικών ινών Εισαγωγή Βασικές αρχές και λειτουργίες Κατηγορίες οπτικών ινών ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσης Πολύρυθμες οπτικές ίνες Μονόρυθμες οπτικές ίνες Σύγκριση πολύρυθμων κ μονόρυθμων ινών Σύστημα οπτικών ινών Οπτική πηγή / πομπός Οπτικός δέκτης Καλώδιο οπτικής ίνας Σύνδεσμοι ινών Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα από την χρήση οπτικών ινών Παραδείγματα χρήσης οπτικών ινών Σύστημα οπτικών ινών σε εργαστήριο Τερματικά και κατανεμητές οπτικών ινών Οπτικοί κατανεμητές Οπτικά patch panels Τρόποι τερματισμού καλωδίων οπτικών ινών Εποξειδική και πολωνική Γενικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο LASER 3.1 LASER Τεχνολογία Fiber laser components:: Ετοιμότητας και επισκόπηση τεχνολογίας NASA ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και πρόγραμμα συσκευασίας Εφαρμογές της τεχνολογίας laser fiber Καθεστώς διαθέσιμης τεχνολογίας Σημαντικά εξαρτήματα Άντληση Μέθοδοι Ανησυχίες αξιοπιστίας Κραδασμοί κενού κρίσεις Θερμικές κρίσεις Κρίσεις και ακτινοβολία Εφαρμογές laser σε χημικά, ασφάλεια και περιβαλλοντική ανάλυση Green laser fiber Fiber laser τεχνολογία optic Τηλεπικοινωνιών οπτικών ινών Απώλεια fiber laser Modul διασπορά Χρωματική διασπορά Επιλογή των εξαρτημάτων laser οπτικών ινών συστημάτων Συμβιβασμός σε οπτικά συστήματα Εφαρμογές Εφαρμογές fiber laser και μηχανήματα εφαρμογών ULS Multi wave length laser Τεχνικές διαφορές μεταξύ πηγών laser PLS6 MW Platform Εφαρμογές Άντληση fiber laser Υψηλής ισχύος μονάδες αντλίας διόδου Υψηλής ισχύος laser σε 1μm EVE - Ασφαλής laser ινών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο FTTH ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 4.1 FTTH Home Run Ενεργό Star Παθητικό star ATM Pon Gigabit Pon Ethernet Pon Προοπτικές Το Δίκτυο FTTH Point to multi Point συνδέσεις Point to Point

5 4.2.3 Υβριδικό Pon Reverse Pon Οπτικές ίνες έως το χ Πλεονεκτήματα ινών στο δίκτυο πρόσβασης Fiber στον κόμβο Ίνες στον τελευταίο ενισχυτή Ίνες στο κράσπεδο του πεζοδρομίου Fiber στους χώρους FTTH εναντίων FTTB Άμεσο δίκτυο ινών Παθητική οπτικού δικτύου Αύξηση ζήτησης ευρυζωνικών συνδέσεων DSL Παράγοντες κόστους FTTH Κόστος υλοποίησης ανά τεχνολογία ανά περιοχή Κόστος υλοποίησης σε διαφορετικές αγορές Κόστη σε ποσοστά κατά το πρώτο έτος εγκατάστασης νέου δικτύου οπτικών ινών FTTH ινών στο σπίτι FTTH τι είναι σε ένα όνομα OST, ONVI, ONT, οπτική τερματισμοί Διαφορές μεταξύ BPON,GPON, και Γερμανία-PON FTTH Πλεονεκτήματα Τεχνολογίας Κινητήριες Δυνάμεις της Αγοράς ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο : ΝΕΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ FIBER TO THE HOME 5.1 Μητροπολιτικά δίκτυα ευρείας προσβασιμότητας Εφαρμογές των δικτύων στην καθημερινότητά μας Τα οφέλη από την χρήση οπτικής ίνας και μητροπολιτικών δικτύων Η εφαρμογή οπτικής ίνας σε ευρυζωνικά δίκτυα ανά τον κόσμο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο : Προοπτικές και συμπεράσματα της τεχνικής δικτύων fiber to the home 6.1 FTTH: Τι σημαίνει σύνδεση 100Μbps.137 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο : Αναφορική περίληψη πτυχιακής εργασίας Referential summary of dissertation ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ..141 ΔΙΑΔΙΚΤΙΟ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟΥ ΙΣΤΟΥ

6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα εργασία αναφέρεται στα σύγχρονα ευρυζωνικά δίκτυα οπτικών ινών, με αναφορές στις οπτικές ίνες ως μέσα μετάδοσης πληροφοριών και διασύνδεση υπολογιστών σε τοπικά και ευρείας εμβέλειας δίκτυα. Η εξέλιξη των μέσων μετάδοσης πληροφοριών χρησιμοποιεί τεχνολογίες όπως καλώδια οπτικών ινών με μετάδοση πληροφορίας από δεσμιακή πηγή φωτός όπως φωτοδίοδο, led και πηγές laser. Επίσης αναφέρεται αναλυτικά η τεχνολογία fiber to the home, συνδέσεις δικτύων οπτικής ίνας μέχρι τον τελικό χρήστη. Για την εξέλιξη των μητροπολιτικών δικτύων και δικτύων της πληροφορίας γίνεται συνεχής λόγος για την χρήση τους στην καθημερινή ζωή του ανθρώπου, για κάλυψη ενημερωτικών αναγκών, ψυχαγωγία, ενημέρωσης και εγκυκλοπαιδικής γνώσης. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ 1.1Εισαγωγικό σημείωμα Στις μέρες μας η ανάγκη για πρόσβαση στο διαδίκτυο σε ιστότοπους για ενημερωτικά θέματα, θέματα εργασίας, επαγγελματικές συνεργασίες όσο και για την ψυχαγωγία, είναι παράγοντες που μας ωθούν στην ανάπτυξη των δικτύων και την εξάπλωση της ευρυζωνικότητας για την εξυπηρέτηση αυτών των αναγκών. Οι μέχρι τώρα δικτυακές αρχιτεκτονικές στηρίζονται στην δόμηση με κύριο υλικό τον χαλκό, καλώδια χαλκού, που τον συναντάμε σε όλες σχεδόν του είδους επικοινωνίες. Από τηλέφωνο, voise, fax-data, και internet.να καλύψουμε αυτές τις ανάγκες για γρήγορη μεταφορά δεδομένων και πληροφοριών, έχει αναπτυχθεί ένα καινοτόμο περιβάλλον γύρω από την έννοια της πληροφόρησης και την ικανότητα της γρήγορης μεταφοράς όπως και πρόσβασης στις υπηρεσίες του διαδικτυακού χώρου γνωστό πλέον σε όλους μας ως Ευρυζωνικότητα. 1.2 ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑ Τι είναι η "Ευρυζωνικότητα" Με τον όρο Ευρυζωνικότητα εννοούμε ένα προηγμένο και καινοτόμο περιβάλλον, από κοινωνική και τεχνολογική άποψη, το οποίο αποτελείται από γρήγορες συνδέσεις με το Διαδίκτυο και κατάλληλες δικτυακές υποδομές για την ανάπτυξη νέων ευρυζωνικών εφαρμογών και υπηρεσιών. 6

7 1.3 ΟΡΙΣΜΟΣ Η Ευρυζωνικότητα με απλά λόγια Εύκολα: Διαρκής σύνδεση στο Internet χωρίς πολύπλοκες ρυθμίσεις Γρήγορα: Υψηλές ταχύτητες ( φορές της συμβατικής σύνδεσης) για νέες εφαρμογές Σταθερά: Αξιόπιστες ψηφιακές συνδέσεις με εγγυημένα σταθερά υψηλές αποδόσεις. Ευρυζωνικότητα ορίζεται με ευρεία έννοια ως το προηγμένο, εφικτό και καινοτόμο από πολιτική, κοινωνική, οικονομική και τεχνολογική άποψη περιβάλλον, αποτελούμενο από: -Την παροχή γρήγορων συνδέσεων στο Διαδίκτυο σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού, με ανταγωνιστικές τιμές (με τη μορφή καταναλωτικού αγαθού), χωρίς εγγενείς περιορισμούς στα συστήματα μετάδοσης και τον τερματικό εξοπλισμό των επικοινωνούντων άκρων, - Tην κατάλληλη δικτυακή υποδομή που: α) επιτρέπει την κατανεμημένη ανάπτυξη υπαρχόντων και μελλοντικών δικτυακών εφαρμογών και πληροφοριακών υπηρεσιών β) δίνει τη δυνατότητα αδιάλειπτης σύνδεσης των χρηστών σε αυτές γ) ικανοποιεί τις εκάστοτε ανάγκες των εφαρμογών σε εύρος ζώνης, αναδραστικότητα και διαθεσιμότητα δ) είναι ικανή να αναβαθμίζεται συνεχώς και με μικρό επιπλέον κόστος ώστε να εξακολουθεί να ικανοποιεί τις ανάγκες όπως αυτές αυξάνουν και μετεξελίσσονται με ρυθμό και κόστος που επιτάσσονται από την πρόοδο της πληροφορικής και της τεχνολογίας επικοινωνιών. - Tη δυνατότητα του πολίτη να επιλέγει : α) ανάμεσα σε εναλλακτικές προσφορές σύνδεσης που ταιριάζουν στον εξοπλισμό του β) μεταξύ διαφόρων δικτυακών εφαρμογών 7

8 γ) μεταξύ διαφόρων υπηρεσιών πληροφόρησης και ψυχαγωγίας και με πιθανή συμμετοχή του ίδιου του πολίτη στην παροχή περιεχομένου, εφαρμογών και υπηρεσιών. - Tο κατάλληλο ρυθμιστικό πλαίσιο αποτελούμενο από πολιτικές, μέτρα, πρωτοβουλίες, άμεσες και έμμεσες παρεμβάσεις, αναγκαίες για την ενδυνάμωση της καινοτομίας, την προστασία του ανταγωνισμού και την εγγύηση σοβαρής ισορροπημένης οικονομικής ανάπτυξης ικανής να προέλθει από τη γενικευμένη συμμετοχή στην Ευρυζωνικότητα και την Κοινωνία της Πληροφορίας. 1.4Ευρυζωνικές Τεχνολογίες Οι ευρυζωνικές τεχνολογίες χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες: τις Ενσύρματες και Ασύρματες Ευρυζωνικές τεχνολογίες. Στις ενσύρματες τεχνολογίες παρουσιάζονται συνοπτικά τα κυριότερα χαρακτηριστικά των Οπτικών Ινών και των Δικτύων Οπτικών Ινών. Επίσης παρουσιάζονται οι τεχνολογίες DSL και γίνεται μια συγκριτική παρουσίαση αυτών. Σε ότι αφορά στις ασύρματες ευρυζωνικές τεχνολογίες, παρουσιάζονται οι τεχνολογίες Wi-fi και Wi-MAX καθώς και ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά των Δικτύων Κινητής Τηλεφωνίας τρίτης γενιάς (3G/UMTS).Έτσι συνοπτικά οι ευρυζωνικές τεχνολογίες ταξινομούνται: Ενσύρματες Ευρυζωνικές Τεχνολογίες Οπτικές Ίνες και Δίκτυα Οπτικών Ινών Τεχνολογίες xdsl Ασύρματες Ευρυζωνικές Τεχνολογίες Wi-fi WiMAX 3G/UMTS Αμφίδρομο Δορυφορικό Internet 1.5 Παράγοντες Ανάπτυξης Ευρυζωνικότητας Παράγοντες ακόλουθοι: που επηρεάζουν σημαντικά την ανάπτυξη της ευρυζωνικότητας είναι οι Το ρυθμιστικό πλαίσιο: 8

9 Το ρυθμιστικό πλαίσιο των τηλεπικοινωνιών είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζει την ανάπτυξη της ευρυζωνικότητας. Σε περιπτώσεις, που το ρυθμιστικό πλαίσιο είναι ανεπαρκές, ο τομέας των τηλεπικοινωνιών μπορεί να δυσλειτουργεί. Οι δομικές αλλαγές που πραγματοποιούνται στις αγορές των Τεχνολογιών Πληροφορικής και Τεχνολογιών (π.χ. αύξηση του ανταγωνισμού, ιδιωτικοποίηση των δημόσιων οργανώσεων, απελευθέρωση αγοράς, παγκοσμιοποίηση, κ.λπ.). Οι αλλαγές των ευρυζωνικών υπηρεσιών και της χρήσης τους (π.χ., VoIP, κινητή τηλεφωνία, 3G, WLAN, WiFi, WiMAX, ψηφιακή τηλεόραση). Οι τεχνολογικές εξελίξεις (π.χ., δημιουργία των καινοτόμων και διαλειτουργικών λύσεων σε ένα περιβάλλον IP, υιοθέτηση του IPv6 πρωτοκόλλου, δημιουργία οπτικών δικτύων, ψηφιοποίηση περιεχομένου, αύξηση της υπολογιστικής δύναμης των προσωπικών υπολογιστών, κ.λπ.). Η ανάγκη των χρηστών για γρηγορότερη πρόσβαση στο περιεχόμενο. Δεδομένου ότι η απαίτηση για τις ευρυζωνικές υποδομές οδηγείται από την ανάγκη για πρόσβαση στο περιεχόμενο, τόσο οι απαιτήσεις για τις ευρυζωνικές υπηρεσίες όσο και για τις υποδομές είναι αλληλένδετες. Το κόστος: ένας από τους σημαντικότερους οικονομικούς παράγοντες είναι το εισόδημα, έναντι του κόστους μιας ευρυζωνικής συνδρομής. Ε (ηλεκτρονικό) - ετοιμότητα και γενικά το τεχνολογικό επίπεδο μιας χώρας. Η ψηφιακή ετοιμότητα (e-readiness) και γενικότερο το τεχνολογικό επίπεδο μιας χώρας. 9

10 Η ψηφιακή ετοιμότητα αποτελεί ένα σημαντικό δείκτη του ηλεκτρονικού περιβάλλοντος μιας χώρας και καθορίζεται από τη συλλογή των παραγόντων που δείχνουν πόσο υπαγόμενη μπορεί να είναι μια αγορά στις ευκαιρίες που παρέχονται από την ανάπτυξη του Διαδικτύου. Μερικοί από αυτούς τους παράγοντες είναι: α) η υποδομή προσβασιμότητας και τεχνολογίας, β) το επιχειρησιακό περιβάλλον, γ) η υιοθέτηση καταναλωτών και επιχειρήσεων, δ) το νομικό, πολιτικό, κοινωνικό και πολιτιστικό περιβάλλον. 1.6 Ευρυζωνική Διείσδυση Η Ελλάδα για το 2010, συνεχίζει να παρουσιάζει χαμηλότερα ποσοστά ευρυζωνικής διείσδυσης από το μέσο όρο της ΕΕ που ανέρχεται πλέον στο 25,6%. Σύμφωνα με τα πιο πρόσφατα διαθέσιμα στοιχεία (1η Ιουλίου 2010), η Ελλάδα παρουσιάζει ποσοστό ευρυζωνικής διείσδυσης της τάξης του 18,6%, παρουσιάζοντας αύξηση της τάξης του 1,6% σε σχέση με τον Ιανουάριο του Πίνακες ευρυζωνικής διείσδυσης Εικόνα 1: Ποσοστά Ευρυζωνικής Διείσδυσης - Ιούλιος 2010 Παρακάτω παρουσιάζονται τα ποσοστά ευρυζωνικής διείσδυσης της Ελλάδας, ανά εξάμηνο, από τον Ιανουάριο 2004 και μετά. Όπως είναι φανερό, η Ελλάδα έχει πιο μικρά ποσοστά διείσδυσης από τον μέσο όρο της ΕΕ, ωστόσο υπάρχει συνεχής αύξηση. 10

11 11

12 Εικόνα 2: Ποσοστά Ευρυζωνικής Διείσδυσης στην Ελλάδα από τον Ιανουάριο του 2004 και μετά Όσον αφορά την ετήσια αύξηση του ευρυζωνικού ποσοστού διείσδυσης, η Ελλάδα αύξησε το ποσοστό διείσδυσης κατά 3% στην περίοδο (Ιούλιος 2009-Ιούλιος 2010) φτάνοντας το ποσοστό διείσδυσης 18,6%. Ο ρυθμός αύξησης είναι υψηλότερος από το μέσο ρυθμό αύξησης που παρατηρείται στην ΕΕ. Αυτό το γεγονός σημαίνει ότι η απόκλιση μεταξύ της EΕ και της Ελλάδας μειώνεται όσον αφορά το ευρυζωνικό ποσοστό διείσδυσης. Ωστόσο, η διαφορά παραμένει σημαντική και υπάρχει πολύς δρόμος για να φτάσει η χώρα τον μέσο όρο της ΕΕ, πολύ δε περισσότερο για να «πιάσει» τις πρωτοπόρες χώρες. 12

13 Εικόνα 3: Ποσοστό ευρυζωνικής διείσδυσης τον Ιούλιο 2010 και αύξηση του ποσοστού ευρυζωνικής διείσδυσης το διάστημα Ιανουάριος Ιούλιος 2010 Εικόνα 4: Απόκλιση του ποσοστού ευρυζωνικής διείσδυσης για Ελλάδα από το ΜΟ της ΕΕ, για το διάστημα από τον Ιανουάριο του 2004 και μετά 13

14 Η εξέλιξη των ευρυζωνικών ποσοστών διείσδυσης της Ελλάδας και Μ.Ο. ΕΕ από τις αρχές του 2004 και μετά παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Τα τελευταία έτη ο ρυθμός αύξησης είναι υψηλότερος από το μέσο ρυθμό αύξησης που παρατηρείται στην ΕΕ. Αυτό το γεγονός σημαίνει ότι η απόκλιση μεταξύ της EΕ και της Ελλάδας μειώνεται όσον αφορά το ευρυζωνικό ποσοστό διείσδυσης. Ωστόσο, η διαφορά παραμένει σημαντική και υπάρχει πολύς δρόμος για να φτάσει η χώρα τον μέσο όρο της ΕΕ, πολύ δε περισσότερο για να «πιάσει» τις πρωτοπόρες χώρες. Πίνακας 1: Ποσοστά Διείσδυσης Ευρυζωνικότητας, από τον Ιανουάριο 2004 και μετά, για την Ελλάδα και απόκλιση από το ΜΟ της ΕΕ 14

15 1.8 Η Ευρυζωνική διείσδυση στις περιφέρειες της Ελλάδας Είκοσι δύο άμεσα υλοποιήσιμες και βραχυπρόθεσμες προτάσεις έχουν ήδη κατατεθεί για την Ψηφιακή Ελλάδα 2020, έπειτα από μήνες διαβουλεύσεων και επεξεργασίας. Σύμφωνα με την Εθνική 15

16 Επιτροπή Τηλεπικοινωνιών και Ταχυδρομείων (ΕΕΤΤ), οι εν λόγω δράσεις έχουν ως στόχο «να κινητοποιήσουν τους εμπλεκόμενους φορείς προς την κατεύθυνση που θέτει το ψηφιακό θεματολόγιο για την Ευρώπη (Digital Agenta 2020) και να θέσουν τις βάσεις για μεσοπρόθεσμες δράσεις που συμβάλλουν στην εναρμόνιση της χώρας με τους στόχους του ψηφιακού θεματολογίου για την Ευρώπη». Οι κατευθύνσεις των δράσεων είναι επτά και αφορούν την e-επιχειρηματικότητα, την Παιδεία, την Έρευνα και την Τεχνολογία, τα Δίκτυα Πρόσβασης Νέας Γενιάς, το Ψηφιακό Χάσμα, την Εμπιστοσύνη και την Ασφάλεια, την Κοινωνία και τη Δημόσια Διοίκηση και το Ελεύθερο ή Ανοιχτό Λογισμικό και τη Διαλειτουργικότητα. 1.9 Οι προτάσεις : e-επιχειρηματικότητα: Ολοκλήρωση της θεσμοθέτησης και εφαρμογής του ηλεκτρονικού τιμολογίου και δημιουργία και προώθηση πλατφόρμας σημείου αναφοράς για την ψηφιακή οικονομία και την επιχειρηματικότητα. Ανοικτή πρόσβαση (Open Access) στα ερευνητικά, επιστημονικά και εκπαιδευτικά αποτελέσματα που παράγονται με δημόσια χρηματοδότηση, καλλιέργεια του μοντέλου συνεργατικής ανάπτυξης, όπως το ελεύθερο λογισμικό ανοιχτού κώδικα ή η Wikipedia από μικρή ηλικία και ενίσχυση της χρήσης των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και της Επικοινωνίας στα σχολεία. Δίκτυα Πρόσβασης Νέας Γενιάς: Ανάπτυξη σύγχρονων ψηφιακών υποδομών με επιδότηση του τερματικού εξοπλισμού για τον καταναλωτή, αξιοποίηση των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών (GIS) και πιλοτική εγκατάσταση σύγχρονων δικτύων Fiber to the Home (FTTH). Ψηφιακό Χάσμα: Δημιουργία οπτικοακουστικού υλικού ευαισθητοποίησης και ενημέρωσης του κοινού, χρήση ψηφιακών μέσων στις δημοτικές και κοινωνικές υπηρεσίες, πιλοτική «επιστράτευση» μη κυβερνητικών οργανώσεων σε δράσεις διάχυσης των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και της Επικοινωνίας σε κοινωνικά αποκλεισμένες ομάδες και χρήση ψηφιακών μέσων για την διαχείριση των παραπόνων των πολιτών από τις κρατικές υπηρεσίες. Είσοδος της πληροφοριακής ασφάλειας στα σχολεία, εκστρατεία ενημέρωσης των πολιτών και δημιουργία μίας πανελλαδικής Ομάδας Αντιμετώπισης Εκτάκτων Περιστατικών σε Υπολογιστές (Computer Emergency Response Team CERT), αντίστοιχη με αυτές που υπάρχουν στο εξωτερικό. Κοινωνία και Δημόσια Διοίκηση: Προτεραιότητα στις διαδικτυακές υπηρεσίες («Gov Goes Online») για την επικοινωνία τόσο μεταξύ των κρατικών υπηρεσιών όσο και ανάμεσα στο κράτος και τους πολίτες, δημιουργία κέντρου προσομοίωσης επιχειρησιακών διαδικασιών για φορείς, πολίτες και επιχειρήσεις, παροχή κινήτρων για την υιοθέτηση των ηλεκτρικών πληρωμών και θεσμοθέτηση του Εθνικού Πλαισίου Διαλειτουργικότητας στην Υγεία (ΕΠΔΥ). Ελεύθερο/ Ανοιχτό Λογισμικό και Διαλειτουργικότητα: Δημιουργία ενός κεντρικού καταλόγου για τη συνάθροιση και ελεύθερη διάθεση δεδομένων της Δημόσιας Διοίκησης, ενιαία αδειοδότηση δεδομένων Δημόσιας Διοίκησης και ισότιμη μεταχείριση του ανοικτού και του κλειστού λογισμικού στις κρατικές προμήθειες λογισμικού. Ένα φιλόδοξο σχέδιο, με στόχο την ανάπτυξη των νέων τεχνολογιών στη χώρα μας και την προώθηση της ευρυζωνικότητας, προετοιμάζει το Υπουργείο Μεταφορών και Επικοινωνιών. Με όραμα την 16

17 ανάδειξη της Ελλάδας σε μία από τις χώρες που αξιοποιούν, αναπτύσσουν και διαμορφώνουν τις σύγχρονες τάσεις της ψηφιακής εποχής, αλλά και το μεγαλύτερο δυνατό όφελος για τον πολίτη και τον επιχειρηματία, το Υπουργείο Μεταφορών και Επικοινωνιών προχωράει στην υλοποίηση του έργου (FTTH). Με προϋπολογισμό που ανέρχεται σε 2,1 δισ. ευρώ, το FTTH θα προσφέρει, μέσω οπτικών ινών, γρήγορη σύνδεση στο Internet σε 2 εκατ. νοικοκυριά και επιχειρήσεις στην Αθήνα, τη Θεσσαλονίκη και 50 ακόμα πόλεις σε όλη την Ελλάδα. Μέχρι πρόσφατα, η προσφορά ευρυζωνικής πρόσβασης με την αξιοποίηση του υφιστάμενου δημόσιου δικτύου χαλκού με την χρήση τεχνολογιών xdsl αποτελούσε σχεδόν επιχειρηματικό μονόδρομο για κάθε τηλεπικοινωνιακό πάροχο, οι περιορισμοί των χάλκινων δικτύων αρχίζουν σταδιακά να γίνονται αισθητές την στιγμή που πλέον η προσφορά ευρυζωνικών συνδέσεων αδυνατεί να καλύψει τις ανάγκες των τελικών χρηστών για ολοένα μεγαλύτερες ονομαστικές και πραγματικές ταχύτητες σύνδεσης. Στο πλαίσιο της ανταγωνιστικής και συνεχώς διευρυνόμενης αγοράς ευρυζωνικής πρόσβασης, οι πάροχοι δικτυακών υπηρεσιών ενδιαφέρονται για επενδύσεις σε φυσικές υποδομές που μπορούν: α) με επιτυχία να υποστηρίξουν τη ζήτηση για υπηρεσίες πρόσβασης υψηλών ταχυτήτων και β) να επιζήσουν της συνεχούς και ραγδαίας τεχνολογικής προόδου αλλαγής. Έτσι τα τελευταία δέκα χρόνια, η χρήση οπτικών ινών για την κατασκευή Δικτύων Μητροπολιτικών Περιοχών (Metropolitan Area Networks MANs) γίνεται ολοένα και πιο δημοφιλής για την εξυπηρέτηση των αναγκών πρόσβασης των τελικών χρηστών. Αυτά τα δίκτυα πρόσβασης καλούνται εν γένει FTTx ενώ δύο είναι οι κύριες αρχιτεκτονικές σχεδιασμού ανάλογα με το αν στηρίζονται εξ ολοκλήρου ( Ίνα μέχρι το Σπίτι Fiber To The Home FTTH) ή μερικώς (Ίνα μέχρι τον Κόμβο Fiber To The Node FTTN) σε τεχνολογίες οπτικών ινών. Ένας δεύτερος, τεχνολογικός, διαχωρισμός των διαθέσιμων αρχιτεκτονικών επιλογών οπτικών δικτύων αφορά στην χρήση ενεργού εξοπλισμού (Active Ethernet) ή παθητικού εξοπλισμού (Passive Optical Networks) στο τμήμα από το κεντρικό κατανεμητή του δικτύου μέχρι τον τελικό καταναλωτή. Παρά τα ξεκάθαρα πλεονεκτήματα 17

18 των οπτικών ινών έναντι των εναλλακτικών τεχνολογιών χαλκού και ασύρματων δικτύων οι τηλεπικοινωνιακοί πάροχοι εμφανίζονται διστακτικοί και προσεκτικοί για επενδύσεις ευρείας κλίμακας. Οι σημαντικότεροι λόγοι αφορούν: 1) στο υψηλό κόστος κατασκευής των οπτικών δικτύων (εκσκαφή, εγκατάσταση υποδομής και αποκατάσταση επιφάνειας), 2) στην διαχείριση δικαιωμάτων διέλευσης και πρόσβασης (κυρίως εντός των αστικών κέντρων) 3) στον μεγάλο χρονικό διάστημα (15-20 έτη) απόδοσης κεφαλαίου παρόμοιων έργων υποδομής 4) στο ασαφές ρυθμιστικό πλαίσιο για παρόμοιες επενδύσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, οι ενέργειες των τηλεπικοινωνιακών παρόχων να επικεντρώνονται στα μεγάλα αστικά και εμπορικά κέντρα καθώς αυτά αποτελούν τις κύριες αγορές ευρυζωνικής πρόσβασης και προσφέρουν άμεσα εμπορικά οφέλη εντάσσοντας την κατασκευή ευρυζωνικών υποδομών στην περιφέρεια στα μελλοντικά αναπτυξιακά σχέδιά τους. 18

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ 2.1 Οπτικές Ίνες - Δίκτυα Οπτικών Ινών Οι οπτικές ίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τοπικά δίκτυα αλλά και για μεταδόσεις σε μεγάλες αποστάσεις (δίκτυα ευρείας περιοχής). Έχουν στο κέντρο τους τον πυρήνα μέσω του οποίου μεταδίδεται το οπτικό σήμα. Ο πυρήνας εγκλωβίζει τις ακτίνες φωτός και τις οδηγεί στο τέρμα. Τα κύματα μεταφέρονται από τον πυρήνα της οπτικής ίνας. Όσο πιο στενός είναι ο πυρήνας, τόσο πιο γρήγορα μεταφέρεται το κύμα φωτός. Ο οπτικός πυρήνας περιβάλλεται από στρώμα γυάλινης επικάλυψης. Η επικάλυψη (cladding), η οποία περιβάλλει την οπτική ίνα κρατάει το φως στον πυρήνα, εμποδίζοντας το σήμα να διασκορπιστεί και να χάσει την ισχύ του. Η επικάλυψη με τη σειρά της περιβάλλεται από το εξωτερικό προστατευτικό υλικό, η οποία προστατεύει την ίνα από τους περιβαλλοντικούς κινδύνους. Η δέσμη φωτός εκπέμπεται στον πυρήνα της οπτικής ίνας και προσπίπτει με τέτοια γωνία στην επικάλυψη ώστε να υπάρχει ολική ανάκλαση και να μεταδίδεται σε όλο το μήκος της οπτικής ίνας. Η οπτική ίνα εγκλωβίζει όλη την ενέργεια της ακτίνας του φωτός. Τα οπτικά σήματα εσωτερικά ανακλώμενα μπορούν να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις αφού ισχύει η αρχή της φυσικής «Όταν μία ακτίνα φωτός περνά από το ένα μέσο σε άλλο, η ακτίνα διαθλάται στη διαχωριστική επιφάνεια γυαλιού/αέρας». Η ποσότητα διάθλασης εξαρτάται από τις ιδιότητες των δύο μέσων. Για γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από μία συγκεκριμένη κρίσιμη τιμή, το φως διαθλάται πίσω στο γυαλί και δεν διαφεύγει στον αέρα. Συνεπώς μια ακτίνα φωτός προσπίπτουσα με γωνία ίση ή μεγαλύτερη της κρίσιμης τιμής παγιδεύεται εντός της ίνας. Με αυτό τον τρόπο η ακτίνα μπορεί να διαδοθεί για πολλά χιλιόμετρα, με σχεδόν μηδενική απώλεια. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα να διαδίδονται πολλές διαφορετικές ακτίνες αρκεί να στέλνονται με διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης και η γωνία αυτή να είναι μεγαλύτερη της κρίσιμης. Αν Υπάρχουν πολλές γωνίες με τις οποίες το φως μπορεί να εισέλθει σε μια οπτική ίνα και να δημιουργήσει διαφορετικές γωνίες 19

20 προσβολής της επικάλυψης οι οποίες αναφέρονται και ως τρόποι (modes). Ο αριθμός των τρόπων (modes) αυξάνει καθώς αυξάνει η διάμετρος του πυρήνα. Οι μονότροπες (single - mode) οπτικές ίνες έχουν συνήθως διάμετρο πυρήνα περίπου 10 μm ενώ οι πολύτροπες μm. Οι μονότροπες οπτικές ίνες, σε αντίθεση με τις πολύτροπες δεν διαχέουν τη δέσμη φωτός αλλά απαιτούν συγκέντρωση φωτός μεγάλης έντασης σε πυρήνα μικρής διαμέτρου, γεγονός που απαιτεί τη χρήση Laser. Η διάμετρος δηλαδή του πυρήνα να είναι στο επίπεδο του μήκους κύματος του εκπεμπόμενου οπτικού σήματος. Αναφέρεται και σαν ομοαξονική μετάδοση. Μια στρατηγική για τη δημιουργία δικτύων που θα μπορούν να υποστηρίξουν τις νέες πολύ ενδιαφέροντες και απαιτητικές για εύρος ζώνης εφαρμογές είναι η τεχνολογία πολυπλεξίας μήκους κύματος WDM (Wavelength Division Multiplexing). Η βασική ιδέα πάνω στην οποία στηρίχτηκε η νέα τεχνολογία ήταν η εξής: σε κάθε οπτική ίνα το οπτικό σήμα που διαδίδεται έχει μια συγκεκριμένη συχνότητα, είναι δυνατόν από την ίδια ίνα να περάσουν περισσότερα του ενός διαφορετικά σήματα διαφορετικής συχνότητας (λ) ή αλλιώς διαφορετικού χρώματος μιας και μιλάμε για οπτικά σήματα, τα οποία το καθένα να αντιπροσωπεύει και μία ροή δεδομένων. Με βάση αυτό το χαρακτηριστικό έγινε δυνατή η παράλληλη μετάδοση σήματος και στις οπτικές ίνες. Η πολυπλεξία μήκους κύματος είναι η τεχνική μετάδοσης πληροφορίας μέσα από οπτική ίνα η οποία επιτρέπει την παράλληλη μετάδοση bits ή αλλιώς τη σειριακή μετάδοση χαρακτήρων. Τα συστήματα WDM μπορούν να μεταδώσουν μέχρι 24 κανάλια αλλά στο μέλλον όλα δείχνουν ότι η χωρητικότητα θα αυξηθεί στα 128 και παραπάνω μέσα από μια ίνα. Σήμερα η τεχνική DWDM (Dense Wave Division Multiplexing = Πυκνή Πολυπλεξία στο πεδίο του Μήκους Κύματος) έχει ενταχθεί στην τεχνική WDM. Τεχνικά είναι η ίδια μεθοδολογία αλλά όπως φαίνεται και από το όνομα η DWDM εμπεριέχει περισσότερα κανάλια και μεγαλύτερη χωρητικότητα σε εύρος ζώνης. Συχνά οι δύο αυτές τεχνικές αναφέρονται σαν μια, WDM, χωρίς να διακρίνεται η ειδοποιός διαφορά. Η τεχνολογία DWDM είναι η περισσότερα υποσχόμενη τεχνολογία για μεταφορά δεδομένων μέσα από οπτικές ίνες και αποτελεί σίγουρα μονόδρομο για την υλοποίηση σχεδίων όπως το Gigabit Internet. Επιπλέον, η τραχύς μήκους κύματος διαίρεση πολυπλεξία (CWDM - Coarse Wevelength Division Multiplexing) είναι μια τεχνολογία μεταφοράς πολυπρωτοκόλλων, που παρουσιάζει σημαντική ανάπτυξη στην αγορά λόγω των ιδιοτήτων χαμηλότερου κόστους και της απλότητας στον σχεδιασμό της. Η CWDM τεχνολογία αντιπροσωπεύει μια τέλεια οικονομική τεχνολογία τόσο σε πρόσβαση όσο και στην αγορά δικτύων κορμού και ειδικά σε σχετικά μικρές αποστάσεις (έως 31 μίλια). Παραδίδει τα πολλαπλάσια μήκη κύματος μέσω μιας οπτικής ίνας σε ένα μέρος του κόστους και πολυπλοκότητας των συστημάτων DWDM. Ένας ακριβέστερος ορισμός του CWDM είναι "μια μορφή διαίρεσης και πολυπλεξίας μήκους κύματος που έχει ευρύτερα διαστήματα μεταξύ των μηκών κύματος από αυτά που χρησιμοποιούνται στο DWDM. Επίσης, αντίθετα από άλλες μορφές WDM, χρησιμοποιεί ένα πολύ ευρύτερο φωτονιακό φάσμα ζωνών από άλλα τέτοια συστήματα, τα οποία συχνά είναι περιορισμένα σε μια ή δύο ζώνες" (Μέχρι 18 μήκη κύματος μπορούν να σταλούν χρησιμοποιώντας μερικά σχέδια CWDM).Προς το παρόν οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση ευρυζωνικού δικτύου κορμού και διανομής, καθώς είναι ουσιαστικά η μόνη τεχνολογία που μπορεί να υποστηρίξει τη συγκέντρωση ευρυζωνικών συνδέσεων πρόσβασης και να μεταφέρει τις μεγάλες ποσότητες δεδομένων με υψηλό ρυθμό που απαιτεί η παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών από κεντρικά σημεία διανομής προς τους συνδρομητές. Για το λόγο αυτό είναι κοινή περίπτωση ο συνδυασμός υποδομών οπτικών ινών με άλλες ευρυζωνικές τεχνολογίες, όπου η υποδομή οπτικών ινών δημιουργείται και φτάνει μέχρι τις γειτονιές ή τα κτίρια των συνδρομητών και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται οι υπόλοιπες τεχνολογίες ευρυζωνικής πρόσβασης για να δημιουργηθεί το δίκτυο πρόσβασης που φτάνει μέχρι το χώρο του χρήστη. Όσον αφορά την αρχιτεκτονική ενός δικτύου οπτικών ινών, σημειώνεται ότι αποτελείται από τρεις βασικές 20

21 λογικές μονάδες: το δίκτυο κορμού, το δίκτυο διανομής και το δίκτυο πρόσβασης. Η λογική αυτή παρουσιάζεται καλύτερα στα σχήματα που ακολουθούν: Το δίκτυο κορμού αποτελείται από έναν αριθμό κόμβων οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους. Σημειώνεται ότι υπάρχει σύνδεση μεταξύ των κύριων κόμβων οι οποίοι βρίσκονται σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους. Επιπλέον, το δίκτυο διανομής αποτελείται από τους κόμβους διανομής, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους και υπάρχει πρόβλεψη και για επιπλέον συνδέσεις μεταξύ τους στο μέλλον. Τέλος, στο δίκτυο πρόσβασης το οποίο αποτελείται από τους κόμβους πρόσβασης συνδέονται τα διάφορα κτίρια όπου αναλόγως των απαιτήσεων των τελικών χρηστών καθορίζονται και τα επιμέρους χαρακτηριστικά των συνδέσεων. Οι οπτικές ίνες παρέχουν μεγάλο εύρος ζώνης, το οποίο σήμερα φθάνει στις ευρέως χρησιμοποιούμενες υλοποιήσεις όπως το Gigabit Ethernet μέχρι και τα 10 Gbps. Η απόσταση κυμαίνεται μεταξύ Km ανάλογα με τον τύπο της οπτικής ίνας και το σήμα που μεταφέρεται. Συνεπώς, περιορίζουν τον αριθμό των ενδιάμεσων ενισχύσεων που απαιτούνται για να διασχίσει το σήμα μια μεγάλη απόσταση, και έχει σημαντική ανοχή στον θόρυβο. Όσον αφορά την υιοθέτηση τεχνολογίας οπτικών ινών στην παροχή τέτοιου είδους 21

22 ευρυζωνικής πρόσβασης, η αρχιτεκτονική αναφέρεται ως (FTTH) και συνίσταται στην κατάληξη (ζευγών συνήθως) οπτικών ινών στο χώρο των συνδρομητών και τον τερματισμό τους με κατάλληλο εξοπλισμό. Η τεχνολογία FTTH διαχωρίζεται ανάλογα με το αν στα σημεία διακλάδωσης χρησιμοποιείται παθητικός ή ενεργός εξοπλισμός. Πρόκειται για τις τεχνολογίες Active Optical Network (AON) και Passive Optical Network (PON). Ανάμεσα στα πολλαπλά πλεονεκτήματα της τεχνολογίας των οπτικών ινών διακρίνουμε το χαμηλό κόστος, το υψηλό bandwidth το οποίο ξεπερνά κατά εκατοντάδες φορές αυτό ενός κοινού καλωδίου, την μικρή εξασθένηση του σήματος καθώς και τις μικρές απαιτήσεις σε ενέργεια. Επιπλέον, οι οπτικές ίνες διαθέτουν μικρές διαστάσεις και βάρος και παρατηρείται υψηλή διαθεσιμότητα που οφείλεται κυρίως στην ανθεκτική κατασκευή των σύγχρονων οπτικών καλωδίων, που μειώνει στο ελάχιστο το ενδεχόμενο εξωτερικής ζημιάς. Ένας άλλος σχετικός όρος με το συγκεκριμένο θέμα είναι οι σκοτεινές οπτικές ίνες (Dark Fibers). Πρόκειται για κλασσικές οπτικές ίνες οι οποίες είναι τοποθετημένες κανονικά αλλά παραμένουν αχρησιμοποίητες. Κάτι τέτοιο συμβαίνει σε περιπτώσεις όπου οι αντίστοιχες εταιρείες επιλέγουν να εγκαταστήσουν μεγαλύτερο πλήθος οπτικών ινών από τις υπάρχουσες ανάγκες για μελλοντική χρήση. Έτσι λοιπόν, οι επιπλέον οπτικές ίνες μπορούν να εκμισθωθούν σε άλλες εταιρείες ή ιδιώτες για προσωπική χρήση. Σημειώνεται ότι στην κατηγορία των παραπάνω δικτύων θα ανήκουν και τα μητροπολιτικά ευρυζωνικά δίκτυα οπτικών ινών που πρόκειται να δημιουργηθούν στη χώρα μας στα πλαίσια της Πρόσκλησης 93 του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Κοινωνία της Πληροφορίας» Είδη οπτικών ινών και οπτικά καλώδια Οι οπτικές ίνες ταξινομούνται σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια: Προφίλ του δείκτη διάθλασης του πυρήνα Υλικό πυρήνα και περιβλήματος Τρόπος διάδοσης του φωτός Χαρακτηριστικά της διάδοσης Τύποι οπτικών ινών Από τα προηγούμενα συνάγεται ότι ο δείκτης διάθλασης του πυρήνα μπορεί να είναι σταθερός, οπότε μιλάμε για ίνες βηματικού δείκτη (step index) ή να μεταβάλλεται ακτινικά, όποτε έχουμε ίνες διαβαθμισμένου δείκτη (graded index). Ανάλογα με τον αριθμό των τρόπων που μπορούν να διαδοθούν στην ίνα έχουμε τις μονότροπες (διάδοση ενός μόνο τρόπου) και τις πολύτροπες (διάδοση πολλών τρόπων) ίνες. Γνώρισμα των μονότροπων ινών είναι οι πολύ μικρές διαστάσεις της διαμέτρου του πυρήνα (~ 5-8 μm), τα πολύ καλά χαρακτηριστικά διάδοσης αλλά και το μεγάλο κόστος και η δυσκολία χειρισμού τους. Για την κατασκευή του πυρήνα και του μανδύα χρησιμοποιούνται πυριτύαλος και πλαστικό. Έτσι υπάρχουν οι ίνες silica (μανδύας και πυρήνας από γυαλί), οι ίνες PCS(μανδύας από γυαλί και πυρήνας από πλαστικό) και από το 1980 και μετά οι πλαστικές ίνες (μανδύας και πυρήνας από πλαστικό) που χρησιμοποιούνται σε ζεύξεις μικρών αποστάσεων λόγω της εύκολης σύνδεσης τους με τα ενεργά στοιχεία του οπτικού συστήματος. Οι μονότροπες ίνες είναι πάντα τύπου silica, βηματικού δείκτη. Είναι ο 22

23 τύπος που χρησιμοποιείται πλέον στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα μεγάλων αποστάσεων αποκλειστικά. Τύποι μονότροπων οπτικών ινών Η εξέλιξη των μονότροπων οπτικών ινών διήρκεσε αρκετές δεκαετίες. Οι τρεις κυρίαρχοι τύποι και οι προδιαγραφές τους σύμφωνα με την ITU-T είναι: Η ίνα μη μετατοπισμένης διασποράς (Non Dispersion Sifted Fiber NDSF), G.652 Η ίνα μετατοπισμένης διασποράς (Dispersion-Shifted Fiber DSF), G.653 Η ίνα μη μηδενικής μετατοπισμένης διασποράς (Non Zero Dispersion Sifted Fiber NZ-DSF), G.655 Υπάρχουν τρία οπτικά παράθυρα στην περιοχή του υπέρυθρου που αξιοποιούνται για μετάδοση με οπτικές ίνες. Το πρώτο παράθυρο, στην περιοχή των 850 nm, χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά σε ζεύξεις μικρών αποστάσεων με πολύτροπες ίνες. Οι ίνες μη μετατοπισμένης διασποράς NDSF, είναι απλές μονότροπες ίνες (Single Mode SMF), και χρησιμοποιούνται στο δεύτερο οπτικό παράθυρο, στην περιοχή των 1310 nm. Σε αυτό το μήκος κύματος η χρωματική διασπορά είναι σχεδόν μηδενική. Το τρίτο οπτικό παράθυρο στην περιοχή των 1550 nm (ζώνη C) προσφέρει δύο πλεονεκτήματα: πολύ χαμηλότερη εξασθένηση και συχνότητα λειτουργίας συμπίπτουσα με αυτή των νέων ενισχυτών με ίνα προσμίξεων ερβίου(erbium-doped Fiber Amplifiers EDFAs). Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά διασποράς περιορίζονται σε μεγάλο βαθμό με τη χρήση laser στενότερου εύρους γραμμής και υψηλότερης ισχύος. Επειδή όμως, το τρίτο οπτικό παράθυρο έχει μικρότερη εξασθένηση από αυτή του παραθύρου των 1310 nm, οι κατασκευαστές σχεδίασαν την ίνα μετατοπισμένης-διασποράς, μετακινώντας το σημείο μηδενικής διασποράς στην περιοχή των 1550 nm. Παρόλο που αυτή η λύση συνδύαζε την χαμηλότερη οπτική εξασθένηση και το σημείο μηδενικής διασπορά στο παράθυρο των 1550 nm, προέκυψε ότι υπάρχουν καταστροφικά μη γραμμικά φαινόμενα στην οπτική ίνα στην περιοχή του σημείου μηδενικής διασποράς, για τα οποία δεν υπάρχει αποτελεσματική αντιστάθμιση. Λόγω αυτού του περιορισμού, αυτές οι ίνες δεν είναι κατάλληλες για DWDM εφαρμογές. Ο τρίτος τύπος, η ίνα μη μηδενικής μετατοπισμένης διασποράς NZ DSF, έχει σχεδιαστεί συγκεκριμένα για τις ανάγκες των DWDM εφαρμογών. Ο σκοπός αυτής της σχεδίασης είναι να επιτύχει χαμηλή διασπορά στην περιοχή των 1550nm αλλά όχι μηδενική. Αυτή η στρατηγική εισάγει ένα ελεγχόμενο ποσό διασποράς, που εκμηδενίζει τα μη γραμμικά φαινόμενα, όπως η μίξη τεσσάρων κυμάτων και καθιστά δυνατή τη σχεδίαση DWDM συστημάτων. 23

24 Οπτικά καλώδια Η χρήση των οπτικών ινών ενισχύεται από την δυνατότητα των μηχανικών να τις συσκευάζουν με τέτοιο τρόπο ώστε να τις προστατεύουν αλλά και να κάνουν εύκολα συνδέσεις. Σε μικρά μήκη, η οπτική ίνα μπορεί να προστατευτεί απλά με χρήση λεπτών πλαστικών περιβλημάτων. Για μεγάλα μήκη, η οπτική ίνα υπόκειται σε μηχανικές τάσεις και πρέπει να ληφθεί μέριμνα για την προστασία της τόσο κατά την κατασκευή της, όσο κατά την εγκατάσταση και κατά τη διάρκεια της χρησιμοποίησής της. Οι μικρές διαστάσεις των σπασιμάτων λόγω πλευρικών δυνάμεων και μεγάλων κάμψεων την προστατεύουν από γδαρσίματα.τέλος μειώνουν τις δονήσεις και προστατεύουν την ίνα από την υγρασία και από χημικές επιδράσεις. Ένα τυπικό οπτικό καλώδιο μπορεί έχει διάμετρο 15 mm και βάρος 12.5 kg/km. Τα δίκτυα οπτικών ινών επιτρέπουν ακόμη την ομαδοποίησή τους σε ένα καλώδιο μικρής διαμέτρου. Έχει αναπτυχθεί μια μεγάλη ποικιλία οπτικών καλωδίων. Όλα στοχεύουν στην καλυτέρευση των μηχανικών ιδιοτήτων των οπτικών ινών που περιέχουν, χωρίς να υποβαθμίζουν τις οπτικές τους ιδιότητες. Έτσι τα οπτικά καλώδια προστατεύουν τις ίνες από τις μηχανικές τάσεις που αναπτύσσονται κατά και μετά την εγκατάστασή τους, με τη βοήθεια ατσάλινων συρμάτων ενίσχυσης αυξάνουν την αντοχή της ίνας ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ Το καλώδιο fiber πάνω από τον χαλκό: Ταχύτητα: Δίκτυα οπτικών ινών λειτουργούν σε υψηλές ταχύτητες - έως και στο gigabits Bytes: μεγάλης μεταφορικής ικανότητας Απόσταση: Σήματα μπορούν να μεταδοθούν περαιτέρω χωρίς να χρειάζεται να είναι "ξεκούραστα» ή να ενισχυθούν. ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ: Μεγαλύτερη αντίσταση στην ηλεκτρομαγνητική θορύβου, όπως ραδιόφωνα, κινητήρες ή άλλα κοντινά καλώδια. ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ: Καλώδια οπτικών ινών, κόστος πολύ λιγότερο να διατηρηθούν. 24

25 2.2Τεχνολογία των οπτικών ινών Εισαγωγή Η ιδέα της επικοινωνίας χρησιμοποιώντας το φως υπήρχε πολύ πριν την εφεύρεση των οπτικών ινών. Άλλωστε, εφαρμογές όπως φακοί, μικροσκόπια και φωτογραφικές μηχανές χρησιμοποιούν ως μέσο διάδοσης πληροφορίας το φως. Η ανάγκη όμως για επικοινωνία μέσω φωτός, χρησιμοποιώντας καλώδια, οδήγησε στην εφεύρεση των οπτικών ινών, η οποία ναι μεν υπήρχε από τις αρχές του 20ου αιώνα, αλλά άρχισε να γίνεται ελκυστική μισό αιώνα αργότερα με την ανακάλυψη των διόδων laser (LD), των διόδων εκπομπής φωτός (LED) και φωτοδιόδων (photodiodes). Με σταδιακή βελτίωση της τεχνολογίας, οι ρυθμοί μετάδοσης 2.5Gb/s έχουν φτάσει να θεωρούνται ρουτίνα, ενώ μια τυπική τιμή απόσβεσης είναι 0.2dB/km στην περιοχή των 1.5μm (στην εικόνα παρουσιάζεται το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, καθώς και οι τιμές της υπέρυθρης ακτινοβολίας που συνήθως χρησιμοποιείται για μετάδοση μέσω οπτικών ινών). Αυτά τα δύο είναι άλλωστε και τα βασικά πλεονεκτήματα των οπτικών ινών έναντι των τυπικών ομοαξονικών καλωδίων. Εικόνα Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και η περιοχή επικοινωνιών των οπτικών ινών Η γενική ιδέα είναι η εξής: η πηγή της πληροφορίας παρέχει ένα ηλεκτρικό σήμα στον πομπό. Το ηλεκτρικό αυτό σήμα οδηγεί την οπτική πηγή μέσω μίας ηλεκτρικής βαθμίδας και τελικά στην έξοδο του πομπού εμφανίζεται διαμορφωμένο το οπτικό φέρον. Η οπτική πηγή παρέχει την ηλεκτρο-οπτική μετατροπή και συνήθως είναι κάποια laser δίοδος (LD) ημιαγωγού ή LED. Το οπτικό σήμα διαδίδεται μέσα στην οπτική ίνα (μέσο διάδοσης) και 25

26 τελικά καταλήγει σε έναν οπτικό ανιχνευτή (συνηθέστατα φωτοδίοδος) ο οποίος και παρέχει την οπτο-ηλεκτρική μετατροπή. Το ηλεκτρικό πια σήμα θα περάσει από την ηλεκτρική βαθμίδα του δέκτη και τελικά θα αποδιαμορφωθεί φθάνοντας στον τελικό αποδέκτη. Η επεξεργασία της πληροφορίας γίνεται γενικά ηλεκτρικά, ενώ το σύστημα μπορεί να είναι αναλογικό ή ψηφιακό. Εικόνα Σύστημα επικοινωνιών οπτικών ινών Βασικές αρχές λειτουργίας Καθώς εξελισσόταν η τεχνολογία των οπτικών ινών ως ένα νέο μέσο επικοινωνίας, έπρεπε να χρησιμοποιηθούν εκτός από οπτικές εφαρμογές, και ηλεκτρονικές. Πομποί και δεκτές μετατρέπουν σήματα από ηλεκτρικά σε οπτικά και αντιστρόφως. Για να κατανοηθούν σωστά οι οπτικές ίνες πρέπει πρώτα να κατανοηθούν οι τομείς των οπτικών, των τηλεπικοινωνιών αλλά και των ηλεκτρονικών. Όπως πραγματεύεται ο Ε. Κριεζής στο σύγγραμμά του «Οπτικές Επικοινωνίες», η λειτουργία των οπτικών ινών εξαρτάται από τις βασικές ιδιότητες των οπτικών και την αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη. Από φυσική σκοπιά, το φως αποτελείται είτε από ηλεκτρομαγνητικά κύματα, είτε από φωτόνια, τα οποία είναι κβάντα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Το πιο βασικό σημείο όμως, για την κατανόηση της λειτουργίας των οπτικών ινών είναι η θεώρηση ότι το φως αποτελείται από ακτίνες οι οποίες ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές μεταξύ οπτικών στοιχείων, τα οποία μπορούν να κάμψουν η να ανακάμψουν τη τροχιά αυτή. Η οπτική ίνα δηλαδή χρησιμοποιείται ως μέσο, και το φως ως φορέας της πληροφορίας. Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, είχε αποδειχθεί από τις αρχές του 20ου αιώνα η χρήση διηλεκτρικής ράβδου για την οδήγηση του φωτός. Τελικά έγινε αντιληπτό ότι εκτός από τον πυρήνα (core), θα έπρεπε να υπάρχει και κάποιο περίβλημα (cladding) όπως φαίνεται στην εικόνα2.2.3, το οποίο αφ ενός θα εξασφάλιζε την παραμονή του φωτός εντός της ίνας, και αφετέρου θα έδινε και την απαραίτητη μηχανική αντοχή. Βασικό υλικό κατασκευής του πυρήνα αποτελεί το διοξείδιο του πυριτίου (silica SiO2). 26

27 Εικόνα Η κυκλική οπτική ίνα με περίβλημα Ο λόγος που εξασφαλίζεται η παραμονή του φωτός εντός της οπτικής ίνας με την προσθήκη του περιβλήματος, με συντελεστή διάθλασης μικρότερο του συντελεστή διάθλασης του πυρήνα, γίνεται ξεκάθαρος μελετώντας το νόμο του Snell και την εικόνα 2.2.4, σύμφωνα με τον οποίο, η γωνία διάθλασης προκύπτει: Σχέση

28 Όσο αυξάνει η γωνία πρόσπτωσης, τόσο αυξάνει και η γωνία διάθλασης με αποτέλεσμα για κάποια τιμή της γωνίας πρόσπτωσης, η γωνία διάθλασης να γίνει ίση με π2 (εικόνα 2.2.4). Αυτή η τιμή της γωνίας πρόσπτωσης αποτελεί την κρίσιμη γωνία (θc) και είναι ίση με: Σχέση Για γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες της κρίσιμης, δεν υπάρχει διαθλώμενη ακτίνα και υπάρχει το φαινόμενο της ολικής ανάκλασης. Εικόνα Πρόσπτωση ακτίνας στη διαχωριστική επιφάνεια δύο διηλεκτρικών. α) για γωνία < θc, β) για γωνία = θc, γ) για γωνία > θc Τα παραπάνω μπορούν να δώσουν μία πρώτη εικόνα της διάδοσης του φωτός σε μία οπτική ίνα. Σε μία ιδανική διάδοση εντός οπτικής ίνας, οι γωνίες πρόσπτωσης είναι μεγαλύτερες της κρίσιμης και έτσι στη διαχωριστική επιφάνεια «πυρήνα-περιβλήματος» θα υπάρχουν συνεχώς ολικές ανακλάσεις (εικόνες και 2.2.6). Σε όλα τα παραπάνω δεν λήφθηκε υπόψη ότι η γεωμετρία της ίνας είναι στην πραγματικότητα κυλινδρική, η 10 διείσδυση του φωτός στο περίβλημα, απώλειες κτλ. Η ίδια η χρήση της ακτινικής θεωρίας (γεωμετρική οπτική) προϋποθέτει ότι οι διαστάσεις του πυρήνα είναι σημαντικά μεγαλύτερες από το μήκος κύματος (ή το μήκος κύματος αρκούντως μικρό) προκειμένου να θεωρηθεί ορθή. 28

29 Εικόνα Πορεία φωτός εντός ευθείας οπτικής ίνας Εικόνα Πορεία φωτός εντός οπτικής ίνας σε κάμψη Πρώτιστα βέβαια, πρέπει να εισέρθει η ακτίνα φωτός μέσα στην οπτική ίνα ώστε να οδεύσει μέσα της. Αυτό έχει να κάνει με το λεγόμενο αριθμητικό άνοιγμα (numerical aperture/na). Παρατηρώντας την εικόνα 2.2.7, η ακτίνα Α προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια «αέραπυρήνα» με γωνία θa τέτοια ώστε η διαθλώμενη να προσπίπτει με τη σειρά της στη διαχωριστική επιφάνεια «πυρήνα-περιβλήματος» με την κρίσιμη γωνία, όπως έχει οριστεί προηγουμένως. 29

30 Εικόνα Πρόσπτωση ακτίνας με τη μέγιστη γωνία αποδοχής (ακτίνα Α) και με γωνία πέραν αυτής (Β) Προφανώς για ακτίνες που εισέρχονται στην ίνα με γωνία μικρότερη της θa, φθάνουν στη διαχωριστική επιφάνεια «πυρήνα-περιβλήματος» με γωνία μεγαλύτερη της κρίσιμης και άρα διαδίδονται απρόσκοπτα. Αντίθετα, ακτίνες όπως η Β της εικόνας που εισέρχονται με γωνία μεγαλύτερη της θa, φθάνουν στη διαχωριστική επιφάνεια «πυρήνα-περιβλήματος» με γωνία μικρότερη της κρίσιμης και θα ανακλαστούν μερικώς καθώς επίσης και θα διαθλασθούν στο περίβλημα, δηλαδή θα υπάρχει απώλεια φωτός. Συμπερασματικά, η γωνία θa είναι πολύ σημαντική καθώς δίνει ένα μέγεθος της ικανότητας συλλογής φωτός της ακτίνας. Κάνοντας και πάλι χρήση του νόμου του Snell στο σημείο Κ, θα είναι 30

31 Σχέση Με δεδομένο τον ορισμό της κρίσιμης γωνίας που έγινε παραπάνω στη σχέση και ορίζοντας τη γωνία πρόσπτωσης στη διαχωριστική επιφάνεια «πυρήνα-περιβλήματος» στο σημείο Λ θα έχουμε: Σχέση Με τη βοήθεια της σχέσης και θέτοντας n0=1 (αέρας), η σχέση γίνεται: Σχέση Το δεξί σκέλος της σχέσης αποτελεί το αριθμητικό άνοιγμα (numerical aperture/ NA), και όπως ήδη έχει αναφερθεί, χαρακτηρίζει την ικανότητα συλλογής φωτός από την ίνα. Μία ποσότητα που χρησιμοποιείται πολύ συχνά είναι η σχετική διαφορά του δείκτη διάθλασης που ορίζεται ως εξής: Σχέση Καταλήγουμε τελικά σε μία σχέση ανάμεσα στο αριθμητικό άνοιγμα και τη σχετική διαφορά των δεικτών διάθλασης πυρήνα και περιβλήματος, η οποία είναι η εξής: Σχέση Οι περισσότερες από τις οπτικές ίνες που χρησιμοποιούνται σήμερα βέβαια, αποτελούνται από τρεις ομοαξονικούς κυλίνδρους. Εκτός της κεντρική ίνας (core) και της επίστρωσης (cladding), υπάρχει και το κάλυμμα (buffer coating) όπως φαίνεται στην εικόνα Το τελευταίο, είναι ένα συνθετικό ή πολυμερές υλικό που προστίθεται έτσι ώστε να αποφευχθούν σπασίματα της ίνας από πιθανά τραβήγματα, όπου και είναι πιθανό να σπάσει ο πυρήνας. 31

32 Εικόνα Δομή οπτικής ίνας Κατηγορίες οπτικών ινών ανάλογα με τον τρόπο μετάδοσης Οι οπτικές ίνες διαχωρίζονται κατ αρχήν ανάλογα με τον τρόπο που μεταδίδεται το φως στο εσωτερικό του πυρήνα τους. Η πρώτη βασική διάκριση είναι ανάμεσα σε πολύρυθμες (multi-mode) και μονόρυθμες (single-mode) οπτικές ίνες. Οι πολύρυθμες με τη σειρά τους διακρίνονται σε βηματικού δείκτη (step-index) και βαθμιδωτού δείκτη (graded- index). Ακολουθεί σύντομη περιγραφή των κατηγοριών αυτών Πολύρυθμες οπτικές ίνες (multi-mode optical fiber/mmf) Όπως προκύπτει και από την ονομασία τους, οι πολύρυθμες οπτικές ίνες επιτρέπουν την ύπαρξη πολλών διαφορετικών δρόμων μετάδοσης που αντιστοιχούν στις διαφορετικές γωνίες ανάκλασης. Γι αυτό το λόγο η διάμετρος του πυρήνα τους είναι μεγάλη (μεγαλύτερη των 10μm). Χρησιμοποιούνται συνήθως για επικοινωνία σε κοντινές αποστάσεις (μέχρι 600m), όπως εντός κτιρίων ή συγκροτημάτων και μπορούν να επιτύχουν ρυθμούς μετάδοσης μέχρι και 10Gbit/s. 32

33 Εικόνα Πολύρυθμη οπτική ίνα Οι οπτικές ίνες χαρακτηρίζονται από τις διαστάσεις του πυρήνα και της επίστρωσής τους. Έτσι, μία πολύρυθμη οπτική ίνα 62.5/125μm σημαίνει πως ο πυρήνας της έχει διάμετρο 62.5μm, ενώ η επίστρωσή της 125μm. Επιπλέον όμως, οι πολύρυθμες οπτικές ίνες μπορούν να περιγραφούν από ένα σύστημα ταξινόμησης με βάση το πρότυπο ISO-11801, ως ΟΜ1,ΟΜ2,ΟΜ3 και ΟΜ4, ανάλογα με το εύρος ζώνης. Όπως αναφέρθηκε και αρχικά, οι πολύρυθμες οπτικές ίνες χωρίζονται σε βηματικού και βαθμιδωτού δείκτη, ανάλογα με την τιμή του δείκτη διάθλασης του πυρήνα τους. Όσον αφορά τις οπτικές ίνες βηματικού δείκτη (step-index optical fiber), το προφίλ του συντελεστή διάθλασης παρουσιάζει μία σταθερή τιμή στην κεντρική ίνα και μία απότομη μεταβολή μεταξύ της κεντρικής ίνας και του υλικού επίστρωσης. Η διάμετρος της κεντρικής ίνας κυμαίνεται από 100 έως 200μm. Προφανώς, οι ακτίνες του φωτός διαμέσου του πυρήνα οδηγούνται με συνεχείς ολικές ανακλάσεις, όπως φαίνεται και στην εικόνα όπου φαίνεται γραφικά η λειτουργία της οπτικής ίνας βηματικού δείκτη. Εικόνα Οδήγηση ακτίνων φωτός διαμέσου οπτικής ίνας βηματικού δείκτη Όσον αφορά τις οπτικές ίνες βαθμιδωτού δείκτη (graded-index optical fiber), ο δείκτης διάθλασης μειώνεται σταδιακά από τον άξονα της κεντρικής ίνας μέχρι την επίστρωση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι ακτίνες του φωτός να καμπυλώνουν ομαλά καθώς φθάνουν στην επίστρωση (εικόνα2.2.11), αντί να ανακλώνται απότομα όπως στις διακριτού δείκτη. Η διάμετρος της κεντρικής ίνας σε οπτικές ίνες βαθμιδωτού δείκτη είναι 50 ή 62.5μm. 33

34 Εικόνα Οδήγηση ακτίνων φωτός διαμέσου οπτικής ίνας βαθμιδωτού δείκτη Η εξήγηση του παραβολικού αυτού φαινομένου είναι αρκετά απλή παρατηρώντας την εικόνα στην οποία φαίνεται μία μεγεθυμένη ακτίνα που ταξιδεύει προς τη διαχωριστική επιφάνεια πυρήνα-επίστρωσης, ενώ θεωρείται ότι το παραβολικό προφίλ μπορεί να προσεγγιστεί με έναν αριθμό λεπτών στρωμάτων με συνεχώς ελαττούμενο δείκτη διάθλασης. Η ακτίνα διαθλάται συνεχώς καθώς περνά μέσα από τα διαδοχικά στρώματα και καθώς ο δείκτης διάθλασης μειώνεται, η ακτίνα πλησιάζει προς τον άξονα της ίνας. Στο όριο της συνεχούς μεταβολής του δείκτη διάθλασης, προκύπτει μία παραβολική πορεία σαν αυτή της εικόνας Επειδή σε μια πολύρυθμη ίνα υπάρχουν αρκετοί ρυθμοί με διαφορετικές ταχύτητες, αυτό έχει σαν αποτέλεσμα ένας παλμός φωτός κατά τη διάδοσή του να «ανοίγει». Βέβαια, το γεγονός αυτό σε ίνα βαθμιδωτού δείκτη περιορίζεται εκ κατασκευής, λόγω της κυμαινόμενης τιμής του δείκτη διάθλασης. Συγκεκριμένα, οι ακτίνες που είναι πιο κοντά στον άξονα ταξιδεύουν μεγαλύτερες αποστάσεις, αλλά με μικρότερη ταχύτητα από τις ακτίνες που είναι πιο μακριά από τον άξονα, λόγω του μεγαλύτερου δείκτη διάθλασης στην περιοχή κοντά στον άξονα. Ο μηχανισμός αυτός, που φαίνεται στην εικόνα , «αποζημιώνει» τελικά τις ακτίνες που ταξιδεύουν μεγαλύτερες αποστάσεις και μειώνει τη διασπορά. Για το λόγο αυτό οι ίνες βαθμιδωτού δείκτη έχουν πολύ μεγαλύτερο εύρος ζώνης από τις βηματικού δείκτη. Εικόνα Μεγεθυμένη αναπαράσταση τροχιάς μιας ακτίνας σε οπτική ίνα βαθμιδωτού δείκτη 34

35 Εικόνα Διαφορά ταχύτητας μετάδοσης ανάμεσα σε 2 ακτίνες στην οπτική ίνα βαθμιδωτού δείκτη Στην εικόνα παρουσιάζονται συνοπτικά με γραφικό τρόπο οι διαφορές ανάμεσα στους δύο τύπους πολύρυθμων οπτικών ινών, αναφορικά με τις διαστάσεις τους, την δομή τους όπως φαίνεται σε τομή, καθώς και το προφίλ του δείκτη διάθλασης. Εικόνα Δομικές διαφορές πολύρυθμων οπτικών ινών βηματικού και βαθμιδωτού δείκτη Μονόρυθμες οπτικές ίνες (single-mode optical fiber/smf) Στην αντίπερα όχθη, υπάρχουν οι μονόρυθμες οπτικές ίνες, οι οποίες εκ κατασκευής μεταφέρουν μία μόνο φωτεινή ακτίνα (ρυθμό) εφ όσον η διάμετρός τους είναι πολύ μικρή (της τάξης του μεταφερόμενου μήκους κύματος). Σε αυτές ο μόνος δυνατός τρόπος μετάδοσης είναι ο αξονικός και φαίνεται γραφικά στην εικόνα που ακολουθεί. Εικόνα Οδήγηση φωτεινών ακτίνων διαμέσου μονότροπης οπτικής ίνας Η τυπική διάμετρος του πυρήνα κυμαίνεται από 8 έως 10μm (με συνηθέστερη τιμή τα 8.3μm), ενώ αυτή της επίστρωσης είναι 125μm. Ρυθμοί δεδομένων 10Gbit/s επιτυγχάνονται και μάλιστα σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 80km, ενώ αν γίνει χρήση οπτικών ενισχυτών και συστήματα πολυπλεξίας DWDM μπορούν να επιτευχθούν για αποστάσεις χιλιάδων 35

36 χιλιομέτρων (ενώ για αποστάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων μπορούν να επιτευχθούν ακόμα και 40Gbit/s). Όπως γίνεται εύκολα κατανοητό, η χρήση μονόρυθμων οπτικών ινών ενδείκνυται για αποστάσεις μεγαλύτερες του χιλιομέτρου Σύγκριση πολύρυθμων και μονόρυθμων οπτικών ινών Όσον αφορά τις μονόρυθμες οπτικές ίνες, αυτές είναι το μέσο με την υψηλότερη ποιότητα μετάδοσης λόγω απουσίας άλλων ρυθμών. Επιπλέον, προσφέρουν το μεγαλύτερο εύρος ζώνης και τις μικρότερες απώλειες και γι αυτό προτιμώνται για χρήσεις σε μεγάλες αποστάσεις. Βέβαια, λόγω της μικρής διαμέτρου του πυρήνα τους (λειτουργούν στα 1310 ή 1550nm) απαιτούν τους πιο δαπανηρούς και ακριβείς πομπούς laser με μικρότερο αριθμητικό άνοιγμα. Αντίθετα, οι πολύρυθμες οπτικές ίνες (λειτουργούν στα 850 ή 1300nm) έχουν μεγαλύτερη διάμετρο πυρήνα και έτσι επιτρέπεται η χρήση των πολύ φθηνότερων LED για την εκπομπή φωτός. Επίσης, οι απαιτήσεις για πολύ ακριβή ευθυγράμμιση κατά τη συγκόλληση δύο ινών χαλαρώνουν, όπως και η ποιότητα και η μηχανική ακρίβεια εξαρτημάτων και συνδετήρων, ενώ όπως αναφέρθηκε και παραπάνω η χρήση των πολύρυθμων οπτικών ινών περιορίζεται σε μικρές αποστάσεις. Οι διαφορές στα τυπικά γεωμετρικά τους χαρακτηριστικά φαίνονται συγκεντρωτικά στην παρακάτω εικόνα Εικόνα Τυπικές διαστάσεις και προφίλ δείκτη διάθλασης οπτικών ινών 36

37 2.2.4 Σύστημα οπτικών ινών Οπτική πηγή/ πομπός (optical transmitter) Η οπτική πηγή αποτελεί το εξάρτημα του επικοινωνιακού συστήματος που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια (ρεύμα) σε οπτική (φως), η οποία οπτική ενέργεια έχει την κατάλληλη μορφή ώστε να μπορεί να συζευχθεί με έναν οπτικό κυματοδηγό (εν προκειμένω οπτική ίνα). Οι πλέον συνηθισμένοι οπτικοί πομποί είναι οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) οι οποίες χαρακτηρίζονται ως ασύμφωνες πηγές (incoherent), και οι laser δίοδοι (LD) οι οποίες χαρακτηρίζονται ως σύμφωνες πηγές (coherent). Οι γενικές απαιτήσεις ώστε να είναι οι πηγές φωτός κατάλληλες για οπτική επικοινωνία συνοψίζονται σε κάποια κύρια σημεία: Η εκπομπή του φωτός θα πρέπει να γίνεται ώστε να διευκολύνεται η σύζευξη με τις οπτικές ίνες (ιδανικά να είναι πολύ κατευθυντική) Θα πρέπει να υπάρχει ακριβής αντιστοίχιση ανάμεσα στο ηλεκτρικό σήμα και το εκπεμπόμενο φως (ιδανικά μια γραμμική σχέση) Τα εκπεμπόμενα μήκη κύματος να οδηγούν σε χαμηλές τιμές απωλειών και διασποράς Προτίμηση για απλή απ ευθείας διαμόρφωση της πηγής σε μεγάλο εύρος ζώνης Θα πρέπει να έχουν αρκετή οπτική ισχύ ώστε να υπερκαλύπτονται απώλειες μετάδοσης και φυσικά να καταλήγει επαρκής ισχύς στο δέκτη Όσο το δυνατόν στενότερο φασματικό περιεχόμενο της πηγής ώστε να περιορίζεται η διασπορά Σταθερή κατά το δυνατόν οπτική ισχύς, ανεξάρτητα από εξωτερικούς παράγοντες (π.χ. θερμοκρασία) και γήρανση εξαρτημάτων Φθηνή και αξιόπιστη τεχνολογία Πιο συγκεκριμένα, η δίοδος εκπομπής φωτός (LED) (εικόνα ) χρησιμοποιεί τον μηχανισμό μίας ορθά πολωμένης επαφής p-n για την εκπομπή ακτινοβολίας. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το φως που εκπέμπουν είναι ασυνεχές με φάσμα που εκτείνεται από 30 έως 60 nm. Με την εξέλιξη των οπτικών ινών βαθμιδωτού δείκτη, τα LED έχουν βρει εφαρμογή σε πολλά συστήματα οπτικών ινών. Ο λόγος για αυτό είναι η απλή τους κατασκευή, χωρίς κάτοπτρα, το μικρό κόστος κατασκευής τους και η αυξημένη αξιοπιστία τους. Ακόμη, έχουν μικρή εξάρτηση από τη θερμοκρασία, μικρές απαιτήσεις από τα ηλεκτρονικά οδήγησης, ενώ υπάρχει γραμμική εξάρτηση της ισχύος εξόδου ως προς το ρεύμα, γεγονός που διευκολύνει την αναλογική διαμόρφωση. Βέβαια, έχουν και κάποια μειονεκτήματα, όπως μικρό εύρος διαμόρφωσης, αρμονική παραμόρφωση, ενώ συζεύουν μικρή οπτική ισχύ (της τάξης των μw) στην οπτική ίνα. 37

38 Εικόνα L.E.D. Διατάξεις LED που χρησιμοποιούν το σύστημα GaAlAs/GaAs για εκπομπή στα μικρότερα μήκη κύματος είναι ιδιαίτερα διαδεδομένες και δοκιμασμένες. Παράλληλα υπάρχει σημαντική πρόοδος και σε διατάξεις που υλοποιούνται με το σύστημα InGaAsP/InP για εκπομπή στην περιοχή των 1.3 μm. Στο μήκος κύματος αυτό η χαμηλή διασπορά των ινών από γυαλιά διοξειδίου του πυριτίου αντισταθμίζει τα φτωχά φασματικά χαρακτηριστικά των LED. Γενικά τα LED χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τις πολύρυθμες ίνες βαθμιδωτού δείκτη και με ταχύτητες διαμόρφωσης στην περιοχή των εκατοντάδων Mb/s για επικοινωνίες κοντινών αποστάσεων. Στην αντίπερα όχθη, υπάρχουν οι laser δίοδοι ως οπτικές πηγές. Αυτές αποτελούν ιδανική επιλογή αν η οπτική ίνα που οδηγεί το φως είναι μονόρυθμη, οπότε έχει πολύ μεγάλο εύρος ζώνης και εκτείνεται σε μεγάλες αποστάσεις. Γενικά, οι laser δίοδοι έχουν πολύ ανώτερα χαρακτηριστικά σε σχέση με τα προαναφερθέντα LED. Πιο συγκεκριμένα το L.A.S.E.R. (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), είναι ένας οπτικός ταλαντωτής και διακρίνεται στην εικόνα Εικόνα L.A.S.E.R. δίοδος Περιλαμβάνει κάποιο στοιχείο με κέρδος σε συνδυασμό με μία οπτική κοιλότητα (συντονιστή). Το φως που εκπέμπεται είναι πολύ «καθαρή» μονοχρωματική ακτινοβολία και 38

39 έτσι η πηγή αυτή χαρακτηρίζεται ως σύμφωνη (coherent). Το στενό φάσμα του laser (μικρότερο των 10nm) επιτρέπει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης, όπως έχει ήδη γίνει λόγος για τις μονόρυθμες οπτικές ίνες, καθώς μειώνεται το φαινόμενο της διασποράς. Τέλος, αξίζει να αναφερθεί πως η έξοδός του είναι σχετικά κατευθυντική, πράγμα που επιτρέπει την χωρίς προβλήματα σύζευξη με την οπτική ίνα, ενώ το διακρίνει και η μεγάλη συχνότητα εναλλαγής πολικότητας. Στην εικόνα δίνεται σε γενική μορφή ένας οπτικός πομπός laser διόδου. Διακρίνεται η σύζευξη της διόδου με την οπτική ίνα, ένας φωτοανιχνευτής που εκτιμά το ύψος της εκπομπής μέσω του φωτός που διαρρέει από το πίσω κάτοπτρο της διόδου και ένα θερμοηλεκτρικό ζεύγος ψύξης. Η οπτική ισχύς εξόδου σταθεροποιείται διατηρώντας τη δίοδο σε σταθερή θερμοκρασία μέσω ενός βρόχου ανάδρασης που χρησιμοποιεί το σήμα του φωτοανιχνευτή. Εικόνα Κατασκευή ενός οπτικού πομπού laser διόδου Οπτικός δέκτης (optical receiver) Ο δέκτης σε ένα σύστημα οπτικών επικοινωνιών, αποτελείται κατά βάση από τον φωτοανιχνευτή, ο οποίος μετατρέπει το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό κάνοντας χρήση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Καθώς οι επιδόσεις ενός συστήματος οπτικών ινών εξετάζονται στο δέκτη, ο φωτοανιχνευτής αποτελεί ένα από τα πιο κρίσιμα στοιχεία του συστήματος. Οι γενικές απαιτήσεις που προκύπτουν από τους φωτοανιχνευτές είναι οι εξής: Υψηλή ευαισθησία στα μήκη κύματος λειτουργίας των οπτικών ινών Υψηλή πιστότητα, γεγονός ιδιαίτερα σημαντικό στην αναλογική οπτική μετάδοση, όπου η απόκριση θα πρέπει να είναι γραμμική 39

40 Γρήγορη απόκριση Ο ανιχνευτής θα πρέπει να δίνει το μέγιστο δυνατό ηλεκτρικό σήμα για ένα δεδομένο επίπεδο οπτικής ισχύος Χαμηλή εισαγωγή θορύβου Λειτουργία ανεξάρτητη από εξωτερικούς παράγοντες (π.χ. θερμοκρασία) Μικρό μέγεθος, καλή σύζευξη με την οπτική ίνα και εύκολη συσκευασία με τα ηλεκτρονικά που ακολουθούν Υψηλή αξιοπιστία Χαμηλό κόστος Όσον αφορά τις οπτικές επικοινωνίες και σύμφωνα με τις απαιτήσεις που έχουν τεθεί παραπάνω, ο προτιμώμενος τύπος ανιχνευτή είναι αναμφισβήτητα η φωτοδίοδος (διακρίνεται στην εικόνα ). Οι φωτοδίοδοι κατασκευάζονται από ημιαγωγούς όπως το πυρίτιο και το γερμάνιο καθώς επίσης και από κράματα των ομάδων III και V του περιοδικού συστήματος των στοιχείων. Η γρήγορη απόκριση και η αποτελεσματική απορρόφηση των φωτονίων επιβάλλει κατά κανόνα τη χρήση intrinsic υλικών και ο ανιχνευτής μπορεί να είναι με ή χωρίς εσωτερικό μηχανισμό κέρδους. Οι φωτοδίοδοι πυριτίου (Si) έχουν μεγάλη ευαισθησία στο παράθυρο των μm και έτσι χρησιμοποιούνται ευρύτατα στα συστήματα οπτικών ινών πρώτης γενιάς. Η απόκριση τους σταματά στα 1.09 μm και για το λόγο αυτό στα συστήματα της δεύτερης γενιάς συναντά κανείς φωτοδιόδους γερμανίου ή κραμάτων III-V που έχουν καλή συμπεριφορά σε μεγαλύτερα μήκη κύματος. Εικόνα Φωτοδίοδος 40

41 Καλώδιο οπτικής ίνας (optical fiber cable) Έχοντας ήδη αναφερθεί στα προηγούμενα τμήματα στην οπτική ίνα και στις διάφορες μορφές της ανάλογα με τον τρόπο μετάδοσης, σε αυτό το τμήμα θα παρουσιαστούν περισσότερο τεχνικά ζητήματα αναφορικά με τα καλώδια των οπτικών ινών. Ως καλώδιο οπτικών ινών (εικόνα ) ορίζεται το καλώδιο που περιέχει μία ή περισσότερες οπτικές ίνες. Κάθε μία οπτική ίνα είναι επικαλυμμένη με πλαστική στρώση και τοποθετούνται συνολικά εντός καλωδίου, το οποίο θα πρέπει να είναι κατάλληλο για το περιβάλλον που πρόκειται να τοποθετηθεί. Εικόνα Καλώδιο οπτικών ινών Όσον αφορά τη μεμονωμένη οπτική ίνα και την κατασκευή της, οι γυάλινες οπτικές ίνες στην συντριπτική τους πλειοψηφία φτιάχνονται από διοξείδιο του πυριτίου (silica,sio2). Αυτές έχουν δείκτη διάθλασης τιμής περίπου 1.5, ενώ η διαφορά ανάμεσα στους δείκτες διάθλασης του πυρήνα και της επίστρωσης είναι μικρότερο από 1%. Υπάρχουν βέβαια και οι πλαστικές οπτικές ίνες (Plastic Optical Fibers/POF), που είναι συνήθως πολύρυθμες οπτικές ίνες βηματικού δείκτη με διάμετρο πυρήνα μεγαλύτερη από 0.5mm. Λόγω της μεγαλύτερης εξασθένισης (περίπου 1dB/km) σε σχέση με τις γυάλινες, η χρήση τους είναι περιορισμένη. Όπως έχει προαναφερθεί, εκτός από την κεντρική ίνα, τον πυρήνα (core) δηλαδή, υπάρχει η επίστρωση (cladding) η οποία έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης ώστε με ολική ανάκλαση να εγκλωβίζονται οι ακτίνες εντός του πυρήνα. Την επίστρωση, περιβάλλει ένα περίβλημα (buffer) ρητίνης το οποίο προστατεύει από μηχανική καταπόνηση και υγρασία. Πολύ συχνά υπάρχει ακόμα ένα πλαστικό στρώμα προστασίας το οποίο ονομάζεται jacket. Οι δύο τελευταίες στρώσεις δεν συμβάλλουν στην μετάδοση των οπτικών ακτίνων, παρά μόνο στη μηχανική αντοχή της οπτικής ίνας. Τα παραπάνω φαίνονται στην εικόνα όπου απεικονίζεται η τομή μιας οπτικής ίνας. 41

42 Εικόνα Διαδοχικά στρώματα οπτικής ίνας Το εξωτερικό περίβλημα (είτε είναι buffer, είτε jacket) είναι συχνά χρωματισμένο έτσι ώστε να υποδεικνύει τον τύπο της οπτικής ίνας. Συγκεκριμένα χρώματα σε συνδυασμό με τις οπτικές ίνες στις οποίες αναφέρονται δίνονται παρακάτω Σύνδεσμοι (optical fiber connectors) Οι σύνδεσμοι οπτικών ινών χρησιμοποιούνται για να τερματίζεται η οπτική ίνα επιτρέποντας τη γρήγορη και εύκολη σύνδεση στην οπτική πηγή και στο δέκτη. Συζεύουν μηχανικά και ευθυγραμμίζουν τους πυρήνες των ινών έτσι ώστε να μπορεί να περάσει το φως. Η πολύ κοντινή σύζευξη αποτρέπει την παρουσία αέρα ανάμεσα στους πυρήνες και έτσι οι απώλειες λόγω των συνδέσμων (το λεγόμενο gap loss) ελαχιστοποιούνται. Η τυπική διάρκεια ζωής των συνδέσμων εκτείνεται από 500 έως 1000 κύκλους συνδέσεων. Υπάρχουν πολλοί τύποι συνδέσμων που διαφέρουν στις διαστάσεις τους ή στον τρόπο σύζευξης, αλλά οι πιο διαδεδομένοι τύποι συνδέσμων είναι οι FC, SC και ST. Οι σύνδεσμοι τύπου FC (Ferrule Connector ή Fiber Channel) είναι βιδωτοί, διαμέτρου 2.5mm και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές τηλεπικοινωνιών, μετάδοσης δεδομένων, μετρήσεων με μονόρυθμες οπτικές ίνες με laser. Πλέον αρχίζουν να παραγκωνίζονται όμως από άλλους τύπους συνδέσμων. Ένας τυπικός σύνδεσμος τύπου FC δίνεται στην εικόνα

43 Εικόνα Σύνδεσμος τύπου FC Οι σύνδεσμοι τύπου SC (Subscriber Connector ή Square Connector ή Standard Connector) έχουν ζεύξη push-pull, είναι διαμέτρου 2.5mm και χρησιμοποιούνται κατά κόρον σε εφαρμογές τηλεπικοινωνιών και μετάδοσης δεδομένων. Ένας τυπικός σύνδεσμος τύπου SC δίνεται στην εικόνα Εικόνα Σύνδεσμος τύπου SC 43

44 Οι σύνδεσμοι τύπου ST/BFOC (Straight Tip/Bayonet Fiber Optic Connection) έχουν ζεύξη bayonet όπως άλλωστε δηλώνεται από την ονομασία τους, είναι διαμέτρου 2.5mm και χρησιμοποιούνται κυρίως με πολύρυθμες οπτικές ίνες και σπάνια με μονόρυθμες. Ένας τυπικός σύνδεσμος τύπου ST δίνεται στην εικόνα Εικόνα Σύνδεσμος τύπου ST Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα από τη χρήση οπτικών ινών Μετά την παρουσίαση που έχει γίνει περί της τεχνολογίας των οπτικών ινών, είναι εύλογο να γίνει αναφορά στα πλεονεκτήματα τα οποία προκύπτουν από την χρήση οπτικών ινών σε σχέση με τα συμβατικά ηλεκτρικά/ηλεκτρονικά συστήματα. Τα πιο βασικά, όπως επισημαίνονται και στο βιβλίο του Ε. Κριεζή «Οπτικές Επικοινωνίες», είναι τα εξής: Τεράστιο εύρος ζώνης. Το εύρος ζώνης των χάλκινων ομοαξονικών καλωδίων δεν ξεπερνά τα 500MHz. Συγκρινόμενο με τα GHz του φέροντος οπτικής ίνας, αντιλαμβανόμαστε πως με χρήση οπτικών ινών μπορεί να γίνει αναμετάδοση σε απόσταση εκατοντάδων χιλιομέτρων (αντί μερικών χιλιομέτρων με χρήση ομοαξονικών καλωδίων). Αν δε, γίνει χρήση πολυπλεξίας στο μήκος κύματος, τότε το εύρος των οπτικών ινών μπορεί να αυξηθεί ακόμα περισσότερο. Μικρό μέγεθος και βάρος. Όπως έχει αναφερθεί η διάμετρός του πυρήνα είναι της τάξης των μm. Ακόμα και αν προσθέσουμε τα στρώματα προστασίας, οι οπτικές ίνες έχουν σαφέστατο συγκριτικό πλεονέκτημα όσον αφορά το βάρος και τις διαστάσεις τους σε σχέση με τα χάλκινα καλώδια. Ηλεκτρική απομόνωση. Το οπτικό κύμα οδηγείται από διηλεκτρικό, πράγμα που σημαίνει πως δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα σε ηλεκτρικά «επικίνδυνα» περιβάλλοντα με σχηματισμούς βρόχων γης, τόξων, βραχυκυκλωμάτων κλπ. Ατρωσία σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Η μετάδοση του οπτικού κύματος μέσα στην ίνα είναι απαλλαγμένη από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Για αυτό και δεν επηρεάζεται από περιβάλλοντα ηλεκτρομαγνητικού θορύβου και άρα δεν χρειάζεται να λαμβάνονται μέτρα για την ηλεκτρομαγνητική της θωράκιση. Ασφάλεια. Το οπτικό σήμα εφ όσον περιορίζεται αυστηρά μέσα στον πυρήνα της οπτικής ίνας, δεν διατρέχει κίνδυνο υποκλοπής εκτός κι αν 44

45 υπάρχει πρόσβαση στον πυρήνα, κάτι που όμως γίνεται εύκολα αντιληπτό. Πολύ χαμηλές απώλειες μετάδοσης. Τυπική τιμή αποτελούν τα 0.2dB/km, η οποία είναι εξαιρετικά χαμηλότερη των απωλειών των χάλκινων καλωδίων. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε πολύ μεγάλες αποστάσεις μετάδοσης. Ευελιξία και αντοχή. Παρά το γεγονός ότι οι οπτικές ίνες είναι κατασκευασμένες από γυαλί, έχουν πολύ μεγάλη ευκαμψία, καθώς και αντοχή σε εφελκυσμό. Το μικρό βάρος και όγκος δίνει ένα σημαντικό συγκριτικό πλεονέκτημα σε σχέση με τα χάλκινα καλώδια. Αξιοπιστία και ευκολία συντήρησης. Η προσδοκώμενη διάρκεια ζωής ορίζεται στα 20 με 30 χρόνια. Αυτό έχει να κάνει με την απουσία ηλεκτρικών σε συνδυασμό με την αυξημένη αξιοπιστία των οπτικών εξαρτημάτων. Εν δυνάμει χαμηλό κόστος. Πλέον, το κόστος των οπτικών καλωδίων προσεγγίζει αυτό των μεταλλικών καλωδίων, αλλά ακριβά παραμένουν τα λοιπά εξαρτήματα που είναι απαραίτητα για τη μετάδοση φωτός. Λαμβάνοντας υπόψη όμως το τεράστιο προσφερόμενο εύρος ζώνης, προκύπτει πως το κόστος τους είναι σχετικά χαμηλό. Υπάρχουν βέβαια και κάποια μειονεκτήματα που αναστέλλουν την ευρεία χρήση οπτικών ινών. Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, το κόστος των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων (όπως τα laser και οι φωτοανιχνευτές) των βοηθητικών για τη λειτουργία ενός συστήματος οπτικών ινών, είναι σχετικά υψηλό, ειδικά αν γίνεται χρήση οπτικών ινών σε μικρές αποστάσεις. Ακόμη ένα σημαντικό μειονέκτημα αποτελεί η δυσκολία δημιουργίας διακλαδώσεων και συνδέσεων, καθώς απαιτείται βέλτιστη προσαρμογή και ευθυγράμμιση ώστε να μην υπάρχει διασπορά και να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες. Χαρακτηριστικά, ακόμη και μικρές αποκλίσεις στην ευθυγράμμιση μπορούν να προκαλέσουν υψηλές απώλειες του φωτεινού σήματος. Συμπερασματικά, εύκολα μπορεί κάποιος να αντιληφθεί τους λόγους που οι οπτικές ίνες γίνονται ολοένα και πιο διαδεδομένες για μετάδοση δεδομένων, λαμβάνοντας υπόψη τα συγκριτικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους σε σχέση με τα τυπικά χάλκινα καλώδια Παραδείγματα χρήσης οπτικών ινών Στο σημείο αυτό, θα δοθούν κάποια χαρακτηριστικά παραδείγματα όπου γίνεται χρήση οπτικών ινών. Τα καλώδια οπτικών ινών, τα οποία συνήθως περιέχουν δεσμίδες οπτικών ινών, χρησιμοποιούνται κυρίως από τους τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς για επίγειες και υποθαλάσσιες συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων, αντικαθιστώντας τόσο τις γραμμές ομοαξονικών καλωδίων, όσο και τις επίγειες και δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις. Τα τελευταία χρόνια έχουν ποντισθεί πολλά καλώδια οπτικών ινών με χωρητικότητα η οποία ξεπερνά τα κυκλώματα φωνής, για τη διασύνδεση ηπείρων. Τέτοια παραδείγματα αποτελούν: Το καλωδιακό σύστημα SEA-ΜΕ-WE 3 (South East Asia - Middle East - West Europe), που ξεκινά από τη Δυτική Ευρώπη (Γερμανία, Μεγ. Βρετανία), περνά από τα στενά του Γιβραλτάρ στη Μεσόγειο (Ιταλία, Ελλάδα, Κύπρο) συνεχίζει από τα στενά του Σουέζ προς την Ασία (Ινδία, Σιγκαπούρη) και χωρίζεται σε δύο μέρη, με το ένα άκρο να καταλήγει στην Ιαπωνία και το άλλο στην Αυστραλία (η πορεία του απεικονίζεται στην εικόνα ). Έχει μήκος 39000km και είναι το μεγαλύτερο στον κόσμο. Οι ρυθμοί μετάδοσης φτάνουν τα 0.96Τbit/s και η κατασκευή του ολοκληρώθηκε το

46 Εικόνα Πορεία του SEA-ME-WE 3 Το υποβρύχιο καλώδιο BSFOCS (Black Sea Fiber Optics Cable System), που εκτείνεται στην περιοχή της Μαύρης θάλασσας και συνδέει τη Βουλγαρία, Ουκρανία και Ρωσία (εικόνα ). Έχει μήκος 1300km, ικανότητα μετάδοσης 20Gbit/s και λειτούργησε για πρώτη φορά τον Σεπτέμβριο του

47 Εικόνα πορεία του BSFOCS Το καλώδιο ADRIA-1 που εκτείνεται στην Αδριατική θάλασσα με ελληνική ανάμιξη και συνδέει την Ελλάδα (Κέρκυρα), την Αλβανία (Durres) και την Κροατία (Dubrovnik). Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται, επίσης, από ιδιωτικές εταιρίες σε τοπικά δίκτυα, σε πανεπιστημιακά δίκτυα κορμού, σε δίκτυα ευρείας περιοχής, σε δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης, σε εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις σε ασφάλεια μετάδοσης, όπως οι στρατιωτικές και τέλος σε βιομηχανικές εφαρμογές, όπου υπάρχει υψηλός βιομηχανικός θόρυβος στον οποίο οι οπτικές ίνες παρουσιάζουν ανοσία, όπως άλλωστε ήδη έχει αναφερθεί Σύστημα οπτικών ινών Σε αυτό το σημείο, θα γίνει αναφορά στο υπάρχον σύστημα οπτικών ινών του εργαστηρίου υψηλών τάσεων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, το οποίο απεικονίζεται στην εικόνα

48 Εικόνα Δέκτης, πομπός και καλώδιο οπτικής ίνας της εταιρίας TELEMETER Το σύστημα οπτικών ινών είναι της γερμανικής εταιρίας TELEMETER ELECTRONIC, και αποτελείται από τα εξής: Πομπός οπτικού σήματος (laser δίοδος) APO DFB-TX- M Δέκτης οπτικού σήματος APO RX-M Μονόρυθμη οπτική ίνα Οpt.Verbindungskabel, 25m (2xE9/125) 2 τροφοδοτικά Geregeltes Netzteil 12V/1250mA Αξιοπρόσεκτα χαρακτηριστικά για το σύστημα αυτό των οπτικών ινών είναι τα εξής: το εύρος ζώνης του συστήματος εκτείνεται από τα 25kHz μέχρι και τα 1000MHz, με το μεταφερόμενο οπτικό σήμα να είναι μήκους κύματος 1310nm. Οι ονομαστικές τιμές χαρακτηριστικής αντίστασης εισόδου σε πομπό και δέκτη είναι 50Ω, ο πομπός του οπτικού σήματος έχει τη δυνατότητα να δέχεται σήματα μέχρι και 5V, ενώ οι σύνδεσμοι της οπτικήςίνας είναι τύπου FC. Τέλος, τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης έχουν τάση τροφοδοσίας 12V DC, γεγονός που επιτρέπει, εκτός της τροφοδοσίας από πρίζα χαμηλής τάσης 230V AC μέσω τροφοδοτικών, την απ ευθείας τροφοδοσία από μπαταρία και άρα την πλήρη ηλεκτρική απομόνωση του συστήματος οπτικών ινών και άρα του χειριστή από την υψηλή τάση. Εικόνα

49 2.2.8 Τερματικά και κατανεμητές οπτικών ινών Διατίθενται και εγκαθιστούνται οπτικές ίνες Multimode (μονότροπες) & Single Mode (πολύτροπες). Patch cords όλων των συνδυασμών connector, pigtails για συγκολλήσεις στο πεδίο, οπτικοί εξασθενητές (attenuators). Οπτικές πρίζες και μετατροπείς, Fiber Optic Couplers, Through Adapters. Επίσης, κάθε στοιχείο δομημένης καλωδίωσης για την εγκατάσταση οπτικών ινών σε απαιτητικές εγκαταστάσεις ή data center. Μερικά από αυτά είναι: Οπτικοί Κατανεμητές Πλαστικοί επίτοιχοι κατανεμητές οπτικών ινών με απόληξη ST-SC-LC-FC με 4, 6, 8, 12 ή 24 θύρες, MultiMode ή Single Mode, εσωτερικού χώρου. Μεταλλικοί επίτοιχοι κατανεμητές οπτικών ινών με απόληξη ST-SC-FC με 6, 12 ή 24 θύρες, MultiMode ή Single Mode, εσωτερικού χώρου. Στεγανοί μεταλλικοί επίτοιχοι κατανεμητές οπτικών ινών, στεγανότητας IP55, με απόληξη ST-SC-LC-FC με 4, 6, 8, 12, 16 ή 24 θύρες, MultiMode ή Single Mode, εσωτερικού ή εξωτερικού χώρου. Οπτικά ικριώματα ETSI 19''. Υπο-ικρίωμα (subrack) οπτικών ινών 19" 84HP & Fiber Optic connector module (8HP/3U). 49

50 Οπτικά Patch Panels Οπτικά patch panels 19'' διεπαφής ST, SC, FC, LC, MTRJ, E2000 ( θυρών) για ίνες MultiMode ή Single Mode. Οπτικά patch panels 19''-23'' διεπαφής ST, FC, LC (έως 36 θυρών) για ίνες MultiMode ή Single Mode. Οπτικά patch panels 19''-23'' διεπαφής ST, FC, LC (έως 48 θυρών) για ίνες MultiMode ή Single Mode. Οπτικά patch panels 19''-23'' διεπαφής ST, FC, LC (έως 96 θυρών) για ίνες MultiMode ή Single Mode. 50

51 2.2.9 Τρόποι τερματισμού καλωδίων οπτικών ινών Ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος για να τερματίσει καλωδίου οπτικών ινών; Αυτό εξαρτάται από την εφαρμογή, οι εκτιμήσεις περί κόστους και τις προτιμήσεις Εποξειδικές&πολωνική Εποξειδικές & Πολωνικά υποδοχές ήταν οι αρχικές συνδέσεις οπτικών ινών. Αντιπροσωπεύουν ακόμη το μεγαλύτερο τμήμα των συνδέσμων, σε ποσότητα που χρησιμοποιούνται και τα δύο με ποικιλία που είναι διαθέσιμη. Σχεδόν κάθε ύφος του συνδέσμου είναι διαθέσιμο, συμπεριλαμβανομένων ST, SC, FC, LC, Δ4, SMA, MU, και MTRJ. Τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν: Πολύ στιβαρή. Αυτό το ύφος υποδοχής τεχνολογίας βασίζεται στην αλήθεια, και μπορεί να αντέξει τις μεγαλύτερες περιβαλλοντικές και μηχανικές καταπονήσεις σε σύγκριση με τις άλλες τεχνολογίες σύνδεσης. Αυτό το ύφος του συνδέσμου δέχεται τη μεγαλύτερη ποικιλία διαμέτρων καλωδίων. Οι περισσότεροι σύνδεσμοι της ομάδας αυτής έχουν εκδόσεις για να χωρέσει σε 900um ρυθμισμένο καλώδιο ινών, και έως 3,0 χιλιοστά καλυμμένο καλώδιο ινών. Οι εκδόσεις. Διαθέσιμα καλώδια που κατέχουν 1 έως 24 ίνες σε μια ενιαία υποδοχή Εγκατάσταση- Ώρα: Υπάρχει ένα αρχικό χρονικό διάστημα ρύθμιση για τον τεχνικό τομέα που πρέπει να προετοιμάσουν μια θέση εργασίας με γυάλισμα, εξοπλισμό και μια εποξικήωρίμανσης σε φούρνο. Ο χρόνος τερματισμού για μία σύνδεση είναι περίπου 25 λεπτά λόγω του χρόνου που απαιτείται για τη θέρμανση της εποξικής. Μέσος χρόνος ανά υποδοχή σε μια μεγάλη παρτίδα μπορεί να είναι τόσο χαμηλά όσο 5 ή 6 λεπτά. Ταχύτερης ωρίμανσης εποξικά όπως είναι η αναερόβια εποξική μπορεί να μειώσει το χρόνο εγκατάστασης, αλλά γρήγορα εποξικά θέρμανσης δεν είναι κατάλληλα για όλες τις συνδέσεις. ΕΠΙΠΕΔΟ ΓΝΩΣΕΩΝ: Αυτές οι συνδέσεις, ενώ δεν είναι δύσκολο να εγκατασταθούν, απαιτούν την πιο περίπλοκη εποπτεία της κατάρτισης των δεξιοτήτων, ειδικά για γυάλισμα. Ενδείκνυνται για τον όγκου εγκατάστασης σε υψηλά επίπεδα ή σπίτια, ένα εκπαιδευμένο και σταθερό εργατικό δυναμικό. Κόστος: Λιγότερο ακριβές υποδοχές για την αγορά, σε πολλές περιπτώσεις να είναι 30 με 50 τοις εκατό φθηνότερες από ό, τι άλλες συνδέσεις στυλ τερματισμού. Πάντως, παράγοντας του κόστους των εποξειδικών ωρίμασης και ferrule, όπως η στίλβωση εξοπλισμού και αναλωσίμων οφείλουν να είναι συναφείς. 51

52 Pre-loaded εποξική ή προ-εποξειδική &πολωνική Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες μη-εποξειδικών & Πολωνικά υποδοχές. Η πρώτη είναι οι συνδέσεις που είναι προ-φορτωμένες με μια μετρημένη ποσότητα μίγματος. Αυτές οι συνδέσεις μειώνουν το επίπεδο δεξιοτήτων που απαιτούνται για την εγκατάσταση μιας σύνδεσης, αλλά δεν μειώνουν σημαντικά τον χρόνο ή τον εξοπλισμό ανάγκης-εδ. Η δεύτερη κατηγορία της σύνδεσης δεν χρησιμοποιεί εποξική. Συνήθως χρησιμοποιούν ένα εσωτερικό πτύχωσης μηχανισμό για τη σταθεροποίηση των ινών. Αυτές οι συνδέσεις μειώνουν τόσο το επίπεδο δεξιοτήτων όσο και τον απαιτούμενο χρόνο εγκατάστασης. Οι ST, SC, και FC στυλ συνδέσεων είναι διαθέσιμες. Τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν: Η Εποξειδική ένεση δεν είναι απαραίτητη. Δεν ξύνονται οι υποδοχές λόγω εποξειδικών υπερ-γεμίσματος. Μειωμένες απαιτήσεις εξοπλισμού για ορισμένες εκδόσεις. Εγκατάσταση Ώρα: Και οι δύο εκδόσεις έχουν σύντομο χρόνο εγκατάστασης, με προφορτωμένη εποξική σύνδεση με ελαφρώς μεγαλύτερη εγκατάσταση. Λόγω της ωρίμανσης του χρόνου, η προ-εγκατεστημένη εποξική σύνδεση απαιτεί τον ίδιο χρόνο εγκατάστασης ως πρότυπο σύνδεσης για, 25 λεπτά ανα 1 υποδοχή, 5-6 λεπτά κατά μέσο όρο για μία παρτίδα. Συνδέσεις που χρησιμοποιούν την εσωτερική crimp μέθοδο εγκατάστασης σε 2 λεπτά ή λιγότερο. ΕΠΙΠΕΔΟ ΓΝΩΣΕΩΝ: Οι απαιτήσεις ικανοτήτων μειώνονται επειδή το περίβλημα μηχανισμού είναι ευκολότερο να αφομοιωθεί από τη χρήση εποξικής. Παρέχουν τη μέγιστη ευελιξία με μία τεχνολογία και μια ισορροπία μεταξύ των δεξιοτήτων και του κόστους. Κόστος: Το κόστος του εξοπλισμού είναι ίσο ή μικρότερο από εκείνο των κανονικών con nectors. Το κόστος των αναλώσιμων μειώνεται για την Πολωνική ταινία και τον καθαρισμό sup-φύλλου. Το κόστος υλοποίησης προκύπτει από τις μειωμένες απαιτήσεις εκπαίδευσης και στον γρήγορο χρόνο εγκατάστασης. Πιο εύκολες και γρήγορες υποδοχές για την εγκατάσταση. Κατάλληλα για εργολήπτες οι οποίοι δεν μπορούν να δικαιολογήσουν το κόστος της εκπαίδευσης και εποπτείας που απαιτείται για τυποποιημένες συνδέσεις. Καλή λύση για την άμεση αποκατάσταση πεδίου. ST, SC, FC, LC και MTRJ στυλ συνδέσεων είναι διαθέσιμα. Τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν: Δεν καταναλώνεται αρκετός χρόνος για όπου απαιτείται ρύθμιση. Κατώτατος χρόνος εγκατάστασης ανά θύρα,λιγότερος ανα λεπτό. Περιορισμένη κατάρτιση η οποία απαιτείται. μικρό ή μηδενικό κόστος αναλώσιμων. 52

53 Εικόνες connectors συνδέσεων Εικόνα : connector σύνδεσης 53

54 Connector s οπτικών ινών 54

55 Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Οι οπτικές ίνες φαίνεται να είναι σήμερα η καλύτερη λύση στα μέσα μετάδοσης και αυτό γιατί τα πλεονεκτήματα, που παρουσιάζουν, σε σχέση με τα άλλα μέσα είναι ιδιαίτερα σημαντικά. Οι οπτικές ίνες διαθέτουν πολύ μεγάλο εύρος ζώνης συχνοτήτων, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνονται υψηλές ταχύτητες μετάδοσης (της τάξης των Gbps). Συνήθεις ταχύτητες μετάδοσης είναι αυτές των 2 και 10 Gbps, ενώ έχουν επίσης αναπτυχθεί συστήματα των 20,40 και 50 Gbps. Σε περίπτωση πολυπλεξίας με διαίρεση μήκους κύματος, οι ταχύτητες φθάνουν στα μερικά Tbps. Επίσης, δεν επηρεάζονται από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, με αποτέλεσμα να συνιστάται η χρήση τους σε βιομηχανικό περιβάλλον και σε χώρους με υψηλό θόρυβο. Η εξασθένηση των σημάτων είναι μικρότερη από ό,τι στα χάλκινα και ομοαξονικά καλώδια, με αποτέλεσμα οι αποστάσεις μεταξύ ενισχυτών ή άλλων ενεργών στοιχείων να κυμαίνονται από μερικά μέχρι και μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα, ανάλογα με τη τεχνική και το ρυθμό μετάδοσης. Η υποκλοπή ή η παρεμβολή πληροφορίας είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθούν, με αποτέλεσμα οι οπτικές ίνες να συνιστούν πολύ ασφαλές μέσο μετάδοσης. Επίσης, το βάρος και ο όγκος τους είναι σημαντικά μικρότερος από τα αντίστοιχα μεγέθη των άλλων αγωγών. Αξίζει να αναφέρουμε, σαν παράδειγμα, ότι χάλκινο καλώδιο με 1000 ζεύγη και μήκος 500 μέτρων ζυγίζει περίπου 4000 κιλά, ενώ οπτική ίνα του ίδιου μήκους, που περιέχει τον ίδιο αριθμό καναλιών, ζυγίζει μόνο 45 κιλά. Επιπλέον, δεν είναι ευαίσθητη σε υγρό περιβάλλον, όπου τα χάλκινα καλώδια μπορεί να δημιουργήσουν βραχυκυκλώματα. Επειδή η οπτική ίνα δεν μεταφέρει ηλεκτρικό σήμα, προτιμάται σε περιοχές υψηλού κίνδυνου εκρήξεων από σπινθήρες (χώροι καυσίμων, εύφλεκτων αερίων κλπ.).συμπερασματικά, θα πρέπει να αναφέρουμε, ότι τα καλώδια οπτικών ινών παρουσιάζουν ίδιες μηχανικές ιδιότητες με τα ομοαξονικά, αλλά είναι ελαφρότερα σε βάρος, μικρότερα σε διάμετρο και οι αποστάσεις μεταξύ των επαναληπτών είναι μεγαλύτερες. Ένα από τα βασικότερα μειονεκτήματα, που παρουσιάζουν οι οπτικές ίνες, είναι η δυσκολία υλοποίησης συνδέσεων, επειδή απαιτείται υψηλή προσαρμογή και ευθυγράμμιση της φωτεινής πηγής, για να μην υπάρχει διασπορά και να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες. Όμως, η πρόοδος της τεχνολογίας, που έχει σημειωθεί τα τελευταία χρόνια στην περιοχή των οπτικών ινών, αντιμετώπισε με επιτυχία την παραπάνω δυσκολία, με αποτέλεσμα να είναι δυνατή η χρήση τους και για συνδέσεις σημείου προς πολλά σημεία. Παρόλα αυτά, η χρήση τους σε τέτοιες συνδέσεις δεν έχει ακόμη ευρέως εξαπλωθεί, ιδιαίτερα λόγω του αυξημένου κόστους, που παρουσιάζουν τέτοια συστήματα. 55

56 Συμπερασματικά λοιπόν: Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Μεγάλη χωρητικότητα της τάξης Δυσκολία στη σύνδεση, με των Gbps συνέπεια την ανάγκη ύπαρξης επιδέξιων εγκαταστατών Με νέες τεχνικές πολυπλεξίας με διαίρεση μήκους κύματος (Wave Δυσκολία διασύνδεσης πολλών χρηστών πάνω σε ένα καλώδιο division Multiplexing) επιτυγχάνονται ταχύτητες της τάξης των Tbps. Μικρό μέγεθος και βάρος Ακριβές για μικρές αποστάσεις Χαμηλή εξασθένηση - Απρόσβλητη σε - περιβαλλοντολογικές παρεμβολές Υψηλή ασφάλεια - δυσκολία στις - υποκλοπές Μεγάλες εγκαταστάσεις μειώνουν - το κόστος 56

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο LASER 3.1 Fiber Laser Ιστορικό - Τεχνολογία Η τεχνολογία laser έχει αναπτυχθεί αρκετά από το αρχικό στάδιο ανακάλυψής του και από την μεγάλη γκάμα εφαρμογών που συναντούμε καθημερινά όπως ::: Εφαρμογές ανάγνωσης laser Εφαρμογές κοπής υλικών με laser Εφαρμογές scaning and printing laser σε συστήματα Υπολογιστών και αναλώσιμων υλικών πληροφορικής Εφαρμογές ανάλυσης στον τομέα της ιατρικής και εξέτασης, όπως επίσης και χειρουργικές επεμβάσεις βάση της τεχνολογίας laser. Όλες οι αναφερόμενες εφαρμογές με την τεχνολογία laser μας γνωστοποιούν και μας δείχνουν την αλματώδη ανάπτυξη αυτής και την συνάμα εξέλιξής της με την βοήθεια άλλων μέσων της τεχνολογίας όπως λόγου χάριν της οπτικής ίνας που βοήθησε αρκετά σημαντικά στην εκάστοτε πρόοδο των συστημάτων και εφαρμογών τεχνολογίας laser.αναφερόμενοι πάντα σε αυτές τις τεχνολογίες, ακολουθούν σημαντικές εφαρμογές και αναλύσεις λειτουργίας της τεχνολογίας fiber to laser, που ο ρόλος τους είναι πλέον σημαντικός ως απαραίτητος σε σημείο μη αναντικατάστασής του. Η καρδιά του λέιζερ ΔΔΑ Cobalt σύστημα χαρακτικά είναι ένα Q-switched laser οπτικών ινών. Το χρησιμοποιούμενο laser έχει συμπληρώσει την ηγετική θέση στην αγορά στην απίστευτα απαιτητική αγορά της Ασίας, και έχει κάνει σημαντικά βήματα προόδου για τη διείσδυση στις αγορές Ευρώπης και των ΗΠΑ. Μέχρι σήμερα υπάρχουν πάνω από από αυτές τις συσκευές λέιζερ Fiber που έχουν εγκατασταθεί σε όλο τον κόσμο. Αυτά και μόνο τα λέιζερ είναι τόσο ελκυστικά, λόγω της τέλειας χαρακτηριστικά πορείας τους, με αερόψυκτη λειτουργία, υψηλή απόδοση και μικρό μέγεθος. Ένα πλεονέκτημα αυτών των ενιαίων λέιζερ ινών, έχουν τρόπο σε σχέση με τα σημερινά λέιζερ να 57

58 είναι η χρήση τους από πολύ αξιόπιστος και μόνο, διόδους εκπομπής με την προβλεπόμενη διάρκεια ζωής μεγαλύτερη από ώρες συνεχούς ή διακεκομμένης λειτουργίας. Έχουν επίσης τη δυνατότητα να εστιάζουν την ακτίνα σε πολύ μικρά μεγέθη σε σημείο με μεγάλους φακούς εστιακής απόστασης. Έχουν μικρό μέγεθος, χωρίς συντήρηση λειτουργίας, καθώς και συνεπής ιδιότητες πορείας ανεξάρτητα από το επίπεδο ενέργειας ή της διάρκειας παλμού. Διότι το laser οπτικών ινών είναι ένα άμεσο υποκατάστατο των σημερινών συστημάτων YAG, μπορεί να προσφέρει καλύτερη ποιότητα πορείας, στις περισσότερες περιπτώσεις, με τις βελτιωμένες επιδόσεις και πρόσθετα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης. Ένα άλλο βολικό χαρακτηριστικό είναι ότι δεν είναι απαραίτητη η αντικατάσταση της DIODE BAR. 1. Fiber λέιζερ είναι η ικανότητα να εκτοπίσει άλλους λέιζερ που χρησιμοποιούνται σήμερα σε βιομηχανικές εφαρμογές. Πώς θα επιδράσει επί της τεχνολογίας στην αγορά; Τα Fiber λέιζερ υπόσχονται πολλά για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, επειδή είναι πραγματικά στερεάς κατάστασης με ένα ελάχιστο των εκτιθέμενων οπτικών διεπαφών, έχουν πολύ υψηλή απόδοση, και είναι σε θέση εξαιρετικής ποιότητας δέσμης. Στο εγγύς μέλλον, από τις σημαντικότερες αγορές που θα αντιμετωπίσουμε είναι Μικρομηχανική, αυτοκινήτου και τις βιοϊατρικές. Η υψηλή ποιότητα πορείας και 1 μm μήκος κύματος σημαίνει ότι μπορούν να αντικαταστήσουν άμεσα Nd: YAG λέιζερ σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, τόσο δίοδο και λάμπα άντλησης. Το ήδη χαμηλό κόστος και υψηλή αξιοπιστία του CO2 λέιζερ μπορεί να περιορίσει την αύξηση του CO2, όπως και την αντικατάσταση με λέιζερ υψηλής ποιότητας και πορείας με την ικανότητα τόσο στην κοπή και την συγκόλληση όσο και με το ίδιο laser οπτικών ινών που θα μπορούσε να αποτελέσει πρόκληση για εκπομπές CO2. Τεχνολογικά, μία από τις πολλές προκλήσεις για την οικοδόμηση ενός laser οπτικών ινών είναι πώς το φως της αντλίας με την ίνα είναι αποτελεσματικό κέρδος. Η επιλογή της αντλίας ράβδου ή ενός πομπού εξαρτάται από το επίπεδο δύναμης και την τελική χαρακτηριστική παροχή των laser οπτικών ινών. Σε γενικές γραμμές, η χαμηλής ισχύος λέιζερ ινών και παλμικής αρχιτεκτονικής laser θα χρησιμοποιήσει μια πιθανή Highpower (> 100 W) λέιζερ οπτικών ινών σε συνδυασμό με μπαρ. Ωστόσο, υπάρχουν ήδη laser οπτικών ινών αρχιτεκτονικά στο χώρο της αγοράς που σπάνε και τις δύο αυτές κατευθύνσεις. Το Fiber λέιζερ θα το αντικαταστήσει πλήρως το CW Nd: YAG λέιζερ για τις νέες εγκαταστάσεις μέσα σε 2 έως 3 έτη. Το λέιζερ εκπομπής CO2 θα ανταγωνιστεί με το λέιζερ οπτικών ινών πολύ περισσότερο λόγω της απλότητάς τους, λόγο της πολύ καλής πορείας, και του χαμηλό κόστους. Αλλά για παράδειγμα περίπτωσης κοπής μετάλλων, τα λέιζερ οπτικών ινών έχουν μια μεγάλη ευκαιρία να κερδίσουν εντελώς σε διάστημα 3-5 ετών. Και οι δύο δίοδοι λέιζερ ενιαίος-εκπομπός και λέιζερ δίοδος μπαρ μπορεί να είναι νικητές, ανάλογα με την εφαρμογή των laser οπτικών ινών. Σήμερα, το μπαρ άντλησης είναι πιο οικονομικά και αποδοτικά για το σύνολο της ηλεκτρικής ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη ότι η μόνη πηγή εκπομπής άντλησης παρέχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής (ειδικά όταν εναλλάσσονται οι πηγές ενέργειας) και την απλούστερη διαχείριση θερμικών φορτίων. Ο τρόπος χρήσης θα εξαρτηθεί από τις απαιτήσεις σε παροχές ρεύμα, απαιτήσεις λόγο διάρκειας ζωής, καθώς και η φύση της παραγωγής (πραγματική ή CW ισχύς-ανακύκλωσης). Οι περισσότεροι κατασκευαστές laser οπτικών ινών χρησιμοποιούν σήμερα μόνο διόδους εκπομπής λόγω της αποδεδειγμένης αξιοπιστίας τους, αλλά η δίοδος γραμμής φαίνεται να κάνει την πρόοδο στα υψηλότερα επίπεδα ισχύος. Ακόμα, για όσο διάστημα παραμένουν κοντά στην τιμή ανά watt, η ενιαία εκπομπή θα πρέπει να παραμένουν στην κυριαρχία. 58

59 Επίσης, συνολικά μόνο-εκπομπής λέιζερ χρησιμοποιούνται σε προϊόντα nonfiber κατά τα προσεχή έτη. Ενώ το λέιζερ ινών πρωτοπόρησε με την εισαγωγή της ενιαίας εκπομπής λέιζερ ως πηγή αντλίας, κάνουν για την τελική άντληση DPSS λέιζερ YAG (συμπεριλαμβανομένων των λέιζερ δίσκου) και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε άμεσες εφαρμογές επεξεργασίας υλικών. Αρχικά, τα λέιζερ οπτικών ινών στοχεύουν τα συστήματα ανώτερης ποιότητας, και πιο άμεσα τα συστήματα YAG, αλλά σίγουρα έχουν τη δυνατότητα να προχωρήσουνε σε οποιοδήποτε από τα υλικά επεξεργασίας στις αγορές. Πρόκειται να πάρουν πολύ μεγαλύτερη αξιοπιστία και χαμηλότερο κόστος για να φτάσουν στον στόχο τους. Το κόστος των συμβατικών, σφραγισμένων CO2 λέιζερ έρχεται χαμηλό σε σχέση με τα λέιζερ οπτικών ινών και οφείλεται στην καλύτερη τεχνολογία και μεγαλύτερο όγκο παραγωγής. Υπάρχει ακόμη πολλή ζωή στο laser εκπομπής CO2, ειδικά αν τα θέματα με τα ευέλικτα συστήματα παροχής δέσμης είναι δυνατό να επιλυθούν. Αυτό θα ήταν ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός. Στην ιστορία της επιχείρησης λέιζερ, ανέκαθεν υπήρχε νέα τεχνολογία που χαράζει έξω πολύ ωραία κόγχες, αλλά η παλιά τεχνολογία είναι ακόμα εκεί. μεγαλύτερος πωλητής μας εξακολουθεί να είναι το λέιζερ που αναπτύχθηκε πριν από 20 χρόνια, επειδή ταιριάζει με την αγορά πολύ καλά. Fiber λέιζερ θα βρείτε επίσης σε περιοχές που ταιριάζουν καλά, αλλά είναι αμφίβολο ότι μπορούν να εξαφανίσουν τελείως τον ανταγωνισμό. Στα επόμενα 3 με 5 χρόνια θα κάνουν αρκετό έδαφος, αλλά θα πρέπει να κάνει εξίσου μεγάλη πρόοδο και η τεχνολογία προς τα εμπρός. 2. Οι δυνατότητες του λέιζερ ινών συνδέεται συχνά με την πρόοδο της πηγής αντλίας τους, της διόδου λέιζερ. Ποιοι είναι οι στόχοι και οι προσδοκίες για την δίοδο τεχνολογίας λέιζερ; Ένα γενικό δικαίωμα βάση τώρα είναι να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα των διόδων, η οποία θα βοηθήσει τους ανθρώπους να σχεδιάσουν νέα συστήματα με χαμηλότερο κόστος και, ορισμένες φορές, να χρησιμοποιούν λιγότερες διόδους. Γίνονται προσπάθειες να βελτιωθεί η δίοδος αξιόπιστα. Πηγαίνοντας από μια διάρκεια ζωής των ωρών τώρα και ή ώρες θα μειώσει το κόστος της ιδιοκτησίας για τους χρήστες. Αυτό γίνεται με τη βελτίωση όλων των σταδίων της διαδικασίας των διόδων κτιρίου που σχεδιάζει αυτήν την περίοδο μια πολύ πιο αποτελεσματική επιταξία και η διαδικασία για την επεξεργασία πλακιδίων, καθώς και τη συναρμολόγηση των διόδων για την ψύκτρα. Όταν προσθέτετε όλα αυτά τα στοιχεία μπορείτε να αποκτήσετε πολύ υψηλής απόδοσης, υψηλής ποιότητας προϊόντα. 3.2 Τεχνολογία Κάθε μία από τις στήλες αυτές λέιζερ μιας καθολικής σύντηξης συγκολλημένες διόδους δίνει μια μονολιθική τεχνολογία λέιζερ οπτικών ινών. Οι μονάδες κιλοβάτ που κατασκευάζονται από συνδυασμό πολλαπλάσιων της υψηλής αξιοπιστίας και τον τοίχο βαίνουν αποτελεσματική, (> 25% πρίζα τοίχου), σε ένα λέιζερ λειτουργίας, και τη δρομολόγηση τους μέσω μιας μικρής διαμέτρου ίνας βηματικού δείκτη διάθλασης. Για παράδειγμα, ένα σύστημα 10 κιλοβάτ μπορεί να παραδοθεί με την κατά 300 μικρομέτρων διάμετρο ινών και ένα ακίνητο πορείας mraidian <12 χιλιοστά, καθώς και της αποτελεσματικότητας πρίζα του> 25%. Τα μοντέλα είναι διαθέσιμα με τα μέσα επίπεδα ισχύος μέχρι 200 watts και κοντά ποιότητας single-mode. Οι Pulse διάρκειες είναι στο νανοδευτερόλεπτο τομέα, που παράγει την υψηλή ισχύ αιχμής που απαιτείται για υψηλής ποιότητας CE. 59

60 Οφέλη Προβλεπόμενη διάρκεια ζωής μεγαλύτερη από ώρες συνεχούς ή διακεκομμένης λειτουργίας Δυνατότητα εστίασης ακτίνας σε πολύ μικρά μεγέθη [spot] Συμπαγές μέγεθος Αερόψυκτη λειτουργία Υψηλή απόδοση Συντήρηση, ελεύθερη λειτουργία μονάδων laser οπτικών ινών εγκαθίσταται σε όλο τον κόσμο 3.2.1Fiber Laser Components:: Ετοιμότητας και Επισκόπησης Τεχνολογίας NASA ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και Πρόγραμμα Συσκευασίας ΠΕΡΙΛΗΨΗ Παρουσιάζεται εδώ μια περίληψη των πληροφοριών σχετικά με τη χρήση του λέιζερ ινών σε περιβάλλοντα χώρο της πτήσης επιστημονικών αναγκών της NASA. Οι αναφορές απευθύνονται σε σχέση με συστήματα λέιζερ και εφαρμογές πώς το λέιζερ ινών ταιριάζει στις ανάγκες αυτές που συνοψίζονται. Η τεχνολογία αυτή εξηγείται εν συντομία με έμφαση στην σκληρή αξιοπιστία στο περιβάλλον της και στα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε τυπικά συστήματα laser οπτικών ινών προς τον στόχο της αξιολόγησης της τεχνολογίας για τις αποστολές διαστημικής πτήσης. Μερικές από τις πιο εμπορικές επαναστάσεις των τεχνολογιών των οποίων η περαιτέρω ανάπτυξη ήταν να γεννήσει κατά τη διάρκεια της επέκτασης και της επιτυχίας της αγοράς των τηλεπικοινωνιών, η laser οπτικών ινών, του ενισχυτή οπτικών ινών και των συστατικών του που συνδέονται. Η τεχνολογία Fiber λέιζερ είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία κατά κύριο λόγο αποτελείται από έτοιμα στοιχεία με σύντηξη συγκολλημένα καλώδια οπτικών ινών με δεσμούς μεταξύ των συσκευών. Η τεχνολογία που χρησιμοποιεί σπάνιων γαιών ναρκωμένη οπτική ίνα για τους σκοπούς της ενίσχυσης με την άντληση παρέχονται από συμπαγή δίοδο λέιζερ. Η τεχνολογία Fiber λέιζερ μπορεί να προσφέρει ευρυζωνικές υπηρεσίες ή στενό πρίσμα linewidth ανάλογα με την συστοιχεία του συστήματος που χρησιμοποιείται στη διαμόρφωση. Μια ευρεία ποικιλία των συνθέσεων που υπάρχουν και μπορούν να εξυπηρετήσουν διαφορετικές εφαρμογές. Ωστόσο, τα κύρια συστατικά που χρησιμοποιούνται στην επινόηση πολλές από αυτές τις συνθέσεις είναι κοινά μεταξύ αυτών των διαφόρων συστημάτων. Μια πλήρης κατανόηση των δομών συνιστώσας των τυπικών κατασκευών laser οπτικών ινών θα επιτρέψει την διερεύνηση των εν λόγω συστημάτων από τη σκοπιά του επίπεδο συνιστωσών. Μέσω της περαιτέρω διερεύνηση αυτών των στοιχείων για τους τρόπους υποβάθμιση ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε σκληρές περιβάλλοντα χώρου, μια βάση γνώσεων για τον προσδιορισμό των επιδόσεων, θα επιτρέψει τη τεχνολογία για τις αποστολές διαστημικής πτήσης που θα επιτευχθούν. 60

61 Μελλοντικές και Τρέχουσα Διαστημικής Πτήσης Ανάγκες Το laser οπτικών ινών είναι μια προηγμένη νέα διαθέσιμη τεχνολογία και δεν υπάρχει διαστημική πτήση με τον ειδικών απαιτήσεων δοκιμών πιστοποίησης που διατίθενται για την ίδρυση το οποίο τα όργανα και εξαρτήματα θα είναι κατάλληλα για τα σκληρά περιβάλλοντα. Το Γραφείο της NASA της Γης, Επιστήμη Επιχειρήσεις Κωδικός Y, θα διεξαχθεί μια ανεξάρτητη εκτίμηση λέιζερ μετά τις δυσκολίες με Βλάστηση Canopy Lidar και αποφασισμένοι ότι υπήρχε μεγάλη έλλειψη χαρακτηρισμού και χώρος γνώσης πιστοποίησης για τα λέιζερ σε διαστημική πτήση. Η Γη, Επιστήμη λέιζερ, ζήτησε έκθεση αξιολόγησης, επίσης, σε βάθος εργαστηριακό έλεγχο των λέιζερ σύμφωνα με το χώρο όπως και παρόμοιες συνθήκες πρέπει να γίνονται σε μεγάλο βαθμό. Εκτός, από την σε βάθος έλεγχο, άλλες συστάσεις ως αποτέλεσμα της μελέτης αυτής περιλαμβάνονται: Η NASA θα πρέπει να εξετάσει τον προσδιορισμό και την εντατική ανάπτυξη της κριτικής των θεμελιωδών στοιχείων της τεχνολογίας που εφαρμόζεται σε πολλαπλές αποστολές, Η NASA πρέπει να αναπτύξει κατευθυντήριες γραμμές που καθορίζουν τον τρόπο εκτέλεσης βασικών για την ανάπτυξης της τεχνολογίας λέιζερ, όπου διεξάγεται μεταξύ των κέντρων και των ιδιωτικών τους πωλητών, Μια συμμαχία τεχνολογίας θα πρέπει να συσταθεί για την ανάπτυξη των διαστημικών λέιζερ. Όπως αποτέλεσμα αυτής της μελέτης του Ολοκληρωμένου NASA Lidar Systems και η στρατηγική της ομάδας (INLSST) ήταν να σχηματίζεται με κέντρο τη συμμετοχή πολλαπλών να παρέχει καθοδήγηση με την ενεργοποίηση Lidar την τεχνολογία για την καλύτερη αξιολόγηση των κινδύνων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πρότασης. Λόγω του μεγάλου ενδιαφέροντος για χρήση συμπαγής λέιζερ σε εφαρμογές διαστημικής πτήσης υπάρχουν τρέχουσες δυνατότητες μόχλευσης, συμπεριλαμβανομένων των εργασιών που εκτελούνται από το Ολοκληρωμένο NASA Lidar, Ομάδα Στρατηγικής, Systems (INLSST). Σήμερα, η NASA GSFC το τμήμα της ομάδας αυτής είναι ανάπτυξη μιας τεχνολογίας λέιζερ πλατφόρμας για την κάλυψη πολλών αιτημάτων. Η ESTO έχει χρηματοδοτήσει μια ποικιλία από λέιζερ σε προγράμματα που βασίζονται σε laser και μπορεί να προσφέρει διορατικότητα σε ορισμένα από τα θέματα. Ειδικότερα, τα ακόλουθα έργα βρίσκονται σε εξέλιξη και χρηματοδοτούνται από ESTO: Laser Σειρήνα Τεχνολογίας για την Ατμοσφαιρική μέτρηση του CO2 από το διάστημα, GSFC. Ένα συμπαγές υψηλής απόδοσης, καθώς και Rugged Όλα βάση τα Solid-State UV Πηγή σχετικά με Ινών λέιζερ για UV-DIAL, JHU, κώδικας 562 GSFC. Υψηλή απόδοση, διπλού παλμικού, Υψηλής Ποιότητας Δέσμη, Nd Laser για την Παγκόσμια Fibertek, Inc Προηγμένες οπτικές ετερόδυνες Ανάπτυξης Δέκτες για Συνεκτική Doppler Άνεμοι Lidar, JPL Αποτελεσματική, συμπαγής, Διενέργεια Ψυχόμενα Laser διόδων αντλημένα ΥΒ: YAG laser για σύνθεση της ατμόσφαιρας και μετρήσεις του όζοντος., Standford Πανεπιστημίου. Υψηλή απόδοση Remote Sensing Τεχνολογίας Laser, Aerospace Corporation. υδρατμοί DIAL πομπό σε 0,94 μικρόμετρα, LaRC. 61

62 Η αποτελεσματική, Conductively ψυκτο Micron Laser πομπός-2 για πολλαπλές Lidar Εφαρμογές, LaRC. Όλα τα παραπάνω έργα που παρέχουν τη μόχλευση με ευκαιρίες και μπορούν επίσης να επωφεληθούν από μελέτες που έχουν διεξαχθεί σε οποιαδήποτε συστατικά λέιζερ, πολλά από τα οποία βρίσκονται σε φυτικές ίνες λέιζερ. Ο John Hopkins της Εφαρμοσμένης Φυσικής Εργαστηρίων σήμερα μελετά τη διενέργεια μελετών επιπέδου στοιχείου για την πλατφόρμα λέιζερ INLSST καθώς και οι συνιστώσες για τα λέιζερ ινών για τις απομακρυσμένες οπτικών εφαρμογών επικοινωνίες. Το Ναυτικό Ερευνητικό Εργαστήριο Οπτικών Επιστημών Όμιλων έχει αναπτύξει ένα state-of-the-art laser οπτικών ινών για μια διαφορετική εφαρμογή, όπως υψηλής ισχύος, στενά linewidth, απομακρυσμένης χρήσης τηλεπισκόπησης Εφαρμογές της Τεχνολογίας Laser Fiber Από πολλές απόψεις τα διαθέσιμα συστήματα laser οπτικών ινών έχουν καλύτερες επιδόσεις από μια τυπική διαστημική πτήση με Λέιζερ επί του παρόντος υπό σχεδιασμό με υψηλές ενέργειες παλμό, τα υψηλά ποσοστά δίνουν μια επανάληψη, στενά pulsewidths, καλύτερες αποδόσεις πρίζα τοίχου (20% ή μεγαλύτερη), περίθλαση περιορισμένη παραγωγή που είναι εγκάρσια μόνο με έναν τρόπο. Επιπλέον, το πρόσθετο πλεονέκτημα του μικρότερου μεγέθους και ελαφρύτερα σε βάρος λόγω της έλλειψης της απαίτησης για ένα οπτικό πάγκο, για την ευθυγράμμιση, τα καθιστά περισσότερο ελκυστικά για τέτοιου είδους αποστολές που απαιτούν συμπαγές μέγεθος και σε μακράν διαστημικές αποστολές. Οπτικής Ίνας λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε συνεχούς κύματος με την εξωτερική διαμόρφωση για τα συστήματα των επικοινωνιών ή σε παλμική ικανότητα LIDAR, την επίλυση αντικειμένων από το διάστημα ή για διερευνητικά μέσα από πυκνά μέσα για τους επικοινωνιακούς σκοπούς. Υπάρχει μεγάλη ανάγκη για τα λέιζερ οπτικών ινών για τη χρήση διαστημικής πτήσης για την τηλεανίχνευση και οπτικών εφαρμογών επικοινωνίας. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οπτικής ίνας όργανα λέιζερ είναι μια προηγμένη τεχνολογία πρόσφατα διαθέσιμη για εφαρμογές που σχετίζονται με τη διαστημική πτήση. Για εφαρμογές τηλεπισκόπησης στο πλαίσιο του λέιζερ οπτικών ινών προβλέπει τα εξής: Μία ultra compact σταθερή πηγή για vibrometry λέιζερ, μία πολυ-μήκους κύματος με μεταγωγή Q πηγή για LADAR βάση απεικόνισης, πραγματοποιείται μια διπλού μήκους κύματος οπτικής εκπομπής για διαφορικής Απορρόφησης Lidar (DIAL) για ατμοσφαιρική χαρακτηριστική, ένα υπεριώδες οπτικό πομπό για Lidar φθορισμού για απομακρυσμένη ανίχνευση βιολογικών παραγόντων και ένα χώρο που βασίζεται παλμική πηγή για την ακρίβεια υψομετρίας. Για οπτικές επικοινωνίες οπτικών ινών με λέιζερ μπορεί να χωρέσει σε αρκετές διαμορφώσεις που περιλαμβάνουν: ένα οπτικό σύστημα μετάδοσης για την ιδιαίτερα παράλληλης μεταφοράς οπτικών δεδομένων συνδέσεις για πληροφορική υψηλών ταχυτήτων, ένα οπτικό σύστημα μετάδοσης για το μήκος κύματος με διαίρεση πολυπλεξίας (WDM) και ο χρόνος διάσπασης πολυπλεκτικών επικοινωνιών, ένα WDM πομπό για πολύ μεγάλο όγκο δωρεάν επικοινωνιακών συνδέσεων, και όλα τα οπτικά delay κυκλώματα ανάκτησης για υψηλή ταχύτητα οπτικών δεκτών. Ειδικότερα, η Laser τεχνολογία Επικοινωνιών Επίδειξης με πείραμα (LCDE) έχει προγραμματιστεί για ISS που θα δείξει την αποστολή δεδομένων με υψηλή ταχύτητα σε σύνδεσμο δωρεάν στο χώρο των επικοινωνιών μεταξύ ενός επίγειου σταθμού και του χώρου σταθμού. Προτείνεται να χρησιμοποιήσει τεχνολογία οπτικών ινών ενισχυτή ως μέρος της υψηλής ταχύτητας πομπού. 62

63 3.3 KΑΘΕΣΤΩΣ διαθέσιμης τεχνολογίας Η αγορά των laser οπτικών ινών έχει μετατοπιστεί από την εστίασή του στη βιομηχανία των τηλεπικοινωνιών στην δεκαετία Του 1990 με την εστίαση στις ανάγκες του ιατρικού κλάδου στις αρχές του 2000 σε ένα ρεύμα εστίασης σχετικά με τις στρατιωτικές επιχειρήσεις και στο χώρο lidar των επικοινωνιών καθώς και της βιομηχανικής παραγωγής. Σήμερα υπάρχει μεγαλύτερη ευκαιρία για μέσο ανάπτυξης για την διαστημική πτήση με λιγότερο εξάρτηση από το μήκος κύματος της αγοράς των τηλεπικοινωνιών, τώρα που το επίκεντρο αλλάζει. Με μεγαλύτερη έμφαση σε εναλλακτικές αγορές, θα υπάρξει μεγαλύτερη έμφαση στην ασφάλιση της σταθερότητας, με στενή πλάτη γραμμής, σύντομους παλμούς με υψηλά ποσοστά και επανάληψη να φιλοξενήσουν αυτές της αγορές. Ανώτατη εξέλιξης εξουσία σημαίνει μεγαλύτερη δύναμη στο ότι διπλασιάστηκε και τριπλασιάστηκε με μήκη κύματος για να φιλοξενήσει περισσότερες εφαρμογές της επιστήμης για όλες τις επιχειρήσεις. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα του λέιζερ οπτικών ινών είναι ότι αποτελούνται από εμπορικά εξαρτήματα και ως εκ τούτου παρέχουν εύκολα κατασκευάσιμες τεχνολογίες σε πλατφόρμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία εφαρμογών.fiber Laser με μήκη κύματος μπορούν να προσαρμοστούν σε μια ποικιλία σκοπών εάν είναι αρκετή η ισχύς που επιτυγχάνεται με το λέιζερ πλατφόρμα. Μια ποικιλία φυτικών ινών λέιζερ υπάρχουν για να εξυπηρετούν διαφορετικές εφαρμογές. Η πρόοδος στην παροχή στις ανώτερες δυνάμεις χωρίς επιζήμιες οπτικών ινών έχουν εμφανιστεί, καθώς και μέθοδοι για την σταθερότητα που το προβλέπουν. Υπάρχει μια ποικιλία από τους πωλητές οι οποίοι παρέχουν στοιχεία laser οπτικών ινών καθιστώντας πολλές από τις κοινές συνιστώσες που είναι αμέσως διαθέσιμα. Δεδομένου ότι τα λέιζερ ινών απλά αποτελούνται από εμπορικές συνιστώσες που συνδέονται μεταξύ τους με οπτικές ίνες και ορισμένες μικρές τιμές οπτικών τεμαχίων, την κατασκευή και των δυνατοτήτων κατασκευής η οποία δεν είναι περίπλοκη. Για εμπορικές συμβάσεις, IPG και IMRA η Αμερική φαίνεται να είναι μεταξύ των πιο επιφανών κατασκευαστών στην κατάσταση του λέιζερ οπτικών ινών τεχνολογίας που διατίθενται σήμερα. Άλλοι κατασκευαστές όπως Spectra Physics, Σύγχρονη Inc, Southwold Επιχειρήσεις και Optigain ΦΠΑ είναι παρόχοι για ενισχυτές ινών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συστήματα laser οπτικών ινών. Η επόμενη γενιά της τεχνολογίας των laser οπτικών ινών αναπτύσσεται από μη εμπορικές ομάδες έρευνας, όπως μία στο Ναυτικό Ερευνητικό Εργαστήριο. Με ομάδες όπως αυτή, πολλά από τα οδοφράγματα που επικράτησε το λέιζερ οπτικών ινών από την επίτευξη υψηλότερων εξουσιών είναι να ξεπεραστούν, σε μορφή πρωτοτύπου και κοντά στην πλήρη μορφή κατασκευάσιμης ύλης ή κατασκευάσιμου τελικού προϊόντος Σημαντικά Εξαρτήματα Για να γίνει η διαστημική πτήση είναι ανάγκη να περιλαμβάνει αυτήν την τεχνολογία. Μέθοδοι χαρακτηρισμού και να επιτύχουν την κατανόηση της αποτυχίας και της υποβάθμισης των τρόπων των οπτικών ινών λέιζερ από το στοιχείο της προοπτικής. Προς αυτό το στόχο είναι διαθέσιμα σχέδια πολλών ομάδων μελετητών υπό μελέτη για να εντοπίσει τα πιο κοινά συστατικά που χρησιμοποιούνται.. 63

64 Fiber Laser Ενισχυτής: Πιο σπάνια, ενισχυμένα λέιζερ οπτικών ινών και ενισχυτές αποτελούνται από Υττέρβιο είτε Erbium ή Erbium / Υττέρβιο με λιγότερες ίνες. Τα λέιζερ με βάση Erbium ινών σχετίζονται περισσότερο με τις τυπικές ανακοινώσεις οπτικών ινών με μήκη κύματος που εκπέμπουν κοντά στα γύρω 1550 nm ενώ λέιζερ οπτικών ινών Υττέρβιο εκπέμπουν κοντά 1060 nm. Για εφαρμογές που απαιτούν μήκη κύματος για UV περιοχή, είτε τύπου laser οπτικών ινών μπορεί να έχει χρησιμοποιηθεί από μετατροπή συχνότητας χρησιμοποιώντας τεχνολογία γραμμικών κρυστάλλων. Γενικά Στοιχεία: Για τις εφαρμογές που απαιτούν μικρότερα μήκη κύματος (ορατό ή υπεριώδες), όσο μεγαλύτερο είναι το αποτέλεσμα της απόδοσης του τελικού ενίσχυσης στην γραμμική οι κρύσταλλοι το πιο πιθανό που μπορούν να χρησιμοποιήσουν, τα οποία δεν απαιτούν πρόσθετους θερμικούς έλεγχους για τη μετατροπή συχνότητας με αυτά τα μήκη κύματος. Fiber λέιζερ μπορεί επίσης να περιλαμβάνει Bragg ινών σχάρες για τον έλεγχο των στενών linewidths. Άλλα παθητικά οπτικά εξαρτήματα χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία σχεδίων. Σε πολλές εφαρμογές σχεδίων και υποδειγμάτων, μόνο τρόπο ναρκωμένης ίνας λέιζερ χρησιμοποιείται με διπλή επένδυση για την προστασία της ίνας από την οπτική βλάβη, αλλά και για τη δυνατότητα σύνδεσης από πηγές πολύτροπης αντλίας. Η ικανότητα της πολύτροπης πηγής επιτρέπει υψηλότερης αρμοδιοτήτων αντλίας. Σε πιο πρόσφατες καταστάσεις από τα σχέδια τέχνης υπό ανάπτυξη, τα πλεονεκτήματα της πολύτροπης ναρκωμένης οπτικής ίνας γίνεται και χρησιμοποιούνται για να ξεπεραστούν τα προβλήματα της ενίσχυσης με τη δημιουργία σπάνιων γαιών, στην ζεύξη μεγαλύτερης δύναμης Άντληση μέθοδοι Υπάρχουν διάφοροι μέθοδοι δίοδοι- αντλίας ζεύξης για την ενίσχυση λέιζερ ινών και μεγάλη ποικιλία των διόδων αντλίας που διατίθεται σε επιλεγμένα μήκη κύματος. Σε πολλές περιπτώσεις το μήκος κύματος και η πολυπλεξία συζευκτικά είναι διαίρεση που χρησιμοποιούν για την άντληση των διόδων λέιζερ στην ενίσχυση ινών. Λιγότερο κοινές είναι οι ενέργειες άντλησης, τρόπος με τον οποίο μέρος της ίνας είναι χαραγμένο σε ένα τρόπο από ό, τι επιτρέπει στην αντλία το φως να εισέλθει στις ίνες μέσω των περιβλημάτων ή κατά τέτοιο τρόπο να καταστεί δυνατή ενίσχυση στα άκρα των ινών να είναι στη διάθεση των άλλων συστατικών στο σύστημα. Η διόδους αντλίας είναι ίνα με μήκη κύματος από προσμείξεις σπάνιων γαιών που επιλέγονται με βάση το στάδιο ενίσχυσης. Η ιδέα είναι το διοδικό laser με την υψηλότερη ισχύ, να αντλεί για μέγιστη απόδοση με την διαθέσιμη ισχύ εξόδου. Αντλία δίοδος με φάσμα από απλές μονάδες και διόδους λέιζερ με μπαρ διόδους και συστοιχίες. Αντλία με μήκη κύματος δίοδο λέιζερ που είναι συνήθως κοντά 980 nm, ή σε κοντινή απόσταση σε 808 nm, 1064 nm, και 1480 nm. 3.4 Ανησυχίες Αξιοπιστία για το Περιβάλλον Διαστημικής Πτήσης Βάσει της τρέχουσας μελέτης είναι η και η υποβάθμιση αστοχίας των στοιχείων λέιζερ ινών για τρόπους περαιτέρω της ετοιμότητας της πτήσης για την τρέχουσα και τις μελλοντικές σχεδιάσεις laser οπτικών ινών. Τα περισσότερα συστήματα έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν στη θερμική περιοχή από 0 º C έως 70 C, διότι βασίζονται σε εμπορικά διαθέσιμα στοιχεία. Πόσο ένα σκληρό περιβάλλον ενός συστήματος μπορεί να αντέχει πάντα 64

65 θα εξαρτάται από τις πλέον ευάλωτες κατασκευαστικού μέρους ή μέρη του παρόντος στο σύστημα. Δεδομένου ότι είναι η μελέτη αυτή της αξιοπιστίας που έχει ήδη δρομολογηθεί Κραδασμοί και κενού Κρίσεις: Αναμένεται ότι τα λέιζερ ινών θα είναι πολύ ισχυρά κατά των κραδασμών ενώ η πλειονότητα των ινών με τα στοιχεία που συνδέονται μεταξύ τους με την ένωση σύντηξης. Ωστόσο οι μέθοδοι ζεύξης, απαιτούν κάποια διάφορα μέρη οπτικών εξαρτημάτων και την πρόσθετη μελέτη των μεθόδων συσκευασίας για το μεγαλύτερο μέρος η οπτική ευθυγράμμιση και συνιστώσα θα είναι αναγκαία. Στις περισσότερες περιπτώσεις υπάρχουν πολύ λίγα που σε συνδυασμό με φορτία και οπτικά μέρη είναι αναγκαία συνήθως, περιορίζεται στην αρχική ζεύξη της αντλίας, εάν μια μέθοδος χρησιμοποιείται και ο σύνδεσμος προς και από την πλευρά άντλησης γραμμικών κρυστάλλων και μήκος κύματος μετατρεπόμενα είναι αναγκαία. Για να εξασφαλιστεί η σταθερότητα σε ένα κενό περιβάλλον με πρόσθετη μελέτη ανάλυσης απαιτείται για υλικά σχετικά με τις βασικές συνιστώσες Θερμικές Κρίσεις: Θερμική ανόπτηση σε περιβάλλον κενού μπορούν να επηρεάσουν μεταβατικά τις επιδόσεις και τη σταθερότητα του όπως εξαρτήματα Bragg φράγματα, καθώς και τα μήκη κύματος της απορρόφησης και εκπομπής ζώνης της ίνας ενισχυτή, για παράδειγμα. Για σχάρες οι επιπτώσεις μπορεί να περιορίζονται από θερμικά των συστατικών κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Οι αλλαγές στο φάσμα της ίνας του ενισχυτή μπορεί να χαρακτηριστούν, για μεγάλο αποτέλεσμα που θα μεταφέρονται με την απόδοση του συστήματος. Το διπλό επιστρωμένο πολυμερές έχει μια εξωτερική ίνα πάνω από ένα υλικό silica προκαλώντας ΣΤΕ αναντιστοιχία και αυτό επίσης θα επηρεάσει επενδύσεις κατά τη θερμική μεταβατική. Παρά το γεγονός ότι η θερμική μεταβατική ενδέχεται να έχει επιπτώσεις σχετικά με τα στοιχεία, αναμένεται ότι τα αποτελέσματα αυτά θα παράγουν μικρές επιδόσεις Κρίσεις και Ακτινοβολία: Σε γενικές γραμμές, όταν ενισχυτές λέιζερ ινών δοκιμάστηκαν ως σύστημα Erbium σε ακτινοβολία περιβάλλον, μαζί με άλλα παθητικά στοιχεία, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η πλειοψηφία των Erbiumη και η ζημία ήταν αποτέλεσμα του σχηματισμού κέντρου χρώματος στην ίνα. Η δύναμη της αντλίας καθώς και το ενισχυμένο σήμα απορροφήθηκαν. Σε άλλες μελέτες, Erbium και Erbium /Υττέρβιο οπτικών ινών δοκιμάστηκαν σε περιβάλλον ακτινοβολίας, αλλά πολύ λιγότερο που υπάρχουν αρκετά στοιχεία για την Υττέρβιο ινών. Σε αρκετές περιπτώσεις μελέτης, τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται συνήθως για τηλεπικοινωνίες οπτικών ινών εφαρμόστηκαν για τον υπολογισμό της υψηλής έκθεσης ρυθμού δόσης, στοιχεία για τη σπάνια γη ενισχυμένα αποτελέσματα σε χαμηλότερη δόση περιβάλλοντος χώρου πτήσης. Κάποια από αυτά έχει τεκμηριωθεί ως Gamma ακτινοβολία και χρησιμοποιείται για την προσομοίωση σε περίπτωση έκθεσης η χειρότερη για τα υλικά και εξαρτήματα που θα εκτεθούν σε συνολική ιονίζουσα δόση σε ένα διαστημικό περιβάλλον το οποίο περιλαμβάνει τα πρωτόνια. Μια άλλη υπόθεση που εφαρμόζεται για τις δοκιμές και την μοντελοποίηση των επιπτώσεων της ραδιενέργειας στο σπάνιων γαιών ενισχυμένα είναι ότι όπως και με τις τηλεπικοινωνίες οπτικών ινών, γάμμα ακτινοβολία θα πρέπει να παρέχουν ένα χειρότερο σενάριο έκθεσης ινών από πρωτονίων. Σε παλαιότερες μελέτες της έκθεσης τηλεπικοινωνιών οπτικών ινών σε ένα περιβάλλον με ακτινοβολία γάμμα και ένα πρωτόνιο, το περιβάλλον ήταν πράγματι αληθινό και ότι το πυρίτιο και μερικά ενισχυμένα οπτικά ινών εκτελούσαν τις ίδιες,αν όχι χειρότερα, κατά τη διάρκεια της γάμμα. Μπορεί να 65

66 είναι αλήθεια ότι αυτή η υπόθεση είναι επίσης εσφαλμένη για έρβιο ενισχυμένες ίνες και περαιτέρω μελέτη είναι απαραίτητη.είναι προσμίξεις, σπάνιων σε βαθμό γαιών ινών ενισχυμένα όπως συμβαίνει με τις τηλεπικοινωνίες, που ισχύει, ωστόσο, έχουν τεράστια επίδραση στην επαγόμενη ακτινοβολία στις επιδόσεις ινών. Υπάρχουν επί του παρόντος ευρεία ποικιλία των διαθέσιμων οπτικών ινών επιλογών για χρήση σε ενισχυτές ινών. Λόγω του τεράστιου αριθμόύ των διαθέσιμων επιλογών, θα πρέπει να μελετήσει τα αποτελέσματα των πιο συνηθισμένων τύπων ινών που χρησιμοποιούνται από της προσμίξεων που χρησιμοποιούνται μεταξύ αυτών των διαφορετικών προϊόντων μπορεί να περιέχουν επίσης σημαντικές διακυμάνσεις. Διάφορα προϊόντα από ίνες Υττέρβιο ιδίως αποδείχθηκαν να συμπεριφέρονται διαφορετικά σε ένα περιβάλλον ακτινοβολίας με βάση τις διάφορες προσμίξεις, που περιέχονται σε κάθε δυνατόν εξουσίες, διπλά επιστρωμένα σπάνιων γαιών ίνα, η οποία εξαρτά την ένεση της τριτοβάθμιας αντλίας τα εξωτερικής επένδυσης αποτελείται από φθόριο προσμείξεις πολυμερών με χαμηλό οπτικό δείκτη. Τα πολυμερή οπτικά υλικά γενικά είναι συνήθως πιο ευαίσθητα στην ακτινοβολία από το διοξείδιο του πυριτίου και το φθόριο είναι συνήθως πιο ευαίσθητα στις επιπτώσεις της ραδιενέργειας από τις οπτικές ίνες που δεν που περιέχουν φθόριο. Το γεγονός ότι τα πολυμερή που χρησιμοποιούνται για αυτή την εξωτερική επένδυση θα είναι επίσης πιο επιρρεπή σε ευθραυστότητας ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε ακτινοβολία. Η αντλία θα πρέπει να χαρακτηρίζεται για τυπική μετατόπιση πρωτονίων που προκαλείται από ζημία, αλλά σε γενικές γραμμές θεωρείται αρκετά ανθεκτική στις πηγές λέιζερ περιβάλλοντα. Περισσότερη έρευνα είναι αναγκαία για την αξιολόγηση των λοιπών στοιχείων του συστήματος laser οπτικών ινών και θα είναι διαθέσιμη σε μελλοντικές εκθέσεις. Προς το παρόν δεν υπάρχει καμία ειδική λέιζερ οπτικών ινών για χρήση ως τεχνολογία πλατφόρμας για το διάστημα σε αποστολές της πτήσης. Οι μελέτες που βρίσκονται σε εξέλιξη, θα επιτρέψει τη χρήση διαστημικών πτήσεων της ίνας τεχνολογία με λέιζερ μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια. Προηγμένα σχέδια που βρίσκονται σε εξέλιξη θα είναι επίσης, η δυνατότητα πιο αξιόπιστης διεύθυνσης απόδοσης σε ότι κάνουν θερμικά με τους κραδασμούς ζητήματα ως θέμα του συστατικού και την επιλογή συσκευασίας. 3.5 Εφαρμογές Laser, σε χημικά, Ασφάλεια και Περιβαλλοντική Ανάλυση (LACSEA)- Laser-to-Fiber Το λέιζερ-to-fiber σύζευξη συστήματος αποτελείται από τις Fiber Bench Base, μια Laser Port και Fiber Port, με μία έξοδο Fiber Cable με σχισμένα περιφερικά άκρα. Το λέιζερ-to-fiber σύζευξη συστήματος είναι "άδειο" (που δεν περιέχει οπτικά κατασκευαστικά στοιχεία Modules), και χρησιμοποιείται για την απευθείας σύνδεση με παραγόμενη δίοδο λέιζερ σε μια οπτική ίνα. οι Laser Ports είναι διαθέσιμες για τα ακόλουθα είδη λέιζερ: 5,6 χιλιοστά, 9,0 χιλιοστά ή TO3. OFR αναρτήσεις και ευθυγραμμίζει τον πελάτη επιπλωμένα λέιζερ. Ωστόσο, OFR δεν φέρει καμία ευθύνη για την απόδοση του πελάτη επιπλωμένα με λέιζερ, ούτε για τις ζημίες στην ίδια, ενώ στην κατοχή OFR. Σε όλες τις Fiber Bench Coupling Systems χρησιμοποιώντας OFR μμ Fiber Cables, τόσο το αργό άξονα και αύλακα δοχείο FC είναι κάθετη. Τόσο το επίπεδο της πόλωσης και οι ράβδοι οπτικές ίνες είναι κάθετες. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του OFR Fiber Bench Συστήματα σύζευξης είναι η σταθερότητα. Διαπερατότητα παραμένει σταθερή μετά από μεταβολές της θερμοκρασίας, σοκ και τους κραδασμούς, πολύ μεγαλύτερη από έμπειρους στην τυπική εργαστηριακή χρήση. 66

67 STANDARD μήκη κύματος (nm) Ένα μη Ψυχωμένο Laser-to-Fiber σύζευξη συστήματος αποτελείται από ένα FiberBench με μη Ψυχόμενα εισόδου LaserPort και εκροές FiberPort. Ένα επιπλωμένο 5,6 χιλιοστά ή 9,0 χιλιοστά. Μια Ψύξη Laser-to-Fiber σύζευξη συστήματος αποτελείται από ένα FiberBench με ΤΕ Ψυχόμενα εισόδου LaserPort και FiberPort εξόδου. Ένα επιπλωμένο 5,6 χιλιοστά ή 9,0 χιλιοστά λέιζερ τοποθετημένο επί του ψύχους LaserPort. Περιλαμβάνονται τα ΤΕ στοιχείο ψύξης και βαθμονομείται σαν θερμίστορ. OFR δεν προσκομίζει το τροφοδοτικό. Μια Ψύξη TO3 Laser-to-Fiber σύζευξη συστήματος αποτελείται από ένα FiberBench με LaserPort είσοδο για TO3 λέιζερ και μια FiberPort εξόδου. Το TO3 λέιζερ και ψήκτρα είναι τοποθετημένα στον ειδικά διαμορφωμένο LaserPort. OFR δεν προσκομίζει το τροφοδοτικό. Μη ψύχεται Laser-to-Ινών σύζευξη συστήματος επιπλωμένα 5,6 χιλιοστά και 9,0 χιλιοστά λέιζερ. TE ψύχεται Laser-to-Ινών σύζευξη συστήματος για 5,6 επιπλωμένα mm και 9,0 χιλιοστά. OFR προμήθειες στοιχείο ψύξης και βαθμονομείται σαν θερμίστορ, παρέχει όλα τα ηλεκτρονικά οδήγησης. TO3 Laser-to-Fiber σύζευξη συστήματος, TO3 λέιζερ και ψήκτρα. 67

68 Κατάλογος Αριθμός FiberBench Βάσης FLBM-SL- λ - Medium Base, X 2,0 " FLBM-Pl- λ - Medium Base, X 2,0 " FTBL-SL- λ - Μακριά Βάσης, X 3.0 " FTBL-Pl- λ -X Μακριά Βάσης, 3.0 " FTBL-SL- λ - Μακριά Βάσης, X 3.0 " FTBL-Pl- λ -X Μακριά Βάσης, 3.0 " Laser Τύπος / Μέγεθος (Πελάτης-επιπλωμένα) Mini-Τύπος συστήματος Έξοδος FiberCable 5,6 χιλιοστά, 9,0 Μη Ψύξη Standard Singleχιλιοστά, Mode 5,6 χιλιοστά, 9,0 Μη Ψύξη Panda μμ χιλιοστά, 5,6 χιλιοστά ή 9,0 TE Ψύξη Standard Singleχιλιοστά Mode 5,6 χιλιοστά ή 9,0 TE Ψύξη Panda μμ χιλιοστά TO3 TE Ψύξη Standard Single- Mode TO3 TE Ψύξη Panda μμ Laser-Interface απομόνωσης (IO-PAF) Η OFR Laser-Interface Isolator επιτρέπει σύζευξη μιας ακτίνας λέιζερ ελεύθερων χώρων στην FiberPort, την ίδια στιγμή απομονώνοντας το λέιζερ. IO-PAF FiberPorts Μεμονωμένες περιέχει OFR IO-D "Ασπιρίνη Tablet" απομονωτής με απώλεια παρεμβολής <0,2 db και την απομόνωση db. Standard μήκη κύματος είναι 1310 nm και 1550 nm Οπτικών Ινών Systems Inc κατασκευάζει αυτήν την περίοδο οι ανάδοχοι ΚΑΕ διάφορους τύπους συστημάτων λέιζερ, συμπεριλαμβανομένων rack-mount με δίοδο σύστημα λέιζερ παρέχει στα 10W στα 808nm από ένα αποσπώμενο ινών 600-micron 0.37NA, ενός επιτραπέζιου συστήματος διοδικό laser παράδοση 10W στα 1060nm, και ένα μικρό συμπαγές σύστημα παροχής 8W στα 976nm. συστήματα laser ινών ενσωματώνουν σε συνδυασμό με διόδους λέιζερ σε μία πλήρη περιστροφήκλειδί πακέτου. Το σύστημα περιλαμβάνει όλα τα στοιχεία κυκλώματος για να ελέγχει τη λειτουργία των διόδων λέιζερ και την παροχή των αναγκαίων λειτουργιών ασφαλείας. Υπάρχουν πολλές "πλατφόρμες" διαθέσιμες ανάλογα με την επιθυμητή ισχύ εξόδου και την παράδοση πορείας. Μία πλατφόρμα περιλαμβάνει έναν προγραμματιζόμενο μικροεπεξεργαστή (ΣΜΕ) για τον έλεγχο της λειτουργίας του συστήματος και να επικοινωνήσει με ένα ξεχωριστό έλεγχο του υπολογιστή μέσω σειριακής RS232 σύνδεσης. Πρόσφατα δημιουργήθηκε μια νέα γραμμή του λέιζερ ινών μια 1W και 10W σύστημα τόσο στο μήκος κύματος των 1080nm, και σήμερα εργάζεται σε μια 100W μοντέλο. Τα λέιζερ παράγουν περίθλαση περιορισμένη ακτίνα λέιζερ άμεσα από μια οπτική ίνα 68

69 single-mode. Μπορούν να παρέχονται είτε ως αυτόνομο σύστημα ή ως «συνιστώσα» να ενταχθούν σε ένα μεγαλύτερο σύστημα. Επιπλέον τελευταία είναι συντονίσιμο laser οπτικών ινών παράγουν 1W σε μήκος κύματος μεταξύ 1005nm και 1095nm με 0.1nm linewidth. Πρέπει επίσης να παρέχουν εξατομικευμένες πολυ-μήκος κύματος και πολλαπλών καναλιών συστημάτων, καθώς και ο έλεγχος συστημάτων, όπως το πολυκαναλικό κάψιμο σταθμούς. 3.6 Green Laser Fiber Zecotek της τεχνολογικής πλατφόρμας που τονίστηκε στη Marketplace Laser και Φωτονική στο Σαν Φρανσίσκο Singapore, Σιγκαπούρη - (Marketwire - 18 Φεβρουαρίου 2010) - Zecotek Φωτονική Inc (TSX Venture: ZMS) (ΦΡΑΝΚΦΟΥΡΤΗ: W1I), Σεμινάριο που πραγματοποιήθηκε παράλληλα με το 2010 Φωτονικής Δύσης διάσκεψης στο Σαν Φρανσίσκο ένας προγραμματιστής ανακοίνωσε σήμερα ότι ιδιόκτητο πράσινο λέιζερ της Εταιρείας ινών Λέιζερ επισημαίνουν μια πλατφόρμα αιχμής με κορυφαίες τεχνολογίες για την ιατρική, τη βιομηχανική και Φωτονικής και επιστημονική τεχνολογική. Ο Δρ Γουίλιαμ Telford, ένας επιστήμονας του προσωπικού και επικεφαλής της σχολής του Εθνικού Αντικαρκινικού Ινστιτούτου, χαρακτήρισε την Πράσινη Ινών Laser στην ομιλία του, η οποία συζήτησε τις προδιαγραφές των διαφόρων λέιζερ που χρησιμοποιούνται στην κυτταρομετρία ροής. "Μολονότι ο αριθμός των φθορισμού πρωτεϊνών που διατίθενται για την έρευνα έχει εκραγεί σε αριθμό τα τελευταία πέντε χρόνια, οι περισσότερες κυτταρομετρητές ροής δεν μπορούν να εκμεταλλευτούν την ευκαιρία για την έρευνα αυτών των πρωτεϊνών λόγω των περιορισμών λέιζερ", δήλωσε ο Δρ Telford. «Σύγχρονη τεχνολογία λέιζερ, όπως οι Green Fiber Zecotek του λέιζερ, η κατάργηση αυτού του περιορισμού. Το ευρύ φάσμα των λειτουργικών μηκών κύματος επιτρέπει την ακριβή αντιστοίχιση με λαμπτήρες φθορισμού στόχους, βελτιώνοντας έτσι την ανάλυση." Ο Δρ Telford περιγράφεται 550-nm πράσινο λέιζερ Zecotek της ίνας και εξήγησε ότι η τεχνολογική πλατφόρμα αυτή λέιζερ, χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ μυθιστόρημα σχεδιασμό κοιλότητα, μπορεί να επιτρέψει διάφορες ακτίνες λέιζερ με μήκη κύματος 515 έως 560 nm. Η παρουσίασή του ανέφερε επίσης ότι 550-nm πράσινο λέιζερ Zecotek ινών της ήταν τόσο ισχυρός όσο και συγκρίσιμες 532-nm και 561 nm-πηγές, αλλά είναι πιο συμβατή με το πρότυπο φθορισμού. Μια πιο λεπτομερής περιγραφή της Πράσινης οπτικής Ινών Zecotek για εφαρμογές λέιζερ στη ροή cytometry θα είναι διαθέσιμο σε μια από κοινού συγγράψει το χαρτί από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας και Zecotek σε προσεχή έκδοση του περιοδικού Κυτταρομετρίας. Η παγκόσμια αγορά για τα συστήματα κυτταρομετρίας ροής είναι περίπου 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια (περίπου 68% των οποίων είναι για τα μέσα και 32% για τα χημικά αντιδραστήρια), η αγορά εκτιμάται ότι θα υπερδιπλασιαστεί μέχρι το 2015 (Πηγή: 2008 Cytometry ροής Έκθεση, Biocompare έρευνες και εκθέσεις ). Περίπου έως μονάδες κυτταρομετρίας ροής παραδίδονται κάθε χρόνο, πολλά από τα οποία χρησιμοποιούν διάφορες λέιζερ για να φωτίζει τα κύτταρα. Έχουν ορατά μήκη κύματος Zecotek του λέιζερ ινών έχουν αναπτυχθεί ειδικά η υψηλότερη απόδοση, χαμηλότερη αντικαταστάσεις κόστος για το αργό-ιόντων και στερεάς κατάστασης μήκη κύματος λέιζερ σε εφαρμογές όπως: βιο-όργανα (αλληλούχισης, Cytometry ροής, Σάρωσης Laser Μικροσκοπίας), φάρμακα (Οφθαλμολογία, Δερματολογία, Ουρολογία), εκτύπωσης και απεικόνισης, επιθεώρηση και μέτρηση, γράφοντας λέιζερ και λιθογραφίας, και θεμελιώδη έρευνα (Φασματοσκοπία, φθορισμού Analysis). 69

70 Σχετικά με Zecotek Zecotek Φωτονική Inc (TSX Venture: ZMS) (ΦΡΑΝΚΦΟΥΡΤΗ: W1I) είναι μια εταιρεία τεχνολογίας φωτονική ανάπτυξη υψηλής απόδοσης κρύσταλλα, ανιχνευτές φωτογραφιών, λέιζερ, οπτικές απεικόνισης και 3D τεχνολογιών οθόνης για εμπορικές εφαρμογές στην ιατρική διάγνωση και την βιομηχανία υψηλής τεχνολογίας. Ιδρύθηκε το 2003, η εταιρεία διαθέτει τρία διαφορετικά τμήματα που λειτουργούν: απεικόνισης, τα λέιζερ και 3D απεικόνιση και τα εργαστήρια που βρίσκονται στον Καναδά, τη Σιγκαπούρη και τη Ρωσία. Zecotek εμπορεύεται, με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας-εν αναμονή της βιο-φωτονικές τεχνολογίες άμεσα και μέσω στρατηγικών συμμαχιών και κοινοπραξιών με τις πολυεθνικές ΚΑΕ, διανομείς και άλλοι ηγέτες της βιομηχανίας. 3.7 LASER / FIBER-OPTIC Τα συστήματα επικοινωνιών με λέιζερ που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά πληροφοριών από ένα σημείο σε ένα μακρινό σημείο. Οι πληροφορίες μπορεί να είναι μια φωνητική συνομιλία, ένα ρεύμα δεδομένων από έναν υπολογιστή στον άλλο, ή πολλές ταυτόχρονες τηλεοπτικές εκπομπές. Η απόσταση μπορεί να κυμαίνεται από μερικά πόδια σε χιλιάδες μίλια. Οπτικά συστήματα επικοινωνίας στο παρελθόν αποτελούνταν από τεχνικές όπως η σηματοδότηση πυρκαγιάς, σήματα καπνού, φανάρια φλας, αντανακλάται το φως του ήλιου και το σήμα σημαίες. Τα συστήματα αυτά είχαν περιορισμένο εύρος ζώνης και δεν ήταν ανταγωνιστικά με τις ηλεκτρονικές επικοινωνίες (όπως είναι το ραδιόφωνο). Η εφεύρεση του λέιζερ προσέφερε ένα συνεκτικό οπτικής πηγής σήμα και ικανών για διαβίβαση πληροφοριών σε εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες δεδομένων. Ωστόσο, οι περιορισμοί στη μετάδοση του φωτός μέσα από την ατμόσφαιρα (όπως αναταράξεις, ομίχλη, η ομίχλη, η απορρόφηση και τη βροχή), περιορίζουν τη χρησιμότητα των λέιζερ για τη διαβίβαση των πληροφοριών μέσω της ατμόσφαιρας. Σύγχρονα συστήματα οπτικών επικοινωνιών χρησιμοποιούν λέιζερ ημιαγωγών που μεταδίδουν φως μέσα από οπτικές ίνες. Τέτοιου είδους συστήματα θα χρησιμοποιηθούν ευρέως για τις τηλεπικοινωνίες. 3.8 Οπτικών ινών Τηλεπικοινωνιών Η Οπτική έχει μια μακρά ιστορία, που χρονολογείται από το σήμα των πυρκαγιών κατά την αρχαιότητα. Η Οπτική επικοινωνία κορυφώθηκε το 1800 με τη χρήση του ηλιογράφου για σηματοδότηση κατά τη διάρκεια στρατιωτικών επιχειρήσεων στην αμερικανική νοτιοδυτική. Στα τέλη του 1800, η ηλεκτρονική επικοινωνία αναπτύχθηκε πολύ γρήγορα και ουσιαστικά έχει εκλείψει το ενδιαφέρον στην οπτική επικοινωνία για πολλά χρόνια. Με τα μέσα του 20ου αιώνα, του συστήματος ηλεκτρονικών επικοινωνιών είχε γίνει πολύ γνωστό στον κόσμο. Το ραδιοφάσμα ήταν σχεδόν γεμάτο. Τηλεφωνικές γραμμές ήταν σε υψηλό φορτίο, ιδίως στις μεγάλες πόλεις. Το κόστος της προσθήκης νέων τηλεφωνικών γραμμών στις αστικές περιοχές ήταν πολύ υψηλό. Όταν το λέιζερ εφευρέθηκε το 1960, το ενδιαφέρον στην οπτική επικοινωνία αναβίωσε. Η εφεύρεση του λέιζερ κατέστησε δυνατή την κατασκευή οπτικών συστημάτων επικοινωνιών με σημαντικά πλεονεκτήματα: 70

71 Πολύ υψηλή συγκέντρωση της οπτικής δύναμης και πολύ λίγο εξάπλωση αυτής της εξουσίας με την απόσταση (μικρή απόκλιση δέσμης). Δυνατότητα να μεταφέρουν τεράστιες ποσότητες πληροφοριών (υψηλό εύρος ζώνης πληροφορίες). Οι μικρές κεραίες που απαιτούνται (σε σύγκριση με ραδιοσυχνοτήτων συστήματα επικοινωνίας). 4. Στενά φασματική linewidth, που επιτρέπει την απόρριψη του φωτός εκτός από το μήκος κύματος λέιζερ. 5. Η συνοχή, που επιτρέπει τη χρήση τεχνικών όπως η διαμόρφωση συχνότητας και υπερτερόδυνος ανίχνευση, η οποία ήταν εξαιρετικά χρήσιμη για την ηλεκτρονική επικοινωνία. Λόγω των χαρακτηριστικών αυτών, χρήσιμες πληροφορίες μπορεί να αποτυπωθεί σε μια ακτίνα του φωτός, και θα διαβιβάζονται σε μια απομακρυσμένη τοποθεσία, όπου οι πληροφορίες μπορούν να ανακτηθούν. Υπήρξε μεγάλο αρχικό ενδιαφέρον στην οπτική επικοινωνία που βασίζεται σε ακτίνες λέιζερ που διαβιβάζονται μέσω της ατμόσφαιρας. Ωστόσο, αυτό το είδος οπτικού συστήματος επικοινωνιών δεν έχει επιτευχθεί σε ευρεία χρήση, λόγω της φύσης της ατμόσφαιρας. Μοριακή ζώνη απορρόφησης έκοψε μερικά μήκη κύματος εντελώς. Σκέδαση από ομίχλη και σκόνη είναι επίσης ένα πρόβλημα. Κακές καιρικές συνθήκες, όπως η ομίχλη, τα σύννεφα και τη βροχή, μπορεί να κλείσει μια σύνδεση επικοινωνίας εντελώς. Έτσι, λίγα μόνο οπτικά λέιζερ συστημάτων επικοινωνίας έχουν αναπτυχθεί σε ελεύθερη ατμοσφαιρική πολλαπλασιασμού. Οι οπτικές ίνες προσφέρουν μια ελκυστική εναλλακτική επιλογή για ένα μέσο μετάδοσης για την εξάλειψη των προβλημάτων ατμοσφαιρικής μετάδοσης. Thin οπτικών ινών μπορεί να κατασκευαστεί με μήκος πολλών χιλιομέτρων. Μια ακτίνα φωτός σε συνδυασμό σε ένα άκρο της ίνας μπορεί να μεταδοθεί μέσω των ινών χωρίς ατμοσφαιρικές παρεμβολές, και μπορούν να ανιχνευθούν στο άλλο άκρο της ίνας. Σχήμα 1 φαίνεται η δομή μιας ίνας. Έχει έναν πυρήνα που περιβάλλεται από μια επένδυση με χαμηλότερο δείκτη διάθλασης. Το αριθμητικό άνοιγμα (ΝΑ) ορίζεται ως NA αμαρτία μέγιστο το μέγιστο είναι η γωνία μεταξύ του προσπίπτοντος φωτός και του άξονα ινών. Το ΝΑ είναι ένα μέτρο του πόσο φως μπορεί να συνδεθεί με την ίνα. Εικ. 1 Fiber σχεδιασμός Στην πράξη, είναι βασισμένη στα laser επικοινωνιών που κυριαρχείται από τις οπτικές ίνες μετάδοσης. Ένα οπτικών ινών τηλεπικοινωνιακό σύστημα χρησιμοποιείται για τη μεταφορά πληροφοριών (όπως συζητήσεις, φωτογραφίες τηλεόραση, τα δεδομένα τηλεμετρίας) πάνω από κάποια απόσταση. Το οπτικό σύστημα επικοινωνίας είναι γενικά παρόμοιο με τα 71

72 συμβατικά ραδιοσυχνότητας (RF) ή κλειστού κυκλώματος συστήματα από την άποψη της προβλεπόμενης χρήσης. Ωστόσο, ο τρόπος της μετάδοσης που πραγματοποιείται διαφέρει από πολλές απόψεις από τα χαρακτηριστικά του συστήματος επικοινωνίας που προσιδιάζουν σε οπτικό (ή λέιζερ) επικοινωνίας. Το λέιζερ που χρησιμοποιείται σε οπτικές ίνες τηλεπικοινωνιακών συστημάτων είναι το λέιζερ ημιαγωγών. Ημιαγωγών λέιζερ είναι ιδιαίτερα καλά προσαρμοσμένα για χρήση σε αυτόν τον τύπο του συστήματος επικοινωνίας. Ημιαγωγών λέιζερ έχουν κατάλληλα μικρό μέγεθος και τη διάταξη για τη σύζευξη στον μικρής διαμέτρου πυρήνα μιας οπτικής ίνας. Σύγχρονη Al x Ga 1-x Όσον λέιζερ λειτουργεί συνεχώς σε milliwatt επίπεδα ισχύος επαρκούν για τις οπτικές ίνες των επικοινωνιών. Μπορούν να προσαρμοστούν εύκολα, μέσω της διαφοροποίησης της ηλεκτρικής τροφοδοσίας, με συχνότητες έως και το εύρος gigahertz. Αυτό καθιστά δυνατή τη μετάδοση πληροφοριών, μέσω της διαφοροποίησης μια ακτίνα του φωτός που προέρχεται από λέιζερ, μέσω οπτικών ινών. Το λέιζερ ημιαγωγών, με την μικρή περιοχή που εκπέμπουν, είναι μια φυσική επιλογή ως πηγή για τις επικοινωνίες οπτικών ινών. Αλλά για πολλά έτη, η διάρκεια ζωής με λέιζερ ήταν πολύ μικρή και οι απώλειες ινών πολύ υψηλές, καθιστώντας το λέιζερ επικοινωνιών που βασίζονται σε ίνες από επιτυχία. Το καθεστώς των δύο λέιζερ και ίνες έχουν βελτιωθεί σημαντικά, τόσο με την απώλεια ινών και η διάρκεια ζωής λέιζερ που υποβάλλονται σε βελτιώσεις από παράγοντες του δέκα. Το σχήμα 2 παρουσιάζει τη βελτίωση αυτών των παραμέτρων κατά τη διάρκεια των ετών. Πριν από το λέιζερ με βάση τις οπτικές ίνες, των τηλεπικοινωνιών θα μπορούσαν να θεωρηθούν σοβαρά, ότι η ζωή λέιζερ έπρεπε να φθάσει 10 5 ή περισσότερες ώρες, και την απώλεια ινών έπρεπε να μειωθεί σε λίγες db / km ή λιγότερο. Και τα δύο αυτά επίπεδα που επιτεύχθηκε από τα τέλη του Τα τελευταία χρόνια, οπτικής ίνας τηλεπικοινωνιακά συστήματα έχουν γίνει πρακτική πραγματικότητα, μεταφέρουν τις πληροφορίες για τις συνδέσεις τηλεφώνου εντός Αττικής, γραμμές κορμού τηλέφωνο, video συνδέσεις δεδομένων, καθώς και συνδέσεις πληροφοριών μεταξύ των υπολογιστών. Εικ. 2 Fiber απώλεια και τη διάρκεια ζωής με λέιζερ.το σχήμα 2 αναπαριστά σχηματικά ότι απώλεια σε φυτικές ίνες θα μειωθεί και η διάρκεια ζωής λέιζερ θα αυξήσει όπως ο κλάδος των τηλεπικοινωνιών ωριμάζει. Η απώλεια οπτικών ινών εκφράζεται συνήθως σε σχέση με τον αριθμό των ντεσιμπέλ (db) απώλεια ανά χιλιόμετρο μήκους της ίνας. Ζημίες σε ντεσιμπέλ περιγράφεται σε λογαριθμική κλίμακα. Αν το σήμα P 0 εισάγεται σε φυτικές ίνες και ένα σήμα P μεταδίδεται, η απώλεια σε decibels εκφράζεται ως db απώλειες = 10 log 10 (P 0 / P) 72

73 Έτσι, 10db αντιστοιχεί σε μείωση του επιπέδου του σήματος από έναν παράγοντα 10, είκοσι ντεσιμπέλ από έναν παράγοντα 100, κλπ. Παράδειγμα Α: Απώλεια Ινών πάνω από Απόσταση Λαμβάνοντας Ένα μήνυμα του 10 mw συνδυασμό σε μια 10- υπόψη: χιλιομέτρων ινών, με σήμα από 1 microwatt εντοπίστηκαν στο τέλος της ίνας. Αναζήτηση: Η απώλεια db της ίνας. Λύση: Η απώλεια, σε db, δίνεται από: 10 log 10 (P 0 / P) = 10 log 10 (10 mw / 10-3 mw) P 0 / P = 10 log = 40 db Έτσι, η απώλεια db της ίνας ανά χιλιόμετρο μήκους ίνας είναι: 40 db / 10 km = 4 db / km. Η κοινή ονοματολογία που συνδέονται με ίνες τηλεπικοινωνιών με οπτική είναι αυτή του Lightwave και κυματοδηγού. Lightwave αναφέρεται στα συστατικά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή και να λαμβάνετε το φως (λέιζερ, ανιχνευτές, κλπ.). Κυματοδηγό αναφέρεται στα μέσα ενημέρωσης, μέσω των οποίων το φως διαβιβάζεται (ίνες, σύνδεσμοι, και ούτω καθεξής). Μια βασική οπτικών ινών τηλεπικοινωνιακής ζεύξης παρουσιάζεται στο Σχήμα 3. Η έξοδος λέιζερ διαμορφώνεται για να παραγάγει ένα ψηφιακό παλμό κωδικό με διαμόρφωση (PCM) σήμα, δηλαδή, μια σειρά από μονάδες και μηδενικά. Το σήμα εισόδου οδηγεί το τροφοδοτικό λέιζερ (του οδηγού), η οποία με τη σειρά τους παλμούς του λέιζερ και να σβήνουν. Το φως από το λέιζερ σε συνδυασμό με την ίνα. Στο τέλος της ίνας τοποθετείται ένας συνδετήρας για να μεγιστοποιήσουν την είσοδο. Αυτό το μέρος του συστήματος αποτελεί έναν οπτικό πομπό. Η ίνα μεταφέρει το φως προς το δέκτη, όπου το φως ανιχνεύεται και το ψηφιακό σήμα ανακτάται. Όμως, η σύνδεση μπορεί να είναι μακρά, ίσως πολλά χιλιόμετρα. Απορρόφηση, σκέδαση και διασπορά των ινών μπορεί να αλλοιώσουν το σήμα. Οι οπτικοί ενισχυτές που απαιτούνται για την ανάπλαση του σήματος κάθε 50 σε 100 km. Πρόωρη οπτικών ινών τηλεπικοινωνιακών συστημάτων περιλαμβάνονται επαναλήπτες που αποτελούνταν από έναν ανιχνευτή, ενισχυτή, και ένα αναγεννητή, στέλνοντας μήνυμα ότι αποκαταστάθηκε το σχήμα και η ένταση των παλμών. Στα πιο σύγχρονα δίκτυα, το σύστημα αναμετάδοσης αντικαθίσταται από ένα οπτικό ενισχυτή που αποτελείται από υλικό κέρδος λέιζερ και αναπαράγει και ενισχύει το σήμα οπτικά. 73

74 Εικ. 3 Σχήμα για τις οπτικές ίνες, το σύστημα επικοινωνίας Ορισμένοι αναμεταδότες μπορεί να απαιτούν από την αρχική πηγή και τον τελικό δέκτη. Η σημερινή τεχνολογία απαιτεί συνήθως επαναλήπτες κάθε λίγα χιλιόμετρα. Η απόσταση μεταξύ των αναμεταδοτών είναι μια σημαντική παράμετρος που επηρεάζει το κόστος και η πρακτικότητα ενός συστήματος οπτικών ινών επικοινωνίας. Στο τέλος της ίνας είναι ο δέκτης, ο οποίος αποτελείται από έναν οπτικό ανιχνευτή που ανιχνεύει το φως και το μετατρέπει πάλι σε ένα ηλεκτρικό σήμα, καθώς και έναν ενισχυτή και αναγεννητή που επαναφέρουν το σχήμα σε παλμό. Το αποτέλεσμα είναι ένα PCM τρένο της ψηφιακής πληροφορίας, η ίδια με την είσοδο στον πομπό. Το σχήμα 3 δείχνει επίσης συγκολλήσεις. Είναι σημαντικό για την εγκατάσταση και για την επισκευή να είναι σε θέση να κόψει τα καλώδια οπτικών ινών και να τα συνδέει. Η χαμηλής απώλειας ένωση για καλώδια οπτικών έχουν αναπτυχθεί. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία για την επισκευή καλωδίων στον τομέα αυτό. Ένα splice μπορεί να προσθέσει μια απώλεια της τάξης του 0,2 db στο σύστημα. Οι ίνες είναι διαθέσιμες ως καλώδια multifiber με προστατευτικά επιχρίσματα, μεταλλικά σκέλη για τη δύναμη και εκτός των άλλων τα καλύπτει. Multifiber χαμένα καλώδια, για παράδειγμα, να περιλαμβάνουν συνυφασμένη σκέλη από 1 έως 16 ίνες. Τα Multifiber κορδέλας καλώδια που βασίζονται στις κορδέλες που κατασκευάζεται από ίνες συσκευασίας μεταξύ συγκόλληση πλαστικών ταινιών. Τέτοιες ταινίες μπορούν να περιέχουν έως 140 ίνες. Τα καλώδια μπορούν να ληφθούν με πλήρη συνδέσεις που επιτρέπουν απλό plug-in για σύνδεση με οπτικά εξαρτήματα ή σε άλλα μήκη των καλωδίων. Τέτοιοι σύνδεσμοι υπάρχουν με την απώλεια μόνο μερικών δεκάτων του ενός ντεσιμπέλ. Τα καλώδια υψηλής ποιότητας multifiber και οι συνδέσεις που κατασκευάζονται σε μεγάλες ποσότητες. Για να κατανοήσουμε τους παράγοντες που επηρεάζουν το σχεδιασμό των οπτικών ινών των συστημάτων επικοινωνίας, πρέπει κατ 'αρχάς να κατανοήσουμε τα αίτια της υποβάθμισης του σήματος σε αυτά τα συστήματα. Οπτικών ινών τηλεπικοινωνιακά συστήματα χρησιμοποιούν παλμιοκωδική διαμόρφωση. Αυτό σημαίνει ότι οι πληροφορίες που διαβιβάζονται ως μια σειρά παλμών που αντιπροσωπεύουν δυαδικά κομμάτια των πληροφοριών-ότι είναι, μηδέν και ένα. Η παρουσία ενός παλμού σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα θα αποτελέσει ένα. Η απουσία ενός παλμού αντιπροσωπεύει ένα μηδενικό. Οι πληροφορίες μπορεί να χαθούν, αν το πλάτος του παλμού γίνεται τόσο μικρό ώστε να μην μπορεί να ανιχνευθεί, ή μπορεί να χαθεί, αν το σχήμα παλμού γίνει απλωμένο έτσι ώστε να μην εμπίπτει στο κατάλληλο χρονικό διάστημα. Σε κάθε περίπτωση, οι πληροφορίες που εκπροσωπείται από τον παλμό δεν μπορεί να παραληφθεί από έναν δέκτη που αναζητούν εντός του καθορισμένου χρονικού διαστήματος. Οι αιτίες της υποβάθμισης του σήματος φαίνονται στο Σχήμα 4. Το επάνω μέρος του σχήματος αντιπροσωπεύει αυτό που συνήθως ονομάζεται εξασθένιση ή απώλεια ινών. Η ένταση του παλμού φωτός μειώνεται καθώς οι 74

75 παλμοί ταξιδεύουν κατά μήκος της ίνας. Αυτός είναι ο αριθμός που συνήθως εκφράζεται σε ντεσιμπέλ ανά χιλιόμετρο. Η Fiber απώλεια θα μειώσει την ποσότητα του φωτός που είναι διαθέσιμη για τον δέκτη, αλλά αυτό δεν προκαλεί το σήμα για να μετακινηθούν από την ορθή του χρονικού διαστήματός του. Εικ. 4 Αιτίες της υποβάθμισης του σήματος Το κάτω μέρος του σχήματος δείχνει δύο μηχανισμούς της υποβάθμισης του σήματος που δεν περιλαμβάνουν την απώλεια της έντασης του φωτός, αλλά και ότι προκαλούν τον παλμό να διευρύνει και να μετακινούνται από την υποδοχή του χρόνου της. Η πρώτη, που ονομάζεται τροπική διασπορά, απορρέει από το γεγονός ότι το φως μπορεί να ταξιδέψει μαζί με διαφορετικά μονοπάτια κάτω από το μήκος της ίνας. Αυτό σημαίνει ότι ο αρχικός σύντομος παλμός θα διευρυνθεί και θα εκτείνεται από την υποδοχή του χρόνου του. Η δεύτερη, που ονομάζεται χρωματική διασπορά, τα αποτελέσματα από τη μεταβολή του δείκτη διάθλασης με το μήκος κύματος, έτσι ώστε το φως των διαφορετικών μηκών κύματος ταξιδεύει μέσα από την ίνα σε διαφορετικές ταχύτητες Fiber Απώλεια Η απώλεια οπτικών ινών κυριαρχείται από ακαθαρσίες του πυριτίου με βάση τα υλικά που χρησιμοποιούνται για τις ίνες που κατασκευάζονται. Η προσπάθεια να μειωθούν οι απώλειες ινών έχει κυρίως μια προσπάθεια να μειωθούν οι προσμίξεις. Η καμπύλη που αντιπροσωπεύει την απώλεια σε σχέση με μήκος κύματος σε υψηλής ποιότητας σύγχρονες ίνες πυρίτιο παρουσιάζεται στην Εικόνα 5. Υπάρχουν τρεις περιοχές τοπικά ελάχιστα στην απώλεια ινών, κοντά στο 0,85 m, 1,3 και 1,55 m. Σε μικρότερα μήκη κύματος, η απώλεια αυξάνεται λόγω σκέδασης Rayleigh. Στο πλέον μήκος κύματος, αυξάνει λόγω της υπέρυθρης απορρόφησης φωτονίων. Η χαρακτηριστική χαμηλή απώλειας της ίνας έχει μια ελάχιστη απώλεια σχεδόν 0,1 db / km στα 1,55 μ. Σημειώστε ότι κάποιες νεότερες τύπους ινών αφαιρέστε την κορυφή κοντά 1,4 χιλιοστά. 75

76 Εικ. 5 Fiber ζημιών σε αντιπαραβολή με μήκος κύματος Εικ. 5 είναι ένα παράδειγμα από ένα μόνο είδος ίνας. Ορισμένοι νεότεροι τύποι ίνας αφαιρούνται από την κορυφή κοντά στο 1,4 χιλιοστά. Πολλοί προμηθευτές οπτικών ινών έχουν περισσότερες τρέχουσες διαθέσιμες πληροφορίες στις ιστοσελίδες τους. Ιστορικά, όπως ίνες με μεγαλύτερη καθαρότητα βρίσκονταν σε φάση ανάπτυξης, από το παράθυρο 0,85 μ. Αυτό ταιριάζει στο μήκος κύματος του λέιζερ διαθέσιμων AlGaAs. Το πρώτο πρακτικό οπτικών ινών, σύστημα που χρησιμοποιεί αυτό το μήκος κύματος. Αργότερα, καθώς η διαδικασία κατασκευής ινών βελτιώθηκε περαιτέρω, η απώλεια κάτω στα παράθυρα άνοιξε, πρώτα στο 1.3 και αργότερα στο 1,55 μ. Αυτά τα μήκη κύματος είναι προτιμότερα για συστήματα υψηλών επιδόσεων σε μεγάλες αποστάσεις, λόγω της μικρότερης απώλειας ινών. Η ακόλουθη ονοματολογία είναι κοινή παραπέμποντας στα διαφορετικά παράθυρα: Μικρού μήκους κύματος: 0,85 Μεγαλύτερα μήκη κύματος: 1,3 και 1,55 ή, εναλλακτικά: Πρώτο παράθυρο: 0,85 Δεύτερο παράθυρο: 1,3 Τρίτο παράθυρο: 1,55 Ο πίνακας 1 δείχνει τα στοιχεία που συνήθως χρησιμοποιούνται για συστήματα που λειτουργούν σε κάθε ένα από αυτά τα παράθυρα. 76

77 Πίνακας 1. Ορισμοί Μικρού μήκους Μεγαλύτερα κύματος μήκη κύματος (1ο Παράθυρο) (2ο παράθυρο) 0,85 1,3 Λέιζερ AlGaAs InGaAsP InGaAsP Ίνα 2 db / km 0,5 db / km 0,2 db / km Ανιχνευτής Σι Ge ή InGaAs InGaAs Παράδειγμα Β: Μήκος οπτικής Link Λαμβάνοντας υπόψη: Αναζήτηση: Λύση: Μεγαλύτερα μήκη κύματος (3ο Παράθυρο) 1,55 Μια λέιζερ m ότι τα ζευγάρια 0,1 MW σε μια ίνα με απώλεια 0,2 db / km, και ένα δέκτη που μπορεί να ανιχνεύσει (με τις κατάλληλες προς θόρυβο αναλογία σήμα) ένα σήμα των 40 dbm (40 decibels κάτω από ένα milliwatt). Πόσο καιρό μπορεί η οπτική σχέση δεν έναν επαναλήπτη; Το 0,1 MW σε συνδυασμό με την ίνα αντιπροσωπεύει ένα επίπεδο 10 dbm. Έτσι, υπάρχει ένα περιθώριο 30 db που μπορούν να καλύψουν την απώλεια του συστήματος. Στο 0,2 db / km, το μήκος της ίνας που μπορείτε να έχετε χωρίς έναν επαναλήπτη είναι Modal Διασπορά = 150 χιλιόμετρα Κατανομή διασποράς είναι η παρουσία πολλαπλών τρόπων μεταφοράς σε ίνες, έτσι ώστε το φως μπορεί να ταξιδέψει μέσω των οπτικών ινών από διαφορετικές διαδρομές. Η κατάσταση σκιαγραφείται στο Σχήμα 6. Οι Ίνες Multimode, εμφανίζεται στο πάνω μέρος του αριθμού αυτού, έχουν μια σχετικά μεγάλης διαμέτρου πυρήνα. Προσφέρουν υψηλές τιμές των αριθμητικό άνοιγμα και εύκολη σύζευξη του φωτός με την ίνα. Ωστόσο, όπως δείχνει η εικόνα, υπάρχουν πολλοί τρόποι να διαδώσουν σε αυτές τις ίνες, έτσι ώστε σε σύντομο παλμό του φωτός εγχέεται στις ίνες που θα διευρύνει, λόγω των διακυμάνσεων της διαδρομής. Έτσι, οι πολύτροπες ίνες, έχουν περιορισμένο εύρος ζώνης, ή να περιορίζονται με ρυθμό μετάδοσης δεδομένων. Είναι χρήσιμα μόνο σε κοντινά, συστήματα χαμηλών επιδόσεων. Ίνες Single-mode, εμφανίζονται στο κέντρο του σχήματος, έχουν μικρή διάμετρο πυρήνα. Έχουν μικρή διασπορά, διότι το φως μπορεί να μεταδοθεί μόνο σε μικρές γωνίες με τον άξονα. Έτσι, υπάρχει μικρότερη διασπορά στα πιθανά μήκη με μονοπάτι καθορισμό των ινών και σχετικά μικρή στρέβλωση στους σύντομους παλμούς. Οι εν λόγω ίνες μπορούν να 77

78 χρησιμοποιηθούν για συστήματα με μεγάλο εύρος ζώνης. Απαιτούν μεγαλύτερη ακρίβεια στην κατασκευή, και η αποτελεσματική σύζευξη του φωτός σε αυτά είναι πιο δύσκολη. Εικ. 6 Τύποι ινών Όπως φαίνεται στο κάτω μέρος του σχήματος, οι ίνες με διαβαθμισμένο δείκτη διάθλασης προσφέρουν μια συμβιβαστική λύση. Μια παραβολική ακτινική μεταβολή του δείκτη διάθλασης των πράξεων σαν ένα συνεχές στοιχείο εστίασης. Ακτίνες που ταξιδεύουν σε γωνία προς τον άξονα είναι λυγισμένες πίσω προς τον άξονα από την κλίση σε ένα δείκτη διάθλασης. Μια αχτίδα που ταξιδεύει με γωνία προς τον άξονα ταξιδεύει μακρύτερα από μία που πηγαίνει κατά μήκος του άξονα, αλλά ξοδεύει περισσότερο χρόνο σε περιοχές με χαμηλό δείκτη της διάθλασης. Έτσι ώστε να έχει υψηλότερη μέση ταχύτητα από ό, τι η αξονική ακτίνα. Η επιλογή των παραβολικών προφίλ τείνει να κρατήσει τις διαφορετικές ακτίνες στο πρώτο στάδιο, που η διασπορά είναι μικρή. Λόγω του σχετικά μεγάλου πυρήνα, ζεύξης είναι σχετικά εύκολη. Τόσο του βαθμιαίου δείκτη ινών και μονότροπων είναι διαθέσιμο για χρήση σε σύγχρονα δίκτυα μεγάλων αποστάσεων, με συστήματα υψηλών επιδόσεων Χρωματική διασπορά Η τελική αιτία της υποβάθμισης του σήματος, χρωματική διασπορά, παρουσιάζεται στο Σχήμα 7. Το επάνω μέρος του σχήματος δείχνει διασπορά σε σχέση με το μήκος κύματος. Η διασπορά εκφράζεται σε picoseconds της καθυστέρησης παλμών ανά χιλιόμετρο μήκους ίνας, ανά νανόμετρο του εύρους ζώνης της πηγής. Το κάτω μέρος της καμπύλης δείχνει το αποτέλεσμα της διασποράς. Η σύντομη μήκους κύματος ("μπλε") συνιστώσες του φάσματος λέιζερ θα φτάσει στο τέλος της ίνας πρώτη, και η μεγάλου μήκους κύματος ("κόκκινο") στοιχείων αργότερα.. 78

79 Εικ. 7 Χρωματική διασπορά για την παραγωγή ινών διοξείδιο του πυριτίου Να σημειωθεί ότι χρωματική διασπορά γίνεται όλο και πιο σοβαρή, όπως η φασματική αύξηση του πλάτους της πηγής. Έτσι είναι σημαντικό να χρησιμοποιούν πηγές, με πολύ στενά φασματικά εύρους ζώνης. Επίσης, η χρωματική διασπορά έχει μια τιμή κοντά στο μηδέν στο μήκος κύματος των 1,3 m. Αυτό κάνει το χρωματικό πρόβλημα διασποράς να εξαφανιστεί εάν αυτό το μήκος κύματος έχει επιλεγεί για τη λειτουργία του. Έτσι, η λειτουργία στο "δεύτερο παράθυρο" μπορεί να είναι ιδιαίτερα ευνοϊκή των συνεπειών της υποβάθμισης σήματος στην απόδοση του συστήματος.ο μέγιστος ρυθμός μετάδοσης δεδομένων σε μια ενιαία-mode fiber-optic σε σύστημα επικοινωνίας έχει καθοριστεί κυρίως από την χρωματική διασπορά. Το σχήμα 8 παρουσιάζει το θεωρητικό εύρος ζώνης κατ 'ανώτατο όριο (δηλαδή, το μέγιστο bitrate) μετάδοσης για ένα 100-χιλιομέτρων καλώδιο ινών, για τέσσερις διαφορετικές πηγές και με την αναφερόμενη φασματική εύρους ζώνης. Οι τέσσερις καμπύλες αντιπροσωπεύουν πηγές με την αναφερόμενη φασματική πλάτη. Και πάλι, η σημασία της χρήσης μιας πηγής με στενά φασματική πλάτη είναι σαφής. 79

80 Εικ. 8 Θεωρητική μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης για ένα 100-χιλιομέτρων ίνες single-mode έναντι μήκος κύματος. Από το Τ. Λι, η AT & T Τεχνικό περιοδικό 66, 5, Η ταχύτητα μετάδοσης των δεδομένων μπορεί να είναι πολύ υψηλή, πολλά gigabit / δευτερόλεπτο. Σχήμα 9 δείχνει τα αποτελέσματα των μεγάλων αποστάσεων μεταφοράς πειράματα που πραγματοποιούνται σε εργαστήρια στις Ηνωμένες Πολιτείες, Ηνωμένο Βασίλειο και την Ιαπωνία. Οι στερεές γραμμές δείχνουν τα θεωρητικά όρια που επιβάλλονται από την απώλεια ινών (0,2 db / αναληφθέντα km) και από την διασπορά, για τα λέιζερ με την αναφερόμενη φασματική πλάτη. Οι συμπαγείς γραμμές είναι θεωρητικά όρια που επιβάλλονται από την απώλεια ινών και από τη διασπορά. Για τα όρια διασποράς, ανέλαβε αναφέρονται φασματική πλάτη για την πηγή. Τα σημεία αντιπροσωπεύουν τα πειραματικά αποτελέσματα. Είναι σαφές ότι τα πειράματα, όπως προκύπτει από τα σημεία, μπορούν να προσεγγίσουν τα θεωρητικά όρια. Οι συντελεστές Bit πολλών gigabits ανά δευτερόλεπτο σε αποστάσεις δεκάδων χιλιομέτρων έχουν επιτευχθεί. Εικ. 9 Αποτελέσματα σε μεγάλες αποστάσεις πειράματα μεταφοράς που πραγματοποιούνται στο Ηνωμένες Πολιτείες, Ηνωμένο Βασίλειο και την Ιαπωνία τα τελευταία χρόνια. Από το Τ. Λι, AT & T Τεχνικό περιοδικό, 66, 5, 1987, AT & T. 3.9 Επιλογή των Εξαρτήματα για laser οπτικών ινών Συστημάτων Ο πίνακας 2 περιγράφει τα συστατικά που χρησιμοποιούνται σε φυτικές ίνες-οπτικά συστήματα. Οι απώλειες για τις ίνες είναι αυτές των ινών παραγωγής. Οι Πειραματικέ ίνες με μικρότερες απώλειες έχουν αποδειχθεί. Τα Laser με πηγές που προσφέρουν υψηλές επιδόσεις, αλλά με LED πηγές μπορεί να είναι κατάλληλες ως χαμηλότερου κόστους πηγές σε συστήματα που απαιτούν χαμηλότερη απόδοση. Τα περισσότερα υπάρχοντα συστήματα χρησιμοποιούν (Al x GA 1-x Ως πηγή (είτε λέιζερ ή LED) που λειτουργούν κοντά στο 0,85 μ. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται "μικρού κύματος» συστήματα. Υπάρχει πολύ 80

81 ενδιαφέρον για InGaAsP πηγές που λειτουργούν κοντά στο 1,3 m και 1,55 μ. Πρόκειται για τις «μεγάλου μήκους κύματος» συστήματα. Η μακρά μήκη κύματος έχουν δύο πλεονεκτήματα: Η απώλεια οπτικών ινών είναι χαμηλότερο από ό, 0,85 μ., και η διασπορά (η διακύμανση του δείκτη διάθλασης με το μήκος κύματος) είναι σχεδόν μηδενικές. Παρά τα πλεονεκτήματα, μεγάλου μήκους κύματος οπτικών ινών τα συστήματα ακόμη δεν χρησιμοποιούνται ευρέως, διότι οι πηγές είναι λιγότερο ανεπτυγμένες από Al x GA 1-x Όσον αφορά τις πηγές. Ωστόσο, η πειραματική εργασία δίνει έμφαση σε μεγάλες μήκος κύματος των συστημάτων, και μπορούμε να περιμένουμε ότι η μελλοντική εγκατάσταση οπτικών ινών, σε συστήματα θα κυριαρχείται όλο και περισσότερο από την μεγάλου μήκους κύματος συσκευές. Πίνακας 2. Τυπικό Εξαρτήματα οπτικών ινών Συστημάτων Ίνες Πηγές Ανιχνευτές Συνδέσεις και συναρμογές 2 db / km στα 850 nm, 0,5 db / km στα 1300 nm, 0,2 db / km στα 1550 nm Bandwidth αποστάσεων προϊόντα και 3000 MHz-km Τα λέιζερ δίνουν 2-10 mw σε καλώδιο, μέχρι το 6000-MHz των ποσοστών διαφοροποίησης, 10 6 ώρες διάρκεια ζωής της. LEDs παρέχουν 0,1 MW σε καλώδιο, 200-MHz διαφοροποίηση, μεγαλύτερη από 10 6 ώρες διάρκεια ζωής της. PIN φωτοδίοδοι δίνουν για απάντηση 0,5 A / W, θόρυβος ηλεκτρικής ενέργειας ίσης (ΝΕΠ) W / (Hz) 1 / 2. ΑΠΔ δίνουν για απάντηση 75 Α / Μ, ΝΕΠ W / (Hz) 1 / 2. 0,1-0,5 db απώλεια παρεμβολής. Ο πίνακας 3 παραθέτει χαρακτηριστικές ιδιότητες των πηγών που θα μπορούσαν να επιλεγούν για χρήση σε οπτικές ίνες συστήματα. Πίνακας 3. Τυπικό επιλεγμένες πηγές Semiconductor Τύπος Μήκος κύματος (Nm) Power (MW) Τρέχουσα (MA) Φασματικός Πλάτος (Nm) Δοκός Απόκλιση (Μοίρες) AlGaAs LED AlGaAs Διπλό λέιζερ 81

82 heterojunction AlGaAs TJS λέιζερ InGaAsP λέιζερ Πολλαπλέςλωρίδα λέιζερ AlGaAs , έως Ορισμένες ιδιότητες των ινών που διατίθενται στο εμπόριο παρουσιάζονται στον Πίνακα 4. Μια σημαντική παράμετρος είναι το προϊόν απόσταση εύρους ζώνης, εκφρασμένη σε MHzkm. Αυτό δίνει στο προϊόν της το ανώτατο ποσοστό μετάδοσης δεδομένων και η μέγιστη απόσταση μεταξύ των επαναληπτών. Είναι ένας κοινός συντελεστής κέρδους που χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει την απόδοση του συστήματος. Πίνακας 4. Είδη ινών Τύπος Μικρή απόσταση πολύτροπη) Διάμετρος πυρήνα / Επενδύσεις (Μικρόμετρα) NA Εξασθένηση (DB / km) Απόσταση - Bandwidth Προϊόν (MHz-km) 100/ Single mode 6 / Υπεραστικές βαθμολογείται δείκτη 50/ Οι ανιχνευτές είναι ένα άλλο σημαντικό μέρος του συστήματος. Ανιχνευτής παρόμοιας τεχνολογία έχει αναπτυχθεί αρκετά. Για Al x GA 1-x Όσον αφορά τις πηγές, φωτοδιόδους πυριτίου είναι κατάλληλα για ανιχνευτές. Οι Silicon φωτοδίοδοι προσφέρουν εξαιρετική απόκριση σε μήκη κύματος υψηλής συχνότητας έως 1,1 μ-μ. Έχουν κορυφή φασματικής απόκρισης κοντά στο 0,9 μ, κοντά στο μήκος κύματος του Al x GA 1-x Όσον λέιζερ. Στο πλέον μήκη κύματος, ιδίως στο 1,3 μ. με φωτοδιόδους πυριτίου δεν είναι πλέον χρήσιμες. Για τα μεγάλου μήκους κύματος (δηλαδή, 1,3 μ-μ τις οπτικές ίνες, τα συστήματα, γερμανίου ή InGaAsSb φωτοδιόδους πρέπει να χρησιμοποιείται. Ωστόσο, είναι λιγότερο ανεπτυγμένες από φωτοδιόδους πυριτίου. Ανιχνευτές για τις οπτικές ίνες, σε συστήματα επικοινωνιών, είναι δύο ειδών, είτε PIN ή APD. Η κατασκευή PIN διαθέτει ένα στρώμα π-τύπων υλικών, ένα στρώμα Ι ntrinsic πυριτίου, και ένα στρώμα Ν-τύπου υλικό. Έτσι, από τα αρχικά PIN χρησιμοποιούνται. Ο ανιχνευτής APD είναι Α Π valanche hot o Δ iode, η οποία διαθέτει ένα υψηλής τάσης που εφαρμόζεται όταν το φως προσπίπτει στο APD, μια χιονοστιβάδα ιονισμού επιπτώσεων παράγεται από υψηλής ενέργειας μεταφοράς, έτσι η Α.Π.Δ. παραδίδει ένα μεγάλο μήνυμα. 82

83 Οι ανιχνευτές χαρακτηρίζονται από μια παράμετρο που ονομάζεται για απάντηση. Για απάντηση είναι το αμπέρ του ηλεκτρικού ρεύματος εξόδου ανά μονάδα οπτικής ισχύς εισόδου. Της Δήλωσής προσφέρει καλύτερες επιδόσεις (δηλαδή υψηλότερα για απάντηση), αλλά με μεγαλύτερο κόστος, από την φωτοδίοδο PIN. Ο δέκτης που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του φωτός και την ανάκτηση των πληροφοριών που περιέχει έναν ανιχνευτή, ο οποίος μετατρέπει το λαμβανόμενο οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα, καθώς και τα ηλεκτρονικά για να μετατρέψει την έξοδο του ανιχνευτή σε ένα χρησιμοποιήσιμο ηλεκτρονικό σήμα. Ακόμη και αν ο ανιχνευτής έχει παράσχει επαρκή σήμα τάσης που αντιστοιχεί στη λήψη του οπτικού σήματος, πρέπει να δοθεί προσοχή που να επιδειχθεί στα ηλεκτρονικά κυκλώματα που ακολουθεί ο ανιχνευτής αν η βέλτιστη απόδοση του συστήματος είναι να υλοποιηθεί. Το πρώτο στάδιο της ενίσχυσης μετά τον ανιχνευτή, που ονομάζεται προενισχυτής ή, συχνότερα "preamp," είναι ιδιαίτερα σημαντική. Κάθε εξωτερικός θόρυβος που θα εισαχθεί στο προενισχυτή, θα προστεθούν στις επόμενες φάσεις, και θα υποβαθμίσει την τελική απόδοση του συστήματος. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο ανιχνευτής και προενισχυτής βρίσκονται τόσο κοντά μεταξύ τους όσο το δυνατόν για να μειώσει το ποσό των παρεμβολών ή θορύβου που πήρε σε αυτό το στάδιο. Τυχαίες διακυμάνσεις στην έξοδο του δέκτη καλούνται ως θόρυβος. Ο θόρυβος μπορεί να ταξινομηθούν με βάση την πηγή του. Ο θόρυβος μπορεί να σχετίζεται με το οπτικό σήμα αυτό καθεαυτό. Για παράδειγμα, αν προκαλεί διασπορά μέρος της ενέργειας παλμού για να έχει συνέπειες στο ωράριο έναν άλλο παλμό, αυτό θα αποτελέσει μία πηγή θορύβου. Άλλοι τύποι του θορύβου που παράγονται από τον ανιχνευτή και την αντίσταση φορτίου ανιχνευτή. Ένας τρίτος τύπος ηλεκτρονικών θορύβων που προέρχεται από ενισχυτές στο δέκτη. Ένα μέτρο της απόδοσης ενός οπτικού συστήματος επικοινωνίας είναι το μέγεθος του σήματος σε σχέση με το θόρυβο. Αυτό εκφράζεται ως προς θόρυβο αναλογία σήματος (SNR). SNR υπολογίζεται από τον τύπο: SNR = Στα ψηφιακά συστήματα επικοινωνίας, μια διαφορετική εικόνα του κύκλου αξίζουν να χρησιμοποιούνται επίσης. Καλείται ο ρυθμός σφάλματος ψηφίου (BER). Ο ΚΑΚ είναι ο λόγος του αριθμού των λανθασμένων αποφάσεων που λαμβάνονται από το δέκτη προς τον συνολικό αριθμό των αποφάσεων που ελήφθησαν BER = Στην πράξη σύγχρονα συστήματα οπτικής επικοινωνίας, από τα λιγότερο ποσοστά 10-9 είναι επιθυμητά λόγο λάθος. Σχήμα 10 δείχνει ευαισθησίες για state-of-the-art σε οπτικούς δέκτες, συναρτήσει του ρυθμού bit. Η ευαισθησία αντιπροσωπεύει τον αριθμό των φωτονίων που απαιτούνται για την επίτευξη σε ποσοστό σφάλματος bit των Ευαισθησίες δίνονται από την άποψη του μέσου αριθμού των φωτονίων σήματος ανά bit για την επίτευξη ποσοστό σφάλματος bit των δείχνουν Οι ζώνες αναμενόμενης απόδοσης για APD και PIN δέκτες. Οι τελείες και οι πλατείες αποτελούν πειραματικά αποτελέσματα για PIN συσκευές και APD βοήθημα, αντιστοίχως. 83

84 Εικ. 10 Δέκτης ευαισθησίες για τις οπτικές δέκτες έναντι ρυθμό bit. Από το Τ. Λι, η AT & T Τεχνικό περιοδικό 66, 5, Συμβιβασμούς σε Οπτικά Συστήματα Ας εξετάσουμε τώρα τους συμβιβασμούς που μπορεί να γίνουν κατά την επιλογή των στοιχείων για ένα σύστημα. Στον πίνακα 5 συνοψίζονται επιδόσεις σε σχέση με το κόστος τήρησης ισορροπιών στο σχεδιασμό μιας οπτικής ίνας τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Τα συστήματα που απαιτούν σχετικά χαμηλού εύρους ζώνης ή / και μικρές αποστάσεις μεταξύ των αναμεταδοτών μπορούν να χρησιμοποιούν χαμηλού κόστους κατασκευαστικά στοιχεία: LED, φωτοδιόδους PIN και ίνες multimode. Αυτά τα στοιχεία είναι επαρκή για συστήματα που λειτουργούν με εύρος ζώνης σε αποστάσεις με προϊόν μικρότερο των 100 MHz-km, υψηλότερου κόστους κατασκευαστικά στοιχεία (διόδους λέιζερ, ΑΠΔ ως ανιχνευτές και μονότροπων ινών) θα πρέπει να χρησιμοποιείται. Πίνακας 5. Απόδοση / Κόστος Εμπορίου-offs Υψηλό κόστος / υψηλή απόδοση (Μεγάλο εύρος ζώνης, σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ των αναμεταδοτών) Πηγές: δίοδοι laser Ανιχνευτές: Avalanche φωτοδιόδους 84

85 Ίνες: λειτουργία Μονού Χαμηλού κόστους / χαμηλών επιδόσεων (Μικρό εύρος ζώνης, σε μικρή απόσταση μεταξύ των αναμεταδοτών) Πηγές: LEDs Ανιχνευτές: PIN φωτοδιόδους Ίνες Πολύτροπη Ο πίνακας 6 δείχνει την συμβιβασμούς για την επιλογή του το μήκος κύματος του συστήματος. Τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα αυτά λειτουργούν πλέον σε 0,85 μμ. Αλλά για συστήματα υψηλής μελλοντικής επίδοσης, ο κυρίαρχος παράγοντας μπορεί να είναι η απώλεια ινών, το οποίο είναι χαμηλότερο κατά 1,55 μμ. Μπορούμε να περιμένουμε περισσότερα συστήματα υψηλών επιδόσεων για να λειτουργούν σε μία από τις πλέον κατανομές μήκη κύματος. Πίνακας 6. Μήκος κύματος / εμπορικές επιδόσεις-offs Μικρού μήκους κύματος (0,85 ανεπτυγμένο πηγές και ανιχνευτές Μεγαλύτερα μήκη κύματος (1,3 και 1,55 μικρότερης απώλειας ινών και υψηλότερο εύρος ζώνης ίνες Εφαρμογές Η πιο σημαντική εφαρμογή των οπτικών ινών λέιζερ βασίζεται η επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις των τηλεπικοινωνιών, δηλαδή την αγορά της επικοινωνίας εξυπηρετούνται εύκολα από τις τηλεφωνικές γραμμές, ηλεκτρονόμοι μικροκυμάτων, κλπ. οπτικών ινών συστήματα προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως: Πολύ μεγάλη χωρητικότητα Χαμηλό κόστος ανά κανάλι Ελαφρύ Μικρό μέγεθος Ασυλία σε στιχομυθία και ηλεκτρικές παρεμβολές τα οπτικών ινών συστήματα έχουν ταχύτητες δεδομένων εκατοντάδες έως χιλιάδες megabits ανά δευτερόλεπτο σε αποστάσεις δεκάδων χιλιομέτρων. Αυτό αποτελεί 85

86 εξαιρετικά υψηλή χωρητικότητα πληροφοριών στα links που είναι μικρότερα, ελαφρύτερα και λιγότερο δαπανηρά από σύρματα χαλκού. Ο πίνακας 7 συγκρίνει μερικά χαρακτηριστικά των οπτικών ινών και καλωδίων χαλκού. Τα πλεονεκτήματα των οπτικών ινών είναι σαφείς. Επιπλέον, η οπτική ίνα έχει ανοσία σε παρεμβολές από ηλεκτρικά μεταβατικά, ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς και ραδιοσυχνοτήτων παρεμβολές. Πίνακας 7. Χαρακτηριστικά του Καλώδια Βασισμένο σχετικά με χάλκινο σύρμα και σε οπτικές ίνες Χαλκός Ίνα Διάμετρος (ίντσες) Βάρος (lb/1000-ft μήκος) Δεδομένα ικανότητα (megabits / δευτερόλεπτο) Σήμερα, υπάρχουν εκατοντάδες χιλιάδων από τα μίλια οπτικές ίνες τηλεπικοινωνιακών συνδέσεων σε λειτουργία στις Ηνωμένες Πολιτείες και άλλες χώρες. Οι ίνες χρησιμοποιούνται για τις τηλεφωνικές συνδέσεις intracity, όπου το ογκώδες καλώδιο χαλκού αντικαθίσταται από τις λεπτές οπτικές ίνες. Αυτό επιτρέπει στους συσσωρευμένους αγωγούς στις μεγάλες πόλεις για να φέρει περισσότερα μηνύματα από το καλώδιο χαλκού που χρησιμοποιήθηκε. Η οπτική ινών χρησιμοποιείται για τις intercity μεγάλης απόστασης τηλεφωνικές συνδέσεις, και αρχίζει να αντικαθιστά τις συνδέσεις επικοινωνίας μικροκυμάτων. Εικόνα 11 εμφανίζει ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και τη διάρκεια αναμετάδοσης για ορισμένα εγκατεστημένα συστήματα επικοινωνιών οπτικών ινών. Αυτές παράδειγμα, από τις δύο τροπολογίες τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη, δεν είναι μια πλήρης καταγραφή των υφιστάμενων συστημάτων. Αντίθετα το ποσοστό δείχνει ότι πολλά τηλεπικοινωνιακά συστήματα οπτικών ινών με ποικίλες δυνατότητες είναι σε χρήση. Συστήματα με μικρές τιμές της απόστασης προϊόντος bandwidth συνήθως χρησιμοποιούν LEDs (συστήματα συμβολίζεται με ). Συστήματα με μεγαλύτερες τιμές του παρόντος διόδων χρήσης προϊόντων ημιαγωγών λέιζερ (συστήματα συμβολίζεται με κουκκίδες). Εικ. 11 Μερικά εγκατεστημένα συστήματα ινών επικοινωνίας, οπτικής 86

87 Δύο συστήματα, που δείχνονται από τα τετράγωνα, που χρησιμοποιούν πηγές μμ InGaAsP συμπεριλαμβάνονται επίσης. Αυτά είναι παραδείγματα ακόμα των υψηλότερων τιμών του προϊόντος εύρους ζώνης απόστασης. Κάποια είναι ένα 6 gigabit/μια δεύτερη σύνδεση στη Χαβάη. Άλλο είναι ένα 1.7 gigabit/ένα δεύτερο σύστημα σε μια intercity σύνδεση στην Φιλαδέλφεια--Σικάγο. Οι επικοινωνίες οπτικών-ινών είναι χρήσιμες όχι μόνο για τις μεγάλης απόστασης συνδέσεις επικοινωνίας. Οι Fiber-optic συνδέσεις στοιχείων χρησιμοποιούνται επίσης σε ποικίλα συστήματα κοντινής απόστασης, παραδείγματος χάριν στις υπολογιστή-υπολογιστή συνδέσεις και για τις εσωτερικές ανακοινώσεις σχετικά με τα σκάφη και τα αεροσκάφη. Ένα παράδειγμα είναι ένα fiber-optic βοηθητικό σύστημα επικοινωνίας και ναυσιπλοΐας που χρησιμοποιείται στο μαχητή/το βομβαρδιστικό αεροπλάνο επιδρομέων. Η χρήση της οπτικής ίνας σώζει το βάρος σε σύγκριση με το καλώδιο χαλκού και δεν είναι τρωτή στην ηλεκτρομαγνητική παρέμβαση. Και τα δύο χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι σημαντικά για τα στρατιωτικά συστήματα όπλων. Το σχήμα 12 παρουσιάζει μερικές πιθανές εφαρμογές για τις fiber-optic επικοινωνίες όσον αφορά το μήκος και το ποσοστό δυαδικών ψηφίων. Οι κοινές εφαρμογές μεταφορέων, όπως τις τηλεφωνικές συνδέσεις, βρίσκονται στο ανώτερο δικαίωμα της ορμούμενης γραμμής επονομαζόμενης 100 MHZ-χλμ. Εντούτοις, μια ευρεία ποικιλία άλλων εφαρμογών χαμηλόςαπόδοσης, που διευκρινίζεται στο χαμηλότερο αριστερό της ορμούμενης γραμμής, είναι υπό έρευνα. Εικ. 12 Fiber-optic applications Αυτές οι εφαρμογές περιλαμβάνουν πολλές από τις συνδέσεις επικοινωνίας κοντινήςαπόστασης (π.χ. συνδέσεις στοιχείων υπολογιστής--υπολογιστών, ή αυτοματοποιημένη λειτουργία όλων των περιβαλλοντικών ελέγχων σε ένα μεγάλο εμπορικό κτήριο). Η οπτική ινών μπορεί να αντικαταστήσει το καλώδιο χαλκού αποταμίευση στο διάστημα και το κόστος για πολλές από αυτές τις εφαρμογές. Το τοπικό LAN είναι μια ρύθμιση του υλικού για να διασυνδέσει ποικίλες λειτουργίες επικοινωνίας που συγκεντρώνονται σε μια μικρή εντοπισμένη περιοχή. Η μέγιστη απόσταση μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σημείων στο τοπικό LAN μπορεί να είναι λιγότερη από μερικές εκατοντάδες μέτρα. Το τοπικό LAN μπορεί να 87

88 είναι μέσα σε ένα ενιαίο κτήριο, ή μεταξύ διάφορων κτηρίων. Το σχήμα 13 παρουσιάζει ένα παράδειγμα. Εικ. 13 Όπως το σχήμα 13 υπονοεί, το τοπικό LAN μπορεί να διασυνδέσει πολλούς διαφορετικούς τύπους εξοπλισμών: τηλέφωνα, πληκτρολόγια, υπολογιστές, εκτυπωτές, κ.λπ. Όλοι οι σταθμοί μπορούν να επικοινωνήσουν με όλους τους άλλους σταθμούς στο τοπικό LAN. Το σχήμα 13 επίσης παρουσιάζει κοινή ρύθμιση του τοπικού LAN, δηλαδή διάφορα κομμάτια του εξοπλισμού που συνδέονται με έναν κοινό κόμβο και των κόμβων που διασυνδέεται μέσω των αποκαλούμενων συζευκτήρων του STAR. Ένας συζευκτήρας του STAR μοιράζεται τις εισαγωγές του από οποιοδήποτε κόμβο εξίσου μεταξύ όλων των αποτελεσμάτων. Η χρήση της οπτικής ίνας για να αντικαταστήσει το καλώδιο χαλκού σε LANs είναι σε ένα αρχικό στάδιο. Αλλά αρχίζει να αυξάνεται. Αυτό θα είναι μια σημαντική περιοχή για τη fiber-optic επικοινωνία στο μέλλον. Εν περιλήψει, η χρήση της fiber-optic επικοινωνίας έχει γίνει εξαιρετικά διαδεδομένη, ειδικά για τις υπεραστικές επικοινωνίες. Και διαδίδει γρήγορα σε άλλες εφαρμογές ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ FIBER-LASER ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ULS Multi-Wavelength Laser: PLS6MW Γενικά Το PLS6MW είναι Laser χαρακτικό που δίνει στους χρήστες την δυνατότητα να πραγματοποιήσουν μεγαλύτερη γκάμα εφαρμογών σε ένα μόνο μηχάνημα, καθώς μαζί με τα υλικά που δουλεύονται με Laser διοξειδίου του άνθρακα, περιλαμβάνεται και μια μεγάλη ποικιλία από μέταλλα και πλαστικά. Η νέα πλατφόρμα λειτουργίας, επιτρέπει στον χειριστή να γυρίσει από πηγή CO2 σε πηγή Fiber Laser πολύ γρήγορα. Βασίζεται στην τεχνική Rapid 88

89 Reconfiguration της ULS, όπου οι πηγές είναι προ-ευθυγραμμισμένες, τα οπτικά εξαρτήματα αλλάζονται χωρίς εργαλεία, το σημείο εισόδου της ακτίνας είναι πλέον dualwavelength για να περνάνε χωρίς απώλειες και οι δύο ακτίνες και το πάνω τζάμι ασφαλείας είναι καινούριο και επίσης dual-wavelength για να μπορεί ο χειριστής να βλέπει κατά την ώρα λειτουργίας. Υποστηρίζονται όλα τα προαιρετικά εξαρτήματα που υπήρχαν και πριν, όπως το Rotary και το air-assist, τα προγράμματα όπως το 1-Touch Laser Photo, και ο χειριστής εξακολουθεί να εργάζεται σε ένα φιλικό περιβάλλον που του δίνει και την δυνατότητα παραγωγής και την δυνατότητα να πειραματιστεί με νέες εφαρμογές Τεχνικές διαφορές μεταξύ πηγών Laser CO2, Fiber και YAG Η κύρια διαφορά μεταξύ των πηγών Laser είναι το μέσο (medium ή υλικό),μέσα στο οποίο παράγεται η ακτίνα. Ανάλογα με το ποιό είναι αυτό το μέσο, η ακτίνα έχει διαφορετικό μήκος κύματος και αυτό προσδιορίζει την επίδραση που θα έχει όταν πέσει στην επιφάνεια προς χάραξη. CO2: Σε ένα laser διοξειδίου του άνθρακα, το μέσο είναι το CO2 που είναι αέριο. Μια πηγή ενέργειας (π.χ. ηλεκτρικό ρεύμα), διεγείρει τα ηλεκτρόνια του αερίου. Καθώς αυτά επανέρχονται στην φυσική τους κατάσταση ελευθερώνουν φωτόνια. Τα φωτόνια με την σειρά τους ταξιδεύουν μέσα στο σασί της πηγής, και μόλις συναντήσουν ηλεκτρόνια τα πυροβολούν και νέα φωτόνια ελευθερώνονται. Το πιο σημαντικό είναι ότι τα νέα φωτόνια βρίσκονται στο ίδιο μήκος κύματος με τα παλιά και κινούνται στην ίδια διεύθυνση. Αυτό ονομάζεται «Διεγειρόμενη Εκπομπή» - Stimulated Emission, και είναι η βασική αρχή της θεωρίας όλων των Laser. Καθώς τα φωτόνια ταξιδεύουν στην εσωτερική κοιλότητα (σασί), αντανακλούν σε καθρέφτες που βρίσκονται στις άκρες, ξαναγυρίζουν στα άτομα του αερίου, τα πυροβολούν και έτσι δημιουργούν και άλλα φωτόνια. Κάποια στιγμή, υπάρχουν αρκετά φωτόνια (αρκετή ενέργεια), έτσι ώστε να περάσουν από σημείο ημι-επαργυρωμένου καθρέφτη. Τα φωτόνια που διαφεύγουν από κει, αποτελούν και την ακτίνα Laser CO2. Fiber Laser: Η βασική αρχή είναι η ίδια: Φωτεινή πηγή ενέργειας (single emitter diodes) διεγείρει ηλεκτρόνια, ελευθερώνονται φωτόνια, αυτά διεγείρουν άλλα φωτόνια και δημιουργείται η ακτίνα Laser. Η διαφορά είναι ότι το μέσο είναι το ύττριο (yttrium), στερεό ορυκτό που ανήκει στην κατηγορία των σπάνιων γαιών. Μια μικρή οπτική ίνα (Fiber), ενσωματώνεται στο ύττριο και αυτό αποτελεί τον πυρήνα (core) του Fiber Laser. Η οπτική ίνα είναι πολύ μικρή για να διεγερθεί άμεσα, και γι αυτό η ενέργεια εφαρμόζεται στο περίβλημα του πυρήνα (cladding), αγκαλιάζοντάς τον σαν κουβέρτα (outer sheath). Η διάταξη αυτή επιτρέπει στην ενέργεια να περάσει το περίβλημα (cladding), να φτάσει στον πυρήνα, να διεγείρει ηλεκτρόνια και να ελευθερωθούν φωτόνια. Η οπτική ίνα (καθώς και το περίβλημα) έχουν αρκετό μήκος (π.χ. 50 cm), και είναι ένας φυσικός «διάδρομος» να μεταφερθούν τα φωτόνια έξω και να πέσουν στην επιφάνεια προς χάραξη. Η δε παραγόμενη ενέργεια των φωτονίων είναι αρκετά μεγάλη για να επηρεάσει και 89

90 τα μέταλλα. Τα Fiber Laser έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα YAG Laser που παράγουν το ίδιο μήκος κύματος. YAG Laser: Όπως βλέπετε, το μέσο στα YAG είναι ένας κρύσταλλος. Στον κρύσταλλο θα γίνει η παραγωγή φωτονίων, όπως ακριβώς και στα Fiber. Η πηγή ενέργειας είναι φώς από πακέτο διόδων ή λάμπες, που όμως απαιτούν πολύ περισσότερο ηλεκτρικό ρεύμα από ότι τα single emitter diodes. Ένα άλλο θέμα είναι ότι τα YAG ανεβάζουν υψηλές θερμοκρασίες οπότε αφενός είναι υδρόψυκτα, αφ εταίρου αντιμετωπίζουν περισσότερα τεχνικά προβλήματα και χρειάζονται μεγαλύτερη συντήρηση. Τα Fiber ψύχονται εύκολα με αέρα, γιατί το περίβλημά τους έχει μεγάλη επιφάνεια και εμφανίζουν πολύ λιγότερα τεχνικά προβλήματα γιατί όλο το σύστημα είναι απόλυτα μονωμένο και συμπαγές. Η μεγάλη κατανάλωση ρεύματος, οι ψηλές θερμοκρασίες, η συντήρηση, η αναμενόμενη διάρκεια ζωής των YAG, καθιστούν τα Fiber Laser πιο αποδοτικά, παρότι και τα δύο παράγουν το ίδιο μήκος κύματος και επομένως έχουν τις ίδιες εφαρμογές PLS6MW Platform Η νέα πλατφόρμα λειτουργίας PLS6MW βασίζεται πάνω στην προηγούμενη PLS6, με μερικές αλλαγές για να ενσωματωθούν και οι δύο τεχνολογίες Fiber και CO2. Διατηρώντας την ευκολία στην χρήση και το σχεδιασμό στο software, δίνει την δυνατότητα σε παλιούς και νέους χρήστες να προσαρμοστούν γρήγορα στην νέα τεχνολογία. Το PLS6MW διαθέτει τρεις τεχνικές που κάνουν την αλλαγή των πηγών Laser πολύ εύκολη. Το Rapid Reconfiguration, το Pre-Alignment και το Smart Interface. Το Rapid Reconfiguration διασφαλίζει ότι όλα τα Laser tube της ULS (Fiber, 10.6 μm CO2, ή 9.3 μm CO2) θα τοποθετηθούν και συνδεθούν με ασφάλεια. Με το Pre-alignment γίνεται η αλλαγή των πηγών χωρίς να χρειάζεται κάθε φορά ευθυγράμμιση της ακτίνας. Και τώρα με το Laser Interface+TM, το software αναγνωρίζει τον τύπο Laser που είναι συνδεμένο και φορτώνει την κατάλληλη βιβλιοθήκη υλικών χάραξης και ρυθμίσεων. Οπτικά, το PLS6MW είναι παρόμοιο με το PLS6. Οι διαφορές είναι στο επάνω τζάμι ασφαλείας που απορροφά και τα δύο διαφορετικά μήκη κύματος, ο εσωτερικός φωτισμός, και τα σετ από φακό collimator. 90

91 Παρότι οι καθρέφτες είναι καινούργιοι για να αντανακλούν και τα δύο μήκη κύματος, ο φακός και το πίσω τζάμι εισόδου -collimator πρέπει να αλλάζονται όταν αλλάζει η πηγή Laser. Υπάρχει σήμανση πάνω στα εξαρτήματα για να μην μπερδεύονται, αλλά και το software βγάζει μήνυμα για να βεβαιωθεί ότι χρησιμοποιείται το κατάλληλο κάθε φορά. Το collimator στηρίζεται μαγνητικά με ποδαράκια για να είναι εύκολη η τοποθέτηση και η αφαίρεση. Ο φακός είναι τοποθετημένος σε βάση και αλλάζει με τρεις βίδες. Στην πίσω πλευρά έχουν γίνει μικρές αλλαγές στις υποδοχές, για να κουμπώνουν όλα τα tube. Ξεκινάμε με την φιάλη λίγο λοξά και μετακινούμε δεξιά εως να ευθυγραμμιστεί με το σημάδι. Αφήνουμε προσεκτικά να πέσει στην θέση του. Συνδέσουμε το καλώδιο και ανοίγουμε τον διακόπτη. Όπως αναφέρθηκε και πριν για να λειτουργήσει το Fiber χρειάζεται νέου τύπου φακό. Υπάρχουν δύο είδη : 2 inch και 4 inch. O 2.0 έχει spot size (διάμετρος κουκίδας εστίασης ή πάχος ακτίνας) (0.0127mm) και είναι ιδανικός για να χαράξει ακόμη και πολύ μικρές λεπτομέρειες σε επίπεδες επιφάνειες. Ο 4.0 φακός έχει spot size (0.254mm) και είναι κατάλληλος για τις περισσότερες χρήσεις χάραξης και κοπής, συμπεριλαμβανομένων των ελαφριά καμπύλων επιφανειών. Οι φακοί που χρησιμοποιούνταν ως τώρα στα CO2, ήτοι 1.5, 2.0, 2.5, 4.0 και HPDFO, εξακολουθούν να δουλεύουν με το PLS6MW όταν φοράει το CO2 tube. Η συμπεριφορά των φακών είναι όπως και στα άλλα μοντέλα, το HPDFO για λεπτομέρειες, ο 2.0 για τις περισσότερες εργασίες γενικής χρήσης και ο 4.0 για καμπύλες. Στο ULS Control Panel, δεν έχει γίνει καμία αλλαγή στο CO2, αλλά υπάρχουν κάποια επιπλέον για το Fiber. Είναι η βιβλιοθήκη υλικών και ρυθμίσεων, το Image Density 7, η επιλογή κυματομορφής (Waveform), η ρύθμιση συχνότητας (Frequency), και η επιλογή Simmer Power. To Image Desity 7, είναι 2000dpi και δίνει στον χρήστη την δυνατότητα να χρησιμοποιήσει ακόμη και το πολύ μικρό spot size που έχει ο φακός του Fiber. Οι ρυθμίσεις κυματομορφής συχνότητας αλλάζουν την επαναληπτικότητα και απόδοση του Laser για καλύτερα αποτελέσματα πάνω στα διάφορα μέταλλα. Αυτό το κομμάτι θα το δούμε αναλυτικότερα παρακάτω. Οι επιλογές για Image Enhancement δεν υπάρχουν στο Fiber, και έχουν αντικατασταθεί από το Simmer που επηρεάζει το πώς θα φαίνονται οι άκρες στην χάραξη ιδίως στα ευαίσθητα υλικά. 91

92 Εφαρμογές Το κάθε μήκος κύματος που παράγεται από τις τρείς διαφορετικού τύπου φιάλες Laser, επιδρά σε συγκεκριμένα υλικά καλύτερα από το άλλο. Fiber Laser: To Fiber παράγει μήκος κύματος 1.06 μm και είναι η καλύτερη επιλογή για μέταλλα όπως : ανοξείδωτο ατσάλι, τιτάνιο, μπρούντζο, χαλκό ανοδειωμένο και μη αλουμίνιο, καρβίδιο και άλλα. Το Fiber χαράζει τα μέταλλα και κόβει πολύ λεπτά φύλλα foils. Επίσης χαράζει και μερικά πλαστικά όπως Delrin, ABS και τυπωμένα κυκλώματα.co2 Laser: Υπάρχει σε δύο μήκη κύματος 10.6 μm και 9.3 μm. Το 10.6 μm είναι το συνηθέστερο. Χαράζει, κόβει και μαρκάρει την μεγαλύτερη ποικιλία. Αυτά είναι κυρίως οργανικά υλικά όπως ακρυλικά, κεραμικά, ύφασμα, γυαλί, δέρμα, μάρμαρο, λάστιχο, ξύλο κ.α. Το 9.3 μm αντιδρά καλά με συγκεκριμένα πλαστικά όπως το PET και διάφορα φωτοπολυμερικά. Παρακάτω υπάρχει πίνακας με τα υλικά που δουλεύει το κάθε Laser. Τα 9.3μm και 10.6μm είναι μαζί αφού δουλεύουν τα ίδια υλικά. Η διαφορά μεταξύ τους είναι μόνο στα PET και φωτοπολυμερικά όπου το 9.3μm δίνει πιο καθαρό αποτέλεσμα, όμως είναι η εξαίρεση και όχι ο κανόνας. Εφαρμογές Fiber Laser Με το Fiber Laser και τις ρυθμίσεις του, το πεδίο των εφαρμογών μπαίνει σε μια νέα πραγματικότητα. Καθώς τα άλλα μήκη κύματος αντιμετωπίζουν περιορισμούς σε συγκεκριμένα υλικά, το Fiber μπορεί να δώσει ποικιλία αποτελεσμάτων αλλά και χρωμάτων, καθώς ο χρήστης αλλάζει την ταχύτητα, την συχνότητα και την κυματομορφή της ακτίνας. Παρακάτω είναι μερικά παραδείγματα. Ταχύτητα : Όσο μεγαλύτερη η ταχύτητα τόσο μικρότερη η ένταση του αποτελέσματος στο υλικό, άρα και πιο απαλό το σημάδι που αφήνει. Κυματομορφή / Συχνότητα : Αυτά τα δύο συνδέονται. Όταν διαλέγουμε μια κυματομορφή, αυτόματα επιλέγεται και μια συχνότητα η οποία μπορεί να αλλαχθεί για να γίνει καλύτερο το αποτέλεσμα στο υλικό. Όσο ψηλότερη η τιμή της κυματομορφής τόσο πιο απαλό το αποτέλεσμα. Ένταση Density : Όσο μεγαλύτερο το Image Density, τόσο περισσότερα τα dpi και πιο δυνατό το αποτέλεσμα. Οι υψηλές τιμές Waveform Frequency Density είναι απαραίτητες όταν χρησιμοποιούμε το 2.0 φακό, επειδή έχει πολύ μικρό μέγεθος εστιακού σημείου. (Αλλιώς θα φαίνονται γραμμές στην χάραξη). Φακοί Lens : To μέγεθος του φακού προσδιορίζει το μέγεθος κουκίδας του σημείου εστίασης (spot size). O στάνταρντ φακός για το Fiber, είναι ο 4.0 με spot size (0.025mm), μέγεθος εξαιρετικά μικρό για να αποτυπωθούν οι λεπτομέρειες και αρκετό για 92

93 να χαραχθούν και ελαφριές καμπύλες. (Ο 4.0 του Fiber έχει το ίδιο spot size με τον HPDFO των CO2). Ο δεύτερος φακός για τα Fiber είναι 2.0 με spot size Είναι κατάλληλος για micro-λεπτομέρειες σε επίπεδες επιφάνειες. Το μέγεθος της κουκίδας εστίασης επηρεάζει επίσης την ένταση της ακτίνας, που σημαίνει διαφορετικό αποτύπωμα στην επιφάνεια χάραξης. Μέταλλα : Με το Fiber η χάραξη στα περισσότερα μέταλλα παράγει τρία χρώματα: άσπρο, μεσαίο τόνο του καφέ ή του γκρι, και μαύρο. Επίσης είναι κατάλληλο για να κόβει λεπτά φύλλα-foils (και αντανακλαστικά foils), με όμορφη και καθαρή όψη στις γωνίες τους. Πλαστικά : Το Fiber αποδίδει εξαιρετικά σε πλαστικά όπως το Delrin και το ABS. Υπάρχουν όμως και πλαστικά (όπως τα ακρυλικά) που η ακτίνα τα διαπερνά χωρίς να χαράζει ή να κόβει. Γι αυτά είναι καταλληλότερα τα Laser CO2. Επικαλυμμένα Μέταλλα και Πλαστικά : Το Fiber μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αφαιρέσει επιστρώσεις (coatings), είτε από βαμμένα μέταλλα για να αναδειχθεί η γυαλιστερή τους επιφάνεια, είτε τις μεταλλικές μπογιές από πλαστικά. Το Laser αντιδρά διαφορετικά σε κάθε τύπο υλικού, οπότε δεν είναι δύσκολο να βρεθεί η ρύθμιση που θα αφαιρέσει μόνο την κάλυψη χωρίς να χαλάσει το ίδιο το υλικό. Συμπερασματικά Οι δυνατότητες του Fiber Laser σε συνδυασμό με την ευελιξία που προσφέρει το CO2 Laser, ανοίγουν νέες προοπτικές στο χώρο της χαρακτικής με Laser. Οι χρήστες δεν χρειάζεται να έχουν διαφορετικά μηχανήματα για να παράγουν τα αποτελέσματα που θέλουν. Δοκιμές πρωτότυπα και παραγωγή, με εκατοντάδες υλικά, μπορούν τώρα να γίνονται από ένα και μόνο μηχάνημα. Υλικά για Fiber Laser Υλικό Mark Cut ABS Aluminium Anodized Aluminium Brass Cooper Chrome Delrin Gold Nickel Plated Metal Polycarbonate Silver Stainless Steel Σημ.: Τα μέταλλα που είναι στην λίστα κοπής είναι λεπτά φύλλα (foils). Τα μεγαλύτερα πάχη μόνο 93

94 3.11 FIBER-LASER ΑΝΤΛΗΣΗ: Diode τεχνολογία ινών προκαταβολέςλέιζερ άντλησης Βελτιωμένη η δύναμη του λέιζερ ινών είναι να ενεργοποιηθεί από τις προόδους των ινών στην υψηλή φωτεινότητα διόδων λέιζερ σε αντλία, με την αύξηση της αποδοτικότητας του υλικού ημιαγωγού αντλία, είναι η μόνη που επιτρέπει περισσότερη δύναμη ανά πηγή εκπομπής και οι καινοτομίες του συνδέσμου από τη δίοδο της ενέργειας με την ίνα. Εξελίξεις στην υψηλής ισχύος λέιζερ ινών τεχνολογίας συνδέονται στενά με τη βελτίωση των υψηλής φωτεινότητας ινών σε συνδυασμό με διόδους λέιζερ αντλιών. Σήμερα είναι δυνατό να οικοδομήσουμε 976 κιλοβάτ σε επίπεδα λέιζερ ινών που λειτουργούν σε 1 μm, που βασίζονται στις συνήθεις οπτικές ίνες διόδων λέιζερ σε nm Υψηλής ισχύος μονάδες αντλίας διόδου Μια κοινή διεπαφή μεταξύ μιας μονάδας αντλίας διόδου και το laser οπτικών ινών είναι το μm συνήθως με πλεξίδες ινών, με αριθμητικό άνοιγμα (ΝΑ) από 0,12 έως 0,22. Οι βόστρυχοι συμπλέκτες ινών συχνά είναι συγκολλημένοι με ίνες ώστε να αυξηθεί περαιτέρω η διαθέσιμη ισχύς των αντλιών ( σχήμα. 1). ΣΧΗΜΑ 1. A 1 kw master-ταλαντωτή δύναμη-ενισχυτή (MOPA) ίνες σύστημα λέιζερ βασίζεται σε εμπορικά διαθέσιμα ινών, συστατικά, και η αντλία διόδους. Για το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, τα 100 μm ινών έχουν χρησιμοποιηθεί στον τομέα της ενιαίας εκπομπής μόνο. Το επίπεδο ισχύος από μια οπτική ίνα-σε συνδυασμό και μόνο εκπομπός-δίοδος έχει αυξηθεί σταθερά σε πάνω από 10 W σε μήκη κύματος άνω των 900 nm και μικρότερη από 10 W για το εύρος των nm. Αν και η αποτελεσματικότητα σύζευξη ενός ενιαίου πομπού σε μια ίνα 100/105 μm φθάνει πλέον τιμές πάνω από το 90%, η μέθοδος αυτή υπολείπεται της μέγιστης φωτεινότητας και οι φυτικές ίνες σε συνδυασμό της δύναμης, προσφέρει θεωρητικό συντελεστή 10 έως 20 σε κάθετη κατεύθυνση της. Υψηλής ισχύος λέιζερ ινών στο επίπεδο της εξουσίας κιλοβάτ επιταχύνονται και απαιτούν μεγαλύτερη φωτεινότητα σε ενότητες αντλίας όσο αυξάνεται η ισχύς στόχου του λέιζερ, που απαιτεί η στροφή σε πολύ-εκπομπούς μπαρ διόδους. Αυτές οι νέες γραμμές υψηλής φωτεινότητας με αυξημένο μήκος κοιλότητα, σε συνδυασμό με φωτεινότητα αντιστοίχησης 94

95 μικρο-οπτική, επιτρέπει πολλές εκπομπές από την ίδια γραμμή για να συνδυαστούν σε μια οπτική ίνα 100 μm. Τελευταία αποτελέσματα χρησιμοποιώντας την προσέγγιση αυτή να αποδείξει τα 50 W από μια ισχυρή δέσμη, βιομηχανικά-αποδείχθηκε με σχεδιασμό με ένα θεωρητικό όριο άνω των 100 W. Λόγω της προσέγγισης πολλαπλών εκπομπών, αυτό το σχέδιο δίνει τη δυνατότητα σε μονάδες υψηλής φωτεινότητας στο 790 nm μήκος κύματος κλίμακας (για παράδειγμα, 20 W από ένα μπαρ 5 mm και 40 W από μια μπάρα 10 mm). Η οπτική ελεύθερου χώρου στο εσωτερικό της μονάδας μπορεί να συμπληρωθεί με μήκος κύματος με κλείδωμα και την προστασία από πίσω στο φως που αντανακλάται η ίνα λέιζερ. Fiber λέιζερ χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό master-ταλαντωτή-ενισχυτή (MOPA) αρχιτεκτονικής με στόχο την ισχύ εξόδου της τάξης κιλοβάτ απαιτούν αντλίας μονάδες με περισσότερη δύναμη (άνω των 200 W). Επειδή η διάμετρος των ινών που χρησιμοποιούνται στην παρούσα ρύθμιση μπορεί να πάει μέχρι και 200 μm, η υψηλή φωτεινότητα ενότητα πολύ - εκπομπός περιγράφηκε προηγουμένως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κορμός για την αύξηση της ισχύος. Με την οπτική στοίβαξη και πόλωση της ζεύξης, πολλαπλές μονάδες (6 έως 10) μπορούν να συνδυαστούν σε ένα ενιαίο 200 μm 0,2 ινών ΝΑ. Η θερμότητα που παράγεται από τις διόδους είναι απλωμένη σε μια κοινή πλατφόρμα, που επιτρέπει την ψύξη με βιομηχανικά λύματα ή υψηλής απόδοσης θερμοηλεκτρικών ψυγείων, και δεν απαιτεί απιονισμένο νερό που χρησιμοποιείται σε πολύ μικρές συστοιχίες. Μια συσκευή, με ακτίνα 976 nm, ινών λέιζερ με τέσσερα μπαρ διόδων laser μπορεί να αποδώσει περισσότερα από 200 W από μια οπτική ίνα 200 μm πυρήνα (σχήμα. 2). 95

96 Σχήμα 2. Μια 976 nm λέιζερ ινών χρησιμοποιεί τέσσερις-λέιζερ μπαρ δίοδο συνδεδεμένη σε ένα μm ινών 200 (κορυφή). Το αντίστοιχο γράφημα δείχνει δύναμη και τάση ως συνάρτηση της σημερινής (κάτω). (Ευγενική προσφορά της DILAS) Η ζήτηση για ακόμη περισσότερη δύναμη με μειωμένο κόστος και αυξημένη φωτεινότητα απαιτεί μια βελτιστοποιημένη προσέγγιση ξεκινώντας από τη γραμμή διόδων λέιζερ και συμπεριλαμβανομένης της μείωσης της πολυπλοκότητας των μικρο-οπτική. Ένα νέο σχέδιο από DILAS ότι αποδεικνύεται 500 W από μια οπτική ίνα 200 μm σε συνδυασμό-ενότητα, το 2007, επιβεβαιώνει ότι ένας συντελεστής κάλυψης (εκπομπός μέγεθος διαιρούμενο με πίσσα εκπομπός) της τάξης του 10% δίνει τη δυνατότητα σε δύο σημαντικά χαρακτηριστικά: Ισχύς ανά εκπομπών που είναι παρόμοιο με μια ενιαία πηγή εκπομπών οφείλεται στην εξάλειψη θερμικών cross talk και βελτιστοποιημένη ευθυγράμμιση πορείας στο αργό άξονα (οριζόντια) με κατεύθυνση που οφείλεται στην αναλογία 1:10 του μεγέθους πομπού και πίσσα. Όλες οι εκπομπές μιας ενιαίας γραμμής μπορεί να είναι συνδεδεμένα σε μια οπτική ίνα 200 μm, χρησιμοποιώντας ένα απλό συνδυασμό των αργό-άξονα με συστοιχίες από φακό και ένα ενιαίο ευθυγράμμισης γρήγορο άξονα (FAC) φακό. Με ένα τέλειο φακό FAC και η χαμηλή μπαρ (απόκλιση μικρότερη από 0,1 μm από την ευθεία), είναι το θεωρητικό όριο στο οπτικό στοίβαγμα των πολλαπλών ράβδων είναι μπαρ για μια οπτική ίνα 200 μm. 96

97 Μια σειρά από 20 διόδους μπαρ φαίνεται πιο ρεαλιστική για την αύξηση της ισχύος και θα στοχεύουν σε μια παραγωγή πάνω από 1200 W. Σε επίπεδα ισχύος άνω ένα ζευγάρι των εκατό βατ, η αποτελεσματικότητα ζεύξης σε κατάσταση οπτικών ινών καθώς και η απαγωγή της θερμότητας στην ίνα υποδοχή είναι ύψιστης σημασίας Υψηλής ισχύος λέιζερ ινών σε 1 μm Ένα κιλοβάτ-class-δύναμη MOPA συστήματος μεγάλης ισχύος, χρησιμοποιώντας εμπορικά διαθέσιμα ινών, με συμπλέκτες της αντλίας και της αντλίας διόδων λέιζερ μπορεί να προσφέρει 225 W της ισχύος εξόδου. Το επίπεδο ισχύος επιτυγχάνεται με το συνδυασμό έξι θεματικών ενοτήτων αντλίας σε ένα κωνικό δεσμικό οπτικών ινών συνολικού ύψους 1,2 kw της ισχύος της αντλίας, η οποία με τη σειρά των αντλιών ένα ενιαίο υττερβίο (Yb)- ενισχυμένο διπλά επιστρωμένων ινών με διάμετρο 400 μm και 0,46 Ν.Α. (σχήμα. 3). Η υψηλή απόδοση της κλίσης από αυτή του ενισχυτή με δομικό οπτικών ινών επιτρέπει την απευθείας ισχύ πάνω από 1 kw της εξουσίας με την ποιότητα δέσμης single-mode. Το πλεονέκτημα αυτής της αρχιτεκτονικής MOPA είναι η ευελιξία και η συμβατότητα με διάφορες πηγές σπόρου εισροών. Για παράδειγμα, η Nufern έχει αναπτύξει την πόλωσηδιατήρηση (PM) σε εκδόσεις αυτών των ενισχυτών που προσφέρουν πολύ στενότερο linewidth από εναλλακτικά σχέδια. ΣΧΗΜΑ 3. Υψηλή απόδοση μετατροπής (επάνω) και ενιαία-mode ποιότητα δέσμης (κάτω), μαζί με την πόλωση, τη διατήρηση και στενής linewidth επιλογές, αποτελούν βασικά πλεονεκτήματα της ίνας-λέιζερ σχεδιασμού MOPA. Η σημερινή γενιά των ενισχυτών κιλοβάτ έχει δοκιμαστεί με 8 GHz linewidth και είναι πιθανό ότι οι kw-επίπεδα ενισχυτές οπτικών ινών θα είναι ικανοί να εκπέμπουν linewidth μονής συχνότητας και σκέδασης με τεχνικές μείωσης που αναπτύσσονται για υψηλά επίπεδα ισχύος. Παρά το γεγονός ότι δεν έχει σημασία για τους περισσότερους η βιομηχανική επεξεργασία υλικών, ο έλεγχος των linewidth και της πόλωσης είναι κρίσιμης σημασίας για πολλές στρατιωτικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της πορείας που συνδυάζει. Επιπλέον, βρίσκουμε συνήθως αυτά τα υψηλής ισχύος στάδια ενίσχυσης που είναι πιο αποδοτικοί από τους ομολόγους ταλαντωτές τους στο ίδιο επίπεδο ισχύος, το οποίο μπορεί να αποτελεί πλεονέκτημα στο κόστος των διόδων, καθώς και η συνολική 97

98 αποτελεσματικότητα επιτυγχάνεται ομαλά. Με βάση τα στοιχεία της διόδου στην προηγούμενη ενότητα, η τρέχουσα υψηλή φωτεινότητα 976 nm, οι δίοδοι έχουν μια κατά προσέγγιση 45% ηλεκτρικές-to-οπτικές (EO), με απόδοση να καταστεί η συνολική απόδοση EO ενισχυτή γύρω στο 35%. Περαιτέρω βελτιώσεις αναμένεται ως ότου το υλικό της διόδου να βελτιωθεί Eye-ασφαλής λέιζερ ινών Οι περισσότερες από τις πρόσφατες υψηλής ισχύος εξελίξεις laser οπτικών ινών έχουν χρησιμοποιήσει Yb-ενισχυμένες ίνες που αντλείται σε 9xx nm και lasing περίπου 1080 nm. Ωστόσο, υψηλής ισχύος, υψηλής απόδοσης λέιζερ ινών που λειτουργούν στα μάτια-safe με μήκη κύματος (μεγαλύτερα από περίπου 1,4 μm), παρουσιάζουν επίσης ενδιαφέρον για τις στρατιωτικές, βιομηχανικές και ιατρικές εφαρμογές. Η πρόσφατη βελτίωση των θούλιο (Tm)-με προσμείξεις λέιζερ ινών που λειτουργούν περίπου 2 μm οδήγησε στην εξουσία και στην έξοδο από ένα και μόνο λέιζερ ινών που πλησιάζει πλέον τα 1 kw. Ένα κρίσιμο στοιχείο αυτής της εξέλιξης είναι η βελτιστοποίηση της τάξης των 790 nm διόδων λέιζερ για την άντληση με TM-ναρκωμένη ίνα, και συγκεκριμένα την επίτευξη της απαιτούμενης υψηλής ισχύος και υψηλής φωτεινότητας με την καλή απόδοση της ισότητας των ευκαιριών ( fig. 4). ΣΧΗΜΑ 4. Υψηλή φωτεινότητα δίοδοι στα 793 nm παραδώσει πάνω από 20 W σε 105-μm, διαμέτρου ίνες με υψηλό επίπεδο ηλεκτρικής-to-οπτική απόδοση (πάνω από 40%). Αυτή η πηγή αντλία σε συνδυασμό με την τεχνολογία οπτικών ινών Nufern αποδοτικές θούλιο ενισχυμένα- (εκθέτουν το 60% της αποτελεσματικότητας της κλίσης) επιτρέπει μάτι-ασφαλή λέιζερ ινών για προσέγγιση 25%-plug απόδοσης τοίχο για πρώτη φορά. Αυτή η τεχνολογία της αντλίας, σε συνδυασμό με τις τελευταίες εξελίξεις της υψηλής απόδοσης TM-ναρκωμένης ίνας, επέτρεψε σε χρήση μάτι-ασφαλής τεχνολογία laser οπτικών ινών να πλησιάσει το 25% με τοίχο βύσμα αποδοτικότητας και περαιτέρω βελτιώσεις που είναι πιθανό ως δίοδος υλικού να συνεχίζει να ωριμάζει σε αυτά τα νέα μήκη κύματος λειτουργίας. 98

99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ FIBER TO THE HOME 4.1 FTTH ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η τεχνολογία και τα δίκτυα Fiber-to-the-home (FTTH), αναφέρεται στην πρόβλεψη της στενής ζώνης και ευρυζωνικών υπηρεσιών για την οικιακή σύνδεση πάνω από ένα οπτικό καλώδιο αντί για παραδοσιακή καλωδίωση χαλκού. Οι πρώτες δοκιμές στις Ηνωμένες Πολιτείες, η Αγγλία και η Γαλλία για την παροχή τηλεφωνίας και μετάδοσης των υπηρεσιών βίντεο σε ιδιώτες πελάτες σημειώθηκαν κατά τα μέσα έως τα τέλη της δεκαετίας του 1980, όμως, η εκτεταμένη ανάπτυξη δεν προκύπτει από αυτές τις μελέτες (Esty, 1987 Rowbotham, 1989 Shumate, 1989 Veyres & Mauro, 1988). Οι μελέτες που πραγματοποιούνται κατά τη στιγμή πρότεινε ότι η ζήτηση των καταναλωτών για την υπηρεσία βίντεο και τηλέφωνο δεν ήταν επαρκή για να δικαιολογήσουν τους αναγκαίους πόρους για την ευρείας κλίμακας εγκατάσταση των συστημάτων (Bergen, 1986 Sirbu & Reed, 1988). Οι μελέτες δεν προέβλεπαν το ενδιαφέρον για την κατοικημένη ευρυζωνική υπηρεσία ωθούμενες από την αύξηση των εμπορικών Internet και το World Wide Web. Από τις μέρες των αρχών της δεκαετίας και των κατοικιών δοκιμές, καθώς και των μικρών επιχειρήσεων γραμμές που παρέχουν σε συμμετρική 200 kbps υπηρεσίες έχουν τουλάχιστον αυξηθεί σε 18,1 εκατ. τον Δεκέμβριο του 2003 στις Ηνωμένες Πολιτείες μόνο (Federal Communications Commission, 2004), και η FTTH έχει τυποποιηθεί με ένα μάτι προς την παροχή υπηρεσιών πολυμέσων. Η ανάπτυξη της ευρυζωνικότητας κατοικιών έχει αυξηθεί σε όλο τον κόσμο. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες DSL (ψηφιακή συνδρομητική γραμμή) και καλωδιακού modem (Ismail & Wu, 2003). Η ασύρματη σύνδεση για τους οικιακούς ευρυζωνικών επικοινωνιών χρήστες έχει επίσης μια μικρή εμφάνιση. Και τα δύο μόντεμ υπηρεσιών και DSL τρέχουν πάνω στα υπάρχοντα χάλκινα ή υβριδικά-χάλκινα κλωστικά φυτά. Η νεώτερη τεχνολογία DSL είναι VDSL (πολύ υψηλής fata επιτοκίου ψηφιακή γραμμή συνδρομητή), η οποία υπόσχεται να παραδώσει ασύμμετρες ταχύτητες έως 52 Mbps από τον πάροχο στον πελάτη (downstream) και 6 Mbps από τον πελάτη στον πάροχο (έναντι ), ή συμμετρικές ταχύτητες 26 Mbps (Το Διεθνές Engineering Consortium, nd). Δυστυχώς, η τεχνολογία είναι με την απόσταση περιορισμένη και οι μέγιστες ταχύτητες μπορεί να επιτευχθούν μόνο σε απόσταση μέχρι 300 μ. Μεγαλύτερη σε αποτέλεσμα αποστάσεις προβαίνει σε μείωση της ταχύτητας. Οι υπηρεσίες με νεότερο «τυπικό καλώδιο μόντεμ, DOCSIS 2,0 (Καλωδιακή τηλεόραση Laboratories, Inc, 2004), με ικανότητα ακατέργαστου ρυθμού δεδομένων των 40 Mbps στο downstream και 30 Mbps στο upstream. Ωστόσο, λόγω της φύσης εκπομπή του 99

100 συστήματος, αυτό το εύρος ζώνης είναι συνήθως σε κατανομή σε μια γειτονιά των συνδρομητών. Σταθερές ασύρματες υπηρεσίες στοχεύουν επίσης σε κατοικημένη ευρυζωνική αγορά με την τεχνολογία ικανή να προβεί μέχρι συμμετρικές ταχύτητες 134,4 Mbps ανάλογα με το πλάτος του καναλιού και του συστήματος που χρησιμοποιείται σε στυλ διαφοροποίησης. Η τεχνολογία είναι γνωστή ως WiMAX και ορίζεται στο IEEE 802.(Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) ΙΕΕΕ, 2002). Το αρχικό WiMax πρότυπο, και το 134,4 ικανότητα μετάδοσης Mbps, προορίζεται για χρήση σε μια περιοχή συχνοτήτων που απαιτεί οπτική επαφή για τη μετάδοση. Το πρότυπο έχει έκτοτε ενημερωθεί μέσω IEEE a (ΙΕΕΕ, 2003) για χρήση σε ζώνες συχνοτήτων που δεν απαιτούν οπτική επαφή για τη μετάδοση. Το μειονέκτημα στη χρησιμοποίηση των μη-lineof-sight ζωνών ραδιοσυχνοτήτων είναι ο χαμηλότερος ρυθμός δεδομένων έως 75 Mbps, ανάλογα με το πλάτος των καναλιών και σύστημα διαφοροποίησης. Παρόμοια με την καλωδιακή υπηρεσία μόντεμ, WiMax και μετοχές με εύρους ζώνης του ανάμεσα στις ομάδες των πελατών. Οι τεχνολογίες υπό ανάπτυξη για οπτικές ίνες έως το σπίτι υπόσχονται πολύ μεγαλύτερη αφιερωμένη σε μεγάλο εύρος ζώνης από οποιαδήποτε από τις προτεινόμενες μελλοντικές τροποποιήσεις DSL, DOCSIS, ή σταθερή ασύρματη, και στην περίπτωση του DSL, σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις. Το γεγονός αυτό καθιστά FTTH να ταιριάζει καλύτερα ως μια πλατφόρμα για την υποστήριξη υπηρεσιών πολυμέσων σε οικιακούς πελάτες Fiber to the Home Τεχνολογίες και πρότυπα Οι FTTH τεχνολογίες που εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: ενεργητική ή παθητική. Και οι δύο τύποι των τεχνολογιών αποτελούν την παράδοση φωνής, βίντεο και δεδομένων των υπηρεσιών. Ενεργός τεχνολογίες έχουν ένα ενεργό συστατικό όπως ένα διακόπτη ή δρομολογητή μεταξύ του κεντρικού γραφείου και του πελάτη. Παθητική είναι οι τεχνολογίες που έχουν έναν παθητικό (αυτοκινούμενα) συστατικό στοιχείο, όπως ένα οπτικό splitter, μεταξύ της κεντρικής υπηρεσίας και του πελάτη. Πρότυπα εργασίας για τεχνολογίες FTTH έχει ήδη λάβει χώρα σε δύο διαφορετικές οργανώσεις: το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Τηλεπικοινωνιών Τομέας Τυποποίησης της Διεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών (ITU-T). Το IEEE πρότυπα εργασίας επικεντρώνεται στην χρήση του Ethernet τεχνολογιών που βασίζονται στο δίκτυο πρόσβασης (Ethernet στο πρώτο μίλι ή EFM) και η ITU εργασία πρότυπα (που ονομάζονται συστάσεις) επικεντρώνεται κυρίως σε παθητικά οπτικά δίκτυα (γέφυρα). Η ITU-T και IEEE ομάδες προτύπων που επικοινωνούν τακτικά για να διασφαλιστεί ότι τα πρότυπα που αναπτύσσονται δεν έρχονται σε σύγκρουση. Οι FTTH τεχνολογίες μπορούν να αναπτυχθούν σε τρεις διαφορετικές τοπολογίες: σπίτι run, ενεργό αστέρι, ή παθητικό αστέρι (επιτροπή για το Ευρυζωνικό Τελευταίο Μίλι Τεχνολογίας, Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας, 2002) Home Run Μία σπίτι-run τοπολογία δικτύου είναι ένα σημείο-προς-σημείο τοπολογίας με ένα τρέξιμο ινών από το κεντρικό-γραφείο του παρόχου με οπτικό τερματικό γραμμών (OLT) ορίζονται σε κάθε πελάτη του οπτικού τερματικού δικτύου (ONT). Η διαδρομή ινών μπορεί να είναι είτε μια ίνα, με διαφορετικά μήκη κύματος για τις ανάντη και κατάντη μετάδοσης, ή δύο ξεχωριστά ίνες, ένα για ανάντη και ένα για τους μεταγενέστερους τρόπους μετάδοσης. Αυτή η αρχιτεκτονική είναι δαπανηρή επειδή απαιτεί μια ειδική ίνα για κάθε πελάτη από την 100

101 κεντρική υπηρεσία για την υπόθεση του πελάτη. Ο εξοπλισμός κεντρικής γραφείου είναι ο μόνος πόρος που μοιράζεται μεταξύ της πελατειακής βάσης. ITU-T G.985, που εγκρίθηκε το Μάρτιο του 2003, ορίζεται ως λειτουργία σε ένα σημείο-προς-σημείο τοπολογίας του δικτύου. G.985 βγήκε από τις προσπάθειες της Επιτροπής Τηλεπικοινωνιών (TTC) στην Ιαπωνία για την επίτευξη της διαλειτουργικότητας μεταξύ των πωλητών για Ethernet που έχει αναπτυχθεί σε συστήματα που βασίζονται σε FTTH (ITU-T, 2003c) και έχει συμβάλει στην EFM Fiber έργο με πρότυπα. Η σύσταση περιγράφει μια ενιαία-οπτικών ινών, 100- Mbps από σημείο σε σημείο Ethernet με οπτικό σύστημα πρόσβασης. Περιλαμβάνονται οι προδιαγραφές για το οπτικό δίκτυο διανομής και του φυσικού επιπέδου, καθώς και τις απαιτήσεις για τη λειτουργία, διαχείρισης και συντήρησης. Η μετάδοση είναι σε μια ενιαία ίνα χρησιμοποιώντας κύμα πολυπλεξία (WDM), με τους κατάντη μετάδοση του σε 1580-nm εύρος και ανάντη μετάδοσης στο nm σειράς.- WDM. να διαιρεί την ίνα από το μήκος κύματος σε δύο ή περισσότερα κανάλια. Το πρότυπο καθορίζει τη στιγμή κατά 7,3 χλμ. με απόσταση μετάδοσης 20 - και 30-χιλιόμετρα αποστάσεις για περαιτέρω μελέτη Ενεργό Star Σε αυτή την τοπολογία, ένας απομακρυσμένο κόμβο με ενεργών ηλεκτρονικών έχει αναπτυχθεί μεταξύ των κεντρικών γραφείων και των χώρων του πελάτη,. Η σχέση ανάμεσα στον κεντρικό κόμβο του γραφείου και εξ αποστάσεως ονομάζεται η σύνδεση τροφοδοσίας, καθώς και οι δεσμοί μεταξύ των απομακρυσμένων κόμβων και των χώρων του πελάτη ονομάζονται δεσμοί διανομής. Μια τοπολογία star θεωρείται πιο οικονομικό από μία σπίτιrun τοπολογία επειδή οι περισσότεροι των πόρων του δικτύου μοιράζονται μεταξύ των πελατών. EFM οπτικών Ινών (IEEE 802.3ah) είναι πιο συχνά να αναπτυχθούν σε μια ενεργή διαμόρφωση αστέρι. Είναι παρόμοιο στην αρχιτεκτονική των παραδοσιακών κόμβων και τους διακόπτες που λειτουργούν σε 10BaseF και 100BaseFX σήμερα. Τα πρότυπα για την EFM Fiber αναπτύχθηκαν από την IEEE 802.3ah Task Force. Η τεχνολογία αποτελείται από σημείο σε σημείο,-mode ίνα μόνο με μια σειρά από τουλάχιστον 10 χιλιομέτρων μεταξύ του ενεργού διακόπτη και το ONT. Η EFM οπτικών Ινών απασχολεί το Ethernet και τον ενεργό εξοπλισμό με ταχύτητες 100 Mbps και 1 Gbps (IEEE 802.3ah Ethernet στην Πρώτη [μίλι] Ομάδα Εργασίας, 2004). Η λειτουργία μπορεί να είναι πάνω από μια ενιαία ίνα ή μία ίνα για ανάντη μετάδοσης και μια δεύτερη οπτικών ινών για τους μεταγενέστερους τύπους μετάδοση. Για τη διαμόρφωση των δύο ινών, μετάδοση στο σε 1360-nm με ζώνη μήκους κύματος. Για λειτουργία σε μια ενιαία ίνα, ανάντη μετάδοσης είναι προς το σε 1360-nm ζώνη μήκους κύματος και ο μεταγενέστερος Μήκος κύματος μετάδοσης ποικίλλει ανάλογα με την ταχύτητα μετάδοσης. 100-Mbps downstream στην πράξη χρησιμοποιεί το σε 1580-nm μήκος κύματος μπάντας, και το 1-Gbps κατάντη επιχείρηση χρησιμοποιεί το με 1500-nm ζώνη μήκους κύματος. Το μήκος κύματος ανάθεσης για το 1-Gbps υπηρεσίας που επιτρέπουν στο σύστημα να ενσωματώσει ένα ειδικό μήκος κύματος για την υπηρεσία βίντεο μεταδίδονται στα και 1560-nm μπάντες όπως καθορίζεται από τα νεότερα-t ITU με τα παθητικά-οπτικών δικτύων πρότυπα που περιγράφονται στο επόμενο κεφάλαιο Παθητική Star Παθητικά οπτικά δίκτυα, ή παθητική ενεργών αστέρων, δεν έχουν καμία παρόμοια συστατική μεταξύ των κεντρικών γραφείων του φορέα παροχής και του συνδρομητή. Τον απομακρυσμένο κόμβο περιέχει ένα οπτικό διαιρέτη σε έναν παθητικό δίκτυο τοπολογίας αστέρα. Τα PONS είναι point-to-multipoint συστήματα με όλες τις κατάντη κίνηση που 101

102 μεταδίδεται σε όλους τους ONT. Η Γέφυρα είναι υπό διαμόρφωση, ATM με βάση το PONS (asynchronous transfer mode APONs), gigabit με δυνατότητα PONS (GPONs), και Ethernet με βάση το PONS (EPONs) ATM PON ΚΑΤΑ συστήματα PONS που βασίζονται στον ασύγχρονο τρόπο μεταφοράς APONs είναι επίσης γνωστός με το όνομα του BPON, ή ευρυζωνικών PON, για να αποφευχθεί η σύγχυση σε ορισμένους χρήστες οι οποίοι πίστευαν ότι APONs μπορούσαν να παράσχουν μόνον τα ΑΤΜ με υπηρεσίες στους τελικούς χρήστες. Τα APONs καθορίζονται από τα T G.983 σειρά-itu σε συστάσεις. ATM χρησιμοποιούν 53-byte κυττάρων (5 bytes της επικεφαλίδας και 48 bytes ωφέλιμου φορτίου). Λόγω του σταθερού μεγέθους κυττάρων, σε ATM εφαρμογές μπορούν να επιβάλλουν την ποιότητα της παρεχόμενης υπηρεσίας, εγγυήσεων, για παράδειγμα, την κατανομή εύρους ζώνης, τις εγγυήσεις χωρίς καθυστέρηση, και ούτω καθεξής. Το ΑΤΜ σχεδιάστηκε για την υποστήριξη τόσο ωφέλιμων φορτίων και τα δεδομένα φωνής, έτσι ώστε να είναι κατάλληλη για εφαρμογές FTTH. Το πρωτόκολλο επί λειτουργεί διαφορετικά στις κατάντη και ανάντη κατευθύνσεις. Όλοι οι κατάντη δέκτες λαμβάνουν όλα τα κύτταρα και απορρίψτε αυτές που δεν προορίζονται γι 'αυτούς που βασίζονται στο ATM της αντιμετώπισης των πληροφοριών. Λόγω της φύσης εκπομπή της PON, οι μεταγενέστεροι των στοιχείων των χρηστών αναδεύονται, είτε κωδικοποιημένα, χρησιμοποιώντας μια καρδάρα κλειδί που παράγεται από το ONT να παρέχει χαμηλό επίπεδο προστασίας για τους μεταγενέστερους δεδομένων χρήστες. Στην ανάντη κατεύθυνση, η μετάδοση ρυθμίζεται με Division Multiple Access χρόνου (TDMA) του συστήματος. Οι Πομποί λένε πότε πρέπει να διαβιβάζουν με τη λήψη των μηνυμάτων επιχορήγησης. Ανάντη επί τροποποιεί ATM και χρησιμοποιεί 56-byte κυττάρων ΑΤΜ, με την πρόσθετη 3 bytes της επικεφαλίδας που χρησιμοποιείται για το χρόνο φύλαξης, bits προοίμιο, καθώς και οριοθέτη πριν από την έναρξη της πραγματικής 53-byte κυττάρου ATM. Η G.983 σειρά συστάσεων που καθορίζει τις ονομαστικές τιμές λίγο για UPON να είναι συμμετρικό στα 155,52 Mbps ή 622,08 Mbps, ή ασύμμετρη στα 622,08 Mbps και στα κατάντη κατεύθυνση στα 155,52 Mbps στην ανάντη κατεύθυνση. Η OLT για μια εγκατάσταση μπορούν να υποστηρίξουν πολλαπλές APONs με λόγο διαίρεσης του 32 ή 64 συνδρομητές η κάθε μία, ανάλογα με τον πωλητή. ITU-T G.983.1, που εγκρίθηκε τον Οκτώβριο του 1998, μπορεί να αναπτυχθεί ως δύο ίνες σε κάθε πελάτη (ένα ανάντη και ένα κατάντη), ή, με τη χρήση WDM, ως μία ίνα σε κάθε πελάτη. Για δύο ίνες, η μετάδοση είναι στα σε 1360-nm μπάντα τόσο ανάντη και κατάντη κατεύθυνση. Σε ένα από ίνες σύστημα ενιαίας ανάντη μετάδοσης παραμένει στο 1260 nm μπάντα και 1360 των μεταγενέστερων μετάδοση στο για 1580-nm ζώνη μήκους κύματος (ITU-T, 1998). ITU-T G.983.3, που εγκρίθηκε το Μάρτιο του 2001, επαναπροσδιορίζει την κατάντη ζώνη μετάδοσης μίας μόνο ίνας APONs. Αυτό επιτρέπει μέρος του φάσματος που θα διατεθούν για ραδιοτηλεοπτικές υπηρεσίες βίντεο ή υπηρεσιών δεδομένων. Οι υπηρεσίες μπορεί να είναι είτε δύο κατευθύνσεων ή μονής κατεύθυνσης (ITU-T, 2001). Το μήκος κύματος στο PON στην ανάντη μήκη κύματος παραμένουν αμετάβλητα στο nm. Η κατάντη ζώνη μετάδοσης μειώνεται ώστε να περιλαμβάνει μόνο το τμήμα της ζώνης nm, που ονομάζεται βασική ζώνη. Η μπάντα ενίσχυση (Επιλογή 1), από σε 1565-nm μπάντα, είναι για τη χρήση των πρόσθετων ψηφιακών υπηρεσιών. Η σύσταση ορίζει τις το 1560-nm ζώνη ως ζώνη ενίσχυσης (Επιλογή 2) για την υπηρεσία video-διανομής. Δύο συγκροτήματα που προορίζονται για μελλοντική χρήση: η ζώνη nm, το οποίο περιλαμβάνει συγκροτήματα φρουράς, και μια μελλοντική ταινία του σε 1580-nm σειράς για περαιτέρω μελέτη και την κατανομή. 102

103 4.1.6 Gigabit PON Οι προσπάθειες για την τυποποίηση των δικτύων PON λειτουργούν σε πάνω από 1 Gbps ξεκίνησαν το 2001 ως το T G.984 σειρά-itu συστάσεις. Το GPON είναι μια πιο γενικευμένη εκδοχή που στηρίζεται και δεν εξαρτάται από την ΑΤΜ. Το GPON συνειδητοποιεί μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα εφόσον δεν απαιτούν μεγάλα IP (Internet Protocol) πακέτα που θα χωριστούν σε 53-byte κυττάρων ΑΤΜ. Το GPON προσπαθεί να διατηρήσει όσο πολλά χαρακτηριστικά του G.983 σειρά συστάσεων του δυνατού, εντούτοις, λόγω τεχνικών ζητημάτων που σχετίζονται με την παροχή των υψηλότερων ποσοστών γραμμών, τα δύο συστήματα δεν είναι διαλειτουργικά (ITU-T, 2004). Όπως και με επάνω, το σύστημα μπορεί να είναι είτε oneor-ινών σύστημα των δύο. Στο κατάντη κατεύθυνση, GPON είναι επίσης ένα πρωτόκολλο μετάδοσης με όλες τις ONTs να λαμβάνουν όλα τα πλαίσια και την απόρριψη εκείνων που δεν προορίζονται για αυτούς. Η Upstream μετάδοσης είναι μέσω TDMA και ελέγχεται από τα ανάντη bandwidth ο οποίος έχει σταλεί ως τμήμα της κατάντη του πλαισίου. Το GPON χρησιμοποιεί κρυπτογράφηση για το ωφέλιμο φορτίο. Η χρησιμοποιούμενη κρυπτογράφηση σε σύστημα που υποθέτει ότι των προνομιακών πληροφοριών, όπως και τα κλειδιά ασφαλείας για την αποκωδικοποίηση του ωφέλιμου φορτίου, μπορεί να περάσει προς τα ανάντη σε ένα διαυγές, λόγω της κατευθυντικότητας του PON (δηλαδή, ότι κάθε ONT στον PON δεν μπορεί να παρακολουθεί ανάντη κίνηση από οιαδήποτε άλλη ONT στην PON). Το GPON OLT μπορεί να υποστηρίξει αναλογίες διασπάσεις του 16, 32, ή 64 χρήστες ανά ίνα με την τρέχουσα τεχνολογία. ITU-T (2003β) G η προσδοκά στο μέλλον με τις αναλογίες μέχρι και 128 χρήστες ανά ινών και λογαριασμών γι 'αυτό στο σύγκλισης στρώμα μεταφοράς. Όπως και με G.983.3, για ένα σύστημα με ενιαία ίνα, το μήκος κύματος λειτουργίας στο 1480-με 1500-nm στην μπάντα με τα επόμενα στάδια και στο 1260 για το 1360-nm μπάντα στην ανιούσα. Αυτό αφήνει το για την ταινία 1560-nm ελεύθερο για τις υπηρεσίες βίντεο. Για ένα σύστημα με δύο ίνες, το μήκος κύματος λειτουργίας του σε 1360-nm μπάντα τόσο στην κατάντη και ανάντη κατεύθυνση. Το GPON έχει επτά ταχυτήτων συνδυασμούς μετάδοσης (ποσοστά γραμμή): συμμετρικό 1,2 ή 2,4 Gbps? Ή ασύμμετρη 1,2 ή 2,4 Gbps κατάντη με 155 Mbps, 622 Mbps, ή 1,2 Gbps στα ανάντη (ITUT, 2003α). Η φυσική απόσταση από το GPON είναι 10 χλμ για ταχύτητες 1,2 Gbps και κάτω, και 20 χιλιόμετρα για ταχύτητες άνω των 1,2 Gbps Ethernet PON Η ΕΠΟΝ είναι Ethernet πάνω από ένα παθητικό οπτικό δίκτυο. Παρόμοια με την EFM Ινών, τα πρότυπα αναπτύσσονται στο IEEE 802.3ah Task Force. Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται στην ΕΠΟΝ είναι μια επέκταση του Ethernet (ΙΕΕΕ 802.3) και λειτουργεί στο 1 Gbps με μια σειρά από 10 ή 20 km μεταξύ του κεντρικού γραφείου και του πελάτη. Η αρχιτεκτονική είναι μια ενιαία κοινή ίνα με ένα οπτικό splitter, όπως και με άλλες αρχιτεκτονικές PON. Ο υποστηριζόμενος λόγος διαίρεσης 16 χρήστες ανά PON. Το σύστημα λειτουργεί στο με 1500-nm μπάντα στον κατάντη κατεύθυνση, και στο σε 1360-nm μπάντα στην ανάντη κατεύθυνση. Όπως και με 1-Gbps EFM Ινών, αν και δεν αναφέρεται άμεσα σε μήκος κύματος για την υπηρεσία της βίντεο εκπομπής, η ΕΠΟΝ κατανέμει μήκη κύματος του να εγκαταλείψει το σε nm η μπάντα των 1560 ανοικτό και είναι ικανό να εξυπηρετεί ένα βίντεο μήκος κύματος εκπομπής στην εν λόγω ζώνη. Δεδομένου ότι η Ethernet δεν χρησιμοποιούν ένα-to-multipoint τοπολογία η ΕΠΟΝ απαιτεί την ανάπτυξη ενός πρωτοκόλλου ελέγχου για να κάνουν το point-to multipoint τοπολογία εμφανίζονται ως ένα σημείο-προς-σημείο τοπολογίας. Αυτό το πρωτόκολλο ονομάζεται πρωτόκολλο ελέγχου πολλαπλών σημείων (MPCP). Όπως όλα τα Pons, στην κατάντη ΕΠΟΝ 103

104 κατεύθυνση είναι ένα πρωτόκολλο μετάδοσης. Κάθε ONT λαμβάνει όλα τα πακέτα, τα εκχυλίσματα τα πλαίσια Ethernet που προορίζεται για τον πελάτη, και απορρίπτει τις υπόλοιπες. Όπως και με UPON και GPON, διαβίβαση στην ανάντη κατεύθυνση ρυθμίζεται από TDMA Προοπτικές: Τα FTTH πρότυπα κινούνται προς υψηλότερες ταχύτητες γραμμής, περισσότερους χρήστες ανά PON, και τυποποιημένα μήκη κύματος με την ικανότητά του να παρέχει ένα ειδικό μήκος κύματος για την υπηρεσία βίντεο ραδιοφωνικής μετάδοσης. Οι συστάσεις GPON μπορεί να προβλεφθούν για ορισμένες από αυτές τις τάσεις, επιτρέποντας για μήκη κύματος για μελλοντική επέκταση και τη δυνατότητα των υψηλότερων δεικτών split και ταχύτητες γραμμής στη διαμόρφωση του προτύπου. Τα πρότυπα για EFM Fiber G.985 δεν προσδιορίζει τον αριθμό των κατοικιών που πρέπει να παρέχεται στήριξη ανά ίνα τροφοδότη. Αυτό επιτρέπει τα συστήματα που θα αναπτυχθούν είτε σε ενεργό αστέρι ή home-run τοπολογία τα δικαιολογητικά, που πολλοί χρήστες ως η σύγχρονη τεχνολογία μεταγωγής είναι σε θέση χωρίς την ανάγκη τροποποίησης του προτύπου. Σε ορισμένες τρέχουσες ενεργές εφαρμογές αστέρα, ο αριθμός των κατοικιών ανά ίνα υποστηρίζεται πως είναι τόσο υψηλό όπως 48. Αυτός ο αριθμός αναμένεται να αυξηθεί, καθώς η μεταγωγή της τεχνολογίας βελτιώνεται. Η ITU και IEEE εργάζονται για την ανάπτυξη FTTH πρότυπα που δεν έρχονται σε σύγκρουση μεταξύ τους. Τα πρότυπα αυτά συγκλίνουν προς τα τυποποιημένα μήκος κύματος, χορηγήσεις για ανάντη και κατάντη μετάδοσης με την ικανότητα να στηρίξει μια συνεκτική, αφιερωμένο μήκος κύματος για την υπηρεσία βίντεο ραδιοφωνικής μετάδοσης. Τα πρότυπα είναι, επίσης, που κινούνται προς την κατεύθυνση με υψηλότερες ταχύτητες γραμμής και τη δυνατότητα να υποστηρίξει περισσότερους χρήστες. Οι Οπτικές ίνες έως το σπίτι προσφέρουν ένα μεγαλύτερο εύρος ζώνης από οποιαδήποτε από τις κατοικημένες εναλλακτικές λύσεις δικτύωσης. Με την προσθήκη μιας ολόκληρης 1-GHz μήκος κύματος για το βίντεο που μεταδίδονται στα πρότυπα για EFM Fiber, ΕΠΟΝ, G.983.3, και όσον GPON, FTTH μπορεί να υποστηρίξει HDTV (τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας) κανάλια και video-on-demand λειτουργίες χωρίς των ανταγωνιστικών με εύρος ζώνης φωνής και δεδομένων, που την κατέστησε έτσι κατάλληλη για εφαρμογές πολυμέσων. 4.2 το δίκτυο FTTH Το «all-optical» αποτελεί το όραμα για τα καλωδιακά δίκτυα του μέλλοντος, όπου θα χρησιμοποιείται οπτική ίνα για όλα τα καλώδια τόσο σε MAN και WAN, όσο και για την ευρυζωνική πρόσβαση. Σήμερα, οι οπτικές ίνες είναι σχεδόν παντού εγκατεστημένες για την υποστήριξη δικτύων κορμού, αλλά η επέκτασή τους στα δίκτυα πρόσβασης θα είναι το επόμενο βήμα. Ένα δίκτυο πρόσβασης που βασίζεται σε οπτικές ίνες προσφέρει (σε σχέση με τις υπόλοιπες διαθέσιμες τεχνολογίες) πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες και μπορεί να υποστηρίξει ένα πολύ μεγάλο σύνολο υπηρεσιών. Το FTTx θα ήταν έτσι μια μελλοντική λύση πρόσβασης. Με FTTH ή FTTB, η οπτική σύνδεση φθάνει στο σπίτι του τελικού χρήστη. Η μείωση του κόστους του εξοπλισμού και οι νέες τεχνικές εγκατάστασης της οπτικής ίνας καθιστούν το FTTx μια εφικτή επιλογή. Τέλος, η απαίτηση των χρηστών για ακόμα μεγαλύτερο εύρος ζώνης η οποία μπορεί να ικανοποιηθεί μόνο από το FTTx είναι ικανοποιητική. Μερικοί πιθανοί οδηγοί των εξελίξεων είναι οι ευρυζωνικές υπηρεσίες όπως η τηλεδιάσκεψη, τα πολυμέσα, η ψυχαγωγία, η εκπαίδευση από 104

105 απόσταση και το βίντεο κατά απαίτηση. Σύμφωνα βέβαια με την έως σήμερα εμπειρία, η ταχύτητα φαίνεται να είναι ο σημαντικότερος οδηγός για τις νέες ευρυζωνικές εφαρμογές. Ο βασικός στόχος των δικτύων οπτικών ινών είναι να φτάσει η οπτική ίνα στον τελικό οικιακό χρήστη και να αντικαταστήσει τα υπάρχοντα καλώδια χαλκού. Επομένως η εξέλιξη του δικτύου θα περιοριστεί στο τμήμα που πηγαίνει από το Κεντρικό Γραφείο Βασικό Κέντρο (central office-co) στο σπίτι του οικιακού χρήστη. Σε ένα οπτικό δίκτυο πρόσβασης, το CO περιλαμβάνει ένα τερματικό οπτικών γραμμών (optical line terminal - OLT) που παρέχει τη διεπαφή δικτύου (network interface) και συνδέεται με μια ή περισσότερες μονάδες οπτικών δικτύων (optical network units - ONU) στην πλευρά του χρήστη. Η αντικατάσταση των συνδέσεων σε ένα δίκτυο πρόσβασης από οπτικά καλώδια οδηγεί σε πολλές πιθανές τοπολογίες. Μια σημαντική εξέλιξη αναφορικά με το Ethernet αποτελεί το Gig-E PON (GEPON, Gigabit Ethernet Passive Optical Network). Τα παθητικά οπτικά δίκτυα (Passive Optical Networks - PONs) χαρακτηρίζονται από μια δενδρική τοπολογία παρόμοια με αυτή του Ethernet. Έτσι η ανάπτυξη των Ethernet-based PONs (EPONs) αποτέλεσε μια λογική εξέλιξη που κυριάρχησε στην αγορά. Σύμφωνα με σχετικό άρθρο οι παγκόσμιες πωλήσεις EPON έφθασαν το 90% των συνολικών πωλήσεων PON, στο δεύτερο τέταρτο του Το επόμενο βήμα αναφορικά με το Ethernet είναι ο συνδυασμός των PONs με το Gigabit Ethernet για τη δημιουργία GEPONs. Το ΙΕΕΕ σε συνεργασία με το Metro Ethernet Forum συνεχίζουν τη δημιουργία νέων δυνατότερων προτύπων προκειμένου να πετύχουν ταχύτητες Gigabit στο Ethernet. Στo Ethernet χρησιμοποιείται πλέον οπτική ίνα και όχι μόνο χαλκός και το κόστος γίνεται ολοένα και χαμηλότερο, ενώ η απόδοσή του αυξάνεται. Είναι αξιόλογο το γεγονός ότι οι πάροχοι υπηρεσιών αναζητούν λύσεις Ethernet δικτύων με χρήση οπτικών ινών για να μπορέσουν να δώσουν στους τελικούς χρήστες υπηρεσίες που περιλαμβάνουν μια πλήρη ποικιλία υπηρεσιών που βασίζονται στο δίκτυο, όπως τα δεδομένα, η φωνή και το βίντεο Point-to-multipoint συνδέσεις: Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (Passive Optical Network - PON) Μια πρώτη επιλογή είναι να χρησιμοποιηθούν συνδέσεις ενός-σημείο-προς-πολλά (point-tomultipoint), επεκτείνοντας ένα PON (παθητικό οπτικό δίκτυο). Σήμερα, η κυριότερη pointto-multipoint διαμόρφωση ενός οπτικού δικτύου πρόσβασης είναι ένα TDM (time division multiplexing)-based PON με διαμοίραση ισχύος. Ένα PON αποτελείται από την καλωδίωση οπτικών ινών, από παθητικούς διαχωριστές (splitters) και συνδετήρες (couplers) που κατανέμουν ένα οπτικό σήμα μέσω μιας διακλαδωμένης τοπολογίας «δέντρων» στους συνδετήρες που τερματίζουν κάθε τμήμα ινών. Ένα PON έχει μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως τα επόμενα: Η αρχιτεκτονική point-to-multipoint απαιτεί λιγότερες οπτικές ίνες για να καλύψει μια δεδομένη περιοχή σε σχέση με την αντίστοιχη point-to-point που χρησιμοποιεί διαφορετικές ίνες σε κάθε πελάτη (η πολυπλοκότητα ινών για αρχιτεκτονικές (C)WDM PON είναι συγκρίσιμη). Ο εξοπλισμός στο CO απαιτεί χαμηλότερο κόστος καθώς μια οπτική διεπαφή εξυπηρετεί ένα ολόκληρο δίκτυο αντί να είναι αφιερωμένη σε ένα χρήστη. Η προσέγγιση PON, με την έλλειψη ενεργών συσκευών κατά μήκος της διαδρομής ινών, σημαίνει ότι απαιτείται ισχύς μόνο στην κατάληξη της ίνας (οικιακός χρήστης και CO). 105

106 Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (Passive Optical Network - PON) Παρακάτω αναφέρονται συνοπτικά τα βασικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του PON. Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Δεν είναι ενεργός κανένας Το ίδιο εύρος ζώνης πρέπει να απομακρυσμένος κόμβος διαιρεθεί μεταξύ διάφορων χρηστών Η οπτική ισχύς διαχωρίζεται μεταξύ Πλήρως παθητικό δίκτυο των θυρών εξόδου (output ports), γεγονός που περιορίζει την μέγιστη απόσταση Το ίδιο οπτικό σήμα Επιτρέπει την εύκολη μετάδοση παραλαμβάνεται από όλες τις βίντεο και δεδομένων μονάδες (ONUs), εγείροντας ανησυχίες για την ασφάλεια δικτύων Υλοποίηση με το Το εύρος ζώνης που χρησιμοποιείται λιγότερο για uploading δεν είναι broadcast δυνατό αριθμό πομποδεκτών (λιγότερο εύρος ζώνης από πλήρες P2P) Απαίτηση για έναν αυστηρό αλγόριθμο για την σύλληψη Χαμηλότερο κόστος κύκλου upstream κυκλοφορίας ζωής (καταμερισμός χρόνου για την upstream σύνδεση) Ελάχιστη ίνα Πιο σύνθετοι πομποδέκτες (οπτική ισχύς, δυνατότητα burst mode) Έναντι άλλων τεχνολογιών πρόσβασης, το PON εξαλείφουν ένα μεγάλο μέρος του κόστους εγκατάστασης, συντήρησης, και διαχείρισης, το οποίο απαιτείται για την διασύνδεση με τις εγκαταστάσεις πελατών. Εντούτοις, ένα TDM-PON με διαμοίραση ισχύος έχει επίσης ορισμένα σημαντικά μειονεκτήματα. Τα σημερινά TDM-PON πρότυπα καθορίζουν τον μέγιστο ρυθμό μετάδοσης των γραμμών στα 2,5 Gbps και τη μέγιστη απόσταση συνδέσεων στα 20 χιλιόμετρα, με μια τυπική αναλογία διαχωρισμού (split ratio) στα 1:32. Στα οπτικά δίκτυα πρόσβασης πρώτης γενιάς, η σημαντικότερη ώθηση ήταν η οικονομική επέκταση, και ένα ΡON με διαμοίραση ισχύος ήταν η καταλληλότερη λύση. Σήμερα, το κόστος των οπτικών συσκευών έχει μειωθεί πολύ και οι μελέτες σχεδιασμού αρχίζουν να 106

107 γίνονται σημαίνουσες. Για να ξεπεραστούν μερικά από τα μειονεκτήματα ενός TDM-PON με διαμοίραση ισχύος, είναι επίσης διαθέσιμοι μερικοί διαφορετικοί τύποι των PONs: WDM PONs, WDM power splitting PONs, WDM PONs με επικάλυψη για broadcast. Χάρη στο WDM ένα PON μπορεί επίσης να δημιουργήσει μια εικονική σύνδεση point-topoint. Το WDM θεωρείται ως η ιδανική λύση για την αναβάθμιση των δυνατοτήτων των PONs χωρίς τη δραστική αλλαγή της υπάρχουσας υποδομής οπτικών. Επιπλέον διατηρεί πολλά από τα οφέλη του TDM-PON Point-to-point συνδέσεις: Ενεργός κόμβος (Active Node Ethernet Switch) Αντί της εγκατάστασης ενός PON, είναι επίσης δυνατό να επεκταθεί ένα ενεργό δίκτυο, που είναι παρόμοιο με ένα PON, αλλά έχει μερικές σημαντικές διαφορές. Η κύρια διαφορά είναι η αντικατάσταση του παθητικού splitter από έναν ενεργό κόμβο. Μια σημαντική συνέπεια είναι ότι είναι απαραίτητο ένα ηλεκτροφόρο καλώδιο (power line) μεταξύ του CO και του ενεργού κόμβου. Εκτός από μια διακλαδισμένη δενδρική αρχιτεκτονική όπως χρησιμοποιείται σε ένα PON, ένα ενεργό δίκτυο μπορεί επίσης να υλοποιείται με μια αρχιτεκτονική δακτυλίου ή αστέρα. Η επιλογή οποιασδήποτε ιδιαίτερης αρχιτεκτονικής εξαρτάται από τον τύπο υλοποίησης, τη διαθεσιμότητα και την τοπολογία της ίνας, το κόστος και τη διαθεσιμότητα του εξοπλισμού. Δεύτερον, αντί της διανομής του εύρους ζώνης μεταξύ πολλαπλών συνδρομητών, σε κάθε τελικό χρήστη παρέχεται αφιερωμένη σύνδεση που του παρέχει το συνολικό αμφίδρομο εύρος ζώνης. Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας τεχνικές SDM (Space Division Multiplexing) ή WDM. Λόγω της φύσης του, αυτός ο τύπος αρχιτεκτονικής αναφέρεται επίσης ως από-σημείο-σε-σημείο (point-topoint - P2P). Point-to-point συνδέσεις με έναν ενεργό κόμβο (Ethernet Switch) Αναφέρονται συνοπτικά τα βασικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της χρήσης ενός ενεργού κόμβου Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Υψηλότερο εύρος ζώνης Ανάγκη ενός ηλεκτροφόρου καλωδίου Υψηλότερη πιθανή απόσταση Πιο πολύπλοκη υποδομή καλωδίων Μεγαλύτερη ασφάλεια - Η τρίτη διαφορά στην αρχιτεκτονική του PON και του ενεργού κόμβου είναι ο περιορισμός της απόστασης. Σε ένα PON, ο πιο απομακρυσμένος συνδρομητής πρέπει να βρίσκεται σε 107

108 μια ακτίνα 10-20km από το CO, ανάλογα με το συνολικό αριθμό των διαμοιράσεων (μέγιστο 1:32). Αντίθετα, ένα ενεργό δίκτυο, έχει έναν περιορισμό απόστασης περίπου 80km, ανεξάρτητα από τον αριθμό συνδρομητών που εξυπηρετεί. Ο αριθμός συνδρομητών περιορίζεται μόνο από τους κόμβους μεταγωγής (switches) που χρησιμοποιούνται και όχι από την ίδια την υποδομή, όπως στην περίπτωση PON. Ο ενεργός κόμβος θα είναι χαρακτηριστικά ένα Ethernet Switch και ο διαθέσιμος ρυθμός μετάδοσης δεδομένων θα είναι πάνω από 10 Gbps Υβριδικό PON Επίσης, αναπτύσσονται υβριδικά PON τα οποία αποτελούν ένα συνδυασμό ενός ενεργού κόμβου και μιας αρχιτεκτονικής PON. Η εφικτή απόσταση είναι υψηλότερη από ότι στην περίπτωση χρησιμοποίησης ενός PON με διαμοίραση ισχύος. Παράλληλα, αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μια απλούστερη υποδομή σε σχέση με μια απολύτως ενεργή τοπολογία Υβριδικό PON Αναφέρονται συνοπτικά τα βασικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ενός υβριδικού PON: Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Υψηλή εφικτή απόσταση Ανάγκη ενός ηλεκτροφόρου καλωδίου Απλούστερη υποδομή απ' ότι στην - ενεργή τοπολογία 108

109 4.2.4 Reverse PON & Costumer Owned Last Mile Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί και παρουσιάζεται δειλά-δειλά η ιδέα των υποδομών οπτικών ινών που συνδέουν τελικούς χρήστες και ανήκουν στους ίδιους. Η πρόταση αυτή έρχεται σε «σύγκρουση» με τις υπάρχουσες κραταιές πολιτικές των τηλεπικοινωνιακών παρόχων και των service providers. Η εφαρμογή της ιδέας αυτής έχει αρχίσει να δοκιμάζεται σε διάφορα projects και πιλοτικές δράσεις ανα τον κόσμο. Γενικά, εισάγει αναγκαστικά την δημιουργία ανοικτών κόμβων συνεγκατάστασης (carrier neutral colo facilities), όπου οι «ιδιωτικές» οπτικές ίνες των τελικών χρηστών διασυνδέονται και δρομολογούν υπηρεσίες από τους service providers. Μια (η βασικότερη) από τις αρχιτεκτονικές που δημιουργείται καλείται reverse PON και ουσιαστικά αποτελεί την αντιστροφή της κλασικής αρχιτεκτονικής PON, με τον εξοπλισμό του πελάτη να παρέχει διακριτές «συνδέσεις» με διάφορους service providers. Παράλληλα, η ιδέα της υποδομής που ανήκει στον πελάτη μπορεί να λειτουργήσει και με άλλες αρχιτεκτονικής, όπως του ενεργού κόμβου κλπ. Ένα τυπικό παράδειγμα της αρχιτεκτονικής Reverse PON Αρχιτεκτονική Reverse PON Αναφέρονται συνοπτικά τα βασικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ενός υβριδικού PON. Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Ανάγκη για διαχείριση της οπτικής ίνας Υψηλή εφικτή απόσταση και του τερματικού εξοπλισμού από τον τελικό χρήστη Μεγαλύτερη ασφάλεια Υψηλό αρχικό κόστος απόκτησης Υψηλότερο εύρος ζώνης και - πλήρως διαχειρίσιμο Ευελιξία στην επιλογή services - 109

110 Το FTTH περιλαμβάνει ανάπτυξη παθητικής υποδομής δικτύου ανοιχτής πρόσβασης (open access) οπτικών ινών, το οποίο θα προσφέρει πρωτόγνωρες για τα ελληνικά δεδομένα ταχύτητες σύνδεσης, τουλάχιστον 100Mbps. To έργο εντάσσεται στο πλαίσιο της «Ψηφιακής Στρατηγικής », επεκτείνοντας τις ψηφιακές δομές και δίκτυα που έχουν ήδη αναπτυχθεί και παρέχοντας στη χώρα μας τη δυνατότητα να πρωτοπορήσει και να κερδίσει ένα πολύ μεγάλο αναπτυξιακό στοίχημα. Το ελληνικό κράτος έχει επιλέξει το Μοντέλο Παρόχου Υποδομής για την κατασκευή, συντήρηση και διάθεση του δικτύου, δηλαδή της σκοτεινής ίνας (dark fiber), σε όλους τους παρόχους επικοινωνίας, δίνοντάς τους την ευκαιρία να αναπτύξουν πλήθος εφαρμογών και υπηρεσιών με τελικό αποδέκτη τον Έλληνα χρήστη και διασφαλίζοντας, παράλληλα, στο ακέραιο τους όρους του ανταγωνισμού. Η υλοποίηση του έργου -με συνολική διάρκεια ανάπτυξης τα 7 έτη- θα γίνει εφαρμόζοντας το νόμο για τις Συμπράξεις Δημοσίου και Ιδιωτικού Τομέα (ΣΔΙΤ).Για την ταχύτερη ανάπτυξη του δικτύου, η Ελλάδα θα χωριστεί σε 3 γεωγραφικές περιοχές, που θα αντιστοιχούν σε 3 ΣΔΙΤ, θα ιδρυθεί Εταιρεία Ειδικού Σκοπού (ΕΕΣ) για κάθε ΣΔΙΤ με διάρκεια σύμπραξης 30 χρόνια, ενώ το κράτος θα καλύψει τα τέλη διαθεσιμότητας, που θα αντιστοιχούν σε ποσοστό της συνολικής επένδυσης του έργου. Πηγή εσόδων για τους παρόχους επικοινωνίας και περιεχομένου θα αποτελέσουν τα τέλη διάθεσης και χρήσης του παθητικού εξοπλισμού. Παράλληλα, με την οικονομική συνδρομή της Ελληνικής Πολιτείας μέσω των έργων ΣΔΙΤ, το σχέδιο του Υπουργείου Μεταφορών και Επικοινωνιών προβλέπει επιπλέον μέτρα, που θα βοηθήσουν αποφασιστικά στη γρήγορη και απροβλημάτιστη κατασκευή και ανάπτυξη του Δικτύου: Ενίσχυση του τελικού χρήστη, π.χ., καλύπτοντας μέρος του κόστους της κάθετης καλωδίωσης μέσω ΕΣΠΑ. 110

111 Παρέμβαση σε νομοθετικά και ρυθμιστικά θέματα, όπως είναι τα δικαιώματα διέλευσης για νέες και υφιστάμενες υποδομές, τα δικαιώματα διέλευσης κοινόχρηστων δικτύων, οι ρυθμίσεις πρόσβασης σε ιδιωτικά κτίρια, κοινόχρηστους χώρους κ.λπ. Καθορισμός των τεχνικών απαιτήσεων και προδιαγραφών για τα εσωτερικά δίκτυα ηλεκτρονικών επικοινωνιών, εξασφαλίζοντας τη σωστή και λειτουργική εγκατάσταση οπτικών ινών σε υφιστάμενα και νέο-ανεγερθέντα κτίρια. Η ανάπτυξη του Δικτύου Οπτικών Ινών, που καλύπτει μέχρι και το έσχατο άκρο (last mile) της σύνδεσης του τελικού χρήστη με το Διαδίκτυο (), αλλάζει την καθημερινότητα του Έλληνα πολίτη με πρωτοποριακές υπηρεσίες, που σήμερα πολίτες προηγμένων χωρών ήδη απολαμβάνουν: Πολύ γρήγορη και αξιόπιστη πρόσβαση στο Internet. Ραδιόφωνο, τηλεόραση, ταινίες (και απεριόριστες δυνατότητες για τις νέες τους μορφές). Διαδικτυακή τηλεόραση (IPTV) υψηλής ευκρίνειας. Προηγμένες εφαρμογές τηλε-εργασίας. Τηλε-διασκέψεις υψηλής ευκρίνειας. Περιήγηση σε τρισδιάστατους εικονικούς κόσμους (3D virtual worlds). Ολοκληρωμένες τηλε-ιατρικές υπηρεσίες. Διαδραστικά παιχνίδια, οργάνωση σε κοινότητες (Blogs, fora, social networking). Downloading services. Ταυτόχρονα, η λειτουργία του δικτύου οπτικών ινών θα ενισχύσει ουσιαστικά την ελληνική οικονομική δραστηριότητα: Προσφέροντας μία μοναδική ευκαιρία στη χώρα μας να διαδραματίσει πρωταγωνιστικό ρόλο στην ψηφιακή εποχή. Προσελκύοντας ιδιωτικές επενδύσεις. Καλύπτοντας το «ψηφιακό χάσμα» με τις χώρες της ευρωζώνης και διευκολύνοντας την Εθνική Ψηφιακή Σύγκλιση. Δημιουργώντας χιλιάδες νέες θέσεις εργασίας υψηλής εξειδίκευσης. Παρέχοντας ανταγωνιστικό πλεονέκτημα στην ελληνική αγορά τηλεπικοινωνιών. Προσφέροντας την απαραίτητη υποδομή σε όλους τους κλάδους της οικονομίας, ώστε να αναπτύξουν σύγχρονα και αποτελεσματικά συστήματα διοίκησης και παραγωγής. Ενθαρρύνοντας μία νέου τύπου επιχειρηματική ανάπτυξη, που θα στηρίζεται στις e- υπηρεσίες και θα μπορεί να αποτελέσει εξαγώγιμο προϊόν για τη χώρα μας. Αξιοποιώντας τα έργα δικτύων και υποδομών πρόσβασης επόμενης γενιάς, που χρηματοδοτήθηκαν στον «Άξονα 4» του Επιχειρησιακού Προγράμματος «ΚτΠ» (π.χ., 75 Μητροπολιτικά Δίκτυα). Το χρονοδιάγραμμα ενεργειών περιλάμβανε, έως το τέλος του 2008, την προετοιμασία του σχετικού φακέλου που είχε κατατεθεί υπό έγκριση στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή και στη συνέχεια την προώθησή του σε δημόσια διαβούλευση. Για την επόμενη χρονιά, αφού εγκριθεί το έργο από τη Διυπουργική Επιτροπή των ΣΔΙΤ, θα διεξαχθούν οι απαραίτητες διαδικασίες για το Διαγωνισμό Ανάθεσης Συμβούλου ΣΔΙΤ, ο οποίος θα προετοιμάσει την προκήρυξη του διεθνή διαγωνισμού μέσα στο Β' Εξάμηνο του

112 4.3 Οπτικές ίνες έως το x Οι Οπτικές ίνες έως το x (FTT x) είναι ένας γενικός όρος για οποιοδήποτε ευρυζωνικό αρχιτεκτονικό δικτύου που χρησιμοποιεί οπτικές ίνες για να αντικαταστήσει το σύνολο ή μέρος των συνήθων μετάλλων τοπικού βρόχου που χρησιμοποιείται για τελευταίο μίλι των τηλεπικοινωνιών. Ο γενικός όρος δημιουργήθηκε ως μια γενίκευση των διαφόρων συνθέσεων της εγκατάστασης ινών (FTTN, FTTC, FTTB, FTTH...), όλα αρχίζουν από FTT αλλά διαφοροποιημένη από την τελευταία επιστολή, η οποία αντικαθίσταται από ένα Χ στην γενίκευση. Ένα παραστατικό αποτυπώνουν το πώς οι FTTx αρχιτεκτονικές διαφέρουν - σε σχέση με την απόσταση μεταξύ των οπτικών ινών και των τελικών χρηστών. Το κτίριο στα αριστερά είναι η κεντρική υπηρεσία και στα δεξιά είναι ένα από τα κτήρια που εξυπηρετούνται από την κεντρική υπηρεσία. Διάστικτη ορθογώνια αντιπροσωπεύουν ξεχωριστό καθιστικό ή γραφειακών χώρων εντός του ίδιου κτιρίου. Ο κλάδος των τηλεπικοινωνιών διακρίνει μεταξύ πολλών ξεχωριστών συνθέσεων. Οι όροι στην πιο διαδεδομένη χρήση σήμερα είναι τα εξής: FTTN - Fiber-to-the-node - ίνα τερματίζεται σε ένα γραφείο από το δρόμο μέχρι αρκετά χιλιόμετρα μακριά από τις εγκαταστάσεις του πελάτη, με την τελική σύνδεση να είναι από χαλκό. FTTC - Fiber-to-the-υπουργικό συμβούλιο - αυτό είναι πολύ παρόμοιο με FTTN, αλλά το υπουργικό συμβούλιο του δρόμου είναι πιο κοντά στις εγκαταστάσεις του χρήστη Συνήθως σε απόσταση 300μ. 112

113 FTTB - Fiber-to-the-κτίριο ή Fiber-to-the-υπόγειο η ίνα φτάνει στα όρια του κτιρίου, όπως είναι το υπόγειο σε μονάδα πολυκατοικία, με την τελική σύνδεση με τα επιμέρους ζωτικής σημασίας χώρου που γίνονται μέσω εναλλακτικών μέσων. FTTH - Fiber-to-the-home -η ίνα φτάνει το όριο του ζωτικού χώρου, όπως ένα πλαίσιο στο εξωτερικό τοίχο ενός σπιτιού. FTTP - Fiber-to-εγκαταστάσεις - αυτός ο όρος χρησιμοποιείται σε διάφορα πλαίσια: ως όρος κουβέρτα και για τις δύο έννοιες FTTH και FTTB, ή όπου το δίκτυο οπτικών ινών περιλαμβάνει τόσο τα σπίτια όσο και τις μικρές επιχειρήσεις. Για την προώθηση της συνοχής, ειδικά κατά τη σύγκριση FTTH σε ρυθμούς διείσδυσης μεταξύ των χωρών, τα τρία Συμβούλια FTTH της Ευρώπης, Βόρειας Αμερικής και της Ασίας-Ειρηνικού συμφώνησαν επί ορισμών για FTTH και FTTB. Τα Συμβούλια FTTH δεν έχουν επίσημους ορισμούς για FTTC και FTTN. Αξίζει να σημειωθεί ότι δίκτυα ινών με το περίβλημα των τηλεπικοινωνιών (FTTE) δεν θεωρείται ότι αποτελεί μέρος της ομάδας FTTx των τεχνολογιών, παρά την ομοιότητα στο όνομα. FTTE είναι μια μορφή δομημένης καλωδίωσης που χρησιμοποιούνται συνήθως στην επιχείρηση σε τοπικό δίκτυο, όπου καλώδιο ίνας χρησιμοποιείται για να συνδέσει την κύρια αίθουσα εξοπλισμού πληροφορικής σε έναν θάλαμο κοντά στο γραφείο ή το σταθμό εργασίας. Ομοίως, η περιεκτικότητα σε φυτικές ίνες-to-the-desk μιας σύνδεσης οπτικών ινών είναι εγκατεστημένο από την κύρια αίθουσα υπολογιστών σε ένα τερματικό στο γραφείο Πλεονεκτήματα των ινών στο δίκτυο πρόσβασης Οι ταχύτητες των καλωδίων οπτικών ινών και χαλκού και οι δύο περιορίζονται από το μήκος, αλλά του χαλκού είναι πολύ πιο αισθητά περιορισμένα από αυτή την άποψη. Για παράδειγμα, gigabit Ethernet λειτουργεί σε σχετικά οικονομικά 5e κατηγορία, κατηγορία 6, ή επαυξημένης κατηγορία 6 αθωράκιστο συνεστραμμένο ζεύγος χάλκινων καλωδίων, αλλά μόνο στα 100 μέτρα. Ωστόσο, πάνω από το σωστό είδος των ινών, Gigabit Ethernet μπορεί να φτάσει εύκολα αποστάσεις δεκάδων χιλιομέτρων. Ακόμη και στον εμπορικό κόσμο, οι περισσότεροι υπολογιστές έχουν καλώδια επικοινωνίας χαλκού. Αλλά αυτά τα καλώδια είναι σύντομα για συνήθως λίγων δεκάδων μέτρων. Τα περισσότερα μητροπολιτικά δίκτυα (π.χ., εκείνες που βασίζονται στο τηλέφωνο ή καλωδιακής τηλεόρασης) είναι μήκους πολλών χιλιομέτρων, στην περιοχή όπου καλώδια ινών υπερτερούν σημαντικά επί του χαλκού. Αντικατάσταση τουλάχιστον ένα μέρος από αυτές τις συνδέσεις με οπτικές ίνες μειώνει τα υπόλοιπα τμήματα του χαλκού και τους επιτρέπει να τρέχουν πολύ πιο γρήγορα. Οι Fiber διαμορφώσεις που θέτουν το δικαίωμα στην ίνα στο κτίριο να μπορεί να προσφέρει τις υψηλότερες ταχύτητες από τα υπόλοιπα τμήματα που μπορεί να χρησιμοποιήσει κατ 'αποκοπή Ethernet ή ομοαξονικού καλωδίου. Οι Fiber διαμορφώσεις είναι ότι η μετάβαση στου χαλκού σε ένα γραφείο από τον δρόμο είναι γενικά πολύ μακριά από τους χρήστες για τις τυποποιημένες διαμορφώσεις Ethernet σε σχέση με τα υπάρχοντα καλώδια χαλκού. Χρησιμοποιούν κατά κανόνα VDSL στο (downstream) ταχύτητες της τάξεως αρκετών δεκάδων megabits ανά δευτερόλεπτο. Fiber συχνά λέγεται ότι «είναι», διαχρονικότητα, διότι η ταχύτητα της ευρυζωνικής σύνδεσης είναι συνήθως όταν περιορίζεται από το τερματικό εξοπλισμό και όχι η ίδια η ίνα, που επιτρέπει τουλάχιστον ορισμένες βελτιώσεις ταχύτητας από αναβαθμίσεις εξοπλισμού πριν από την ίνα όταν αυτό καθαυτό, πρέπει να αναβαθμιστεί. Ακόμα, ο τύπος και το μήκος του επιλεγέντος απασχολούνται από ίνες π.χ. εναντίον πολύτροπη μόνο τρόπο μεταφοράς, είναι καθοριστικής σημασίας για την ισχύ του για τις μελλοντικές υψηλές gigabit συνδέσεις. 113

114 4.3.2 Fiber στον κόμβο Ίνας στον κόμβο (FTTN), που ονομάζεται επίσης και της οπτικής ίνας σε γειτονιά ή ίνες με το υπουργικό συμβούλιο (FTTCab), είναι μια αρχιτεκτονική τηλεπικοινωνιών που βασίζεται σε οπτικές ίνες, τα καλώδια καταλήγουν σε ένα γραφείο που εξυπηρετεί μια γειτονιά. Οι πελάτες συνήθως μπορούν να συνδεθούν με αυτό το υπουργικό συμβούλιο τη χρήση παραδοσιακών ομοαξονικού καλωδίου ή συνεστραμμένο ζεύγος καλωδίων. Η περιοχή που εξυπηρετείται από το υπουργικό συμβούλιο είναι συνήθως μικρότερη από μέτρα, με ακτίνα και μπορεί να περιέχει αρκετές εκατοντάδες πελάτες. (Σε περίπτωση που το υπουργικό συμβούλιο εξυπηρετεί μια περιοχή μικρότερη από 300 μέτρα σε ακτίνα τότε η αρχιτεκτονική είναι, συνήθως, ονομάζεται ινών στο κράσπεδο του πεζοδρομίου.) Ίνας στον κόμβο επιτρέπει την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών, όπως Internet υψηλής ταχύτητας. Υψηλή ταχύτητα τα πρωτόκολλα επικοινωνίας, όπως η ευρυζωνική πρόσβαση στο καλώδιο (συνήθως DOCSIS ) ή κάποια μορφή DSL χρησιμοποιούνται από το υπουργικό συμβούλιο και τους πελάτες. Οι ταχύτητες δεδομένων ποικίλουν ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη από το ακριβές πρωτόκολλο και σύμφωνα με το πόσο κοντά ο πελάτης είναι στο υπουργικό συμβούλιο. Σε αντίθεση με τις ανταγωνιστικές ίνες στις εγκαταστάσεις της τεχνολογίας, της οπτικής ίνας σε κόμβο συχνά χρησιμοποιεί το υπάρχον ομοαξονικό ή συνεστραμμένου ζεύγους υποδομή για την παροχή τελευταίο μίλι υπηρεσίας. Για το λόγο αυτό, ίνα στον κόμβο είναι λιγότερο δαπανηρή για την ανάπτυξη. Σε μακροπρόθεσμο, ωστόσο, το δυναμικό εύρος ζώνης της είναι περιορισμένη σε σχέση με τις εφαρμογές που φέρνουν την ίνα ακόμα πιο κοντά στο συνδρομητή Ινών στο τελευταίο ενισχυτή Η FTTLA είναι τα αρχικά του Fiber To The Last Ενισχυτή. Τα καλώδια δικτύου να είναι σε θέση να χρησιμοποιούν διάφορους ενισχυτές, η FTTLA αποσκοπεί στην αντικατάσταση του ομοαξονικού καλωδίου στον τελευταίο ενισχυτή (προς το συνδρομητή) με οπτική ίνα. Λειτουργεί ως μια νέα τεχνολογία με στόχο την εκ νέου χρησιμοποιώντας τα καλώδια του δικτύου υφιστάμενων ιδίως στο τελευταίο μέρος κατά την εγκατάσταση των οπτικών ινών πιο στενά με τον συνδρομητή, ενώ χρησιμοποιώντας το ομοαξονικό καλώδιο των καλωδίων δικτύων για την " last mile "ή" τελευταία μέτρα "συνδέονται με τον συνδρομητή. Οπτικές ίνες έως το τελευταίο ενισχυτή (FttLA)ο κόμβος είναι ένα αποτελεσματικό εργαλείο για την ανάπτυξη οπτικών ινών βαθύτερα στο CATV αρχιτεκτονική δικτύου και να προσθέσετε πιο επιθυμητές πτυχές της κλιμάκωσης (απόδοσης και της αξιοπιστίας), οι οποίες είναι απαραίτητες όταν οι νέες υπηρεσίες (π.χ. «triple play», video on demand, gaming), έχουν ενταχθεί. Η FTTLA είναι μια τεχνολογία η οποία βοηθά την υβριδική ίνα-ομοαξονική δικτύου καλωδιακής τηλεόρασης να παρέχουν στους πελάτες τους μεγαλύτερο εύρος ζώνης. Χρησιμοποιώντας την αντικατάσταση όλων των ομοαξονικών, ενεργού εξοπλισμού από τους κόμβους (οπτικό δέκτη) με υψηλή απόδοση ισχύος (έως 117 dbuv). Το ομοαξονικό συντηρείται από τον κόμβο προς τον πελάτη χωρίς κανέναν ενεργό εξοπλισμό στο μεταξύ. Από την οπτική του αποστολέα στον κόμβο, χρησιμοποιεί την ίνα η οποία χωρίζεται από 4 ή 8, ανάλογα με την απόσταση και την ισχύ εξόδου του οπτικού αποστολέα (6-16 dbm). Επίσης, IM2, IM3 και C / N είναι έτοιμη να τροποποιηθεί για ένα καλύτερο δίκτυο και έχει επίσης άλλα οφέλη, όπως η εξοικονόμηση ενέργειας στο δίκτυο, όπως η κατανάλωση ενέργειας είναι χαμηλότερη από ένα κανονικό δίκτυο HFC (έως 40%). 114

115 4.3.4 Ινών στο κράσπεδο του πεζοδρομίου Η Ίνα στον περιορισμό (FTTC) είναι ένα τηλεπικοινωνιακό σύστημα που βασίζεται σε οπτικές ίνες, τα καλώδια καταλήγουν σε μια πλατφόρμα που εξυπηρετεί πολλούς πελάτες. Κάθε ένας από τους πελάτες αυτούς διαθέτει σύνδεση με αυτή της πλατφόρμας μέσω ομοαξονικού καλωδίου ή συνεστραμμένου ζεύγος. Ίνας στον περιορισμό επιτρέπει την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών, όπως Internet υψηλής ταχύτητας. Υψηλή ταχύτητα τα πρωτόκολλα επικοινωνίας, όπως η ευρυζωνική πρόσβαση στο καλώδιο (συνήθως DOCSIS ) ή κάποια μορφή DSL χρησιμοποιούνται από το υπουργικό συμβούλιο και τους πελάτες. Οι ταχύτητες δεδομένων ποικίλουν ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη ακριβές πρωτόκολλο και σύμφωνα με το πόσο κοντά ο πελάτης είναι στο υπουργικό συμβούλιο. Τα FTTC είναι διακριτικά διακρίνεται από FTTN ή FTTP (όλες οι εκδόσεις του ίνας στο Loop). Η κύρια διαφορά είναι η τοποθέτηση του υπουργικού συμβουλίου. Το FTTC θα τοποθετηθεί κοντά στη «συγκράτηση» η οποία διαφέρει από το FTTN οποία τοποθετείται μακριά από τον πελάτη και FTTP που τοποθετείται ακριβώς στη ως προς σερβίρισμα θέση. Σε αντίθεση με τις ανταγωνιστικές ίνες, έως τις εγκαταστάσεις, η (FTTP) τεχνολογία, η οπτική ίνα έως την συγκράτηση μπορεί να χρησιμοποιήσει το υπάρχον ομοαξονικό ή συνεστραμμένου ζεύγους υποδομή για την παροχή υπηρεσιών ως τελευταίο χιλιόμετρο. Για το λόγο αυτό, η ίνα στο κράσπεδο του πεζοδρομίου κοστίζει λιγότερο για την ανάπτυξη. Ωστόσο, έχει επίσης χαμηλότερο δυναμικό εύρος ζώνης από τις οπτικές ίνες στις εγκαταστάσεις. Στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής και τον Καναδά, τη μεγαλύτερη ανάπτυξη των FTTC διεξήχθη από BellSouth Τηλεπικοινωνιών. Με την εξαγορά της BellSouth από την AT & T, η εγκατάσταση FTTC θα τελειώσει. Οι μελλοντικές αναπτύξεις θα πρέπει να βασίζονται είτε σε FTTN ή FTTP. Υφιστάμενη εγκατάσταση FTTC μπορούν να αφαιρεθούν και να αντικατασταθούν με FTTP Fiber στους χώρους Fiber στους χώρους είναι μια μορφή οπτικών ινών επικοινωνίας παράδοση κατά την οποία μια οπτική ίνα μπορεί να τρέχει από την κεντρική υπηρεσία σε όλη τη διαδρομή στον χώρο που καταλαμβάνεται από το συνδρομητή. Οι Fiber στις εγκαταστάσεις είναι συχνά συντομογραφία με το ακρωνύμιο FTTP. Ωστόσο, αυτό το ακρωνύμιο έχει γίνει ασαφής και μπορεί αντ 'αυτού να αναφέρεται σε μια μορφή οπτικής ίνας σε περιορισμό που οι ίνες που καταλήγει σε μια πόλο χρησιμότητας χωρίς την επίτευξη των χώρων FTTH εναντίον FTTB Οι Fiber στους χώρους μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ανάλογα με το όπου η οπτική ίνα καταλήγει: FTTH (οπτικές ίνες έως το σπίτι) είναι μια μορφή οπτικής ίνας παράδοσης επικοινωνίας κατά την οποία η ίνα εκτείνεται από το κεντρικό γραφείο σε συνδρομητή που ζει σε ο χώρος εργασίας. Μετά τον συνδρομητή που ζουν ή εργάζονται στο χώρο, το σήμα δύναται να μεταφερθεί σε ολόκληρο τον χώρο που χρησιμοποιεί κάθε μέσο, συμπεριλαμβανομένων συνεστραμμένο ζεύγος, ομοαξονικό καλώδιο, ασύρματο, επικοινωνία γραμμής ρεύματος, ή οπτικής ίνας. FTTB (ίνα στο κτίριο, που ονομάζεται επίσης ίνα στο υπόγειο) είναι μια μορφή οπτικής ίνας παράδοσης επικοινωνίας κατά την οποία η οπτική ίνα τερματίζει πριν 115

116 από πραγματικά να φθάσει στους συνδρομητές που ζουν ή εργάζονται στο ίδιο διάστημα, αλλά έχει ως σκοπό την ιδιότητα να περιέχουν την εν λόγω κατοικία ή εργασίας του χώρου. Το σήμα μεταφέρεται στην τελική απόσταση χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε μη οπτικά μέσα, συμπεριλαμβανομένων των συνεστραμμένο ζεύγος, ομοαξονικό καλώδιο, ασύρματο ή ισχύς line επικοινωνία. Εξ ορισμού, FTTB ισχύει υποχρεωτικά μόνο για τα ακίνητα τα οποία περιέχουν πολλές ίνες που ζουν ή εργάζονται σε αυτούς τους χώρους. Ένα διαμέρισμα ή κτίριο μπορεί να αποτελέσει ένα παράδειγμα της διάκρισης μεταξύ FTTH και FTTB. Εάν μια ίνα λειτουργεί σε ένα πάνελ στο διαμέρισμα του κάθε συνδρομητή, αυτό είναι FTTH. Αν, αντίθετα, η ίνα πηγαίνει μόνο όσον αφορά το κτίριο διαμερισμάτων κοινόχρηστο ηλεκτρικό δωμάτιο, τότε αυτό είναι FTTB Άμεση ινών Η απλούστερη οπτικού δικτύου διανομής μπορεί να κληθεί απευθείας ινών. Σε αυτή την αρχιτεκτονική, κάθε ίνα στην έξοδο από την κεντρική υπηρεσία πηγαίνει ακριβώς σε έναν πελάτη. Τα δίκτυα αυτά μπορούν να παρέχουν εξαιρετικό εύρος ζώνης δεδομένου ότι κάθε πελάτης παίρνει τη δική του ιδιαίτερη ίνα κατ επέκταση σε όλη τη διαδρομή προς το κεντρικό γραφείο. Ωστόσο, η προσέγγιση αυτή είναι περίπου 10% πιο δαπανηρά λόγω ποσότητα φυτικών ινών και κεντρικής υπηρεσίας που απαιτείται τον μηχανολογικό εξοπλισμό του. Η προσέγγιση αυτή γενικά προτιμάται από τους νεοεισερχόμενους και με ανταγωνιστικές επιχειρήσεις. Ένα πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι δεν αποκλείει καμία Layer 2 τεχνολογίες δικτύωσης, είτε πρόκειται για παθητικό οπτικό δίκτυο, Active Optical Network, κλπ. Από κανονιστική άποψη οδηγεί σε τουλάχιστον επιπτώσεις, όπως κάθε μορφή κανονιστικό μέτρο εξακολουθεί να είναι δυνατή χρήση αυτής της τοπολογίας. Συχνότερα κάθε ίνα την έξοδο από την κεντρική υπηρεσία είναι πραγματικά παράμετροι που συμμερίζονται και πολλοί πελάτες. Δεν είναι, έως ότου μια ίνα να παίρνει σχετικά κοντά στους πελάτες ότι θα χωρίζεται σε επιμέρους πελάτη συγκεκριμένων ινών. Υπάρχουν δύο ανταγωνιστικές οπτικές αρχιτεκτονικές δικτύου διανομής, το οποίο την επίτευξη αυτού του split: ενεργή οπτικών δικτύων (AONs) και παθητικά οπτικά δίκτυα (γέφυρα). Ενεργά οπτικό δίκτυο : 116

117 117

118 Η Σύγκριση που δείχνει πώς μια τυπική σύνδεση ενεργού δικτύου οπτικών χειρίζεται κατάντη της κυκλοφορίας με διαφορετικό τρόπο από ό, τι μια τυπικού δικτύου. Ο τύπος του ενεργού δικτύου οπτικών εμφανίζεται σε ένα δίκτυο αστέρα με ικανή multicasting. Ο τύπος του παθητικού που εμφανίζονται στο δίκτυο οπτικών είναι ένα δίκτυο αστέρι που έχει πολλαπλές θραύστες στεγάζοντας στο ίδιο κουτί. Ενεργός οπτικών δικτύων βασίζονται σε κάποιο είδος της ηλεκτροκίνητες εξοπλισμού Οπτική Δικτύου Διανομής (ODN) για τη διανομή του σήματος, όπως ένα διακόπτη ή δρομολογητή. Κανονικά, οπτικά σήματα με ανάγκη μετασχηματισμού OEO σε ODN. Κάθε σήμα που εξέρχονται από το κεντρικό γραφείο απευθύνεται μόνο στον πελάτη για τον οποίο προορίζεται. σήματα που εισέρχονται από τους πελάτες πρέπει να αποφευχθεί η σύγκρουση στη διασταύρωση επειδή ο εξοπλισμός κινούμενος παρέχει εκεί buffering. Από το 2007, ο πιο κοινός τύπος των ενεργών οπτικών δικτύων καλούνται να δραστηριοποιούνται ως Ethernet, ενός τύπου Ethernet στο πρώτο μίλι (EFM). Ενεργός Ethernet χρησιμοποιεί οπτικό Ethernet switches για τη διανομή του σήματος, ενσωματώνοντας έτσι τους πελάτες»τις εγκαταστάσεις του και την κεντρική υπηρεσία σε ένα γιγαντιαίο μεταγωγής Ethernet δίκτυο. Τα δίκτυα αυτά είναι πανομοιότυπα με τα δίκτυα υπολογιστών Ethernet που χρησιμοποιούνται σε επιχειρήσεις και πανεπιστημιακά ιδρύματα, εκτός από το ότι σκοπός τους είναι να συνδέσετε τα σπίτια και κτίρια σε μια κεντρική υπηρεσία, αντί να συνδέσετε υπολογιστές και εκτυπωτές σε μια πανεπιστημιούπολη. Κάθε αλλαγή από το υπουργικό συμβούλιο μπορεί να χειριστεί μέχρι και πελάτες, αν και είναι πιο χαρακτηριστική. Ο εξοπλισμός αυτός από γειτονιά εκτελεί στρώματος 2 / Layer 3 μεταγωγής και δρομολόγησης, την εκφόρτωση του πλήρες Layer 3 routing για το κεντρικό γραφείο του μεταφορέα. Το IEEE 802.3ah πρότυπο επιτρέπει στους παρόχους υπηρεσιών να παρέχουν έως και 100 Mbit / s full-duplex πάνω από ένα single-mode με οπτικές ίνες για τους χώρους, ανάλογα με τον πάροχο. Ταχύτητες 1Gbit / s καθίστανται διαθέσιμα στο εμπόριο Παθητική οπτικού δίκτυο 118

119 Κύριο άρθρο: Παθητική οπτικό δίκτυο Το παθητικό οπτικό δίκτυο (PON) είναι ένα point-to-multipoint, η ίνα στην αρχιτεκτονική δικτύου εγκατάστασης στις οποίες τροφοδοτείται με ρεύμα οι οπτικοί διαχωριστές που χρησιμοποιούνται για να καταστεί δυνατή μια ενιαία οπτική ίνα για να εξυπηρετήσει πολλαπλούς χώρους, συνήθως Μια τέτοια διάρθρωση PON μειώνει την ποσότητα του εξοπλισμού ενός γραφείου ινών και των κεντρικών που απαιτούνται σε σχέση με το δείκτη του ποντικιού στην αρχιτεκτονική πάνω σε σημείο. Οι μεταγενέστεροι σηματοδοί που προέρχονται από την κεντρική υπηρεσία μεταδίδονται σε κάθε εγκατάσταση του πελάτη που μοιράζονται μια ίνα. Για κρυπτογράφησης χρησιμοποιείται για την πρόληψη από υποκλοπές. Ανάντη σήματα συνδυάζονται με τη χρήση πολλαπλών πρωτοκόλλων πρόσβασης, πάντοτε πολλαπλής πρόσβασης καταμερισμού χρόνου (TDMA). Η OLTs "εύρος" του βάρος, προκειμένου να παράσχει τις αναθέσεις σε ωράριο ανάντης επικοινωνίας. Ηλεκτρική μερίδα Μόλις την ιδιωτική ιδιοκτησία, το σήμα ταξιδεύει συνήθως στην τελική απόσταση από τον εξοπλισμό του τελικού χρήστη χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό σήμα μορφής. Μια συσκευή που ονομάζεται Δικτύου Οπτικών Terminal (ONT), που επίσης ονομάζεται Δικτύου Οπτικών Μονάδας (ONU), μετατρέπει το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα. (ONT είναι ITU-T όρο, ενώ η ONU είναι μια IEEE όρος, αλλά οι δύο όροι σημαίνουν ακριβώς το ίδιο πράγμα.) Οπτικά τερματικά δικτύου απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία τους, ώστε ορισμένοι πάροχοι μπορούν να συνδεθούν με back-up συσσωρευτών των διακοπών ρεύματος. Οπτικές μονάδες με χρήση δικτύου λεπτών ταινιών φίλτρο της τεχνολογίας για τη μετατροπή μεταξύ των οπτικών και ηλεκτρικών σημάτων. Για οπτικές ίνες έως το σπίτι και για ορισμένες μορφές ίνας στο κτίριο, είναι σύνηθες για τα υφιστάμενα συστήματα του τηλεφώνου του κτιρίου, στα τοπικά δίκτυα και συστήματα καλωδιακής τηλεόρασης να συνδέσετε απευθείας στο ONT. Αν και τα τρία συστήματα δεν μπορούν να έχουν άμεση πρόσβαση στον ONT, είναι δυνατόν να συνδυαστούν τα σήματα και τη μεταφορά τους σε ένα κοινό μέσο. Αφού πιο κοντά στον τελικό χρήστη, εξοπλισμός όπως δρομολογητής, μόντεμ, ή / και διασύνδεσης δικτύου, ενότητα που μπορούμε να διαχωρίσουμε τα σήματα και να τα μετατρέπουν σε το κατάλληλο πρωτόκολλο. Για παράδειγμα, μια λύση για πολυκατοικίες για χρήσεις VDSL για το συνδυασμό στοιχείων (ή / και video) με τη φωνή. Με την προσέγγιση αυτή, το συνδυασμένο σήμα ταξιδεύει μέσα από το κτίριο πάνω από την υπάρχουσα τηλεφωνική καλωδίωση μέχρι να φτάσει στο χώρο του τελικού χρήστη. Αφού εκεί, μια VDSL modem με αντίγραφα των δεδομένων και των σημάτων βίντεο και να τα μετατρέπει σε πρωτόκολλο Ethernet. Αυτές είναι στη συνέχεια που αποστέλλονται μέσω του τελικού χρήστη με κατηγορία 5e καλώδιο. Μια λειτουργική μονάδα διασύνδεσης δικτύου μπορεί στη συνέχεια να διαχωριστεί από το σήμα βίντεο και να το μετατρέψει σε ένα σήμα RF που στέλνονται μέσω του τελικού χρήστη με ομοαξονικό καλώδιο. Το σήμα φωνής εξακολουθεί να κινείται πάνω από την καλωδίωση του τηλεφώνου και να στέλνεται μέσω DSL φίλτρα για την εξάλειψη της με τα δεδομένα σημάτων βίντεο. Μια εναλλακτική στρατηγική επιτρέπει στα δεδομένα ή και τη φωνή που πρέπει να μεταδοθεί μέσω ομοαξονικού καλωδίου. Σε μία ακόμα στρατηγική, ορισμένα κτίρια γραφείων σας απαλλάσσει από την τηλεφωνική καλωδίωση συνολικά, αντί να χρησιμοποιεί τη φωνή μέσω πρωτοκόλλου Internet στα τηλέφωνα που μπορείτε να συνδέσετε απευθείας στο τοπικό δίκτυο. 119

120 4.4 Αύξηση Ζήτησης Ευρυζωνικών Συνδέσεων: Με σταθερούς ρυθμούς συνεχίζουν να αυξάνονται οι ευρυζωνικές συνδέσεις σε παγκόσμιο επίπεδο. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τις τελευταίες εκτιμήσεις της Point Topic, ο αριθμός τους στο τέλος του 2010 έφθασε τα 523,07 εκατ. παρουσιάζοντας μία άνοδο της τάξης του 11,98% σε ετήσια βάση και 2,73% σε σχέση με το γ' τρίμηνο του 2010.Οι νέες συνδέσεις ήταν περίπου στα 13,9 εκατ. στο δ' τρίμηνο, άρα μέσα στο εύρος των εκατ. που κυμαίνονται σε τριμηνιαία βάση οι νέες συνδέσεις τα τελευταία χρόνια. Συνολικά, το 2010 οι νέες ευρυζωνικές συνδέσεις έφθασαν τα 56 εκατ. 4.5 DSL Όσον αφορά την τεχνολογία που χρησιμοποιείται, το DSL είναι η πιο δημοφιλής τεχνολογία καθώς χρησιμοποιείται στο 63,36% των ευρυζωνικών συνδέσεων. Στη δεύτερη θέση είναι τα καλωδιακά δίκτυα (cable) -τα οποία δεν έχουμε στην Ελλάδα- με 20,34% και τέλος οι οπτικές ίνες έχουν το 13,8% των ευρυζωνικών συνδέσεων, υπάρχουν δηλαδή 72,29 εκατ. τέτοιου τύπου συνδέσεις. Αξίζει να επισημανθεί ότι πάνω από το 81% των συνδέσεων οπτικών ινών βρίσκεται στην Ασία και κυρίως στην Κίνα, την Ιαπωνία και τη Νότια Κορέα. 120

121 Εικόνα 1 σύνδεση δικτύου ftth Εικόνα 1 σύνδεση δικτύου dsl 121

122 Εικόνα 2 Στο 18,6% η διείσδυση της ευρυζωνικότητας στην Ελλάδα Στο 18,6% η διείσδυση της ευρυζωνικότητας στην Ελλάδα στο τέλος του Α εξαμήνου 2010, ο ρυθμός αύξησης παραμένει μεγαλύτερος σε σχέση με τον Ευρωπαϊκό μέσο όρο. Το συνολικό μέγεθος των σταθερών ευρυζωνικών συνδέσεων ανέρχεται σε παρουσιάζοντας αύξηση κατά 20,1% σε σχέση με το αντίστοιχο διάστημα του προηγούμενου έτους και κατά 9,8% σε σχέση με το προηγούμενο εξάμηνο. 122

123 Η συντριπτική πλειοψηφία των ευρυζωνικών γραμμών είναι τεχνολογίας DSL, ήτοι Ακόμη, υπάρχουν περί των ευρυζωνικών συνδέσεων λοιπών τεχνολογιών (π.χ. μισθωμένες γραμμές, γραμμές οπτικών ινών, κλπ). Η δυναμική της ζήτησης παρουσιάζει αύξηση το Α εξάμηνο του 2010 σε σχέση με το προηγούμενο. Συγκεκριμένα, κάθε μήνα του τελευταίου εξαμήνου πραγματοποιούνται κατά μέσο όρο περί των νέων συνδέσεων (έναντι το Β εξάμηνο του 2009). Συνεπώς, καταγράφεται αύξηση της τάξης του 15,4% στο μέγεθος που εκφράζει τo μέσο πλήθος νέων συνδέσεων ανά μήνα. Πάντως αξίζει να αναφερθεί ότι η αύξηση αυτή οφείλεται κυρίως στο Α τρίμηνο του 2010 γιατί κατά το Β τρίμηνο οι νέες συνδέσεις μειώθηκαν κατά 45% σε σχέση με αυτές που πραγματοποιήθηκαν στο προηγούμενο, γεγονός που πολύ πιθανόν να οφείλεται και στην κρίσιμη οικονομική συγκυρία η οποία οδήγησε και σε λήψη οικονομικών μέτρων κατά την περίοδο αυτή. Σε ό,τι αφορά την εγχώρια ευρυζωνική επίδοση σε σχέση με την υπόλοιπη Ευρώπη, η Ελλάδα καταλαμβάνει την 23η θέση στα 27 κράτη μέλη σε όρους ευρυζωνικής διείσδυσης, όμως σε ό,τι αφορά την αύξηση του βαθμού ευρυζωνικής διείσδυσης κατά το διάστημα από 1/1/2009 έως και 1/1/2010, στην Ελλάδα ήταν σχεδόν διπλάσια από το μέσο Ευρωπαϊκό όρο κατατάσσοντάς την στην τρίτη θέση της ΕΕ, επιβεβαιώνοντας τη μεγάλη δυναμική ανάπτυξης της ευρυζωνικότητας στο διάστημα αυτό. Σε γενικές γραμμές, η πτωτική τάση του μέσου όρου των τιμών συνεχίστηκε και στο Α εξάμηνο του Ο αριθμός των συνδρομητών που χρησιμοποιούσαν συνδυαστικά πακέτα ήταν στο τέλος του Α Εξαμήνου του ( πακέτα double play, πακέτα triple play) δηλαδή το 71% των ευρυζωνικών συνδέσεων στην Ελλάδα προέρχονται από τα πακέτα αυτά έναντι 54% ένα χρόνο πριν, γεγονός που φανερώνει τη σαφή προτίμηση των καταναλωτών προς αυτά. Η μέση ονομαστική ταχύτητα των συνολικών γραμμών τεχνολογίας DSL στην Ελλάδα αυξήθηκε σημαντικά στα 13,7 Mbps από 11,12 Mbps που ήταν στο προηγούμενο εξάμηνο. Mobile Broadband Ο αριθμός των ενεργών συνδρομητών, δηλαδή αυτών που κατά το τελευταίο τρίμηνο χρησιμοποίησαν υπηρεσίες δεδομένων 3G (πρόσβαση σε περιεχόμενο Web/Internet, πρόσβαση σε περιεχόμενο Online Gaming κ.λ.π.) έφθασε τον Ιούνιο του 2010 τους 123

124 (διείσδυση στον πληθυσμό 11,3%) εκ των οποίων οι (βαθμός διείσδυσης 2,1%)4 έκαναν χρήση καρτών για πρόσβαση στο Internet από φορητούς υπολογιστές, μέσω δικτύων 3G. Σε σχέση με τα αντίστοιχα νούμερα του Β εξαμήνου του 2009 σημειώθηκε μείωση περίπου 7% του αριθμού των συνολικών ενεργών συνδρομητών και αύξηση περίπου 7,5% του αριθμού των συνδρομητών που κάνουν χρήση καρτών κινητού internet. 4.6 Παράγοντες Κόστους FTTH Το κόστος εξαρτάται από: Αρχιτεκτονική FTTH Τιμή Υλικών Διαθεσιμότητα Υποδομών (υπόγεια/εναέρια) Χαρακτηριστικά εδάφους/υπεδάφους Κόστος εργατικών Urban/Suburban/Rural (σπίτια/km 2 ) 4.7 Κόστος Υλοποίησης ανά τεχνολογία ανά περιοχή Περιοχές: Α: Αγροτική B: Αστική C: Απομακρυσμένη 124

125 4.8 Κόστος υλοποίησης σε διαφορετικές αγορές 125