Referaat - valguskaabel (1)

10

Sisukord

Sisukord 1
Sissejuhatus 2
Valguskaabli ajalugu 3
Valguskaabel 5
Kaod valguskaablis 7
Valguskaabli tööpõhimõte 8
Kokkuvõte 9
Kasutatud kirjandus 10

Sissejuhatus

Kuna tänapäeva infoühiskonnas on inimestevaheline suhtlemine äärmiselt oluline, siis selle tulemusena valisin referaadi teemaks valguskaablid. Tutvustan lühidalt fiiberoptilise kaabli ajalugu ning üritan selgeks teha, miks just eelistatakse tänapäeval valguskaablit. Samuti seletan lahti nende kaablite tööpõhimõtte. Üritan veel välja uurida fiiberoptilise kaabli head ja vead.

Valguskaabli ajalugu

Valguskaablite tööpõhimõte avastati 19-ndal sajandil. Mees nimega John Tyndall tegi 1870-ndal aastal katse, kus ta kasutas kahte anumat. Nimelt lasi ta veel voolata ühest anumast teise. Kuna katse tehti päikeselise ilmaga, siis oli näha, et veejuga täitus valgusega . Valgus levis veejoas siksakiliselt ning valguse levimise suund ühtis vee voolu suunaga ( Pilt 1 ).
Pilt 1. John Tyndalli eksperiment
Mees nimega William Wheeling patendeeris 1880-ndal aatsal valguse edastamise meetodi, mida kutsutakse „valguse torustamiseks“ ( inglise keeles „piping light “ ). Wheeling uskus, et kasutades peeglitega torusid , suudab ta saata valgust ühest toast teise samamoodi, nagu me tänapäeval saadame vett torustikuga üle maja laiali. Kõigest hoolimata, polnud see idee jätkusuutlik. Samal aastal leiutas Alexander Graham Bell optilise hääle edastamise süsteemi, millele ta pani nimeks „photophone“. See seadeldis kasutab valgust, et kanda inimese häält 200 meetri kaugusele.
Valguskaablite tehnoloogia hakkas kiirelt arenema 20-nda sajandi teisel poolel. 1950-ndatel tekitas teadlastele kõige rohkem „peavalu“ see, et kaablites leviv valgus kadus kuskile ära ning selle tulemusena ei olnud võimalik valgust edastada pikkade vahemaade taha. Motiveeritud teadlased leidsid sellele probleemile lahenduse, hakates kasutama nn. klaas-kaableid. Nendes kaablites levis valgus kaabli tuumas, mida ümbritses klaasjas kate. ( Pilt 2 ).
Pilt 2. Optiline kaabel klaasja kattega

Valguskaabel

Valguskaablid ehk fiiberoptilised kaablit arendati välja põhiliselt mandritevahelise side tagamiseks, kuid tänapäeval on nad kasutuses ka väga paljues muudes valdkondades. Selle kaabli suurteks eelisteks on:

Väga suur läbilaskevõime ( kaablis palju kiude , teoreetiliselt läbilaskevõime ühes kius kuni 25 THz, praktiliselt kasutatakse praegu enamasti 10-40 GHz).

Väike signaali sumbuvus .
Kui võrrelda vaskkaablit ja valguskaablit, siis fiiberoptilise kaabli plussid vaskkaabli ees on:

Suurem ribalaius

Suurem häirekindlus

Väiksem kaal ja diameeter

Sobib hästi info edastamiseks just digitaalsel kujul, mitte analoogkujul.
Siiski on valguskaablil ka üks miinus , võrreldes vaskkaabliga. Nimelt on valguskaabli installeerimine ja hooldamine tunduvalt kallim, kui vaskkaablil.
Fiiberoptiline kaabel koosneb mitmest fiiberoptilisest kiust. Fiiberoptiline kiud
koosneb omakorda kolmest kihist :

Sisemine kvartskiud ehk südamik (core). Kvartskius liigub valguslaine .

Südamikku katab optiliselt hõredamast materjalist kattekiht (cladding). Kattekihi eesmärgiks on peegeldada valguslaine tagasi südamikku.

Kattekihti katab väliskate, mis kaitseb kaablit väliste vigastuste eest.
Pilt 3. Valguskaabli ehitus
Optilised fiibrid jagatakse kahte suurde rühma:

Monomoodilised ehk ühemoodilised (mono-mode, single mode). Ühemoodilistel on väga peenike südamik (diameeter 9 μm) ja nendes levib infrapunane laserkiirgus (λ = 1300..1550 nm).
Pilt 4. Ühemoodiline kaabel

Multimoodilised (multi-mode). Multimoodiliste fiibrite südamik on paksem (diameeter 50...62,5 μm) ja nendes levib üheaegselt mitu erinevat kiirt – infrapunane kiirgus (λ = 850...1300 nm), mis on tekitatud valgusdioodide (Light Emitting Diode ehk LED) poolt.
Pilt 5. Multimoodiline kaabel

Kaod valguskaablis

Täieliku sisepeegelduse efekt on oma iseloomult kadudeta ning seetõttu võib valguslaine levida fiibris väga kaugele. Vähesel määral valguslaine siiski sumbub . Peamiselt on see põhjustatud:

Mehaanilistest teguritest, kus sumbuvus sõltub näiteks optiliste fiibrite ühenduskohtade ja pistikute kvaliteedist, samuti fiibri painderaadiusest.

Tehnoloogilistest teguritest, kus sumbuvus sõltub kvartskiu ja kattekihi materjalist, nende kvaliteedist, aga ka lainepikkusest.
Tänapäeval on optilise fiibri sumbuvus 1 GHz sagedusel suurusjärgus 0,2-2 dB/km
(võrdluseks: koaksiaalkaablis on 1 Mhz sagedusel sumbuvus 2,5 dB/km ja 1 GHz
sagedusel 50 dB/km). Sumbumist põhjustab signaali hajumine keskkonna ebatasasustel ehk laine levimine mitte ainult vajalikus suunas. Mida suurem on lainepikkus , seda vähem valgust fiibris hajub ja seda vähem kiirgus sumbub.

Valguskaabli tööpõhimõte

Valguskaabli töö põhimõte on selles, et elekrti impulss töödeldakse valgus impulsiks, see levib mööda valguskaablit, ning muudetaks hiljem jälle elektriimpulsiks tagasi.
Pilt 6. Valguskaabli tööpõhimõte
Valgussaatja võib olla mingisugune valgus diood (LED [light emitting diode]) või siis laser (ILD [injection laser diode]) . Valgussaatja lülitab ennast sisse ja välja ja valgustundlik vastuvõtja kaabli teises otsas taastab valgus signaali taas algkujule (digitaalseks).

Kokkuvõte

Kokkuvõtteks saab öelda, et valguskaabel on üks tähtsamaid 20-nda sajandi leiutisi, ilma milleta poleks tänapäeva ühiskond selline, nagu me teda tunneme . Mandritevaheline ( samuti mandrite sisene ) infovahetus oleks tunduvalt aeglasem või isegi osaliselt piiratud. Selle tulemusena ei oleks saanud ühiskond areneda nii kiiresti nagu ta on seda senimaale teinud. Võiks öelda, et inimeste plaan vahetada senised vaskkaablid valguskaablite vastu, tundub olevat igati mõistlik otsus, vaatamata sellele, et paigaldus ja hooldus on tunduvalt kallim.

Kasutatud kirjandus

Fiber -Optics. http://www.fiber-optics.info/history 04.01.2010
The basics of fiber optic cable. http://www.arcelect.com/fibercable.ht m 04.10.2010
Kiudoptika . http://www.vallaste.ee/index.htm?Type=UserId&otsing=645 04.10.2010
Kiudoptika. http://www.lr.ttu.ee/irm/transmissioon/pdf/Optilised_sidesysteemid_kiudoptika.pdf 04.10. 2010