Žilinská univerzita v Žiline KATEGORIZÁCIA OPTICKÝCH ...

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Katedra experimentálnej elektrotechniky
KATEGORIZÁCIA OPTICKÝCH PRENOSOVÝCH MÉDIÍ PRE
TELEKOMUNIKAČNÉ SIETE
PETER KUBAĽÁK
2008
1

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
KATEGORIZÁCIA OPTICKÝCH PRENOSOVÝCH MÉDIÍ PRE
TELEKOMUNIKAČNÉ SIETE
BAKALÁRSKA PRÁCA
PETER KUBAĽÁK
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra experimentálnej elektrotechniky
Študijný odbor :
TELEKOMUNIKÁCIE
Vedúci bakalárskej práce : Ing. Jozef Letovič
Stupeň kvalifikácie : bakalár (Bc.)
Dátum odovzdania práce : 6.6. 2008
LIPTOVSKÝ MIKULÁŠ 2008
2

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
3

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ABSTRAKT
Kubaľák, Peter: Kategorizácia optických prenosových médií pre telekomunikácie
(Bakalárska práca). Žilinská Univerzita v Žiline. Elektrotechnická fakulta. Katedra
experimentálnej elektrotechniky. Detašované pracovisko Liptovský Mikuláš. 2008. 70
strán.
Cieľom tejto bakalárskej práce je kategorizovať a analyzovať súčasné optické
prenosové médiá, ktoré sa najviac využívajú a uplatňujú pre telekomunikačné siete. Práca
obsahuje analýzu súčasných optokomunikačných systémov a ich špecifiká. Ďalej sa tiež
zaoberá delením optických vlákien, ich parametrami a následne tiež princípom spájania
optických vlákien. V závere práca obsahuje popis a zhrnutie súčasných multiplexných
metód pri prenose po optickom vlákne.
Cieľom práce bolo analyzovať novo používané optokomunikačné systémy
a následne aj jednotlivé prvky, ktoré tieto systémy obsahujú. Zo širokého množstva
informácií, ktoré už o optickej komunikácií existujú, som do práce vybral a zhodnotil len
také údaje, ktoré sú pre dané použitie najvhodnejšie a ktoré majú veľký význam aj do
budúcnosti optokomunikačných systémov.
ABSTRAKT
Kubaľák, Peter: Categorisation of optical transmission units for telecommunication
(Bachelor work).University of Žilina, Electrotechnical Faculty, Department of
Experimental Electrical Engineering, Detached Institute Liptovský Mikuláš. 2008.70
pages.
The objective of my bachelor work is to classify and analyze present optical
transmission units which are most used and exercised for telecommunicative network. My
work contains an analyse of the present optocommunicative systems and their
specifications. It deals with classification of optical fibres, their parameters and
consecutively principle of connection of optical fibres. It contains description and
summary of present multiplex methods near transmission of optical fibres in the end of
my bachelor work.
4

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
The objective of my bachelor work was to analyze new using optocommunicative
systems and consecutively their separate components, which these systems contain. I
chose and evaluated the most suitable dates from wide range of existing information into
my bachelor work. The optimal dates are used and very important for optocommunicative
systems in the future.
ANOTAČNÝ ZÁZNAM
Kategorizácia optických prenosových médií pre telekomunikačné siete.
Optokomunikačné systémy, optické vlákna, káble a ich parametre, Multiplexory,
technológia TDM WDM
5

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ÚVOD ................................................................................................................................ 10
1 ANALÝZA SÚČASTNÝCH OPTOKOMUNIKAČNÝCH SYSTÉMOV ICH
ŠPECIFIKÁ ...................................................................................................................... 11
1.1 DVE ŠPECIFICKÉ VLASTNOSTI OPTOELEKTRONIKY .............................................. 11
1.2 PERSPEKTÍVA OPTICKEJ VLÁKNOVEJ KOMUNIKÁCIE ........................................... 11
1.3 SÚČASNÉ OPTOKOMUNIKAČNÉ SYSTÉMY ............................................................ 12
2 ROZDELENIE OPTOELEKTRONICKÝCH SYSTÉMOV NA PRENOS
A ZOBRAZOVANIE – FYZIKÁLNE ZÁKLADY. ..................................................... 20
2.1 OPTICKÉ PRENOSOVÉ SYSTÉMY ........................................................................... 21
2.2 OPTICKÉ ZOBRAZOVACIE SYSTÉMY ..................................................................... 24
2.2.1 Ideálny optický systém ................................................................................... 25
2.2.2 Reálny optický systém .................................................................................... 25
2.2.3 Kvalita optických systémov ............................................................................ 29
3 OPTICKÉ VLÁKNA, ICH ROZDELENIE, CHARAKTERISTIKY,
PARAMETRE OPTICKÝCH KÁBLOV ...................................................................... 30
3.1 TYPY OPTICKÝCH VLÁKIEN ................................................................................. 30
3.1.1 Vlákno so skokovou zmenou indexu lomu ...................................................... 31
3.1.2 Vlákno s plynulou zmenou indexu lomu (gradientné)............................. 34
3.2 CHARAKTERISTIKY OPTICKÝCH VLÁKIEN ........................................................... 37
3.2.1 Číselná numerická apertúra .......................................................................... 37
3.2.2 Väzobné straty ................................................................................................ 38
3.2.3 Disperzia ........................................................................................................ 42
3.2.4 Mechanické vplyvy ......................................................................................... 42
3.3 OPTICKÉ KÁBLE .................................................................................................. 43
4 PRINCÍP OPTICKÉHO SPOJA NA PRENOS INFORMÁCIÍ ......................... 47
4.1 SPÁJANIE OPTICKÝCH VLÁKIEN: .......................................................................... 47
4.1.1 Trvalé spoje: .................................................................................................. 48
4.1.2 Konektory: ...................................................................................................... 49
4.2 KATEGORIZÁCIA ZDROJOV OPTICKÉHO ŽIARENIA: .............................................. 51
4.2.1 Elektroluminiscenčné diódy: .......................................................................... 51
6

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
4.2.2 Injekčné laserové diódy: ................................................................................ 54
4.2.3 Opticky čerpané lasery YAG: ......................................................................... 55
4.3 DETEKTORY OPTICKÉHO ŽIARENIA ..................................................................... 56
4.3.1 Základné druhy fotodiód ................................................................................ 56
4.3.2 Fotodiódy P-I-N ............................................................................................. 57
4.3.3 Lavinové fotodiódy ......................................................................................... 58
4.3.4 Fototranzistory ............................................................................................... 59
5 MULTIPLEXORY, TECHNOLÓGIA TDM A WDM ........................................ 61
5.1 MULTIPLEX S ČASOVÝM DELENÍM - TDM ........................................................... 62
5.2 MULTIPLEX S VLNOVÝ DELENÍM - WDM ............................................................ 65
ZÁVER .............................................................................................................................. 68
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY: ........................................................................ 69
7

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ZOZNAM POUŽITÝCH SKRATIEK
LED
PCS
PIN
APD
LAN
SM
MM
FTTx
OLT
ONT
ONU
SDH
AON
PON
CWDM
DWDM
FSO
OKS
WDM
TDM
EDFA
ASK
FSK
PSK
DPSK
IOS
TM
TE
NA
LSZH
PE
IRED
- Light Emitting Diode
- Plastic Clad Silica
- typ fotodiódy: Avalanche Photo Diode
- lavinová dióda: Avalanche Photo Diode
- Local Area Network
- Single Mode
- Multy Mode
- Fiber To The x – typy optických prístupových sietí
- Optical Line Termination
- Optical Network Termination
- Optical Network Unit
- synchrónna digitálna hierarchia
- Active Optical Network
- Pasive Optical Network
- Coarse Wavelenght Division Multiplexing
- Dense Wavelenght Division Multiplexing
- Free Space Optics
- optokomunikačný systém
- Wavelenght Division Multiplexing
- Time Division Multiplexing
- erbium-doped fiber amplifier
- amplitude-shift keying
- Frequency-shift keying
- Phase-shift keying
- kľúčovanie diferenciálnym posuvom fázy
- ideálny optický systém
- transverzálne magnetické vidy
- transverzálne elektrické vidy
- numerická apretúra
- Low Smoke Zero Halogen – s ochranou proti ohňu
- polyetylénový plášť
- Infrared Emitting Diode
8

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
LD
YAG
LFD
APD
FDM
OTDM
CDM
STDM
- Laser Diode
- Yttrium aluminium garnet - typ laseru
- lavinová fotodióda
- Avalanche Photo Diode
- Frequency-Division Multiplex
- optický časový multiplex
- Code-Division Multiplex
- Statistical Time-Division Multiplex
9

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ÚVOD
Optické vlákna sa v súčasnosti stali novým prenosovým médiom, ktoré už
v širokej miere nahradzuje doteraz používané metalické vodiče. Optické vlákna ako
prenosový prostriedok sa rýchlo uplatnili v praxi hlavne vďaka množstvu výhod oproti
metalickým vodičom. Medzi najpodstatnejšie výhody patria, vysoké prenosové rýchlosti,
veľká šírka prenosového pásma a tiež aj odolnosť voči elektrostatickému
a elektromagnetickému rušeniu.
Moja práca je venovaná kategorizácií optických prenosových médií pre
telekomunikačné siete. K tejto téme existuje v súčasnej dobe množstvo literatúry,
množstvo delení a kategorizovaní a teda aj množstvo rôznych názorov na túto konkrétnu
problematiku. Preto cieľom moje práce bolo z takto veľkého množstva informácií vybrať
to najvhodnejšie, pre danú tému, a objektívne to zhodnotiť. Do práce som vybral také
údaje, ktoré sú podľa mňa v súčasnom vývoji optických komunikácií najdôležitejšie
a majú význam aj do budúcnosti.
Podľa môjho názoru je trendom súčasnosti v optokomunikačných systémoch
stavba a tvorba optických sietí, preto som prvú kapitolu tejto práce venoval hlavne tejto
rozvíjajúcej sa oblasti. Venoval som sa hlavne typom prístupových sietí a tiež aj optickej
komunikácií cez priestorovú optiku.
V ďalšej časti som zhodnotil prenos analógového signálu, ktorý už postupne
vypadáva a nahrádza ho prenos v digitálnej forme.
Existuje množstvo delení a charakteristík optických vlákien. Do tejto práce som
však zhodnotil len tie, ktoré sú pre využitie v telekomunikačných sieťach najvodnejšie.
Do práce som zahrnul v súčasnosti najpoužívanejšie typy optických káblov.
Podstatnou časťou práce je aj kategorizovanie zdrojov a detektorov optického
žiarenia vzhľadom pre dané zameranie.
V závere práce som zanalyzoval multiplexné metódy TDM a WDM a tiež som
popísal a zhodnotil ich súčasné modifikácie. Z novo používaných metód multiplexovania
som sa venoval hlavne metóde OTDM.
10

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
1 ANALÝZA SÚČASTNÝCH OPTOKOMUNIKAČNÝCH
SYSTÉMOV ICH ŠPECIFIKÁ
Optokomunikačné systémy považujeme za nový smer pri spracovávaní a prenose
informácií na hranici medzi optikou a elektronikou. OPTOELEKTRONIKOU nazývame
časť rádioelektroniky. Podstata optoelektroniky je vo vhodnom využití procesov premeny
elektrických signálov na optické a optických na elektrické pri súčasnom využití akusticko
– optických, optoelektronických a iných fyzikálnych javov a procesov.
1.1 DVE ŠPECIFICKÉ VLASTNOSTI OPTOELEKTRONIKY
1) Optický signál sa na rozdiel od elektrického vyznačuje dvoma priestorovými
súradnicami. Tento signál vzhľadom na to môže byť modulovaný nielen v čase, ale i v
priestore. V dôsledku toho je optický zväzok z hľadiska prenosu informácií sústavou,
ktorá je zložená z veľkého počtu navzájom spojených paralelných kanálov.
2) V optoelektronike sú nosičmi náboja elektricky neutrálne fotóny, čo spôsobuje
izoláciu optickej väzby z čoho vyplývajú najmä tieto výhody:
- dobrá elektrická izolácia medzi vstupom a výstupom,
- jednosmernosť spojenia (nedôjde k spätnému pôsobeniu výstupu na vstup),
- nevyžadujú sa mechanické kontakty,
- nevnáša sa kmitočtové obmedzenie,
- miniaturizácia zariadení nie je nijak ohraničená.
(Černák, 2000)
1.2 PERSPEKTÍVA OPTICKEJ VLÁKNOVEJ KOMUNIKÁCIE
V súčasnosti je perspektíva optickej vláknovej komunikácie v použití všade tam, kde
boli doteraz použité metalické vodiče, vrátane koaxiálnych káblov a podobne.
V súčasnosti sa ako zdroje svetla pre optické komunikačné systémy používajú LED,
alebo polovodičový (prípadne iný) laser. Optické vlákna sú celo sklenené na báze SiO 2 ,
alebo celo plastové a PCS (Plastic Clad Silica), kde je jadro optického vlákna zo skla a
plášť zo silikónu. V súčastnej dobe je bežná dĺžka optického vlákna bez spojovania väčšia
ako 10 km. Ako detektor sa používa PIN (Positive Intrinsic Negative) fotodióda, alebo
lavínová fotodióda APD (Avalanche Photo Diode). Vo vysielači sa elektrický signál
11

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
nesúci informáciu konvertuje na optický signál, nasleduje jeho prenos a v prijímači sa
naspäť konvertuje z optického na elektrický signál.
Modulácia optického signálu môže byť dvoch druhov a to buď digitálna alebo
analógová. Pri digitálnej sa optická informácia prenáša v binárnom tvare. Vysielač
pracuje, ako elektro - optické hradlo, ktoré emituje svetlo len keď je na výstupe úroveň H
a neemituje svetlo, keď je úroveň L. Pri analógovej sa intenzita svetelného lúča z lasera,
(alebo LED) mení spojite v závislosti od pôsobiaceho modulačného signálu. Na dlhých
optických trasách je niekedy nutné zaradiť tzv. retranslátory, ktoré sú zložené s optického
prijímača, impulzného zosilňovača, regenerátora optického signálu a optického vysielača.
Dnes vďaka kvalitným optickým vláknam sa dá bez retranslátorov bez problémov
preklenúť vzdialenosť rádovo až stovky kilometrov.
1.3 SÚČASNÉ OPTOKOMUNIKAČNÉ SYSTÉMY
V rámci komunikačných systémov je v dnešnej dobe najrýchlejšie rozvíjajúcou sa
oblasťou tvorba optických sietí. Doposiaľ boli optické siete z dôvodu vysokej ceny
vyhradené len pre metropolitné siete alebo diaľkové dátové trasy. Najnovšie prepočty
firiem poskytujúcich komunikačné služby ukazujú, že cena za komplexné IP riešenie
komunikačných systémov (dáta, hlas vrátane IP telefónnej ústredne, IP kamery, EZS,
EPS, prístupové systémy) na optických vláknach v rámci objektu je minimálne
porovnateľná s cenou samostatných riešení od viacerých dodávateľov na tradičných
metalických vedeniach.
Vlastnosti optických vlákien, ako veľká šírka prenosového pásma, odolnosť voči
vonkajším elektromagnetickým rušivým poliam a dosahované prepojované vzdialenosti
medzi komunikujúcimi zariadeniami, predurčujú tieto vlákna jednoznačne na to, aby sa
stali hlavným prenosovým médiom dátových sietí v najbližších rokoch. Spomenuté
vlastnosti optických vlákien, dané ich fyzikálnymi vlastnosťami umožňujú použitie
výrobkov lídrov svetového trhu v danej oblasti. Pre optické vlákna je to značka Belden
CDT , konektory a spojky AMP LightCrimp, Coreling, 3M fiberlok.
V LAN sieťach, založených na optických vláknach, zabezpečujú optické kabelážne
systémy najnáročnejšie prepojenia jednotlivých používateľských staníc alebo
komunikačných celkov do sieťového prostredia. Technológie optických vlákien ponúkajú
12

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
vlastnosti, ktoré nie je možné dosiahnuť inou technológiou, ako je eliminácia rušenia,
vysoká spoľahlivosť alebo maximálna výkonnosť. Súčasné množstvo rôznych nových
typov optických vlákien a konektorov a pokrokové technológie spracovania dovoľujú
zákazníkovi zvážiť investície do plne optickej siete, ktoré navyše ponúkajú veľmi
výhodný pomer cena/výkon v porovnaní s klasickou metalickou technológiou
Optické vlákna so svojimi parametrami umožňujú svoju použiteľnosť v prostrediach
s významným vonkajším rušením, napríklad v rádiokomunikačných zariadeniach, alebo
tam, kde z bezpečnostných a iných dôvodov sa musia minimalizovať vysielané emisie. To
je napríklad pri zdravotníckych zariadeniach, vládnych, finančných, poisťovacích a iných
inštitúciách s veľkou informačnou prevádzkou. Tu do tejto skupiny zaraďujeme aj
rozsiahle inštalácie, kde LAN sieť presahuje 100m limit. Kabeláže pracovných miest rieši
optika limitom média (MM vlákna 2000m) s najvyššou výkonnosťou prepojenia.
Špičková výkonnosť, ktorá je spojená s unikátnymi vlastnosťami optiky, prináša
zákazníkovi nadčasové riešenie a tým ochranu jeho investícií.
Aktuálny stav optickej infraštruktúry na Slovensku:
Hlavní predstavitelia:
Telekomunikační operátori:
Alternatívni operátori:
Dodávatelia, poskytovatelia služieb:
Mestá:
Poskytovatelia internetu:
Podniky s líniovým prostredím:
T-com, Orange, T-mobile
ŽSR, Energotel, GTS Nextra
SITEL, MEMOREX, AMITEL
Zvolen, Lipt.Mikuláš, Trnava
SANET, BONET, ďalší
SEPS, SPP, TP, NDS
Celkom k dispozícií 15000km optických trás transportných optických sietí.
Celkom k dispozícií 1000km metropolitných a regionálnych optických sietí.
Celkom k dispozícií ? km prístupových optických sietí FTTx.
k dispozícií PoP- kolakačné centrum, prepojenie optiky do zahraničia.
13

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Aktivity územnej samosprávy v oblasti budovania optickej
infraštruktúry:
1.Zvolen
– metropolitná optická sieť ZOMES
– vlastník mesto Zvolen
– financovanie z vlastných prostriedkov
– prvý návrh v r. 1994
– prvé pripojenia TU Zvolen 1Gbit/s v r.2002
– pripojenie MÚ Zvolen 100 Mbit/s v r. 2004
– štúdie v r. 2004, projekty v r.2005
– rozšírenie do r 2010 nekomerčné využitie
– rozšírenie po r.2010 komerčné využitie
– technológia Gigabitový Ethernet
– služby na báze IP protokolu
– financovanie so ŠF EU a kofinancovanie MÚ
2.Trnava
– metropolitná optická sieť TOMNET
– vlastník mesto Trnava
– financovanie z vlastných prostriedkov
– prvý návrh v r.2005
3. Liptovský Mikuláš
– metropolitná optická sieť LIPTOVNET
– spoluvlastníctvo mesta Liptovský Mikuláš
– financovanie 40% mesto + 60% súkromný kapitál
– prvý návrh v r.2005
Technológia optických káblov je presadená ako dominantná technológia chrbticových
sietí a výkonných medzinárodných a transkontinentálnych prepojení.
Väčšie uplatnenie optiky vo výstavbe miestnych sietí sa oneskorilo najmä z
ekonomických dôvodov, pretože návratnosť investičných nákladov vyžadovala optimálne
využitie výkonnosti tejto technológie. Situácia sa však postupne mení s rozvojom
poskytovania a využívania širokopásmových služieb a narastá počet prevádzkovateľov,
14

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ktorí modernizujú pôvodnú metalickú štruktúru prístupových sietí vkladaním optických
úsekov alebo budujú nové optické prístupy k rôznym inštitúciám, ale aj do domácností.
Optické prístupové siete FTTx (Fibre-To The- x)
Optické prístupové siete, voláme ich tiež pasívne optické siete sú menej nákladným
riešením a ich rozvoj sa predpokladá práve v súvislosti s požiadavkou zaistiť prístup
pomocou optiky do domácností (FTTH- Fiber To The Home).
Označenie pasívna optická sieť nie je presné, pretože pasívnymi prvkami sú tu jedine
rozbočovače, ostatné prvky sú aktívne. Rozbočovač len rozdeľuje optický signál do
požadovaného počtu dielčích dopredných smerov (alebo opačne združí prichádzajúce
signály od jednotlivých užívateľov), ale jeho činnosť nesúvisí so žiadnymi úpravami
signálu teda je pasívnym prvkom. Obojsmerný prenos je možné riešiť buď
samostatnými vláknami alebo vlnovým rozdelením.
Pasívna optická sieť sa skladá na strane ústredne zo zakončenia optického vedenia
(Optical Line Termination – OLT), na ktoré sa pripájajú optické rozbočovače. K nim sa
pripája obmedzený počet sieťových jednotiek (Optical Network Unit – ONU alebo tiež
Optical Network Termination – ONT). Vzdialenosť medzi OLT a ONU môže byť až
niekoľko desiatok kilometrov.
Optický prístup je nezávislý na protokoloch vyšších vrstiev, takže bez problémov
pracuje ako optická transportná sieť SDH (Synchronous Digital Hierarchy), tak Fast
Ethernet, Gigabit alebo 10 Gigabit Ethernet.
FTTx siete – ich technológia reprezentuje veľmi atraktívny návrh pre poskytovanie
širokopásmových služieb koncových užívateľov a stáva sa efektívnym riešením optických
prístupových sietí. Inštalácia technológie v týchto sieťach vedie vždy k riešeniu
závislému od zvolenej architektúry siete v kombinácii s predpokladanou skladbou
poskytovaných služieb. Jedným zo základných faktorov ovplyvňujúcich kvalitu
prenášaných služieb je celkový útlm trás porovnávaný s dynamickým rozsahom systému
a tiež kontrola útlmu odrazu, obzvlášť systému s prenosom analógového videosignálu.
Pasívne optické rozdeľovače alebo rozbočovače (splitter) umožňujú zdieľať kapacitu
siete pre rádovo desiatky užívateľov.
15

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ONU (Optical Network Unit) prevádza optický signál prijatý od optického
rozbočovača na špecifické šírky pásma a posiela ich ďalej do smerovačov, pobočkové
ústredne, prepínače alebo iné sieťové zariadenia užívateľa. ONU tiež poskytuje možnosť
prevádzať optický signál na elektrický pre ďalšie spracovanie (multiplexovanie v
doprednom a spätnom smere).
ONU môže byť umiestnená v dome alebo mimo domu. K zakončovacej jednotke sa
môžu pripájať lokálne alebo domáce siete, napríklad sieť Ethetnet. Okrem toho má toto
zakončovacie zariadenie ďalšie porty :
- pre pripojenie boxu
- pre službu video na vyžiadanie (Video-on-Demand, VoD)
- pre pripojenie bežných telefónov
Pre zabezpečenie informácií pred ich zneužitím v inom ONU, pracujúcej na rovnakej
prístupovej ceste k OLT (Optical Line Termination), sa vykonáva šifrovanie dát.
Prenosové médium sa skladá z jedného alebo dvoch jednovidových vlákien.
Obojsmerná komunikácia je zabezpečená buď vlnovým delením na jedinom vlákne alebo
jednosmernou prevádzkou na dvoch vláknach.
V poslednej dobe sa riešenia pasívnych optických sietí realizujú aj na báze Ethernetu.
Toto riešenie umožňuje vyššiu rýchlosť, jednoduchosť (naviazanie na koncové lokálne
siete) a rozšíriteľnosť.
Optické vlákna prenikajú v telekomunikačnej infraštruktúre stále bližšie ku
koncovému užívateľovi širokopásmového pripojenia a služieb. Je to spôsobené
predovšetkým poklesom cien optických komunikačných technológií a skutočnou
„širokopásmovosťou“ optického vlákna, ako prenosového média. To znamená, že keď sa
chce zabezpečiť vysoká prenosovú kapacitu káblovej trasy, bez optického vlákna to
nejde. Preto sú v transportných a prenosových sieťach optické prenosové systémy bežnou
záležitosťou. S rastúcimi nárokmi na šírku pásma v prístupovej sieti sa optické vlákna
veľmi rýchlo začínajú presadzovať aj v Slovenskej republike. Svetové prognózy hovoria
o boome technológie FTTx.
16

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Optická prístupová sieť FTTx
O projektoch „optika až do domu/bytu“ (Fibre to the Home) sa v odbore optickej
komunikácie hovorilo už minimálne 15 rokov. Až teraz nastáva reálna ekonomická
situácia pre uplatnenie tejto myšlienky. Ak zvažujeme, že cena za realizáciu trasy v
prístupovej sieti optickým vláknom spadla na rovnakú hodnotu ako je cena realizácie
pripojenia klasickým metalickým káblom, a že cena aktívnych optických prvkov nutných
pre komunikáciu po vlákne v prístupovej sieti za optickú prípojku tiež výrazne klesla,
technológia FTTx sa zdá ako veľmi vhodná.
Pri realizácii skutočne kvalitného návrhu služieb Triple Play (telefón-televíziainternet),
sa v prístupových sieťach jednoznačne uplatní vo väčšej či menšej miere
využitie optického vlákna.
Preto označujeme projekty podľa toho, kam až sa dá s optikou smerom k účastníkovi
prísť:
FTTC (Fibre- To- The- Curb) – k okraju chodníka,
FTTCab (Fibre- To- The- Cabinet) – do rozvádzača,
FTTP (Fibre- To- The- Premises) – do areálu,
FTTB (Fibre- To- The- Building) – do budovy,
FTTH (Fibre- To- The- Home) – do domu/bytu,
FTTO (Fibre- To- The- Office) – do kancelárie
FTTD (Fibre- To- The- Desk) – na stôl.
V reálnom prípade nie je ani tak dôležité, ako jednotlivý projekt pomenujeme, ale akú
optickú technológiu zvolíme. Prirodzenou požiadavkou pre úspešné nasadenie
technológie je, aby bola variabilná a modulárna tak, aby sa dali jednotlivé stavebné bloky
pružne kombinovať podľa konkrétnych podmienok projektu. Potom môžu byť v jednej
prístupovej sieti vedľa seba prípojky FTTH, FTTC, FTTB atď. alebo by sa mohla sieť
plynulo rozvíjať a postupne prichádzať s vláknom čoraz bližšie k účastníkovi.
Aktívna optická sieť
Okrem pasívnych optických sietí existujú tiež aktívne optické siete (Active Optical
Network – AON), ktoré prepojujú jednotky ONU prostredníctvom aktívnych sieťových
prvkov ako sú napr. opakovače, rozbočovače či multiplexory/demultiplexory (elektricky
napojené), ktoré rozdeľujú a v opačnom smere združujú signály medzi jednotlivými
17

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
časťami optickej siete. Výhodou AON proti PON (Pasive Optical Network) je zaistenie
podstatne väčších dosahov, nevýhodou u AON sú vyššie náklady na ich budovanie.
Prístupy po optike cez vlnový multipex CWDM
Pre väčšie uplatňovanie prístupu cez optické vlákno bola prínosom technológia
DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing), ktorá umožňuje prenášať po jednom
optickom vlákne osemdesiat (teoreticky ešte viac) kanálov 2,5Gbit/s (s rôznou vlnovou
dĺžkou), t.j. celkový dátový tok 200Gbit/s. Uplatnenie tejto technológie umožnilo
zníženie nákladov na kladenie optických káblov s viacnásobným využitím vlákien, ale
nerástli pritom technické požiadavky a tým aj náklady na ostatné optické prvky siete.
Novšia a jednoduchšia technológia CWDM (Coarse Wavelenght Division
Multiplexing) s menším počtom kanálov prenášaných po jednom vlákne sa v praxi
presadila súbežne s vydaním odporúčania ITU-T G.695 a priniesla v porovnaní s DWDM
približne 30% úspor na nákladoch. Nové odporúčanie umožňuje využívať kapacitu od 8
do 16 kanálov pre dvojvláknové trakty a od 2+2 do 8+8 kanálov v prípadoch, keď sa
vlákno využíva na obojsmerný prenos.
Ďalšie odporúčanie ITU-T G.959.1 umožňuje štvornásobne zväčšiť kapacitu
optických prenosových systémov zo súčasných 10Gbit/s na 40Gbit/s. To by malo
umožniť znížiť náklady na prenos jedného bitu vrátane nákladov na údržbu a manažment
siete - celkovo až o 40%.
Technológia CWDM spolu s modernými metódami ukladania optických káblov
využívajúcimi existujúce inžinierske siete (ukladanie do kanalizácie, do rozvodov plynu
a elektrickej energie) približuje perspektívu realizácie širokopásmového optického
prístupu väčšiemu počtu užívateľov.
Prístup cez priestorovú optiku
Technológie FSO patrí do kategórie bezdrôtových technológií prenosu napriek
historicky zaužívanému priradeniu tohto pojmu rádiovým prenosom.
Medzi najvýraznejšie výhody FSO patrí:
• vysoká rýchlosť prenosu (typicky do 2,5 Gbit/s)
• vysoká bezpečnosť prenosu (proti prieniku a odposluchu)
18

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
• flexibilná aplikácia na rôzne štruktúry siete
• žiadne vzájomné rušenie (vysoká smerovosť prenosu)
• jednoduchosť inštalovania (bez licencie, bez líniovej výstavby)
• podstatne nižšie náklady oproti prístupu cez optické vlákno.
Slabinou FSO je vplyv poveternostných podmienok. Nad nepriaznivým vplyvom
snehových, alebo dažďových zrážok prevažuje hustá hmla. Stredne hustá hmla môže
spôsobiť tlmenie optického signálu až 100dB/km a veľmi hustá hmla dokonca až 300
dB/km. Hľadá sa preto východisko v zálohovaní spojenia, resp. v tzv. hybridnom riešení
spojenia (HFR – Hybrid Free-space optics/Radio).
Príkladom hybridného systému, ktorý kombinuje optickú technológiu s rádiovým
prenosom v pásme 60 GHz je riešenie firmy AirFiber, Inc. V spomenutom frekvenčnom
pásme spôsobuje atmosférický kyslík značné tlmenie signálu (asi 16 dB/km), takže
nehrozí riziko vzájomného rušenia viacerých systémov a preto sa toto pásmo využíva ako
nelicencované. V hybridnom systéme sa rádiový prenos využíva prednostne v prípade
hustej hmly a lepší dosah FSO zase v prípade hustého dažďa. Voľba využívania jednej
z dvoch súbežne prevádzkovaných technológii prebieha automaticky podľa výsledkov
hodnotenia chybovosti prenosu, čo umožňuje eliminovať aj krátkodobé prerušenia
spôsobené preletom vtákov. Hybridný systém AirFiber, Inc. poskytuje prenos
s rýchlosťou 155 Mbit/s, 622 Mbit/s alebo 1,25 Gbit/s na vzdialenosť väčšiu ako 1 km
bez ohľadu na počasie.
(http://www.telecom.gov.sk )
19

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
2 ROZDELENIE OPTOELEKTRONICKÝCH SYSTÉMOV NA
PRENOS A ZOBRAZOVANIE – FYZIKÁLNE ZÁKLADY.
Optoelektronika je rýchlo sa rozvíjajúci odbor z hľadiska výskumu ako aj aplikácie.
Príčina rýchleho rastu vyplýva z potenciálnych výhod optoelektroniky v širokom rozsahu
aplikácií a to:
1. Informačných technológií
– spracovanie a zobrazovanie informácií (display), zápis a čítanie (CD)
2. OKS
– prenos informácií stále narastá (obr. fólia)
– bitová rýchlosť v oblasti ps (fotonika)
3. Optické senzory pre meranie fyzikálnych veličín
4. Výpočtová technika
– rýchle prepojenie
– paralelné optoelektrické spracovanie signálov
– spracovanie obrazu
Existuje mnoho rozdelení optoelektronických systémov, ale asi najtypickejšie
rozdelenie je na:
− vyhľadávacie optoelektronické sústavy,
− navigačné a orientačné optoelektronické sústavy,
− rozpoznávacie a pamäťové systémy,
− špeciálne optoelektronické sústavy (vojenské účely),
− sústavy pre prenos a zobrazovanie informácií.
(Ševčik, Masche, Vlček, Zaorálek, 1985)
Rozdelenie optoelektronických systémov pre prenos a zobrazovanie informácií
1) Optróny sú jednoduché systémy na prenos signálov (analógových i číslicových).
Používajú sa hlavne tam, kde sa využíva elektrická izolácia medzi vstupom
a výstupom optrónu. Využívame ich hlavne v oblasti automatizácie a merania.
20

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
2) Optické komunikačné systémy:
a) číslicové telekomunikačné systémy,
b) analógové širokopásmové systémy (prenos video signálu),
c) prenos údajov (prístrojové aplikácie, počítačové siete).
Optoelektronický prenosový systém je zapojenie optických a optoelektronických
prvkov v diskrétnej, hybridnej alebo monolitickej forme.
Podľa prenosového média môže byť prenos realizovaný:
1. vzduchom – voľný priestor
2. optickým systémom – zrkadlá, šošovky
3. optickými vláknami a vlnovodmi
4. tenkovrstvovými optickými vlnovodmi – planárny vlnovod
3) Integrovaná optika, sú to prvky pre ovládanie optického lúča (prepínanie,
vychyľovanie, rozvetvovanie a pod.). Týmito prvkami sa tiež dosahuje spracovanie
signálov v optickej oblasti (modulácia, zmiešavanie, filtrácia a podobne).
2.1 OPTICKÉ PRENOSOVÉ SYSTÉMY
Optické prenosové systémy zabezpečujú prenos signálov namodulovaných na
optickom zväzku, ktorý sa šíri najčastejšie definovaným optickým prostredím optického
vlákna. Len výnimočne sa na krátke vzdialenosti využíva šírenie optického zväzku
zemskou atmosférou. Podľa vzdialenosti prenosu sa dajú optické prenosové systémy
a optické vlákna rozdeliť na dve skupiny:
- spoje na krátke vzdialenosti (1 -1000 m) napr. vo vnútri zariadení, budovy,
lietadla, lode a pod., prevažne pre prenos dát, riadiacich signálov, meraných veličín.
- spoje na stredné (1-10km) a dlhé vzdialenosti (100 – 10000km), prevažne
telekomunikačného typu na úrovni nižších miestnych a uzlových sietí a veľkokapacitných
diaľkových spojov.
V optických prenosových systémoch môže byť realizovaný prenos analógového
signálu, charakteru optického spoja však lepšie odpovedá prenos číslicového signálu.
Prenos analógového signálu optickým spojom býva využívaný v sieťach káblového
rozvodu programovej a priemyslovej televízie, k prenosu meraných veličín, regulačných
a riadiacich signálov a to len na krátke nanajvýš stredné vzdialenosti.
21

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Vlastnosti optických prenosových systémov a súčasný rozvoj číslicovej techniky
vedie k prevažujúcim aplikáciám prenosu číslicového signálu. Analógový, napr.
hovorový signál, sa prevedie analógovo –číslicovým prevodníkom na číslicový signál. Vo
vhodnom prenosovom kóde sa na princípe modulácie mení vo vysielači elektrický signál
na optický a prenáša sa optickým vláknom k prijímaču. Impulzne modulovaný signál sa
v prijímači vhodným detektorom prevedie späť na elektrický a prevodníkom z číslicového
na analógový. Výhodou prenosu číslicového signálu je menšia požiadavka odstupu
signálu od šumu len 20dB a súčasne podstatné zníženie skreslenia prenášanej informácie.
Pri prenose na veľké vzdialenosti musia byť podľa celkového útlmu a disperzie v trase
optického vlákna zaradení opakovače, ktoré zabezpečujú zosilnenie a obnovu pôvodného
priebehu optického signálu. (regenerátor RI)
Optické prenosové systémy sa dajú ďalej tiež rozdeliť na dva základné typy
– nekoherentné (ON - OFF)
– koherentné (použitie viacstavovej modulácie)
V súčasnosti, z veľkého množstva informácií ktoré som mal k dispozícií, sa v
reálnych prenosových optických systémoch na Slovensku používa na prenos informácií
kľučovanie ON - OFF. Maximálna prenosová kapacita prenášaná optickým vláknom na
Slovensku predstavuje 2 Gb/s. Klúčovaním ON -OFF sa dá dosiahnuť maximálna
rýchlosť 10Gb/s/kanál, čo je hranica pri prechode signálu z elektrickej formy na optickú.
Prenosová rýchlosť sa môže ešte zvýšiť použitím technológie WDM (Wavelength
Division Multiplexing). Ďalšie zväčšenie prenosovej kapacity sa dosiahne pomocou
hustého WDM - DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing).
WDM znamená že signál sa nešíri len na jednej vlnovej dĺžke napr. 850nm, 1310nm,
alebo 1550nm, ale sa šíri na viacerých vlnových dĺžkach v jednom prenosovom okne tak
ako to ukazuje obrázok.
22

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Na obrázku sa na prenos používa deväť vlnových dĺžok a teda sa prenosová kapacita
zväčšila deväť násobne oproti tomu ak by sa signál prenášal len na jednej vlnovej dĺžke,
napr. 1550nm (Hovorím o vlnovej dĺžke 1550nm kvôli tomu že čisto optické zosilňovače
pracujú na vlnovej dĺžke 1550nm). Ak sa na jednej vlnovej dĺžke dosahuje maximálna
rýchlosť 10Gb/s tak pri systéme aký zobrazuje obrázok by sme dosiahli rýchlosť 90Gb/s.
Teda by sme ušetrili osem optických vlákien, keďže by sme to isté množstvo informácie
nemuseli prenášať na deviatich optických vláknach, ale postačilo by nám jedno optické
vlákno.
V roku 1986 boli k dispozícii filtre so separáciou len cca 200 nm, tj vedeli sa akurát
oddeliť prenosové okná (prenosovým oknom nazývame oblasti okolo vlnovej dĺžky
850nm, 1310nm, 1550nm). To znamená že v týchto rokoch nebolo možné používať
WDM. Okolo roku 1995 boli k dispozícii filtre so separáciou 2nm. V roku 2003 už boli k
dispozícii filtre so separáciou 0,1nm.
Ako optické zosilňovače sa používajú erbiom dopované optické vlákna EDFA
(erbium-doped fiber amplifier). Tieto sa používajú kvôli tomu že ako jediné umožňujú
zosilňovať na vlnovej dĺžke 1550nm. Šírka pásma týchto zosilňovačov je 30nm z čoho
nám vyjde, že ak používame separáciu kanálov 25GHz (0,2nm) tak sa nám pri WDM
(resp. DWDM) zmestí teoreticky vedľa seba 150 kanálov. Ak použijeme filtre so
schopnosťou separovať 0,1nm tak by sa teoreticky malo vedľa seba zmestiť až 300
kanálov. 300 kanálov x 10 Gb/s/kanál nám vyjde prenosová rýchlosť 3 Tb/s.
Koherentné optické systémy
Ak chceme dosiahnuť výrazné zväčšenie prenosovej kapacity (viac ako 10Gb/s/kanál)
musíme prejsť od OOK (ON - OFF keying) spôsobu šírenia signálu na viacstavovú
moduláciu ako napríklad ASK, FSK, PSK. To je ale jedine možné, ak prejdeme od
nekoherentného svetla ku koherentnému. Koherentné optické systémy používajú,
23

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
narozdiel od nekoherentných, optické žiarenie s väčšou dĺžkou koherencie.
Najkvalitnejšie lasery majú dĺžku koherencie niekoľko desiatok metrov.
Metoda DWDM, vyvinutá v Bellových laboratóriách, umožňuje prenos niekoľko
tokov (kanálov) informácií po jednom optickom vlákne. Vysoký prenos dát bolo možné
dosiahnuť použitím metódy klúčovania diferenciálnym posuvom fázy (DPSK), čo je nová
kódovacia schéma pre vysokokapacitné komunikačné systémy. Bezchybný prenos na
vzdialenosť 4000 km u všetkých 64 kanálov, ktorých rýchlosť signálov bola 40 gigabitov
za sekundu, bol možný vďaka spojenia metódy DPSK s ďalšími technológiami ako sú
napríklad zosilňovače rozšíreného pásma L, Ramanove zosilňovače, dopredná korekcia
chýb a optimálna kompenzácia rozptylu.
V optických prenosových systémoch sa využívajú aj časové a priestorové multiplexné
metódy.
Časový multiplex – využíva na strane vysielača impulzne modulovaný optický zväzok
laseru, ktorý sa rozkladá pomocou polopriepustných zrkadiel na niekoľko zväzkov
modulovaných signálmi jednotlivých kanálov. Časové rozloženie optických signálov
jednotlivých kanálov sa dosahuje ich definovaným oneskorením a usporiadaním do sledu
optických impulzov prenášaných optickým vláknom. Na strane prijímača sa využívajú
synchronizované riadiace signály privedené na deflektor, ktorý opäť rozdelí dielčie
impulzy do jednotlivých kanálov.
Priestorový multiplex – je založený na využití káblov zložených z viac optických
vlákien, kde každé je využité pre samostatný prenosový kanál. Táto metóda je relatívne
najjednoduchšia vzhľadom k súčastným možnostiam konštrukcií optických káblov
s veľkým počtom optických vlákien.
(Katys, 1978)
2.2 OPTICKÉ ZOBRAZOVACIE SYSTÉMY
Najznámejším prípadom optického zobrazenia je to, čo človeku poskytuje jeho
zraková sústava. Možnosť využiť optickú informáciu, ktorá sa prenáša od objektu priamo
do zrakovej sústavy je obmedzená vlastnosťami oka. Preto zmyslové schopnosti
a možnosti rozširuje človek tak, že do optického prenosového kanála (v najjednoduchšom
prípade atmosféry) zaraďuje optický systém (optická sústava), ktorý je schopný
prenášanú optickú informáciu požadovaným spôsobom reprodukovať, transformovať
24

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
a prenášať na ďalšie prvky kanálu. Optický systém prenáša naraz celú priestorovú
informáciu o štruktúre objektu. Miesto kde sa má prenášaná optická informácia doručiť je
zraková sústava človeka, ktorá ukončuje optický prenosový kanál.
Pod pojmom optický systéme si predstavujeme súbor odrazených a lámavých plôch
určených na optické zobrazenie. Tieto systémy tvoria základnú časť všetkých
optoelektronických prístrojov. Podľa toho aké majú vlastnosti výrazne ovplyvňujú kvalitu
prístrojov a preto je ich návrhu potrebné venovať značnú pozornosť.
( Antoška, 1992)
2.2.1 IDEÁLNY OPTICKÝ SYSTÉM
Ako ideálny optický systém uvažujeme taký systém, ktorý ľubovoľný bod
predmetového priestoru zobrazí bez narušenia homocentričnosti zväzku lúčov.
Ideálny optický systém je charakterizovaný týmito vlastnosťami:
a) každému jednému bodu predmetového priestoru zodpovedá jeden bod
obrazového priestoru (stigmatizmu)
b) každej jednej priamke predmetového priestoru zodpovedá jedna priamka
obrazového priestoru (ortoskopia)
c) body ležiace v rovine sa musia opäť zobraziť do roviny (planeita)
d) IOS nemá aberácie (optické vady)
2.2.2 REÁLNY OPTICKÝ SYSTÉM
Pri ideálnom optickom systéme sa uvažuje šírenie lúčov v paraxiálnom priestore
a nepredpokladá sa vplyv disperzie, nakoľko žiarenie, ktoré prechádza optickou sústavou
je reprezentované monochromatickými lúčmi. V praxi však potrebujeme získať i obraz
predmetov ležiacich ďalej od optickej osi (t.j. mimo paraxiálny priestor), pričom však vo
väčšine prípadov pracujeme s polychromatickým svetlom. A teda reálna optická sústava
nemá také vlastnosti ako ideálna a preto sa tu môžeme stretnúť s mnohými optickými
chybami, ktoré nazývame aberácie.
Tieto chyby – aberácie rozdeľujeme do dvoch základných skupín a to :
a) monochromatické – vznikajú pri zobrazovaní svetlom s jednou vlnovou dĺžkou
(v ideálnom prípade)
b) chromatické – vznikajú pri zobrazovaní polychromatickým (bielym) svetlom.
25

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
2.2.2.1 MONOCHROMATICKÉ ABERÁCIE
Najčastejšie ich rozdeľujeme podľa toho, ako sa poruší pri zobrazovaní
homocentričnosť zväzku, alebo podľa druhu symetrickej kaustickej plochy (obalová
plocha, ktorá sa dotýka aspoň raz každého lúča z daného súboru lúčov, vytvára sa
v obrazovom priestore lúčmi vychádzajúcimi z určitého ľubovoľného bodu predmetu).
Ak do optickej sústavy vstupujú široké zväzky lúčov, vzniká :
• sférická aberácia (otvorová vada)
• koma
Ak do optickej sústavy vstupujú úzke zväzky lúčov, vzniká:
• astigmatizmus
Sférická aberácia
Je monochromatickou aberáciou ktorá sa vzťahuje na zobrazenie osových bodov
predmetu. Kaustická plocha pri sférickej aberácií má os symetrie, ale nemá stred
symetrie.
Je zapríčinená tvarovou odlišnosťou povrchu šošoviek, ktorý je sféricky t.j. guľový.
Na obr. 2.3 je vzdialenosť obrazu P 3 (tvoria ho paraxiálne lúče) od ostatných obrazov je
mierou sférickej aberácie, ktorá sa nazýva pozdĺžna sférická aberácia. Obraz bodu P sa na
tienitku prejaví nie ako bod, ale ako nerovnomerne osvetlený rozptylový krúžok. Polomer
tohto krúžku je mierou priečnej sférickej aberácie.
Koma
Je nesymetrická sférická aberácia. Dá sa pozorovať len vtedy, keď svietiaci bod
ležiaci mimo osi je zobrazovaný širokým zväzkom lúčov. pri tejto chybe vznikajú
v zobrazení rozptylové útvary, ktoré sú symetrické voči meridionálnej rovine (rovina
prechádzajúca zobrazovaným bodom a optickou osou) – útvary podobné kométe (od toho
je názov koma). Obrazová plôška má v „chvoste“ kométy svetelnú intenzitu väčšiu ako
26

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
v guľovej časti. Asymetriu rozptylového obrazca môžeme znázorniť , demonštrovať na
prípade zobrazenia kruhovej clony optickou sústavou.
(Antoška, 1992)
Astigmatizmus
Ak úzky zväzok lúčov vychádzajúci z bodu mimo osi stráca po prechode sústavou
homocentričnosť, hovoríme o optickej sústave, ktorá je zaťažená astigmatizmom.
Znamená to, že lúče toho istého svetelného zväzku šíriace sa v dvoch navzájom kolmých
rovinách, (meridiálnej a sagitálnej- kolmej na meridiálnu rovinu a prechádzajúca hlavným
lúčom) po prechode optickou sústavou sa nestretávajú v jednom bode ale majú rôznu
zbiehavosť (konvergenciu). Vzdialenosť ⏐P mer , P sag ⏐ nazývame astigmatický rozdiel.
27

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
2.2.2.2 CHROMATICKÉ ABERÁCIE
Nakoľko väčšina optických prístrojov využíva na svoju činnosť zobrazovanie bielym
svetlom, sa v praxi častejšie vyskytujú chromatické aberácie ako monochromatické.
Chromatické aberácie delíme na dva druhy:
a) chromatickú aberáciu polohy
b) chromatickú aberáciu zväčšenia
Tieto druhy sa narozdiel od monochromatických aberácií vyskytujú už aj
v paraxiaálnom priestore.
Chromatická aberácia polohy:
Jej vznik je v dôsledku disperzie (závislosť indexu lomu svetelného lúča od jeho
vlnovej dĺžky). Znamená to, že lúčom s rozdielnou vlnovou dĺžkou prislúcha rozdielne
ohnisko t.j. každý lúč s rozdielnou vlnovou dĺžkou vytvára obraz predmetu na odlišnom
mieste.
Chromatická aberácia zväčšenia:
Jej vznik súvisí so zobrazením mimoosových bodov predmetu. Ak máme hrubú
šošovku, totožnosť ohnísk dvoch lúčov s rôznou vlnovou dĺžkou ešte neznamená
totožnosť ohniskových vzdialeností pre tieto dva lúče. Ohniskovú vzdialenosť meriame
od hlavných rovín a poloha týchto rovín je pre dva takéto lúče rôzna. Ak však máme
rozdielnu ohniskovú vzdialenosť, potom máme rôzne aj zväčšenie.
28

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
2.2.3 KVALITA OPTICKÝCH SYSTÉMOV
Kvalitu obrazu nemôžme jednoznačne definovať , pretože vnímanie obrazu je zložitý
pochod, ovplyvňovaný rôznymi činiteľmi. Taktiež je zložité objektívne posúdiť kvalitu
optického systému. Existuje mnoho spôsobov na popísanie vlastností optickej
zobrazovacej sústavy.
Jednou z možností, ktorú máme je popis ktorý je na základe presnej analýzy
optických aberácií, ktoré pri vzniku obrazu sa vytvárajú, a sú to:
a) optické aberácie (astigmatizmus, koma atď.)
b) vlnové aberácie (deformácia vlnoplôch pri prechode optickou
sústavou.)
Avšak nevýhoda tohto spôsobu je v zložitosti analýzy nevhodnej na to, aby sa použila
v praxi.
Preto sa stále hľadajú nové a nové spôsoby, ktoré by zhodnotili súhrnný vplyv
všetkých optických aberácií na kvalitu obrazu.
V súčasnosti, podľa mnohých zdrojov, máme už k dispozícií celý rad kritérií a funkcií
pre objektívne hodnotenie obrazu. Jedny hodnotia kvalitu obrazu len fyzikálne, druhé
prihliadajú k fyziologickým vlastnostiam oka a ďalšie rešpektujú povahu obrazu podľa
jeho informačného obsahu. Avšak všetky tieto hodnotiace metódy sú viazané na použité
postupy a na potrebné meracie vybavenie. Ich voľba súvisí s účelom zobrazenia
a spôsobom jeho registrácie.
( Antoška, 1992)
29

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
3 OPTICKÉ VLÁKNA, ICH ROZDELENIE,
CHARAKTERISTIKY, PARAMETRE OPTICKÝCH KÁBLOV
Optické vlákno, optický vlnovod, alebo ho tiež môžeme nazývať svetlovod, prenáša
svetlo na veľké vzdialenosti s malým tlmením. Umožňuje vedenie svetla po zakrivenej
dráhe a chráni ho pred rušením a poruchami.
Začiatky optických vlákien boli také, že prvé vlákna mali tlmenie nad 1000 dB/km, čo
boli horšie parametre ako má koaxiálny kábel (10 dB/km). Postupným vývojom, ktorý
pokračuje aj v súčasnosti, sa dosiahlo tlmenie optického vlákna znížené na 5 dB/km a
dnešné moderné vlákna dosahujú hodnotu 0,3 dB/km. Vlákna sú dnes naviac aj podstatne
lacnejšie ako metalické vodiče. Na rozdiel od bežných vodivých prenosových ciest,
vyžadujú však vlákna svetelné zdroje a fotodetektory pre styk s elektronickým
zariadením.
Používanie optického vlákna na prenos má nasledujúce výhody:
- vlákno je vyrobené z dostupného lacného materiálu
- majú veľkú šírku pásma a teda možno dosiahnuť vysoké prenosové rýchlosti
(prenos veľkého množstva informácií),
- úplná elektrická izolácia,
- odolnosť voči elektrostatickému a elektromagnetickému rušeniu,
- odstránenie nebezpečenstva iskrenia a ohňa,
- je prakticky imúnne k odbočovaniu signálu.
Vo svetlovodných vláknach sa svetlo šíri úplným odrazom. Podstata spočíva v tom, že
keď svetlo prichádza z prostredia (látky) s väčšou optickou hustotou na rozhranie s
látkou, ktorá má menšiu optickú hustotu a uhol dopadu prekročí medzný uhol, je
(teoreticky) celé svetlo odrazené späť do prostredia, z ktorého prichádza.
3.1 TYPY OPTICKÝCH VLÁKIEN
Optické vlákna podľa mnohých literatúr najčastejšie rozdeľujeme na dva základné
typy a to :
- Vlákno so skokovou zmenou indexu lomu
- Vlákno s postupnou zmenou indexu lomu
30

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Mechanizmus odrazu svetla vo vnútri vlákna je závislý od typu použitého vlákna a
rozoznávame:
- úplný odraz (vo vlákne so skokovou zmenou indexu lomu),
- nepretržitý lom (vo vláknach s plynulou zmenou indexu lomu).
(Černák, 2000)
3.1.1 VLÁKNO SO SKOKOVOU ZMENOU INDEXU LOMU
Za najjednoduchšie optické vlákno so skokovou zmenou indexu lomu považujeme to,
ktoré je tvorené skleneným vláknom obklopeným vzduchom. Sklo je opticky hustejšie
ako okolitý vzduch (pomer indexov lomu je 1,5 : 1,0003) . U svetla šíriaceho sa v skle
dôjde k úplnému odrazu, pokiaľ uhol dopadu na vnútornú stenu skla (merané od kolmice)
je väčší ako medzný uhol (41,48°).
• lúč 1. dopadá na rozhranie pod uhlom 30° preto vystupuje do
okolitého vzduchu,
• lúč 2. dopadá na rozhranie pod uhlom 45° a to je viac ako medzný
uhol (41,48°), preto sa odráža od protiľahlých stien a šíri sa v sklenenom
vlákne úplným odrazom,
• lúč 3. má uhol dopadu 60° preto sa taktiež šíri v skle úplným
odrazom,
• lúč 4. je axiálny a šíri sa priamo v smere osy vlákna bez odrazu od
rozhrania.
Ak svetelný lúč vnikne do skleneného vlákna pod určitým uhlom dochádza vo vnútri
k úplnému odrazu na rozhraní sklo – vzduch.
31

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Ak by sme mali vlákno z iného materiálu, príkladom môže byť ľad (n = 1,31), potom
ten istý lúč, ktorý vstupuje do vlákna pod rovnakým uhlom bude lomený na rozhraní ľad
– vzduch von z vlákna čo je spôsobené vplyvom zväčšenia medzného uhla. Pre použitie
v praxi máme optické vlákna so skokovou zmenou indexu lomu, ktoré obsahujú dva
rôzne druhy skla. Optické vlákno tvorí jadro a plášť. Jadro (opticky hustejšie sklo) je
obalené sklom iného druhu (opticky redšieho), tvoriaceho plášť. Medzi jadrom a plášťom
máme hranicu, ktorá vytvára rozhranie pre úplný odraz. Medzný uhol je tým menší, čim
viac sa hodnoty indexov lomu od seba líšia. Z poznatkov z praxe sa pre dobré optické
vlákno používajú materiály, ktoré majú značne odlišné indexi lomu. To znamená, že sklo
tvoriace obal musí mať značne odlišný index lomu. Dôležité zmenšovanie medzného uhla
je v prípade ohybu vlákna. Snahou je dosiahnúť čo najväčší rozsah uhlov, pri ktorom ešte
dochádza vo vlákne k úplnému odrazu, tým potom môžeme zväčšovať aj uhol možného
ohybu vlákna, pričom sa svetlo stále ešte šíri vo vnútri vlákna. Takže vo vlákne so
skokovou zmenou indexu lomu dochádza ku skoku medzi indexmi lomu jadra a plášťa.
Z mnohých typov optických vlákien ktoré doposiaľ existujú sú pre
telekomunikácie asi najvhodnejšie tri základné typy optických vlákien a to:
a) Mnohovidové vlákna so skokovitým (stupňovitým) profilom indexu lomu, tzv.
stupňovité optické vlákna (SI – MM Step Index Multy Mode).
b) Mnohovidové vlákna so spojitým (gradientným) profilom indexu lomu, tzv.
gradientné optické vlákna (GI – MM Gradet Index Multy Mode).
c) Jednovidové vlákna so skokovitým (stupňovitým) profilom indexu lomu, tzv.
stupňovité optické vlákna (SI – SM Step Index Singl Mode).
32

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Klasifikácia vidov
Vidy alebo tiež módy klasifikujeme podľa rôznych hľadísk. Prvá klasifikácia je podľa
azimutálneho vidového čísla „m“ , ďalšia podľa transverzálnosti vidov teda podľa toho či
sú to TM (transverzálne magnetické vidy) alebo TE (transverzálne elektrické vidy), pri
ktorých m =0, alebo EH, HE (hybridné), pri ktorých m ≥ 1. Nakoniec ich klasifikujeme
podľa radiálneho vidového čísla.
Mnohovidové optické vlákna sú určené na použitie šírenia konečného počtu vedených
vidov (môžu ich byť rádovo stovky alebo až tisícky). To, koľko vidov sa môže šíriť
v mnohovidovom optickom vlákne závisí od parametrov optického vlákna ( ∆ , a) a
vlnovej dĺžky λ prenášaného svetla, čo vyjadrujeme tzv. normovanou frekvenciou v. „ ∆“
je relatívny rozdiel indexov lomu jadra a plášťa. „a“ je vzdialenosť určujúca rozhranie
jadra od plášťa. vc označuje hodnotu kritickej normovanej frekvencie pod ktorou sa vid už
nešíri.
Celkový počet vedených vidov (vidový objem) Ms pre jednomódové a mnohomódové
optické vlákna:
2
V
M S
= (Černák, 2000)
2
Ak máme ideálne jednomódové alebo mnohomódové (SI – MM) optické vlákno,
nevzniká tu väzba medzi vidmi, optický výkon, ktorý naviažeme do určitého vidu sa šíri v
tomto vide pozdĺž optického vlákna nezávisle od ostatných vidov.
Mnohovidové vlákna
Sú vlákna, ktoré majú zvyčajne veľký prierez jadra, čo umožňuje vstup svetelných
lúčov do vlákna pod viacerými rôznymi uhlami. Vstupný uhol lúča určuje jeho cestu
33

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
vláknom, jeho vid (mód, spôsob). Takéto vlákna, ktoré majú veľký prierez jadra sa
nazývajú mnohovidové vlákna (multimódové) so skokovou zmenou indexu lomu.
Jednovidové vlákna
Tieto vlákna majú malý prierez jadra, čo umožňujú len jeden vstupný uhol a teda len
jeden vid. Jadro vlákna so skokovou zmenou indexu lomu musí mať konštantnú optickú
hustotu. Ak máme axiálny lúč, tento prechádza priamo a teda dosiahne koniec vlákna
rýchlejšie. Ak je vlákno ohýbané, svetelný lúč dopadá na rozhranie a dochádza k úplnému
odrazu. Ak je ohyb príliš veľký, lúč sa lomí von z jadra.
Jednovidové vlákna tvoria základ pre diaľkové telekomunikačné siete. Pracujú
v oblasti vlnových dĺžok 1310 a 1550 nm. Aj keď je priemer funkčnej ochrany vlákna
125 µm a priemer primárnej ochrany 250 µm, priemer módového poľa je cca 10 µm.
Výhodná je aj malá miera tlmenia takýchto optických vlákien, ktorá umožňuje realizovať
až 70 km trasy bez opakovačov.
3.1.2 VLÁKNO S PLYNULOU ZMENOU INDEXU LOMU
(GRADIENTNÉ)
V 70-tych rokoch boli vyvinuté vlákna s plynulou zmenou indexu lomu tzv.
gradientné vlákna, v ktorých je na šírenie svetla použitá metóda nepretržitého lomu
svetla. Index lomu gradientných vlákien je premenlivý.
Ak máme lúč, ktorý postupuje od stredu jadra k okraju, teda k rozhraniu jadro-plášť
(obal), jeho index lomu sa zmenšuje. Pri postupe lúča opačným smerom, teda od osi
smerom k vonkajšej vrstve, sa jeho index lomu zmenšuje.
34

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Princíp takýchto vlákien s plynulou zmenou indexu lomu (gradientných) je
v nepretržitom lome, ktorý je založený na veľkom počte veľmi tenkých vrstiev, z ktorých
každá má len málo odlišný index lomu. Lúč postupne dopadá na jednotlivé tenké vrstvy a
mení svoj smer. Tieto vrstvy však v skutočnosti neexistujú, predstavujú len model, index
lomu sa mení plynule.
Vo vláknach s plynulou zmenou indexu lomu sa optická hustota zväčšuje smerom ku
stredu vlákna. Ako najvýhodnejší priebeh zmeny indexu lomu je parabolický. Dôvodom
pre napredovanie vývoja rôznych typov vlákien je jav, ktorý nazývame disperzia a tá
môže byť alebo vidová alebo chromatická. Vidová disperzia je jav, ktorý spôsobujú rôzne
vidy šírenia svetelných lúčov vo vnútri vlákna a to v závislosti od toho pod akým uhlom
vstupujú do optického vlákna. Chromatická (spektrálna) disperzia, je jav spôsobený
rozdielnym indexom lomu danej látky pre rôzne vlnové dĺžky svetelného žiarenia, teda
odlišnou rýchlosťou svetla s rôznou vlnovou dĺžkou.
Obidva druhy disperzie spôsobujú deformáciu tvaru svetelných impulzov, resp.
obmedzenie rýchlosti prenosu dát.
Disperzia deformuje tvar impulzov až do takej miery, že signál sa už nedá rozpoznať.
Ak predĺžime čas medzi každým vysielaným impulzom, potom je možné impulzy
identifikovať. Prenos informácie preto môže byť realizovaná len pri nižšej prenosovej
rýchlosti. Príkladom môžu byť hypotetické impulzy, ktoré majú dobu trvania 50 ns
a ktoré sú pri prenose vláknom dlhým 40 km deformované na dĺžku 100 ns. Pre dobrú
identifikáciu by bolo potrebné vložiť medzi impulzy medzeru trvajúcu aspoň 100 ns, čo
by dvakrát zmenšilo prenosovú rýchlosť. Napredujúci vývoj vlákien s plynulou zmenou
indexu lomu umožnil vidovú disperziu znížiť.
Napriek tomu, že sa lúče lomia k vonkajším stranám vlákna, menšej optickej hustoty,
je ich rýchlosť väčšia, ako rýchlosť axiálnych lúčov šíriacich sa opticky hustejším
stredom. Axiálne lúče sú teda pomalšie, alebo rovnako rýchle.
U dlhých vlákien zasa dochádza k odchýlkam od ideálneho priebehu indexu. Z toho
teda vyplýva skreslenie (rozšírenie) prenášaných svetelných impulzov. Prenosová
rýchlosť vlákien s plynulou zmenou indexu je aj napriek tomu vyššia než u
mnohovidových vlákien so skokovou zmenou indexu. Vlákna s plynulou zmenou indexu
lomu sú mnohovidové.
Výroba takýchto vlákien s plynulou zmenou indexu lomu bola zozačiatku veľmi
nákladná, postupne bola cena znížená a tento typ je dnes už celkom bežne používaný.
35

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Vidovú disperziu môžeme obmedziť aj tým, že použijeme jednovidové vlákno so
skokovou zmenou indexu lomu. V jednovidovom vlákne sa šíria len axiálne lúče a ďalšie
typy vidov sú eliminované. Tieto vlákna sú veľmi tenké. Jadro by malo byť tenšie než 3,6
násobok vlnovej dĺžky svetla. Ak máme svetlo s vlnovou dĺžkou 0,85 µm je potrebné
vlákno tenšie než 3,1 µm. Problémy s takýmito vláknami môžu vznikať pri ich spojovaní
a sústredení svetelnej energie do jadra takéhoto vlákna. Aj napriek tomu jednovidové
vlákna so skokovou zmenou indexu získavajú na trhu telekomunikačných systémov stále
väčšie uplatnenie, predovšetkým na diaľkové prenosy v tranzitných, respektíve
transportných sieťach.
(Černák, 2000)
Príklady typov optických vlákien s ich parametrami:
36

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
3.2 CHARAKTERISTIKY OPTICKÝCH VLÁKIEN
Optické vlákno zaraďujeme do komunikačného systému ako prenosové médium
(prenosovú linku). V komunikačnom reťazci používame optické vlákna, ako prenosové
linky, ktorými prepájame vysielač a príjímač. Spojenia medzi optickými prvkami
(vysielač svetla, optické vlákno, detektor svetla) musia byť dokonalé, aby sme zamedzili
stratám.
Medzi najdôležitejšie charakteristiky optických vlákien zaraďujeme číselnú apertúru
(numerická apertúra), väzobné straty, disperzie, mechanické a iné vlastnosti.
3.2.1 ČÍSELNÁ NUMERICKÁ APERTÚRA
Po dopade svetla na začiatok vlákna sa ďalej toto svetlo už šíri vo vnútri vlákna. Ak
máme uhol dopadu lúča (meraný od osi vlákna) príliš veľký, dochádza k jeho lomu na
vnútornej stene vlákna vplyvom uhla dopadu menšieho než je uhol medzný. Numerickou
alebo tiež číselnou apertúrou vlákna nazývame schopnosť vlákna prijať určité množstvo
svetla. Numerická apretúra (označujeme ju NA) je rovná sínusu maximálneho uhla, z
ktorého prichádzajúce lúče sa vo vnútri vlákna budú ešte šíriť. Ak dôjde k prekročenie
tohto uhla, lúče sú na rozhraní vzduch – vlákno odrazené, k šíreniu svetla vo vlákne
nedôjde.
37

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
NA vypočítame z indexu lomu vlákna so skokovou zmenou indexu:
NA = sinγ
VST
= −
2 2
( n n ) 1/ 2
1
2
kde γvst - je maximálny uhol vstupujúceho lúča, ktorého svetlo sa ešte bude šíriť vláknom,
n 1 - je index lomu jadra,
n 2 - je index lomu plášťa. (Černák, 2000)
3.2.2 VÄZOBNÉ STRATY
Príčinou väzobných strát je spájanie vlákien, vznikajú vtedy, pokiaľ nie je svetlo
vstupujúce do vlákna správne smerované a vplyvom štruktúry vlákna. Medzi
najdôležitejšie typy strát spôsobených väzbou medzi vláknami patria:
− straty numerickou apertúrou (NA),
− straty prierezom vlákna,
− straty Fresnelovým odrazom,
− straty odchýlkou osí,
− straty oddialením koncov vlákien,
− straty nerovnosťou plôch,
− straty znečistením stykových plôch.
• Straty NA
Energetické straty môžu vzniknúť aj vtedy ak je spoj dvoch vlákien dokonalý. Tieto
straty budú potom spôsobené rozdielnou numerickou apetrúrou spájaných vlákien.
Prijímacie (pokračujúce) vlákno príjme celé svetlo zo zdrojového (prichádzajúceho)
38

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
vlákna len vtedy, pokiaľ je jeho NA väčšia alebo rovná NA zdrojového vlákna. Pokiaľ je
NA prijímacieho vlákna menšia, potom sa určitá časť svetla nebude prijímajúcim
vláknom šíriť a vznikajú straty NA (straty vplyvom číselnej apertúry).
NA (dB) = 20 log (NAz / NAp)
kde NAz - je NA zdrojového vlákna,
NAp - je NA prijímacieho vlákna.
• Straty prierezom vlákna
Pri spájaní vlákien sa stáva, že máme spojiť aj dva rôzne vlákna avšak tieto môžu mať
rôzne veľký prierez jadier. Pokiaľ majú jadrá rovnakú veľkosť, alebo je jadro
prijímacieho vlákna väčšie ako jadro zdrojového vlákna, tento druh strát nevzniká. Ak
však je zdrojové jadro väčšie ako jadro prijímacie, potom určitá časť svetla nedopadne na
jadro prijímacieho vlákna, stráca sa a vznikajú straty prierezom jadra.
[dB] Straty prierezom jadra = 20 log(Sz / Sp)
kde Sz je prierez jadra zdroja,
Sp je prierez jadra prijímacieho vlákna.
• Straty Fresnelovym odrazom
Tieto straty vznikajú ak spájame dva vlákna s rozdielnymi indexmi lomu ich jadier.
Straty Fres. odrazom = 10 log (1 - (n 1 – n 2) 2 / (n 1 + n 2) 2 ) [dB]
kde n 1 - je index lomu jadra,
n 2 - je index lomu vonkajšieho prostredia.
• Odchýlka osí
Odchýlka osí do strán
39

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Tento druh strát je nepatrný pri vláknach s veľmi úzkym jadrom (jednovidové).
Pokiaľ nemáme stredové jadrá dostatočne súosé, nemusí sa svetlo druhým vláknom šíriť.
Osová odchýlka môže viesť ku stratám Frenselovym odrazom vo vláknach s plynulou
zmenou indexu, lebo v mieste spojenia vlákien sa ich indexy lomu líšia. Už aj malá
odchýlka osi ma veľký vplyv na zvýšenie strát. Uhlovú odchýlku osí do 10º sa ešte
toleruje, ale straty sú veľké už aj pre malú hodnotu odchýlky osí.
Týmto stratám môžeme zamedziť ak pri spájaní vlákien používame presné konektory
na konci vlákien.
Uhlová odchýlka osí
Uhlová odchýlka má menší vplyv pre vlákna s veľkou hodnotou numerickej apertúry.
Číselná apertúra zdrojového vlákna je dôležitejšia, ako číselná apertúra prijímacieho
vlákna.
40

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
• Oddialenie koncov vlákien
Pokiaľ máme dva vlákna ktorých konce sú v spoji od seba vzdialené, vznikajú
v tomto spoji straty. Aj v tomto prípade sú však straty ovplyvňované predovšetkým
číselnou apertúrou NA zdrojového vlákna. Čím je väčšia NA zdrojového vlákna, tým sú
väčšie straty v tomto spoji.
Časť optického žiarenia sa pri oddialení dostáva mimo optického vlákna, čo
spôsobuje straty. Straty sú potom úmerné veľkosti uhlovej odchýlky a vzdialenosti
koncov vlákien (oddialenie).
• Nerovnosti plôch
Pri spájaní vlákien je dôležité, aby plochy spájaných vlákien boli opticky rovné.
Taktiež, aby rez na konci vlákna ktoré spájame bol presne pod uhlom 90° k osi vlákna,
inak tu dochádza ku stratám vplyvom uhlovej odchýlky osí. Na rezanie používajme
presné nástroje určené na to, alebo sa vlákno zlomí a presne zabrúsi.
• Znečistenie
Ďalším zdrojom strát je znečistenie, ktoré je prekážkou pri šírení svetla. Prítomnosť
cudzích látok vedie ku stratám, lomom, odrazom. Znečistením môžu byť napríklad aj
vzduchové bublinky v epoxidovej živici. Keď svetlo dopadá na bublinky v chybnom
spoji, dochádza k energetickým stratám, lebo vzduch v bubline má nižší index lomu.
Tieto uvedené straty vynikajú nielen pri spájaní vlákien pomocou zvárania, ale aj pri
ukončení vlákna pomocou konektora.
(Černák, 2000)
41

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
3.2.3 DISPERZIA
Ďalší zdroj strát predstavuje vidová disperzia, ktorá je spôsobená nerovnakou dĺžkou
prenosových dráh pre jednotlivé vidy a chromatická disperzia.
Prakticky je nemožné vyrobiť zdroj svetla, ktorý by bol celý monochromatický. Čím
užšie máme frekvenčné pásmo svetelného zdroja, tým menšia je chromatická disperzia.
Zväčšuje sa pri odlišnej vlnovej dĺžke svetla.
Pri mnohovidových vláknach nemá chromatická disperzia veľký význam. Sklo, ktoré
používame na ich konštrukciu nepodporuje chromatickú disperziu. Pre tieto typy má
ďaleko väčší vplyv vidová disprerzia.
U jednovidových vlákien sa viac vyskytuje chromatická disperzia, lebo vidová
disperzia tam nevzniká. Celkovo je však disperzia v jednovidových vláknach podstatne
menšia než u iných typov vlákien.
3.2.4 MECHANICKÉ VPLYVY
Z mechanických vplyvov poznáme ohyb, mikroohyb, mechanická pevnosť vlákna,
vplyv jadrového žiarenia, povrchové chyby vlákna a pod.
Ohyb
Pri ohybe vlákna kolmica od ktorej meráme uhol dopadu a odrazu zmení svoju polohu
voči lúču šíriaceho sa vláknom. Potom uhly dopadu vplyvom ohybu môžu klesnúť pod
medzný uhol a takéto lúče sa strácajú vplyvom lomu v plášti. Tieto straty ohybom
obmedzujeme tým, že sa používajú vlákna s väčším rozdielom indexov lomu, alebo
použitím svetla s najmenšou možnou vlnovou dĺžkou.
Mikroohyby
Ide o zvlnenie alebo o mikroohyby na dĺžke vlákna. Ak majú tieto ohyby veľký
polomer zakrivenia, môže to spôsobiť vyvedenie niekoľkých vidov von z vlákna. Tým
dochádza k zväčšeniu tlmenia. Obmedzujeme to použitím špeciálnych materiálov na
vlákna a ochranou proti poškodeniu a možnosti ohybu.
Mechanická pevnosť
Sklo ako materiál je dosť krehké, ale môžeme ho ohýbať pokiaľ neprekročíme jeho
medzu pevnosti. Po jej prekročení sklo praskne. Teoreticky sa uvádza, že sklo vydrží 700
kg/mm 2 . K poškodeniu vlákna môže dôjsť vplyvom nadmerného ohybu, tlaku alebo ťahu.
Poškriabaniu skla zabraňujeme tým, že vlákna vkladáme do obalu. Zlomeniu vlákna
42

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
zabraňujeme opatrným pokladaním kábla. Pred vodou je zas sklo chránené ochranným
obalom.
Jadrové žiarenie
Toto žiarenie má za následok rušenie komunikácie optickým vláknom a poškodzuje
ho. Ožiarenie poškodzuje sklo vlákna a zväčšuje jeho tlmenie. Ak dôjde k ožiareniu
vlákna je toto poškodenie nevratné a kábel je potrebné pre ďalšiu komunikáciu vymeniť.
Povrchové chyby
Rôzne povrchové chyby vo vlákne tiež spôsobujú straty energie. Ich vznik môže byť
pri výrobnom procese, mechanickým poškodením, alebo jadrovým ožiarením.
Dôsledkom môžu byť rozdiely v indexoch lomu jednotlivých miest na dĺžke vlákna, alebo
úsekov vlákien na trase. Týmto sa narúša mechanizmus šírenia svetla.
3.3 OPTICKÉ KÁBLE
Pri konštrukcií a výrobe optických káblov je treba brať ohľad na malú pevnosť
optických vlákien, ktoré tvoria základný prvok každého kábla. Ďalej je tiež treba dbať na
to, aby pri výrobe káblov nedochádzalo k podstatnému zvyšovaniu prenosových strát
vlastných vlákien.
Základným prvkom každého kábla je optické jadro, ktoré je obalené v plastickej
hmote, ktorá tvorí plášť optického vlákna. Ďalšími prvkami každého kábla sú: prvky pre
zlepšenie pevnosti v ťahu a v priečnom smere (tlaku), rôzne preklady a ochranné obaly
proti vlhkosti, izolované kovové vodiče a tienenia, oviny jadier a rôzne pružné plnidlá pre
vyplnenie medzier v konštrukcií.
Pre udržanie geometrických tvarov sa niekedy používa ovíjanie jadier(vlákien) do
skupiny. Pri konštrukcií káblov je nutné brať do úvahy tieto hlavné faktory:
-Optické: počet vlákien v kábli, útlm pri určitej vlnovej dĺžke (napr. λ=850nm),
disperzia prenášaných impulzov, numerická apertúra vlákna.
-Mechanické: pevnosť v ťahu, odolnosť proti stláčaniu v priečnom smere, ohybové
vlastnosti, odolnosť proti chveniu, ochrana proti vplyvom okolia.
-Konštrukčné: materiál a rozmery jadra, ochranných vrstiev, materiály silových
prvkov a ich rozmery.
(Ševčik, Masche, Vlček, Zaorálek, 1985)
43

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Ochranu vlákna (plášť), môžu tvoriť dva druhy ochrany a to: primárna, bezprostredne
nanesená na vlastné jadro a sekundárna, nanesená na primárnu ochranu.
Sekundárna ochrana je pomerne hrubostenná, z plastickej hmoty, nanesená na
primárnu termoplastickým pretláčaním. Jej hlavným účelom je zvýšenie pevnosti v ťahu
a zároveň ochrana v priečnom smere, radiálnom smere.
Prakticky všetky káblové zložky prispievajú k zvýšeniu pevnosti, ale vzhľadom
k obmedzeným deformačným možnostiam vlákna je nutné a tiež výhodné zaistiť zvýšenie
efektívnej hodnoty modulu v pevnosti kábla ako celku pomocou ďalších elementov. Je to
dôležité hlavne pri dlhých kábloch, ktoré sú ťahané cez kanály a sú tak silne namáhané na
ťah. Ako mieru pevnostných vlastností považujeme pomer napätia pri štandardnej
deformácií k hmotnosti na jednotku dĺžky. Požadované vlastnosti pevnostných členov sú:
vysoký modul pružnosti v ťahu (Younguov modul), malá hmotnosť na jednotku dĺžky,
dostatočná ohybnosť, aby nebola príliš zväčšená tuhosť kábla. Pre pevnostné členy sa
používa päť materiálov: oceľové drôty, plastické vlákna, viacnásobné textilné vlákna,
sklenené vlákna a karbónové vlákna.
• Oceľové vlákna sú veľmi pevné, ale podstatne prispievajú k celkovej hmotnosti
kábla.
• Plastické monovlákna je bežne dostať na trhu, ale pre tieto účely boli vyvinuté
špeciálne polyesterové vlákna, tie majú veľký modul pružnosti v ťahu, veľkú
rozmerovú (tvarovú) stabilitu pri teplote a hladký valcový povrch.
• Ako textilné vlákna sa používajú skrútené monovlákna z materiálov ako sú:
polyamid, teryle, dacron a pod. Textilné vlákna sú tiež vhodné ako výplňový materiál
v kábli. Ako najlepší materiál v tejto triede sa považuje kevlar, aromatický polyester.
Jednotlivé vlákna majú pevnosť až do 13*10 14 MNm -2 . Špecifická váha je 1,45. Teda
kevlarové vlákna majú veľmi výhodný pomer pevnosť/váha, ktorý je asi štyrikrát
väčší ako pri oceli.
• Sklenené vlákna v tomto prípade nie sú moc dobré, a môžu byť použité len
v prípade keď sú znížené požiadavky na vlastnosti kábla.
• Karbónové vlákna majú síce dobrú pevnosť v ťahu, ale malú pružnosť
z hľadiska ohybu.
44

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Z hľadiska celkovej konštrukcie kábla je vhodné v prípade jednovláknového kábla
umiestniť toto vlákno do osi kábla a ostatné zložky umiestniť okolo neho s prípadnými
odpružovacími vrstvami medzi nimi.
(Ševčik, Masche, Vlček, Zaorálek, 1985)
Pri mnohovláknovom kábli sa vlákna zvinú do dlhého závitu okolo nosného stredného
člena. Vlákna musia byť zaistené v polohách ďalšími vrstvami vlákien, bandážami a pod.
Všeobecné usporiadanie konštrukcie kábla obsahujúce všetky požadované vlastnosti je na
obr. 3.11
45

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Optické káble delíme na tieto najpoužívanejšie typy:
Simplexné (jednovláknové) káble sa využívajú najmä na výrobu
optických prepojovacích patchcordov, vo výnimočných prípadoch na
prepojenia bod – bod. Jedná sa o vnútorné káble s LSZH plášťom,
pod ktorým je vlákno v tesnej alebo polotesnej sekundárnej ochrane
a kevlar
.
Duplexné (dvojvláknové) káble sú určené na výrobu optických
prepojovacích patchcordov a na jednoduché prepojenia bod – bod
v budovách. Sú to vnútorné káble s LSZH plášťom, kevlarom
a vláknami v tesnej alebo polotesnej sekundárnej ochrane.
Univerzálne káble s vláknami v tesnej sekundárnej ochrane sú
vhodné na vnútorné aj vonkajšie použitie. Bezgelová konštrukcia
a samozhášavý LSZH plášť vylučuje šírenie plameňa v prípade
požiaru. Sú to miniatúrne káble, takže do káblovej chráničky sa
môžu zaťahovať, nie zafukovať. Najčastejšie sa dodávajú s 4,8 alebo 12 vláknami.
Káble UNI Tube majú vlákno v primárnej ochrane v centrálnej
trubičke plnenej gelom. Sú to miniatúrne káble, kvôli svojej
konštrukcií vhodnejšie na vonkajšie použitie. Tieto káble bývajú
spravidla max. 12 vláknové, s LSZH alebo PE plášťom.
Vonkajšie káble Loose Tube majú dielektrický centrálny prvok,
okolo ktorého sú gelom plnené trubičky s vláknami v primárnej
ochrane, vodoblokujúca páska, kevlar a PE plášť. Sú vhodné na
zafukovanie aj zaťahovanie do káblových chráničiek, väčšinou sa používajú na diaľkové
singlemódové trasy.
Samostatné káble sa používajú na vzdušné vedenia, sú rovnakej
konštrukcie ako káble Loose Tube, ale v plášti majú integrované
oceľové nosné lano. Okrem takýchto káblov tvaru číslice 8 existujú
aj samostatné káble ADSS. ktoré majú dielektrický nosný prvok vo
vnútri kábla (v centrále).
(http://www.ies.sk)
46

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
4 PRINCÍP OPTICKÉHO SPOJA NA PRENOS INFORMÁCIÍ
4.1 SPÁJANIE OPTICKÝCH VLÁKIEN:
Trendom súčasnosti je miniaturizácia, ktorá sa prejavuje aj v prenosových systémoch.
Miniaturizujú sa aj všetky optické prvky používané v spojovacích systémoch. Vzhľadom
na to je zrejmé, že vzájomné prepojovanie týchto jednotlivých elementov, t.j. zdrojov,
vlákien, detektorov, je sám o sebe špeciálny technologický problém. Požiadavky na
realizáciu spoja (zdroj svetla-jadro, jadro-jadro, jadro-detektor) sú v podstate rovnaké ako
u elektrických káblových spojov: mechanická pevnosť, odolnosť proti klimatickým
vplyvom, elektrická stálosť spoja, minimálny možný prechodový útlm, prípadne ľahká
manipulovateľnosť rozoberateľných spojov. Ak berieme do úvahy rozmery všetkých
prvkov, potom je zrejme, že na splneniu takýchto požiadaviek je nutné používať špeciálne
konštrukcie.
Príkladom takéhoto spoja môže byť realizácia prepojenia diódy LED s jadrom
optického vlákna. Ide o čelný spoj (priamy styk, na tupo) medzi diódou a jadrom. Aby
sme zhodnotili účinnosť takéhoto spoja berieme do úvahy, že žiarenie z diódy LED je
takmer izotropné. Väzbová účinnosť je potom úmerná priestorovému uhlu lúča, v ktorého
rozmedzí môžu byť tieto lúče prijímané vláknom. Tento uhol sa rovná druhej mocnine
apertúry vlákna.
Ak máme rozmer zdroja menší ako priemer jadra, ako je to napr. u injekčného lasera,
môže byť účinnosť čelného stykového spoja zlepšená napr. pomocou šošovky.
Takmer pre všetky druhy spojov jednotlivých vlákien je základnou požiadavkou čelná
plocha jadra prísne rovinná a kolmá k osi vlákna, aby nevznikali väzobné straty ako som
už popísal v predchádzajúcej kapitole 3.2.2. Praxou bolo zistené, že toto sa dá dosiahnuť
narezaním vlákna po obvode a roztrhnutím pod určitým napätím v ťahu. Na tento účel
boli vyvinuté špeciálne stroje.
Spoje rozdeľujeme na trvalé a rozoberateľné. Za trvalé spoje považujem čelné spoje
s priamym stykom spájaných plôch. Naproti tomu pri rozoberateľných spojoch
(konektoroch) je nežiadúce, aby sa spájané plochy mechanicky dotýkali. Dôvodom pre to
je, že pri rozoberaní a opätovnom spájaní by dochádzalo k opotrebovaniu styčných plôch
a tým k znižovaniu kvality vytvoreného spoja. Na druhej strane je však nutné dbať, aby
vzniknutá medzera nepresiahla určitú hodnotu, lebo by dochádzalo k nadmernému
rozširovaniu zväzku vplyvom difrakcie, a teda aj k veľkým stratám rozptylom svetelného
zväzku. Ak chceme udržať difrakčné straty pod hodnotou asi 0,2dB, je nutné, aby
47

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
vzdialenosť čelných plôch spájaných jadier vlákien nepresiahla 10% priemeru jadra
zväzku optických vlákien alebo priemeru jadra jednotlivého optického vlákna.
Ďalej sa dá optický spoj vytvárať pomocou optických šošoviek, ktoré prevádzajú
optické zväzky jednej konfigurácie na také isté zväzky alebo zväzky inej konfigurácie.
(Kubíček, 1981)
4.1.1 TRVALÉ SPOJE:
Za najjednoduchší trvalý spoj na tupo považujeme spoj vytvorený zvarením oboch
koncov jadier vlákien. Po tom, ako sa osovo vyrovnajú oba konce vlákien sú jadrá
zvarené pomocou horúceho drôtu ako ohrievača. Táto metóda je citlivá, ale výsledkom
je dokonalá trvanlivosť spoja a malé rozmery.
Ako ďalšiu metódu trvalého spájania jadier zaraďujeme použitie troch valcových
tyčiek, medzi ktoré sa oba spájané vlákna vložia, zlepia sa optickým lepidlom a celok sa
stiahne ohriatou trubičkou, ktorá po vychladnutí stiahne tyčky a jadrá do tuhého spoja,
viď obr. 4.1.
Často používanou metódou pri pevnom spájaní jadier je aj ich zavedenie do presne
kalibrovanej valcovej trubičky. Trubička má na oboch koncoch vodiace lievikové
rozšírenie, viď obr. 4.2. Pre fixáciu spoja sú konce trubičky zasunuté do plášťa vlákna
alebo v niektorých prípadoch je stlačený istiaci krúžok okolo plášťa vlákna.
Ako poslednú pri pevnom spájaní jadier uvádzam metódu pomocou trubičky so
štvorcovým prierezom, do ktorého môže byť jadro celkom voľne zavedené, viď obr. 4.3.
Využíva sa tu tendencia samonavedenia jadra, pomocou mierneho otáčania trubice.
48

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Tento postup nazývame metóda voľnej trubice. Pred zavedením jadier sa trubička
vyplní epoxidovou živicou, ktorá zároveň pôsobí ako látka pre prispôsobenie indexu lomu
a po zatvrdnutí ako fixácia spoja.
4.1.2 KONEKTORY:
Konektorové spoje okrem už predtým uvedených požiadaviek musia splniť ďalšie
dôležité požiadavky: jednoduchá manipulovateľnosť a spoľahlivá opakovateľnosť
spojenia, bez zníženia väzbovej účinnosti. Jedna z konštrukcií konektorov je na obrázku
4.4. Je to variant konštrukcie, popísanej už vyššie pre pevné spoje. Na obr. 4.4 je vidno,
že osové vyrovnanie sa robí pomocou kalibrovaného otvoru, ktorý má na koncoch
vodiace kužeľové rozšírenie. Vzdialenosť medzi koncami oboch vlákien v spojenom
stave sa nastavuje pomocou referenčných plôch tak, aby v konečnej polohe bola medzi
koncami vlákien malá medzera. Konce oboch častí konektora sú opäť zatlačené do
plastického plášťa vlákna. Tým je vlákno zaistené v správnej polohe v príslušnej časti
konektora.
Ďalším variantom takejto konštrukcie je usporiadanie podľa obr. 4.5, kde holý koniec
vlákna je osadený do silikónového kužeľa, ktorý tak zaisťuje lepšie stredenie a odolnosť
vlákna. Tu je namiesto kalibrovanej oceľovej trubičky s lievikovým nábehom použitý
hodinársky kameň upravený do tvaru X, viď obr. 4.5. Pri tomto prevedení sa dosahuje
veľký pomer dĺžka – priemer otvoru a vysoký lesk vnútra kameňa.
Hodinársky kameň sa používa tiež pre vystredenie vlákna v konštrukcií na obr. 4.6 .
Hodinárske kamene sa používajú vzhľadom k možnosti ich presného spracovania a to aj
vonkajšieho priemeru, aj presnej strednej diery, pre konce vlákna. Malý, presne
49

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
umiestnený otvor je ťažko realizovať priamo v čelnej stene oceľového puzdra, tubičky.
Celková osová presnosť tohto malého otvoru v kameni vzhľadom k vnútornej ploche je
lepšia ako 5 µm. Otvory v kameňoch máme k dispozícií v štandardných mierach po 10
µm. Sú vyberané tak, aby súhlasili čo najtesnejšie s priemerom použitého vlákna. Typická
hodnota útlmu takéhoto konektorového spoja podľa obr. 4.6 je 1÷1,5dB pre vlákno s φ85
µm, a to bez prispôsobenia indexu lomu.
Ďalšia možnosť pre vytvorenia konektora je použitie rozšírenia svetelného lúča do
kolimovaného lúča s väčším priemerom v mieste styku oboch jadier a prevedenie späť do
pôvodnej šírky lúča. Účelom je možnosť zväčšenia prispôsobených tolerancií ako
bočného, tak aj pozdĺžneho vyrovnania.
Avšak sprísňujú sa tu požiadavky na toleranciu uhlového vyrovnania oboch osí jadier.
Tu ide pomerne jednoducho dosiahnuť presnosť až na 20′ a nie je teda táto požiadavka
obmedzujúca.
Na obr. 4.7 a obr. 4.8 sú dve rôzne varianty rozšírenia svetelného lúča. Rozšírenie je
možné až na štvornásobok pôvodného rozmeru lúča. Vytvorenie takýchto prechodov je
však dosť nákladné. Koniec vlákna je umiestnený presne do ohniska šošovky. Šošovka je
z plastickej hmoty odlievanej do formy.
Ako vyhovujúce sa však pre užívateľa javí dodávanie svetelného zdroja alebo
detektora výrobcom už priamo spojeného s úsekom vlákna. Druhý koniec úseku vlákna
50

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
potom môže byť voľný, pre možnosť pripojenia špeciálneho konektora užívateľa, alebo
priamo naň môže byť pripojený (normalizovaný) konektor.
(Kubíček, 1981)
4.2 KATEGORIZÁCIA ZDROJOV OPTICKÉHO ŽIARENIA:
Pre aplikácie optoelektroniky sa v súčasnej dobe prevažne používajú:
• nekoherentné zdroje – polovodičové elektroluminiscenčné diódy
(ďalej len LED)
• koherentné zdroje a to: buď polovodičové injekčné laserové
diódy (ďalej LD) alebo vybrané typy opticky čerpaných pevnolátkových
laserov.
U polovodičových zdrojov sa využívajú luminiscenčné vlastnosti špeciálnych
polovodičových materiálov, žiarivá rekombinácia voľných nosičov náboja (elektrónov
a dier) a pri pevnolátkových opticky čerpaných laserov sa využíva prostredie určitých
vybraných dielektrických látok, v nich je generované žiarenie na základe energetických
prechodov medzi úrovňami elektrónov aktívnych prímesí.
Ďalej rozoberiem tieto tri hlavné zdroje optického žiarenia, ktoré sa používajú
v optických komunikačných systémoch.
(Ševčik, Masche, Vlček, Zaorálek, 1985)
4.2.1 ELEKTROLUMINISCENČNÉ DIÓDY:
Polovodičové elektroluminiscenčné diódy, označujeme ich tiež často LED – Light
Emitting Diode alebo tiež IRED- Infrared ED. V tejto práci ich budem všeobecne
označovať ako ELD. Sú založené na injekcií nosičov prúdu t.j. elektrónov a dier
prechodom P-N polarizovanom v priamom smere. Potom časť takto injektovaných
nadbytočných nosičov prúdu v danej štruktúre P-N spontánne žiarivo rekombinuje.
Injekcia nosičov prúdu prechodom P-N a ich žiarivá rekombinácia tvoria účinnú metódu
konverzie (premeny) elektrickej energie na svetelnú.
Optické nekoherentné generované žiarenie – jeho vlnová dĺžka λ, závisí od rozdielu
∆W[eV] energetických hladín, medzi ktorými dochádza k žiarivej rekombinácií. U ELD
výrobca stanovuje výkonovú alebo tiež energetickú účinnosť η W , je daná pomerom
vyžiarenej energie Φ e k spotrebovanej. Spotrebovanú energiu počítame ako súčin plochy
51

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
S prechodu P-N, prúdovej hustoty J a priloženého napätia v priamom smere U F .
Dôležitou vlastnosťou, ktorú majú ELD je vonkajšia kvantová účinnosť η ext , udávaná
počtom emitovaných fotónov z diódy, ktoré pripadajú na jeden elektrón prúdu diódy.
=
Φ
=
Φ
e
e
η
W
η
ext
= ηinη
v
= ηemη
rη
v
JSU
F
I
FU
F
Pri svetelných diódach je dôležitým parametrom ich svietivosť I v , ktorá býva 10 -4 až
10 -2 cd.
I
v
dΦV
= d Ω
(Ševčik, Masche, Vlček, Zaorálek, 1985)
Ak chceme ELD použiť v určitých daných aplikáciách, musíme poznať ich elektrické
vlastnosti, ktoré sú vyjadrené priebehmi VA- charakteristík a medznými hodnotami
napätia a prúdu. Typické priebehy VA- charakteristík sú uvedené na obr. 4.9.
U ELD je vyžarovanie v optickom spektre charakterizované VA- charakteristikou,
u sveteľných diód je to zas svetelnou charakteristikou, spektrálnou vyžarovacou
charakteristikou a smerovým vyžarovacím diagramom.
U diód, ktoré používame pre obvody spracovania a prenos optického signálu je treba
u jednotlivých typov poznať ich šumové vlastnosti. Fyzikálne deje v ELD zaraďujeme
medzi stochaistické javy, ktoré sa prejavujú makroskopickou fluktuáciou elektrického
prúdu a žiarenia.
52

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Pre optické komunikácie je nutnou požiadavkou nízkostratové naviazanie
generovaného žiarenia ELD do optického vlákna. Na tento účel sa v súčastnej dobe
z mnohých riešení využívajú dve varianty usporiadania a to: tzv. prúžková geometria
a dióda Burrusovho typu naznačené na obr.4.10
Prvý prípad, kde je naznačená prúžková geometria, je žiarenie generované v aktívnej
oblasti heteroštruktúry ELD, ale len v obmedzenej oblasti dostatočnej prúdovej hustoty,
pod úzkym prúžkom kontaktov. K čelnej stene štruktúry ELD sa dá súčastne pritmeliť
kus optického vlákna, vyvedeného z puzdra ELD. Vlákna s ELD a prenosové trasy sa
potom spojujú špeciálnymi optickými konektormi.
V druhom prípade ELD Burrusovho typu, je v čipe vyleptaný otvor do ktorého sa
pritmelí vlákno. Oba uvedené systémy ELD sú konštruované tak, že súčasne spĺňajú
požiadavku na rovnaký priemer vyžarujúcej a prijímajúcej plochy. Priemer emitujúcej
plochy je pri tejto konštrukcií porovnateľný s priemerom optického vlákna a tiež
prispôsobuje vyžarovací diagram k numerickej apertúre optického vlákna. V iných
prípadoch aplikácií ELD sa tieto problémy riešia samostatne, najčastejšie použitím
optických prvkov.
53

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
4.2.2 INJEKČNÉ LASEROVÉ DIÓDY:
Systém, ktorý tvorí injekčnú laserovú diódu je kryštál polovodičovej štruktúry
a prechod P-N, alebo to tiež môže byť varianta s heteroštruktúrami, ktoré sú vybrúsené do
tvaru optického rezonátora. Východiskový materiál má veľkú koncentráciu prímesí,
prakticky degenerovaného polovodiča, k zabezpečeniu veľkých hodnôt injekcie nosičov
do aktívnej oblasti. Typické usporiadanie systému a puzdier injekčných laserových diód
(ďalej len LD) je uvedené na obr. 4.11
K tomu aby bola zabezpečená stimulovaná emisia a dostatočne koherentné žiarenie
LD, musia byť splnené tieto podmienky:
a) Exitácia elektrónov pomocou injekcie prechodom P-N do aktívnej oblasti LD.
Inverzná populácia nosičov, ako základný predpoklad pre vznik stimulovanej emisie sa dá
dosiahnuť až pri relatívne veľkých prúdových hustotách injekčného prúdu ( 8-20*10 7 A na
cm 2 ).
b) Stimulovaná emisia je dominantná vtedy, ak v priamom smere danej štruktúry
prechodu P-N bude splnená podmienka W FC -W FV =hυ. Súčasne musí v danej aktívnej
oblasti dochádzať k zisku generovaného žiarenia. Znamená to, že generácia musí
prevládať nad absorpciou pozdĺž celého rezonátora.
Zosilnenie žiarenia, ktoré je uskutočňované kladnou spätnou väzbou rezonátora, musí
zodpovedať vlnovej dĺžke λ 0 , rozmerom rezonátora t.j. jeho dĺžke l a jeho činiteľa akosti
Q. (Ševčik, Masche, Vlček, Zaorálek, 1985)
Veľká výhoda LD spočíva vo využití vnútornej modulácie, znamená to, že
modulačné prúdy môžeme priamo superponovať na konštantný injekčný prúd I F >I 0 .
Polovodičové LD s homoštruktúrou prechodu P-N umožňujú iba impulzný chod a to ešte
54

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
musia mať intenzívne chladenie až na teploty tekutého dusíka ∼77K. To, že je možnosť
iba impulzného chodu, spolu s nižšími dobami života a vyžarovaním vo zväzku nie príliš
vhodnom na komunikáciu po optických vláknach, viedlo k vývoju LD od homoštruktúry
prechodu P-N, až po ich dvojité heteroštruktúry. Voľba materiálu a usporiadanie štruktúry
LD umožňuje znížiť prahové prúdy I 0 , dosiahnuť zúženie aktívnej oblasti, a súčastne
dosiahnuť len jeden tranzverzálny mód šírenia žiarenia v rezonátore.
V aplikáciách s LD musíme opäť počítať s ich šumovými vlastnosťami,
čiastočnou nelinearitou WA-charakteristiky a poklesom vyžarovanej energie v priebehu
starnutia. Dynamické vlastnosti LD závisia podobne ako u LED na vlastnostiach štruktúr
ich systému, ale v tomto prípade i značne na princípe modulácie. Samostatne sa tu riešia
podmienky analógovej modulácie a impulznej modulácie.
4.2.3 OPTICKY ČERPANÉ LASERY YAG:
Opticky čerpané lasery v pevnej fáze typu YAG dosahujú oproti LD lepšie parametre
a to tak, že sa v nich dosahuje vyšší stupeň koherencie a veľmi malá divergencia
vyžarovaných lúčov optického žiarenia. Nevýhodou tohto typu je podobne ako u
plynových laserov He-Ne a CO 2 , možnosť iba vonkajšej modulácie optického lúča. Nové
typy opticky čerpaných laserov na báze materiálov YAG umožňujú značnú miniaturizáciu
modulu alebo aj konštrukcie planárnych usporiadaní opticky čerpaných zdrojov optického
žiarenia, vhodných pre štruktúry optických komunikácií až po štruktúry integrovanej
optiky. Týmto požiadavkám v súčastnej dobe najlepšie vyhovujú lasery s aktívnym
iontom neodymu Nd 3+ v optickom prostredí granátu alebo ultrafosfátu neodymu.
Prechodné deje YAG laserov sú také dlhé (doba života vybudených stavov je rádové
µs), že nie je možná modulácia priamo v kryštály, ale je nutné modulovať až vonkajší
optický lúč.
Vhodným materiálom pre YAG sa ukázali zložité ultrafosfáty (polyfosfáty) a to
zvlášť pentafosfát neodymitý NdP 5 O 14 a tetrafosfát litho-neodymitý LiNd P 4 O 14 .
Aby to bolo celkom úplné, treba aby som uviedol aj perspektívne materiály pre
súčasné opticky čerpané lasery s neodymom. Takýmito materiálmi môžu byť: bezvodý
chlorid ceritý, aktivovaný neodymom CeCl 3 : Nd 3 , wolframan sodno-neodymitý
NdNa 5 (Wo 4 ) 4 a boritan hlinito-neodymitý NaAl 3 (BO 3 ) 4
55

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
4.3 DETEKTORY OPTICKÉHO ŽIARENIA
Detektory žiarenia pre optické spektrum najčastejšie rozdeľujeme na skupinu
tepelných detektorov, ako sú napr. termočlánky, termistory a skupinu fotónových
detektorov, ktoré sú založené na využití fotoelektrických javov. V praxi sa však častejšie
využívajú fotónové detektory založené na fotoelektrickej vodivosti pri fotorezistoroch
a fotovoltaický jav pri fotodiódach, fototranzistoroch a fototyristoroch. Pri niektorých
špeciálnych aplikáciách môžeme využiť aj fotoemisiu, ktorá vzniká pri fotonásobičoch.
4.3.1 ZÁKLADNÉ DRUHY FOTODIÓD
Fotodiódou označujeme v podstate druh diódy, ktorej konštrukčné usporiadanie
umožňuje absorpciu žiarenia v oblasti prechodu P-N a jeho blízkeho okolia, do
vzdialenosti, ktorá je úmerná difúznej dĺžke nosičov náboja. Podľa použitého
polovodičového materiálu, jeho absorpčných vlastností a tiež aj spektrálneho zloženia
dopadajúceho žiarenia na fotocitlivú oblasť fotodiódy, dochádza v jej štruktúre ku
generácií páru elektrón – diera. Tieto generované páry nosičov náboja sú separované
elektrickým poľom prechodu P-N, čím teda vytvárajú fotoelektrický prúd I L pretekajúci
uzavretým obvodom fotodiódy.
Ako prvý zo základných režimov činnosti fotodiódy označujem fotodiódový
v polarizácií fotodiódy vonkajším zdrojom napätia U B v závernom smere napätím U R a zo
sériovým zapojením záťaže R L , niekedy tiež v literatúre nazývaní odporový. Tento režim
je vhodný pre príjem (detekciu) optických signálov.
Druhý zo základných režimov je fotovoltaický, niekedy tiež nazývaný hradlový,
v ktorom fotodióda umožňuje konverziu (premenu) žiarivej energie na elektrickú,
dodávanú do záťaže R L . Tento režim sa môže použiť aj pre detekciu optických signálov,
prejavuje sa však podstatne väčšou zotrvačnosťou. Niektorí výrobcovia triedia základné
fotodiódy určené prevažne pre dané režimy na odporové a hradlové.
Spektrálna citlivosť fotodiód býva určená použitým východiskovým polovodičovým
materiálom, t.j. jeho absorbčnými vlastnosťami.
Za najdôležitejšie parametre fotodiód, používaných v konštrukciách prijímačov
optického signálu, považujeme ich prúdovú citlivosť S λ a hodnoty generovaného šumu.
Dynamické vlastnosti fotodiód bývajú závislé na usporiadaní ich systému, predovšetkým
plochy a tím teda aj kapacity prechodu P-N a puzdra, ďalej aj časovou konštantou τ, ktorá
je daná celkovou kapacitou fotodiódy C d a odporom obvodu fotodiódy, prevažne určeným
56

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
záťažou R L. Z časovej konštanty vyplývajú aj medzné frekvencie modulácie
detekovaného optického signálu.
V súčasnej dobe sa najviac používajú varianty kremíkových P-I-N a lavínových
fotodiód pri ktorých sa dosahuje medzná frekvencia rádove 10 2 až 10 3 MHz. Pre optické
komunikácie s optickými vláknami sa okrem Si fotodiód, určených pre vlnové dĺžky λ do
1,1 µm, používajú aj fotodiódy na báze materiálu InGaAsP pre λ =1,3 µm a InGaAs pre
λ= 1,5 až 1,6 µm.
Pri fotodiódach pre optické komunikácie sa i pri vysokých prenosových rýchlostiach
kódovaného číslicového signálu 140 až 240 Mbit/s a nízkej chybovosti 10 -7 až 10 -9
(pomer zle prijatých impulzov ku správnym) dosahuje vysoká citlivosť s odpovedajúcou
minimálnou úrovňou prijímaného optického signálu P Φ radové len zlomky µW.
Minimálna úroveň optického signálu detekovaného v prijímači s fotodiódou sa vzťahuje
k úrovni 0dBm=1mW. (Ševčik, Masche, Vlček, Zaorálek, 1985)
(Turán, Petrik, 1991)
4.3.2 FOTODIÓDY P-I-N
Usporiadanie systému fotodiódy P-I-N je naznačené na obr. 4.12 a,b. Žiarenie, ktoré
dopadá na diódu, prechádza tenkou oblasťou a je absorbované v intrinzickej oblasti I.
Oblasť I môže byť slabo dotovaná donorovými prímesami a potom je označená ako υ,
alebo tiež akceptorovými prímesami a označení ako π. Separované nosiče náboja
generovaných párov elektrón-diera sú v oblasti I urýchľované smerom k oblasti P a N.
Pracovný režim fotodiód P-I-N, býva volený ako fotodiódový pri napätí U R =10V až
50V, v ktorom sú dosahované malé hodnoty kapacity Cd ∼10 0 pF, vysoké medzné
frekvencie a minimálny detekovaný výkon, rádove len desiatky nanowatov- podľa
požadovanej šírky pásma modulačného signálu B. Minimálny výkon detekovaného
signálu je obmedzený šumovými vlastnosťami.
Pretože fotodióda P-I-N má veľmi malú fotocitlivú plochu S f sú aj fotoelektrické
prúdy a napätia detekovaného signálu veľmi malé a je ich nutné v optimálne
prispôsobenom predzosilňovači zosilniť. Niektorý výrobcovia už vyrábajú združené,
poprípade aj integrované súčiastky P-I-N fotodiód s MOS FET, popr. bipolárnym
tranzistorom, čím súčastne dosahujú minimálnu úroveň šumu vneseného do vstupných
časti prijímačov optických signálov.
57

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
4.3.3 LAVINOVÉ FOTODIÓDY
Ďalším typom sú lavinové diódy, ďalej značené LFD (v literatúre tiež často APD –
Avalanche Photo Diode), kde dochádza v dôsledku lavinového javu k vnútornému
zosilneniu fotoelektrického prúdu. Týmto sa zníži vplyv šumu generovaného
v predzosilňovacom stupni a zvyšuje sa citlivosť prijímača cca o jeden rád oproti
prijímaču s fotodiódou P-I-N. Vnútorné zosilnenie fotoprúdu u LFD je dané nastavenou
hodnotou koeficientu násobenia M, ktorý sa dá dosiahnuť u germániových diód asi do 50
a u kremíkových diód cca 100 až 200. Ako nevýhodu LFD označujeme požiadavku na
väčšiu hodnotu pracovného napätia U R =150 až 500V s dostatočnou stabilitou až 10 -2 %.
Kolísanie napätia U R a zmena teploty systému LFD spôsobujú značné zmeny M a tým
zosilnenia.
Pre aplikáciu v komunikačných systémoch už výrobcovia dodávajú LFD s puzdrami
usporiadanými s vývodom optického vlákna.
58

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
4.3.4 FOTOTRANZISTORY
Ako citlivé fotodetektory sa uplatňujú aj rôzne varianty fototranzistorov. Žiarenie,
ktoré je absorbované v oblasti prechodu P-N báza–emitor bipolárneho tranzistora, vyvolá
fotoelektrický prúd, ktorý je v danom zapojení SE h21e krátko zosilnený. Aj keď hodnota
citlivosti S (λ) ekvivalentnej fotodiódy emitor-báza býva menšia ako u bežných fotodiód,
je výstupný fotoelektrický prúd v obvode kolektora prúdove zosilnený. Prúdový
zosilňovací činiteľ h21e môže mať hodnoty až ∼300. Výsledkom je opäť vnútorné
prúdové zosilnenie ako u LFD, pričom sa dá dosiahnuť menších hodnôt prúdu v tme,
nižších úrovní šumu a medzných frekvencií porovnateľných až s fotodiódami P-I-N.
Bežné fototranzistory, ako napr. KP 101 Tesla, nemajú vyvedenú bázu, sú určené len
pre detekciu stavu svetlo –tma. Pre komunikačné systémy optoelektroniky sa v súčastnej
dobe vyvíjajú varianty špeciálnych heteroštruktúrnych fototranzistorov väčšinou
s vývodom bázy, ktorý slúži k nastaveniu pracovného režimu. Príkladom môže byť
štruktúra fototranzistora s jeho parametrami uvedená na obr. 4.14.
59

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Vo vývoji sú aj špeciálne fototranzistory na báze unipolárnych tranzistorových
štruktúr. Pre veľmi rýchle aplikácie sa napr. počíta so štruktúrami MES FET u ktorých
optický signál dopadá na Schottkyho prechod kov- polovodič oddeľujúci hradlo od
vodivého kanála.
(Ševčik, Masche, Vlček, Zaorálek, 1985)
60

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
5 MULTIPLEXORY, TECHNOLÓGIA TDM A WDM
Multiplexor je elektronické zariadenie, ktoré zlučuje niekoľko signálov pre prenos
jednou prenosovou trasou. Signály na konci trasy môže rozdeľovať zariadenie s opačnou
funkciou, nazývané demultiplexor.
Multiplexory rozdeľujeme podľa spôsobu multiplexovania a teda ich delíme na :
Analógové
• s použitím rôznych frekvencií (Frequency-Division Multiplex,
FDM)
• s použitím rôznych vlnových dĺžok (Wavelength-Division
Multiplex, WDM)
Digitálne
• v čase (Time-Division Multiplex, TDM)
• štatistický multiplex (Statistical TDM, STDM)
• zakódovaním rôznymi kódmi (Code-Division Multiplex, CDM)
Digitálny multiplexor - je druh logického digitálneho elektronického obvodu zo
skupiny kombinačných obvodov. Umožňuje zlučovať niekoľko vstupov do jedného
výstupu. Stav výstupu je zhodný so stavom toho signálneho vstupu, ktorý určuje stav
výberových vstupov. Vyrába sa vo forme integrovaného obvodu, pričom sa niekedy
umiestňuje do jedného puzdra viac multiplexorov so spoločnými výberovými vstupmi.
Niekedy je vyvedený okrem priameho výstupu aj invertovaný výstup. Vnútorne je
multiplexor realizovaný hradlami AND-OR-INVERT.
Najjednoduchším multiplexor (MUX) pre WDM je vlnovo-nezávislý strom optických
deličov s tlmením 10log10(n), kde n = B.D je počet vlnových dĺžok. Pretože takýto MUX
nedokáže odstrániť šum postranných pásiem vysielačov, častejšie sa používa vlnovoselektívny
MUX.
61

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Základné parametre multiplexora:
• Tlmenie na kanál (čo najmenšie)
• Tlmenie susedných kanálov (čo
najväčšie)
• Šírka pásma filtra jednotlivých kanálov
(strmosť)
• Teplotná citlivosť
Elektrický spôsob mutiplexovania, demultiplexovania je už na okraji svojich možností
preto sa v širokopásmových systémoch začína presadzovať optické časovo a frekvenčne
delené multipexovanie a demultiplexovanie. Ako veľmi účinný a výkonný systém sa
presadzuje: optický časový multiplexor OTDM
(http://student.katnet.sk/11semester/OKS/oks.html)
5.1 MULTIPLEX S ČASOVÝM DELENÍM - TDM
TDM- je digitálnou technikou založenou na možnosti rozdeliť prenosové schopnosti
celého „širšieho“ frekvenčného pásma v čase.
62

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
Dá sa to popísať tak, že istý krátky časový okamih sa celé frekvenčné pásmo venuje
jednému dielčiemu prenosovému kanálu, potom druhému, tretiemu atď. Potom sa to
znovu opakuje v neustálom cykle. Tento typ multiplexovania sa používa napr. v sieťach
typu GSM (mobilné siete druhej generácie).
Optické multiplexové operácie pre rôzne dátové kanály sa vyskytujú v časovej rovine
v neprekrývajúcich sa časových kanáloch. V optickej frekvenčnej rovine dochádza k
úplnému prekrývaniu, pretože existuje iba jedna prenosová frekvencia alebo vlnová
dĺžka.
Na začiatku prenosu optickými vláknami sa elektrický digitálny signál kanála
zmultiplexuje do maximálnej možnej miery a na základe definovanej dátovej hierarchie.
Tento multiplexovaný elektrický signál je potom konvertovaný elektro-optickým
meničom a následne vložený na prenosové optické médium, pomocou ktorého je signál
prenášaný. Pre demultiplexovanie je potom optický signál zase konvertovaný pomocou
opto-elektrického meniča.
OTDM systém bol navrhnutý z dôvodu vyhnutia sa elektrickej časti, v OTDMsystémoch,
je realizovaný MUX a DMUX pomocou optického spracovania signálu.
Cieľom je zvyšovanie prenosovej rýchlosti B tot =N opt *B ch v rozsahu Tb/s.(T~1ps).
N opt -počet časových kanálov, B ch - kanálová rýchlosť.
63

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
OTDM využíva flexibilnú šírku pásma podľa potreby v impulzných rýchlostiach 100
Gbit/s na jednej vlnovej dĺžke. Výhodou tohto systému je tiež menšia zložitosť
koncových uzlových zariadení pre jedno kanálový prístup, než pre viac kanálový prístup.
OTDM môže pracovať v oboch vlnových pásmach 1500 nm aj 1300 nm tak ako WDM
systém (kvôli vláknovým zosilňovačom EDFA). Systém je konštruovaný tak, že ponúka
prenos aj prepájanie základných sietí.
OTDM systémy delíme na:
– Bitovo prekladané OTDM
– Blokovo prekladané OTDM
-Rámcové umiestnenie OTDM, kde každý uzol priradí rovnaké množstvo kapacity
každému OTDM rámcu.
-Paketové umiestnenie OTDM, každý uzol môže poslať celý dátový paket len vtedy,
keď má pridelený prístup.
Bitovo prekladané OTDM - V danom čase sa pre každý uzol ukladá len jeden bit –
postačuje malá kapacita pamäte v uzloch. Celá šírka pásma vlákna sa delí na
nízkorýchlostné kanály- princíp je podobný ako vo WDM. Každý kanál má presnú
časovú pozíciu, keď nevysiela je jeho pozícia voľna
Blokovo prekladané OTDM - Keď má vysielač dáta na prenos, tak ich vkladá bez
ohľadu na to, či je jeho časový okamih → dáta musia byť ukladané do paketov so
záhlavím. Pri tomto systéme je nutnosť vkladania tzv. mŕtvej doby (ochranný čas) medzi
64

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
sloty. Sú tu kladené väčšie nároky na vyrovnávacie pamäte. Častejšie sa však používa
paketové OTDM. Celková prenosová rýchlosť je 100 Gbps a dĺžka paketu: 10ns – 100ps
Prínos OTDM systémov zhrnieme do nasledovných bodov:
1. Obrovský nárast prenosovej rýchlosti je asi hlavným dôvodom nasadenia OTDM
technológie.
2. Odstránenie elektro-optických a opto-elektrických meničov z prenosovej cesty,
následne odstránenie možných elementov prenosového reťazca, ktoré by mohli spôsobiť
poruchu.
3. OTDM technológia predstavuje nový a veľmi perspektívny smer v optických
komunikáciách, ktorý bude v nasledujúcich rokoch naberať na dôležitosti.
(http://student.katnet.sk/11semester/OKS/oks.html)
5.2 MULTIPLEX S VLNOVÝ DELENÍM - WDM
V súčasnosti neustále narastajú požiadavky na šírku prenášaného pásma. Za účelom
uspokojenia stúpajúceho dopytu, operátori hľadajú nové zariadenia s vysokými
prenosovými rýchlosťami. Riešenie poskytuje multiplex s vlnovým delením WDM
(Wavelength Division Multiplexing). Pokiaľ technológia TDM umožňuje dosiahnuť na
spoji dlhom 150 km prenosovú rýchlosť 10 Gbit/s, potom technológia WDM dosahuje
prenosovú rýchlosť až 80 Gbit/s a perspektívne aj viac.
Multiplex s vlnovým delením WDM je optická metóda umožňujúca kombinovať
rôzne vlnové dĺžky, ktoré sú vlnovo veľmi blízko seba (v rámci jedného optického okna,
napr. 1550 nm) v tom istom vlákne. Rýchlosť prenosu dosahovaná pomocou optickej
65

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
technológie napr. spoločnosti Alcatel, je 40-krát 10 Gbit/s (40-krát STM-64). To
znamená, že prenos prebieha na 40-tich blízkych vlnových dĺžkach. Technológia WDM
je založená na použití komponentov, ktoré nazývame optický multiplexor (OM) a optický
demultiplexor (OD). Úlohou optického multiplexoru je kombinovať rôzne vlnové dĺžky.
Optický demultiplexor má za úlohu separovať vlnové dĺžky, ako je popísané na obr. 5.1.
Optický multiplexor je prvok, ktorý nemusí byť nevyhnutne citlivý na vlnovú dĺžku a
teda nemôže byť vytvorený pomocou pasívneho optického združovača.
Optický demultiplexor musí byť na vlnovú dĺžku citlivý, aby bolo možné rozdeliť
odlišné optické signály, avšak môžeme ho vytvoriť združením pasívneho optického
združovača a optických vlnových filtrov. Zosilňovač (booster) zosilní signál, a tým
zvyšuje jeho optický výkon, aby bolo ďalej možné budiť opticky zosilňujúcu linku s
vhodnou výkonovou úrovňou. Počas šírenia signálu však klesá jeho optický výkon čo je
spôsobené útlmom optického vlákna. Pre vyrovnanie sa s týmto efektom, sa pozdĺž
optickej linky rozmiestňujú prídavné zosilňovače, čím dochádza k zväčšeniu dĺžkového
limitu vlákna spôsobeného uvedenými stratami v optickom vlákne. Na prijímacom konci
systému je signál najskôr zosilnený pomocou predzosilňovača. Potom demultiplexor
oddelí všetky vlnové dĺžky a pošle ich do prijímacieho vlnového adaptéra. Pretože OM a
66

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
OD pracujú výhradne v optickej oblasti, optický signál môže byť teoreticky akéhokoľvek
typu (t.j. ATM, SDH, analógový).
To aký je počet prenášaných signálov závisí iba od konfigurácie OM a OD. Výstupný
výkon je daný množstvom prenášaných signálov. Ak použijeme optické zosilňovače, ich
zisk závisí od vstupného výkonu a potom môže byť problematické udržať rovnaký zisk
pre každý signál, pokiaľ ich počet bude premenlivý.
Optické multiplexory a optické demultiplexory sa vyrábajú rôznymi technológiami,
ktoré zabezpečia plnenie multiplexovacích a demultiplexovacích funkcií.
V optických systémoch vyrábaných napr. firmou Alcatel sú OM a OD založené na
použití pasívneho zariadenia citlivého na vlnovú dĺžku nazývaného multiplexor s
vlnovým delením. Toto zariadenie určuje, ktorá vlnová dĺžka má byť prenášaná a ktorá
musí byť blokovaná aby sa predišlo skresleniu jedného kanálu inými. Je to relatívne
jednoduché zariadenie, vďaka nemu nemusíme použiť optický filter a súbor elektronicky
ovládaných obvodov na ovládanie toho optického kanála, ktorého vlnové dĺžky sú
použité.
(Černák, 2000)
67

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ZÁVER
Túto moju prácu som venoval kategorizácií optických prenosových médií pre
telekomunikačné siete. Keďže v súčasnosti už existuje množstvo informácií o optických
prenosových médiách, moja práca bola hlavne zameraná na kategóriu optických médií,
ktoré sú používane hlavne pre telekomunikácie. Taktiež existuje už aj množstvo delení
a kategórií optických systémov a médií a preto mojim cieľom v tejto práci bolo
zanalyzovať a zosumarizovať údaje a rôzne delenia ale len v rámci použitia v
telekomunikačných sieťach.
Zhodnotil som optokomunikačné systémy súčasnosti a popísal súčasný trend čím
je podľa môjho názoru stavba a tvorba optických sietí. Venoval som sa tu hlavne typom
prístupových optických sieti. Stručne som tu objasnil aj komunikáciu cez priestorovú
optiku.
Ako som už naznačil cieľom mojej práce bolo tiež zhrnúť množstvo informácií
o optických kábloch, vláknach, o princípe optického spoja, o zdrojoch a tiež aj
o detektoroch optického žiarenia. Všetky tieto informácie a údaje som zosumarizoval
a povyberal a popísal len tie, ktoré majú význam pre použitie v rámci tejto jednej
konkrétnej oblasti. Tiež som tu zhrnul aj nové trendy a metódy, ktoré sa už používajú
v súčasnosti. V práci som sa tiež venoval multiplexným metódam, ktoré sú využívané pre
prenos signálov a dát v rámci telekomunikácií a novo používaným metódam
multiplexovania a to už či časového alebo vlnového.
Teda cieľom práce bolo zo všetkých poznatkov a údajov o problematike optických
systémov a optických vlákien zosumarizovať a zanalyzovať len tie, ktoré sú vhodné pre
použite pre telekomunikačné siete. Doteraz neboli tieto poznatky zhrnuté
a kategorizované len pre túto danú oblasť a preto cieľom a prínosom je vytvorenie práce
ktorá zoskupuje a kategorizuje všetky tieto údaje, ale len v rámci tejto danej oblasti.
68

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY:
Černák, I. 2000. Telekomunikačné siete IV (Optokomunikačné systémy). Liptovský
Mikuláš: 2000. ISBN 80-8040-137-3.
Antoška, P. 1992. Optoelektronické systémy I. Liptovský Mikuláš: VVTŠ Liptovský
Mikuláš, 1992.
Ševčik, L. –Masche, J. –Vlček, Č. –Zaorálek, Z. 1985 Optoelektronika. VAAZ, 1985
Katys, G.P. 1978. Optoelektronické zpracovaní informace. Praha: SNTL- Nakladatelství
technické literatury , 1978
Kubíček, Z. 1981. Optické vláknové spoje. Praha: NADAS, 1981
Turán, J. –Petrik, S. 1991. Optické vláknové senzory. Bratislava: ALFA, 1991, ISBN 80-
05-00655
Sýkora, J. 2004. Princíp WDM. [28.07.2004]. Dostupné na:
Optické káble BELDEN [10.2007] Dostupné na:
Optické prístupové siete Dostupné na :
Odrobiňák R. OTDM systémy. Dostupné na :< http://student.katnet.sk/11semester/OKS/
oks.html>
69

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
ČESTNÉ VYHLÁSENIE
Vyhlasujem, že som zadanú bakalársku prácu vypracoval samostatne, pod
odborným vedením vedúceho bakalárskej práce Ing. Jozefa Letoviča a používal som len
literatúru uvedenú v práci.
Súhlasím so zapožičiavaním bakalárskej práce.
V Liptovskom Mikuláši dňa ..............................
.........................
podpis študenta
70

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta
POĎAKOVANIE
Ďakujem vedúcemu záverečnej práce Ing. Jozefovi Letovičovi za ochotné vedenie a
cenné rady, ktoré mi poskytol pri vypracovaní bakalárskej práce.
71