Optiese vesel

Optiese vesels

'n Optiese vesel is 'n glas- of plastiekvesel wat lig langs die lengte daarvan dra. Die ontwikkeling van Optiese Vesel het gedurende 1965 eers in erns begin. Tot op daardie stadium was die beginsels van optiese vesel reeds gevestig maar as gevolg van hoë verliese was die tegnologie nie kommersieel lewensvatbaar nie.

Charles K. Cao en George A. Hockham, navorsers van die Britse maatskappy: “Standard Telephone and Cables“, het met die idee vorendag gekom dat verliese van minder as 20dB per kilometer moontlik is. Hulle het die teorie gehad dat verliese deur onsuiwerhede veroorsaak was wat verwyder kan word en nie deur fisiese effekte soos strooiing nie.

Gedurende 1970 is die kritiese vlak van 20dB per kilometer bereik deur navorsers van Corning Glass Works tans bekend as Corning Incorporated. Hulle het die verlies beperk tot 17dB per kilometer deur silika glas met titaan te dokter. 'n Paar jaar later het hulle die syfer verbeter to slegs 4dB per kilometer. Tans is die verliese 0.19dB per kilometer by die 1550nm golflengte!

Optiese vesel word vervaardig van glas of plastiek. Dit lyk amper soos `n mens se hare maar is net dunner en kan lig gelei. In koper kabels word elektrisiteit gelei deur elektrone maar in optiese vesel word lig voortgeplant as fotone. Die glas wat gebruik word is suiwer silikon en word vervaardig deur middel van ’n chemiese proses. Die glas tipe optiese vesel word veral in die telekommunikasie industrie gebruik.

Optiese vesel gemaak van plastiek het beperkte gebruik en word hoofsaaklik vir multimodus produkte gebruik.

Optiese vesel word veral gebruik vir kommunikasie omrede dit ’n groot bandwydte kan hanteer. Bandwydte word gemeet in bisse per sekonde of bis/s. Hedendaagse bandwydtes van 40Gbis/s is alledaags en 1Tbis/s is op die horison! Optiese vesel het koper kabels vervang vir ’n paar redes. Eerstens kan optiese vesel seine gelei met minder verlies – dus verder reik- en tweedens is dit imuun teen elektromagnetiese versteurings.

Standaarde

Die ITU (International Telecommunication Union) is verantwoordelik om standaarde vir optiese vesel op te stel en te reguleer. Die standaarde vir optiese vesel bestaan uit 'n reeks dokumente nl. G.65x.

Optiese Vesel

Optiese vesel bestaan uit ’n glas kern wat omring word deur die glas deklaag. Die deklaag word weer omring deur die bekleding wat die vesel versterk. Die bekleding bestaan uit Akrilaat. Dit beïnvloed egter glad nie die werking van die vesel nie aangesien die lig slegs in die kern en die deklaag gedra word. Die kern is tipies 8,5μm in deursnee terwyl die deklaag 125μm in deursnee is. Saam met die bekleding is die vesel 250μm in deursnee.

Refleksie

Wanneer lig ’n voorwerp tref en daarvan kaats en nie deur die voorwerp beweeg nie word die proses weerkaatsing of refleksie genoem. Wanneer lig weerkaats word vanaf ’n oppervlakte wat veroorsaak word deur twee mediums wat ontmoet met verskillende digthede kom die Kritiese hoek ter sprake.

Wanneer die lig die oppervlakte tref groter as ø krities sal die lig reflekteer en indien die hoek kleiner is as ø krities sal die lig refrakteer. Dit sal slegs gebeur indien n2 > n1 d.w.s. die refraksie indeks van die kern groter is as dié bekleding.

Refraksie

Refraksie

Wanneer lig op ’n glas water met ’n lepel daarin val lyk dit asof die lepel gebuig is waar dit in die water ingaan. Die verskynsel staan ook bekend as Ligbreking. Dit gebeur omrede die lig teen verskillende snelhede deur die twee mediums beweeg omrede die digthede verskil. Die twee mediums het dus twee verskillende refraksieindekse.

Net so refrakteer lig wanneer dit van die kern na die bekleding beweeg in optiese vesel. Die verskynsel gehoorsaam Snel se Wet.

Voortplanting Beginsels

Lig word in die kern gehou deur ’n proses van Interne Refleksie. Dit veroorsaak dat die optiese vesel as ’n golfleier dien.

Om te verseker dat die lig in die kern bly moet die Refraksie Indeks van die kern groter wees as die van die bekleding. Dit verseker dat die sein terug “buig“ of refrakteer na die kern wanneer dit in die bekleding in beweeg.

Die refraksie indeks van die kern word verhoog deur dit met germanium te dokter. Die bekleding bestaan uit suiwer silikon.

Multimodus Vesel

Deur die kern van die vesel groter te maak bv. 50μm word die kenmerke van die vesel verander. Die lig het nou etlike paaie of modusse waar deur dit kan voortplant. Multi Modus vesel, die ligbron en ontvanger is aansienlik goedkoper as by Enkel Modus. Maar Multi Modus vesel se transmissie afstand is aansienlik korter (maks 2km) as gevolg van Modale Dispersie wat glad nie by Enkel Modus vesel voorkom nie.

Verswakking

Die verswakking afhankelik van die afstand

Van die lig wat in optiese vesel gelei word word geabsorbeer as gevolg van absorpsie en strooiing. Strooiing vind plaas wanneer die fotone met onsuiwerhede in die vesel bots. Dit beteken dat daar ’n beperking is op die afstand waaroor die vesel gebruik kan word. Tipiese afstande is 70km wat gebruik word vir stelsel ontwerp. Verswakking word in desibel (dB) gemeet.

Grafiek 1 gee 'n tipiese optiese vessel verswakking kurwe weer vir enkel modus vessel. Die bult naby die 1400nm golflengte staan bekend as die “waterpiek”. Die verskynsel word veroorsaak deur die lig wat reageer met die waterstof ione in die glas.

Dispersie

Lig pulse wat in die vesel gelei word, word algaande al hoe langer. Die verskynsel word dispersie genoem. Dit staan ook bekend as Puls Verbreding. Dispersie word veroorsaak omrede die lig puls nie net uit een golflengte bestaan nie en dat elke golflengte ’n unieke refraksie indeks het met die vesel. Dispersie beperk dus die bandwydte wat gebruik kan word. Dispersie word gemeet in pikosekonde (ps). Die dispersie koëffisiënt word bereken deur die volgende formule: ps/(nm.km).

Polarisasie Modus Dispersie

Polarisaie Modus Dispersie (PMD) is `n verskynsel wat die werking van stelsels oor optiese vesel kabels teen bandwydtes van groter as 2.5 GBisse per sekonde beïnvloed. Omrede die vesel nie 100% rond is nie en die toestand wissel oor die lengte van die vesel beweeg die lig teen verskillende snelhede in die verskillende vlakke van die vesel na die eindpunt. Die lig in die verskillende vlakke bereik die ontvanger nie teen dieselfde tyd nie en het dus PMD ondergaan. Dit lei ook tot vervorming van die golf net soos by Dispersie.

Eenvoudige Optiese Vesel Stelsel

In ’n optiese vesel stelsel is die vesel die medium tussen die sender en die ontvanger. Die sender kan ’n LD (Lig Diode – Multi modus ) of Laser (Enkel Modus) wees. So word gekodeerde ligseine oor die vesel gestuur.

Optiese Vesel Kabels

’n Optiese vesel kabel bestaan uit etlike vesels wat saam gegroepeer word in bondels; tipies ses vesels per bondel. Tipiese kabel grotes is 12-24 vesels per kabel. Kabels wat 144 of meer vesels bevat is egter nie ongewoon nie.

Daar is baie tipes optiese vesel kabels. Die onderwater kabels wat die oseane deurkruis is seker die bekendste. So bv. word Suid-Afrika verbind met optiese vesel onderwater kabels vanaf Europa nl. SAT-2 en SAT-3 langs die weskus van Afrika. Dit dra tans die meeste van die kommunikasie bv. telefoon, data, internet en video verkeer tussen Suid-Afrika en Europa. Die SAFE onderwater kabel verbind Suid-Afrika met die Ooste terwyl die SEACOM kabel Suid-Afrika met Europa verbind langs die ooskus van Afrika.

Daar is ook ondergrondse optiese vesel kabels wat direk begrawe of in pype ingeblaas kan word.

Oorhoofse optiese vesel kabels word ook op groot skaal gebruik. Dit word op houtpale geïnstalleer en daar is ook 'n ander variant wat op kraglyne geïnstalleer word.

Optiese Vesel Las

Optiese vesel kan nie met die hand gelas word nie; slegs met die hulp van ‘n elektroniese toestel. Die proses word smeltlas (ook fusielas) genoem. Die vesel word eers skoon gemaak deur dit af te vee met ’n alkohol lappie en dan die punte af te sny met ’n veselklower. Nou word die nuwe punte in die lasmasjien geplaas wat dit versigtig drie-dimensioneel in lyn kry.

Wanneer die masjien gereed is, word die vesels aanmekaar gesweis met ’n elektriese vlam; eintlik ’n elektriese vonk. Die las word nou deur die lasmajien getoets deur lig in die vesel te pomp. Indien die verlies deur die las vir een of ander rede te groot is moet die proses herhaal word. Enige verlies groter as 0.05dB deur die las word normaalweg as te groot geag.

Die gelaste vesel word dan bedek met ’n spesiale omhulsel wat dan in ’n oondjie gebak word – alles gebeur in die lasmasjien. Dit word alles gedoen om die gelaste vesel te beskerm.

Die optiese vesel word getoets met 'n OTDR. Met behulp van 'n OTDR kan vesels in kabels getoets word of die vesels van verskeie kabels wat aanmekaar gelas word kan ook getoets word.