Światłowód – przezroczyste włókno (szklane lub wykonane z tworzyw sztucznych), w którym odbywa się propagacja światła.

Światłowód włóknisty (inne nazwy: włókno światłowodowe, włókno optyczne) – rodzaj światłowodu (falowodu optycznego) służący do przesyłania promieniowania świetlnego. Pierwotnie stosowany dla celów dekoracyjnych i oświetleniowych, obecnie najczęściej wykorzystywany jest w telekomunikacji i do transmisji danych. Zwykle występuje w formie włókien dielektrycznych, najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego. Część światłowodu prowadząca światło, tak zwany rdzeń, charakteryzuje się największym współczynnikiem załamania światła w całej strukturze.
Do transmisji danych, zamiast prądu elektrycznego, wykorzystywana jest odpowiednio modulowana wiązka światła (zapobiegająca zniekształceniom sygnału), której źródłem może być laser lub dioda LED. Dzięki temu możliwa jest transmisja danych do 3 Tb/s, a przepływ danych jest zabezpieczony przed niepowołanym dostępem. Światłowody nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego, w związku z czym niemożliwe jest podsłuchanie transmisji, jeżeli nie posiada się dostępu fizycznego. Cechuje je duża odporność na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne, stopa błędów mniejsza niż 10-10 przy najwyższych przepływnościach binarnych, mała tłumienność jednostkowa (około 0,20 dB/km dla fali o długości 1,5 μm).
wiatłowody telekomunikacyjne dzielimy na jedno- i wielomodowe. Pod względem budowy różnią się one przede wszystkim grubością szklanego rdzenia (grubość pozostałych warstw jest taka sama), co wpływa na sposób przesyłania informacji.
Ogólnie światłowód, jako struktura prowadząca światło, może przyjmować różne formy i może być wykonany z różnych materiałów. Światłowód włóknisty najczęściej wykonany jest ze szkła krzemionkowego i składa się z trzech części: rdzenia, płaszcza i pokrycia ochronnego. Rdzeń prowadzi wiązkę światła, płaszcz uniemożliwia ucieczkę światła z rdzenia a pokrycie stanowi zabezpieczenia przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi. Rdzeń i płaszcz wykonane są zwykle ze szkła, zaś pokrycie z polimeru.
Zastosowanie światłowodów wykracza daleko poza telekomunikację i obejmuje takie dziedziny jak medycyna, systemy oświetleniowe oraz czujniki.
Światłowody różnią się ze względu na strukturę modową, kształt, materiał wykonania, rozkład współczynnika załamania w rdzeniu i mechanizm prowadzenia światła.

Technika światłowodowa

W 1880 roku inżynier z Concord (Massachusetts, USA) William Wheeler skonstruował i opatentował konstrukcję którą nazwał rurociągiem świetlnym (ang. light piping). Była to prawdopodobnie pierwsza poważna próba prowadzenia światła w ośrodku szklanym. Wheeler planował wykorzystać swój pomysł do oświetlania wnętrza budynków ale wynaleziona przez Edisona żarówka wyeliminowała pomysł jako zbyt skomplikowany i niepraktyczny.

Transmisja światłowodowa polega na prowadzeniu przez włókno szklane promieni optycznych generowanych przez źródła światła. Ze względu na niskie tłumienie, brak wpływu zewnętrznego pola elektromagnetycznego na prowadzony sygnał oraz inne zalety, światłowód stanowi obecnie najlepsze medium transportowe dla nowoczesnych torów transmisyjnych. Transmisja polega na połączeniu ze sobą nadajnika optoelektronicznego z odbiornikiem optoelektronicznym za pomocą światłowodu. Jako nadajniki są obecnie używane diody LED lub diody laserowe LD. Jako odbiorniki stosuje się fotodiody.

Budowa światłowodu

Medium transmisyjne światłowodu stanowi czyste szklane włókno kwarcowe wykonane z dwutlenku krzemu o przekroju kołowym - rdzenia, w którym światło jest zamknięte przez otoczenie nieprzezroczystym płaszczem. Dla wykorzystywanych w transmisji długości fali, współczynnik odbicia światła w płaszczu jest mniejszy niż w rdzeniu, co powoduje całkowite wewnętrzne odbicie promienia i prowadzenie go wzdłuż osi włókna. Średnicę światłowodu specyfikuje się zarówno dla rdzenia jak i dla powłoki zewnętrznej. Dla współcześnie produkowanych światłowodów jednomodowych średnica rdzenia wynosi od 4 do 10 um (głównie 9um), przy średnicy powłoki od 75 do 125um (głównie 125um). Dla światłowodów wielomodowych o skokowej lub gradientowej zmianie współczynnika odbicia średnica rdzenia mieści się w zakresie od 50 do 1000um, a średnica zewnętrza płaszcza w zależności od struktury wewnętrznej wynosi:

- od 125 do 140um dla światłowodów ze współczynnikiem gradientowym (rdzeń niejednorodny)

- od 125 do 1050um dla światłowodów ze współczynnikiem skokowym (rdzeń jednorodny)

Najczęściej spotykana, znormalizowana średnica zewnętrzna płaszcza światłowodu wynosi 125um, a średnica płaszcza lakierowanego - 250um

Zasadniczą cechą włókna są mody światłowodowe, określające rozkład pola i fizyczny kształt wiązki świetlnej układającej się w światłowodzie. W światłowodzie wielomodowym istnieją warunki optyczne do powstania i przesyłania wzdłuż włókna optycznego wielu dyskretnych modów (promieni świetlnych), każdy o odmiennej długości fali świetlnej i szybkości propagacji. Dla jednomodowej transmisji światła stosuje się światłowody o mniejszej średnicy rdzenia (typowo - 9um), która jest porównywalna z długością fali świetlnej. W światłowodach tych prowadzona jest tylko jedna monochromatyczna wiązka światła o stałej szerokości propagacji impulsu, co wpływa na zmniejszenie dyspersji transmitowanego sygnału i zwiększa długość toru światłowodowego bez potrzeby regeneracji sygnału.

Dyspersja w światłowodach

Dyspersja włókna jest cechą określającą przydatność światłowodu do transmisji długodystansowej. Dyspersja światłowodu powoduje przenoszenie impulsów świetlnych w zniekształconej postaci. Wiąże się z różnymi prędkościami rozchodzenia się składowych harmonicznych, odzwierciedlających przesyłany impuls wejściowy. Deformacja (poszerzenie) impulsu na skutek dyspersji chromatycznej rośnie z odległością transmisji i powyżej krytycznej długości powoduje nierozróżnialność impulsów. Na całkowitą dyspersję światłowodu składają się:

- dyspersja modowa (nie występuje dla włókien jednomodowych, a dla gradientowych jest nieznaczna)

- dyspersja materiałowa, nazywana chromatyczną, spektralną lub widmową (spowodowana przesyłaniem wielu fal monochromatycznych w rdzeniu z różnymi prędkościami)

- dyspersja falowodowa (wynika z częściowego wędrowania wiązki światła przez płaszcz światłowodu)

Najbardziej istotnym z efektów ograniczających zasięg transmisji światłowodowej jest tłumienie. Ze względu na kształt charakterystyki tłumiennościowej szkła kwarcowego w zależności od długości fali, kolejne generacje systemów światłowodowych wykorzystywały do transmisji fal o długościach l=850nm, l=1300nm oraz l=1550nm. Te charakterystyczne punkty nazywane są odpowiednio I, II i III oknem transmisyjnym. I okno transmisyjne zastosowano już w latach siedemdziesiątych. Za atrakcyjnością tego okna przemawia dostępność tanich źródeł światła - diod elektroluminescencyjnych, wadą jest wysoka tłumienność ograniczająca odległość transmisji do kilkunastu kilometrów. II okno transmisyjne dla fali 1300nm stosowano w latach osiemdziesiątych, wtedy bowiem opanowano technologię wytwarzania światłowodów jednomodowych o niskiej tłumienności, pozwalających na zwiększenie zasięgu transmisji do 100km. Transmisję na długości fali 1550nm (w III oknie) zastosowano w latach dziewięćdziesiątych. Opracowano wtedy wydajne lasery na taką długość fali. Tłumienność wynosząca mniej niż 0,2dB/km pozwala na transmisje na odległości do 200km.

Łączenie światłowodów

Łączenia światłowodów można dokonywać w sposób trwały lub rozłączny. Połączenia trwałe, zwane spawami światłowodowymi, umożliwiają wykonywanie długodystansowych, jednorodnych strukturalnie linii transmisyjnych między regeneratorami optycznymi. Połączenia takie, wykonywane początkowo przez klejenie powierzchni włókien zostały całkowicie wyeliminowane przez spawy termiczne, w których uzyskuje się tłumienność przejścia sygnału poniżej 0,1dB. Połączenia rozłączne są przeznaczone do przedłużania kabli światłowodowych lub ich krosowania z siecią teleinformatyczną. Zapewniają przenoszenie energii świetlnej z małymi stratami i powtarzalność parametrów w kolejnych połączeniach. Uzyskanie niskich strat przejścia wymaga precyzyjnej obróbki mechanicznej elementów złącza - prawidłowego osiowania włókna i odpowiedniego styku czół łączonych światłowodów. Końcówki włókien kabla światłowodowego, zakończone fabrycznie złączami nazywane są pigtailami, natomiast do krosowania torów światłowodowych w łącznicach telekomunikacyjnych i węzłach komutacji stosuje się krótkie odcinki światłowodowe - patch cordy - zakończone odpowiednimi złączami.

Ważne zalety stosowania światłowodów:

ˇ szerokie pasmo przenoszenia,

ˇ mała tłumienność,

ˇ brak wpływu EMI,

ˇ brak przesłuchów między liniami,

ˇ bardzo utrudniony podsłuch,

ˇ separacja galwaniczna łączonych urządzeń.

Do budowy sieci światłowodowych (oprócz samego światłowodu) niezbędne są elementy aktywne (np.: nadajniki, odbiorniki, transceivery, wzmacniacze optyczne, przełączniki, huby, karty sieciowe i inne) oraz pasywne (np.: tłumiki, filtry, izolatory, sprzęgacze, złącza, multipleksery i inne), które umożliwiają łączenie ze sobą poszczególnych włókien światłowodowych w pożądaną strukturę sieciową. Elementy pasywne umożliwiają również wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieciowej do zwielokrotnienia przesyłu danych (bez konieczności układania nowych kabli światłowodowych) poprzez jednoczesną transmisję sygnałów na różnych długościach fal lub przy użyciu cyrkulatorów - w dwóch kierunkach w jednym torze.

E1 (telekomunikacja)

E1 – jest to podstawowy system zwielokrotnienia kanałów cyfrowych (64 kb/s) w telekomunikacji w Europie oraz większości krajów poza Stanami Zjednoczonymi, Kanadą i Japonią.

Łącze E1 pracuje na dwóch oddzielnych zestawach kabli, zwykle skrętka lub rzadziej już dziś kabel koncentryczny. Nominalny sygnał 3 V (2,37 V na kablu koncentrycznym) jest zakodowany tak, aby unikać długich okresów bez zmiany polaryzacji. Przepustowość wynosi 2048 kb/s, łącze pracuje w trybie pełnego dupleksu (ang. full duplex). Czas transmisji pojedynczej porcji danych (tzw. ramki) na łączu E1 jest dzielony na 32 przedziały czasowe (ang. time slot) oznaczane TS0 - TS31. Transmisja pojedynczej ramki trwa 125 μs (8000 transmisji na sekundę) w tym czasie w każdej szczelinie przesyłane jest 8 bitów informacji, stąd wynika przepustowość pojedynczego kanału (8000/s x 8 bit = 64 kb/s) i całego łącza (32 x 64 kb/s = 2048 kb/s). Pierwszy przedział (timeslot 0, TS0) nie jest używany do przesyłania danych, przesyłane są nim bity służące m.in. synchronizacji (ang. framing), pozwalającej wykryć początek ramki i rozpoznawać poszczególne przedziały czasowe. Jeden przedział (TS16) jest zarezerwowany dla celów sygnalizacyjnych.

W odróżnieniu od łączy T1 używanych w Ameryce Płn., w łączu E1 wszystkie 8 bitów każdej próbki jest dostępnych dla każdego połączenia.

Specyfikacja charakterystyk fizycznych hierarchicznych interfejsów cyfrowych (w tym E1) jest zawarta w zaleceniu ITU-T G.703. Charakterystyka funkcjonalna tych interfejsów, związana z węzłami sieci i urządzeniami zwielokrotniającymi, jest zawarta w zaleceniu ITU-T G.704

Patchcord – krótki przewód służący do przesyłania sygnałów elektrycznych lub (rzadziej) optycznych. Najczęściej jest on kojarzony z sieciami komputerowymi – skrętką. Wtedy jest to przewód połączony według schematu 1:1. Są także patchcordy służące do łączenia osprzętu optycznego (patchcord optyczny – światłowód) oraz do łączenia osprzętu wideo.
 
Patchcord jest to przewód o znormalizowanej długości, który można kupić w sklepie w przeciwieństwie do kabli sieciowych, które trzeba zrobić samemu. Jest to umowny podział, ponieważ mogą one być używane zamiennie.
 
Patchcord najczęściej używany jest w szafach krosowniczych do łączenia elementów aktywnych (switch, router) i pasywnych (hub, panele krosownicze) sieci komputerowej.
 
Patch cord optyczny - są to zazwyczaj dwa włókna światłowodowe, w wzmocnionej oprawie (Światłowód > akryl > I izolacja PCV > Włókno szklane lub kewlar > II izolacja PCV). Obecnie na rynku można otrzymać znormalizowane długości patch-cord'ów ale także wedle potrzeb odbiorcy. Patch-cord optyczny stosowany jest najczęściej do: przełącznic światłowodowych, zakończeń kabla światłowodowego w celu podłączenia konwertera.
 
Najczęściej stosowane złącza w patch-cord'ach:
-SC (proste)
-SC/APC (skośne)
-LC
-ST
-E2000 (Euro 2000)
-FC

W przypadku sieci światłowodowych nie ma konkretnego standardu używanych wtyczek w patch-cord'ach, jedynie przewagę zyskują złącza SC i SC/APC

Skrętka (ang. twisted-pair cable) – rodzaj kabla sygnałowego służącego do przesyłania informacji, który zbudowany jest z jednej lub więcej par skręconych ze sobą przewodów miedzianych, przy czym każda z par posiada inną długość skręcenia w celu obniżenia zakłóceń wzajemnych, zwanych przesłuchami. Skręcenie przewodów powoduje równocześnie zawężenie pasma transmisyjnego.
 
Wyróżnia się skrętkę nieekranowaną (U/UTP), ekranowaną folią (posiadającą dodatkowe płaszcze z folii) (F/UTP i U/FTP) oraz metalowej siatki (SF/UTP, S/FTP i SF/FTP). Skrętki mają zastosowanie w łączach telekomunikacyjnych oraz sieciach komputerowych, obecnie najczęściej wykorzystywana jest w telefonii analogowej oraz w sieciach Ethernet. Skrętka ma zastosowanie przy przesyłaniu danych w postaci analogowej jak i cyfrowej.

Rodzaje skrętki
 
Norma ISO/IEC 11801:2002 opisuje sposób oznaczania kabli. Norma mówi, że kable powinny posiadać opis w składni xx/yyTP, gdzie yy-opisuje pojedynczą parę kabla (np. UTP – para nieekranowana), a oznaczenie xx odnosi się do całości kabla.
 
Przyjmowane przez xx i yy oznaczenia to:
 U – nieekranowane (ang. unshielded)
 F – ekranowane folią (ang. foiled)
 S – ekranowane siatką (ang. shielded)
 SF – ekranowane folią i siatką
 
Spotykane konstrukcje kabli
 U/UTP (dawniej UTP) – skrętka nieekranowana
 F/UTP (dawniej FTP) – skrętka foliowana
 U/FTP – skrętka z każdą parą w osobnym ekranie z folii.
 SF/UTP (dawniej STP) – skrętka ekranowana folią i siatką
 S/FTP (dawniej SFTP) – skrętka z każdą parą foliowaną dodatkowo w ekranie z siatki
 SF/FTP (dawniej S-STP) – skrętka z każdą parą foliowaną dodatkowo w ekranie z folii i siatki

Elektryczne parametry skrętki

• Impedancja falowa
• Tłumienie — stosunek napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego sygnału transmitowanego w przewodzie, wyrażane w decybelach na jednostkę długości;
• Propagacja sygnału — (ang. NVP (Nominal Velocity of Propagation)) prędkość propagacji impulsu elektrycznego podawana jako ułamek dziesiętny lub wartość procentowa, pozwala na określenie prędkości impulsu w stosunku do prędkości światła (c = 300 000 km/s). Na przykład NVP = 74% oznacza, że prędkość impulsu w kablu Vf wynosi 0,74c (Vf = 222 000 km/s). W tym przypadku impuls elektryczny będzie potrzebował ok… 4,5 ns na przebycie 1 m.;
• Rezystancja stałoprądowa;

Kategorie skrętki

Kategorie skrętki wg europejskiej normy EN 50171:

• klasa A – realizacja usług telefonicznych z pasmem częstotliwości do 100 kHz;
• klasa B – okablowanie dla aplikacji głosowych i usług terminalowych z pasmem częstotliwości do 4 MHz;
• klasa C (kategoria 3) – obejmuje typowe techniki sieci LAN wykorzystujące pasmo częstotliwości do 16 MHz
• klasa D (kategoria 5) – dla szybkich sieci lokalnych, obejmuje aplikacje wykorzystujące pasmo częstotliwości do 100 MHz;
• klasa E (kategoria 6) – rozszerzenie ISO/IEC 11801/TlA wprowadzone w 1999, obejmuje okablowanie, którego wymagania pasma są do częstotliwości 250 MHz (przepustowość rzędu 200 Mb/s). Przewiduje ono implementację Gigabit Ethernetu (4x 250 MHz = 1 GHz) i transmisji ATM 622 Mb/s;
• klasa EA (kategoria 6A) – wprowadzona wraz z klasą FA przez ISO/IEC 11801 2002:2 Poprawka 1. Obejmuje pasmo do częstotliwości 500 MHz;
• klasa F (kategoria 7) – opisana w ISO/IEC 11801 2002:2. Możliwa jest realizacja aplikacji wykorzystujących pasmo do 600 MHz. Różni się ona od poprzednich klas stosowaniem kabli typu S/FTP (każda para w ekranie plus ekran obejmujący cztery pary) łączonych ekranowanymi złączami. Dla tej klasy okablowania jest możliwa realizacja systemów transmisji danych z prędkościami przekraczającymi 1 Gb/s;
• klasa FA (kategoria 7A) – wprowadzona przez ISO/IEC 11801 2002:2 Poprawka 1. Obejmuje pasmo do częstotliwości 1000 MHz;

Przełącznica ODF - punkt dystrybucyjny, służy do przełączania torów światłowodowych pomiędzy kablami liniowymi i urządzeniami końcowymi. Umożliwia przełączanie traktów liniowych na tory rezerwowe, dołączanie nowych urządzeń do niewykorzystanych torów oraz wykonywanie pomiarów eksploatacyjnych i kontrolnych. Urządzenie przeznaczone jest głównie dla operatorów sieci telekomunikacyjnych.

Zasady znakowania zwierząt