Fibrat optike

Fiber optic illuminated.

TOS LINK clear cable.

ST-optical-fiber-conector-hdr-0a.

Valësjellësi dhe fibrat optike

Valësjellësi

Valësjellësi optikë është një strukturë optike në të cilën realizohet përhapja e drejtuar e sinjalit të dritës. Shpikja e strukturës valësjellëse me mbështjellje çoi në propozimet e para serioze për të përdorur fibrat optike si një mjedis komunikacioni. Valësjellësit optikë mund të klasifikohen sipas karakteristikave të tyre në disa mënyra: Sipas formës së indeksit të thyerjes ata ndahen në valësjellës me indeks të thyerjes me ndryshim shkallë(step index) dhe me ndryshim gradual(graded index) Sipas numrit të mënyrave(modeve) të transmetimit të sinjalit të dritës ndahen ne valësjellës me një mënyrë të vetme,i cili quhet VO monomodë(single mode) dhe me shumë mënyra,VO multimode(multimode) Sipas kufizimit të dritës ndahen në valësjellës dydimensional(2D) ose planarë,dhe tridimensional(3D) ose me kanal Sipas strukturës së ndërtimit ata ndahen ne valësjellës me strukturë simetrike dhe asimetrike

Metodat kryesore për projektimin e valësjellësave optikë

• Metoda WKB(Wentzel-Kramers-Brouillon)

Kjo metodë përdoret për projektimin e valësjellësave opticë 2D.Kjo metodë mund të sigurojë një zgjidhje të përafërt pë ekuacionin e vales me rastin kur dryshimi i indeksit të thyerjes është i vogël në krahasim me gjatësinë e vales optike qe përhapet .Ky kusht plotësohet më së miri nga valësjellësit me indeks gradual

• Metoda e indeksit efektiv

Kjo metodë rekomandohet kryesisht në valësjellës me kanal.Në këtë rast indeksi i thyerjes është variable e dy drejtimeve x dhe y.Me këtë metodë supozohet që fusha elektromagnetike mund të shihet si produkt i dy fushave,kur për secilën nga këto fusha shkruhet ekuacioni i vales.

Fibrat optike janë fije qelqi industrial, përçuese (transmetuese) të dritës apo pjesë të spektrit të saj, që në krahsim me fijet e telit lejojnë një transmetim shumë më të shpejtë dhe më të madh të të dhënave. Avantazhi i tyre qëndron në faktin që trasmetojnë sinjale me shpejtesinë e dritës. Një sinjal elektrik për t'u transmetuar në fibër konvertohet në sinjal optik dhe anasjelltas.

Parimi Fizik i Fibrave Optike

Në Optoelektronikë ato janë materiale të cilat shërbejnë për të përçuar sinjalin dritor,të cilat kryesisht janë Laser. Përbëhen nga :

• Bërthama
• Manteli

si dhe nga një veshje e jashtme e cila siguron qëndrueshmeriëe mekanike. Bërthama dhe Manteli janë elemente optike ,bërthama ka tregues thyerje më të madh se Manteli(mbështjellja).Një Fibër optike mund të trasmetoj një tufë drite Laser me një modë ose me shume mode,fibrat monomodale janë shume të holla në krahasim me ato multimodale. Struktura e fibrës optike përbëhet prej zemres me indeks të thyerjes $n_1$ të rrethuar nga mbeshtjellësi me indeks pak më të ulët $n_2$.

Këndi i pranimit

Sipas teorisë së pasqyrimit të plotë të brendshëm vetëm rrezet që formojnë një kënd me normalen më të madh se këndi kritik $\phi_c$ në ndërfaqen zemër-mbështjellje,do të transmetohen gjatë fibrës .Jo të gjitha rrezet që hyjnë në fiber do të vazhdojnë të përhapen përgjatë gjatësisë së saj.Rrezet që do të transmetohen sipas pasqyrimit të plotë të brendshëm Brenda zemrës së fibrës duhet të jenë rënëse në zemrën e fibrës Brenda një koni pranimi,ku këndi i gjysmës konike përcaktohet i barabartë me $\theta_a$

Optical-fibre.

Hapja numerike

Hapja numerike(numerical aperture) jep një vlerësim të aftësisë së pranimit të dritës nga fibra. Ajo përcaktohet si $NA=n_0sin(\theta_a)=\sqrt{n^2_1-n^2_1}$

Hapja numerike mund të jetë gjithashtu edhe në varësi të ndryshimit relative të indekseve të thyerjes midis zemrës dhe mbështjeljes,i cili përcaktohet si: $\Delta=\frac {n^2_1-n^2_2}{2n^2_1}=\frac {n_1-n_2}{n_1}$ për $\Delta<<1$

Rrezet elikoidale

Rrezet elikoidal kanë përparësi ndaj rrezeve meridionale,sidomos lidhur me kushtet e pranimit të dritës në fiber.Hapja numerike për këto rreze përcaktohet nga relacioni i mëposhtëm : $n_0sin(\theta_{as}) cos \gamma =\sqrt{n^2_1-n^2_1}=NA$

Rrezet elikoidale pranohen për një fiber të dhënë në kënde aksiale më të mëdha se rrezet meridionale

Shpetësia e fazës dhe shpejtësia grup

Kur një valë drite monokromatike përhapet gjatë një valësjellësi në drejtim z,pikat me faze konstante përhapen me nje shpejtësi faze F qe jepet nga : $v_p=\frac{\omega}{\beta}$

Shpejtësia grup lidhet me karakteristikat e përhapjes të grupeve të valëve të vrotjuara ose siç njihet ndryshe me paketën valore të dritës. Shpejtësia grup njehsohet nga: $v_g=\frac{d \lambda}{d \beta} \frac{d \omega}{d\lambda}=\frac{c}{N_g}$ ku $N_g$ është parameter i cili njihet si indeksi i grupit të valësjellësit.

Fibrat me indeks shkallë

Fibrat optike me indeks konstant të zemrës $n_1$ dhe një mbështjellje me indeks pak më të ulët $n_2$ njihen si fibra me indeks shkallë(step index) Forma e indeksit mund të përshkruhet si : $n(r) = \left\{ \begin{array}{c l} n_1 & r<a\mbox{ zemër} \\ n_2 & r \geq a\mbox{ mbështjellje} \end{array} \right.$

Tek fibrat me indeks shkallë që kanë parametra të pavarura nga distance(indeksi i thyerjes,diametri i zemrës) nuk shfaqet çiftimi i mënyrës.

Fibrat me indeks gradual

Fibrat me indeks gradual nuk kanë indeks të thyerjes konstant në zemër,por një indeks të zemrës n(r) që zvogëlohet gjatë distances radiale nga nje vlerë maksimale $n_1$ në aksin e fibrës në një vlerë $n_2$ në mbështjellje.Ky ndyrshim mund të paraqitet si: $n(r) = \left\{ \begin{array}{c l} n_1 \sqrt{1-2 \Delta(\frac{r}{a})^\alpha)} & r<a\mbox{ zemër} \\ n_2 & r \geq a\mbox{mbështjellje} \end{array} \right.$ ku $\Delta$ është ndryshimi relative i indeksit dhe $\alpha$ një parameter,që jep formën karakteristike të indeksit të zemrës.

Gjatësia valore e prerjes

Punimi monomodë arrihet mbi vetëm një gjatësi vale teorike të prerjes që jepet nga : $\lambda_c=\frac{2\pi a n_1}{V_c}\sqrt{2\lambda}$ ku $V_c$ paraqet frekuencën normalizuese të prerjes dhe $\lambda_c$ gjatësinë e vales mbi të cilën sigurohet përapja e vetëm një mënyre për një fibër. Për fibra monomodë të projektuar për të punuar në diapazonin e gjatësive të vales 1-3$\mu m$ rekomandohet që gjatesitë e vales së prerjes të shtrihen në diapazonin 1,1-1,28$\mu m$ .Në këtë mënyrë mënjanohen zhurma modale dhe problemet e disperzionit

Vonesa grup dhe faktori i vonesës modale

Koha tranzite e një vonese grupi F për një impuls që përhapet gjatë një njësi gjatësi të fibrës është inverse i shpejtësisë grup pra: $\tau_g=\frac{1}{\nu_g}=\frac{d\beta}{d\omega}=\frac{1}{c} \frac{d\beta}{dk}=\frac{1}{c}[N_{g2}+n_2\Delta \frac{d(Vb)}{dV}]$ Termi i pare jep varësinë e vonesës grup nga gjatësia e valës kur një valë plane uniforme përhapet në një mjedis me shtrirje infinit me një indeks theyrje që është i barabartë me atë të mbështjelljes.Ndërsa termi i dytë rrjedhë nga aftësitë e transmetimit të fibrës dhe përcaktohet nga faktori i vonesës modale $\frac{d(Vb)}{dV}$ .

Shuarja

SHuarja ose humbja e transmetimit e fibrave optike ka rezultuar se është nga faktorët më të rëndësishëm për përdorimin e gjërë të këtyre fibrave në telekomunikacion.Shuarja e kanalit është ajo që në përgjithësi përcakton distance maksimale të transmetimit,ku sinjali ruhet pa pësuar humbje. Në komunikimet optike shuarja jep sasinë e përgjithshme të humbjeve në decibel për njësi gjatësie. $\alpha_{dB}L=10\log{10} \frac{P_i}{P_o}$

Shpërndarja Rayeleigh

Shpërndarja Rayeleigh është dukuri mbizotëruese e humbjeve të brendshme në dritaren e absorbimit të ulët midis skajeve të absorbimit ultraviolet dhe infrared. Për një qelq të thjeshtë ajo jepet me shprehjen: $\gamma_R=\frac{8{\pi}^3}{3{\lambda}^4}n^8p^2\beta_c KT_F$

Gjithashtu koeficienti I shpërndarjes Reyleigh është I lidhur me faktorin e humbjeve të transmetimit të fibrës që jepet nga relacioni: $H=e^{-\gamma_R L}$

Prodhimi I fibrave optikë

Në fabrikimin e fibrave optike për të siguruar transmetimin e dritës duhet të kemi një ndryshim të indeksave të thyerjes brenda fibrës(midis zemrës dhe mbështjelljes).Indeksi I thyerjes I materialit që do të formoj zemrën e fibrës duhet të ndryshoj me vlera të ulëta nga indekis I materialit të mbështjelljes.Në veçanti kjo është e rëndësishme tek fibrat me indeks gradual,ku ndryshimi duhet të jetë I vazhdueshëm dhe jo shkallë.

Materialet e përdorura në fabrikimin e fibrave me indeks gradual janë vetëm materialet qelqore.Fibrat plastike kanë gjetur përdorim vetëm në disa aplikime në distancë të shkurtër dhe brez të ngushtë. Ekzistojnë dy metoda të fabrikimt të fibrave optike: a)teknika tradicionale e përpunimt të qelqit,në të cilat qelqi përpunohet në gjendje të shkrirë duke prodhuar një structure qelqore me shumë komponente. b)metoda me depozitim në gjendje të avullt që prodhojn qelqe të pasura me silic,që kanë temperature të shkrirjes tepër të larta për të lejuar përpunimin e tyre me procesin tradicional të shkrirjes.

Referencat

“Komunikimet me fibra optike”,Rozeta Mitrushi,Tiranë 2001 “An overview of optical fibre technology”,Zulfiqar Ali Imran,Pakistan “Reliable Data Communication via Fibre Optic Cables”,Westermo “Optical Fiber Communications”,Gerd Keiser,2nd edition

Interneti