мини|Kutija optičkih kablova. Mreža putem optičkih kablova je telekomunikaciona mreža velikog kapaciteta zasnovana na optičkim tehnologijama i komponentama koje omogućavaju rutiranje, pripremanja, i obnavljanje signala na nivou talasnih dužina, kao i servise zasnovane na njima.
Razvoj optičkih mreža, i generalno optičkih telekomunikacija, postao je moguć, pre svega, pronalaskom lasera 1950. godine. Nakon pronalaska lasera usledio je razvoj optičkog vlakna sa malim gubicima (oko 1970. godine). Dalji razvoj je podstaknut pronalaskom EDFA (erbium-doped fiber amplifier). Usledio je razvoj dielektričnih filtara, Bragovih optičkih rešetki i AWG (-{arrayed waveguide gratings}-) tipa rešetki koji su u upotrebu ušli devedesetih godina prošlog veka.
Kada se govori o telekomunikacionim mrežama koje za osnovu imaju optička vlakna, govori se praktično o optoelektronskim sistemima za prenos, odnosno optičkim mrežama. Nastale su iz potrebe da za mrežama koje obezbeđuju izuzetno velike kapacitete linkova, pošto količina podataka koji se razmenjuju kroz mrežu imaju tendenciju stalnog rasta.
Optoelektronski sistemi za prenos se mogu razdvojiti na dve generacije. Prva generacija koristi optički kabl kao zamenu za bakarni kako bi se postigla veća brzina prenosa, veći protok, a predstavljaju je standardi SONET i SDH. Druga generacija predstavlja pokušaj da se ostvari još funkcija u samom optičkom domenu, kao što je rutiranje i distribucija određenih talasnih dužina, i eventualno rutiranje i distribucija paketa u optičkom obliku (WDM). Postoje dva pristupa problemu povećanja kapaciteta optičkog kabla: Korišćenje više talasnih dužina istovremeno na jednom optičkom kablu – Wavelenght division multiplex (WDM) i Korišćenje vremenskog multipleksiranja (TDMA).
Dobra strana WDM sistema prenosa je mogućnost iskorišćenja već postojećih mreža optičkih kablova radi povećanja propusnog opsega. WDM sistemi se zasnivaju na multipleksiranju signala po talasnim dužinama, čime se postiže prenos više signala istim optičkim kablom, ali na različitim talasnim dužinama.
Optičko vlakno je obično napravljeno od stakla ili plastike, te služi za prenošenje informacija pomoću svetlosti. Optička vlakna se nalaze u optičkom kablu. Optičko vlakno kao medijum je mnogo brže, pouzdanije i sigurnije od bakarnih provodnika, zbog toga što ne prenosi električne signale već svetlosne. Zbog toga je nemoguće imati neovlašćen pristup mreži poput radio frekventnog (RFI) i elektromagnetnog (EMI) ometanja.
FDDI definiše dve vrste optičkih vlakana: jednomodne i multimodne. Jednomodni je snop svetlosti koji ulazi u vlakno u određenom uglu, dok multimodni koristi LED kao izvor svetlosti za razliku od lasera koje koristi jednomodni. Jednomodni pristup je mnogo bolji zbog toga što koristi laser, dok se kod multimodnog pojavljuje modalno raspršavanje koje se dešava zbog toga što LED svetlosni signali ulaze u različitim uglovima zbog kojih svi ne završavaju na kraju u isto vreme. Optičko vlakno ili svetlovod (engl. optical fiber) je tanka staklena ili plastična nit sa svojstvom provođenja svetla. Propusnost optičkog vlakna je do 50 000 Gb/s. Vrlo mala je mogućnost greške, na prenos optičkim vlaknom ne deluju smetnje električnih uređaja, optičko vlakno ne emituje smetnje u okolinu, tanko je i lagano. Kod upotrebe optičkog vlakna potrebno je električni signal pretvoriti u svetlosni, pustiti svetlost u vlakno paralelno s uzdužnom osom, na suprotnoj strani potrebno je svetlosni signal opet pretvoriti u električni. Pojasna širina optičkih vlakana je otprilike 180 THz do 330 THz.
Optičke pristupne mreže
Pojava i nagli razvoj novih širokopojasnih telekomunikacionih servisa doveli su do toga da se unapređenje pristupnog dela mreže javlja kao preka potreba. U cilju unapređenja ovog dela mreža, poslednjih godina razvijena su mnoga tehnološka rešenja, među kojima su najznačajnija digitalna pretplatnička petlja (DSL), hibridna fiber-koaksijalna tehnologija (HFC ) i FTTx tehnologija, koja se prevashodno zasniva na optičkim vlaknima koja se razvode do krajnjeg korisnika (fiber to the x = H (home), B (building), C (curb)).
Pasivne optičke mreže su postale jedno od rešenja problema optičkog pristupa do korisnika (FTTH - Fiber To The Home). Njihova najveća prednost je to što je mreža zasnovana na potpuno pasivnim komponentama, koje ne zahtevaju napajanje, niti posebnu opremu za instalaciju na licu mesta.
Pasivne optičke mreže su telekomunikacione mreže koje koriste point-to-multipoint FTTP u kojima se primenjuju pasivni optički spliteri, kako bi omogućili jednom vlaknu višestruko iskorišćenje. Pasivne optičke mreže (PON - Passive Optical Network), smatraju se jednim od najpogodnijih rešenja za realizaciju optičkih mreža za pristup i razvijaju se još od 80-ih godina, prvenstveno za telefoniju. Danas su PON širokopojasne mreže A/BPON (ATM/Broadband PON), EPON (Ethernet PON), GPON (Gigabit PON).
PON se sastoji od jednog optičkog linijskog terminala (OLT), jedne ili više korisničkih tačaka koje nazivamo optičkim mrežnim jedinicama (ONU - Optical Network Unit) ili optičkim mrežnim terminalima (ONT - Optical Network Terminal) i vlakana i splitera duž linije i to nazivamo optičkom distribucionom mrežom (ODN - Optical Distribution Network).
Prenos informacija optičkim vlaknom Svetlovodne ili fiberoptičke komunikacije se karakterišu svojim prenosnim medijumom - optičkim vlaknom, svetlovodom ili "fiberom". "Fiber" (fiber) je engleski izraz koji znači "-1 "vlakno". Svaka fiber optička komunikaciona mreža. bc/ ob/.iia na njenu namenu se sastoji od tri dela: optički predajnik, koji pretvara električni signal u svetlosni zrak i optičko vlakno, kao prenosili medijum optički prijemnik, koji pretvara svetlosni zrak u električni signal
Osnovna uloga optičkog vlakna je da svetlost, koja se inače u slobodnom prostom prostire pravolinijski, vodi od predajnika do prijemnika proizvoljnom putanjom uz što manje gubitke. Skretanje svetlosti unutar optičkog vlakna je u stvari odbijanje o unutrašnje zidove vlakna. Optička vlakna su danas postala industrijski standard za zemaljske telekomunikacijske sisteme. Današnjim tehnološkim razvojem optičkih vlakna dovelo je do njihove velike raširenosti. Danas je 80% globalnih računarskih mreža, tj. mreža gdje se slanje podataka odvija na velike udaljenosti povezano optičkim vlaknima. Primjer za proizvodnju 100 km vlakna potrebno je samo 2,7 kg stakla dok protok od 2,5 Gbit/s - 31.000 istovremenih tel. razgovora ili kao digitalizovani tekst oko 100.000 A4 stranica u sekundi. Iz ovog vidimo njihovu veliku mogućnost u prenosu velike količine podataka i velikog kapaciteta. Osim u telekomunikacijama široku primjenu imaju u avioindustriji, kablovskoj televiziji za prenos video signala i zvuka, podmornicama.
Princip rada Indeks prelamanja, odbijanje i prelamanje svetlosti Putovanje svjetlosti kroz optička vlakna, temelji se na dva od četiri zakona geometrijske optike. Zakon odbijanja (refleksije) svjetlosti a =β Ugao upadanja svjetlosti jednak je uglu odbijanja (refleksije), a upadni i odbojni ugao leže u istoj ravni koja je normalna na površinu odbijanja, kao što je prikazano na slici 3.
Snelliusov zakon loma (refrakcije) svjetlosti Brzina svjetlosti u vakuumu iznosi c= 299 792 458 m/s. Budući da se svjetlost smatra elektromagnetskim talasom, prolaskom svjetlosti kroz drugu sredinu, njena brzina je manja od one u vakuumu i određena je dielektričnim i magnetskim svojstvima medija kroz koji putuje. Indeks prelamanja materijala n je mjera usporavanja svjetlosti pri prolasku kroz njega. Svetlost najbrže putuje kroz vakuumi u njemu je n =1. U svakoj drugoj sredini svetlost se kreće sporije, što je sredina gušća, brzina je manja a indeks prelamanja veći. Kada svetlost prelazi iz jedne sredine u drugu, na graničnoj površini, zbog razlike gustina, dolazi do prelamanja-refrakcije (refraction). Sto je razlika gustina tj. indeksa prelamanja veći, to je prelamanje zraka - skretanje izraženije.
Slika 4 Ako svetlost dolazi iz ređe sredine (npr. vazduha) u gušću sredinu (npr.vodu), upadni zrak se prelama KA normali na graničnu površinu, ugao prelamanja se računa preko poznatog Snelijus-Dekartovog (Snellius-Descartes) zakona: n 1*sinα = n2 * sinβ 2.2 Totalna refleksija svjetlosti Kada svetlost dolazi iz gušće sredine n1 u ređu sredinu n2, prema Snelijus-Dekartovom zakonu zrak se prelama OD normale na graničnu površinu. Sto je razlika indeksa prelarnanja veća, zrak će se više da otkloniti od normale. Takođe, što zrak upada pod manjim uglom u odnosu na graničnu površinu, tj. većim uglom u odnosu na normalu, prelomljeni zrak nastavlja pod sve manjim uglom u odnosu na površinu.
Slika 5 Pri izvesnom upadnom uglu, određenim odnosom indeksa prelamanja dve sredine, prelomljeni zrak je potpuno paralelan graničnoj povr šini. Taj ugao se naziva kritični ugao θc i mjeri se u odnosu na normalu na graničnu površinu. Za zrake koji upadaju pod uglom većim od kritičnog ugla nema posebnog prelomljenog i odbijenog zraka. Postoji samo jedan odbijeni zrak koji u sebi nosi kompletnu snagu upadnog zraka. Ova pojava se naziva totalna refleksija i predstavlja osnovni fenomen koji stoji iza prenosa svetlosti krivudavim putem kroz optičko vlakno. Svetlosni zrak koji ulazi u vlakno mora biti ubačen pod relativno malim uglom u odnosu na osu vlakna jer samo takav zrak neće ispasti iz jezgra pri prvom sudaru sa omotačem. Prostiranje svetlosnog zraka kroz optičko vlakno zavisi od: veličine, konstrukcije, sastava optičkog vlakna i od prirode svetlosnog zraka emitovanog u vlakno. Putanje kojima se prostiru svetlosni zraci istih osobina i istog upadnog ugla pri ulasku u vlakno se nazivaju modovi. Mod najnižeg nivoa ima najkraću putanju, dok mod najvišeg nivoa ima najdužu putanju kroz optičko vlakno. Slika 6 Optičko vlakno se sastoji od jezgre i omotača. Jezgro ima veći indeks prelamanja svjetlosti od omotača. Prilikom upadanja zraka na jezgru dolazi do prvog lomljenja zraka, a kad zrak stigne na granicu jezgro-omotač ona se reflektira zbog Snellovog zakona, pri tome je ugao upada jednak uglu odbijanja zbog zakona refleksije. Pri tome je važno da je ugao upada na granicu dvije površine veći od kritičnog. Na taj način svjetlost nastavlja putovati kroz optičko vlakno. U slučaju idealnog optičkog vlakna, svjetlost bi nastavila beskonačno dugo putovati kroz njega, međutim zbog nečistoća koje postoje u vlaknima dolazi do loma zrake i dio zrake se gubi u omotaču kao što prikazuje prethodna slika. Svjetlost slabi i nakon nekog vremena potpuno gubi. Zbog toga je neophodno postavljanje optičkih pojačavača koji će obnoviti (pojačati) oslabljenu svjetlost da bi ona mogla dalje putovati vlaknom. Struktura optičkog vlakna
Slika 7 Optičko vlakno je dugačak, tanak, savitljiv cilindar od stakla koji se sastoji od jezgra (core) i omotača (cladding). Staklo od koga je načinjeno jezgro ima nešto veći indeks prelamanja nego staklo omotača. U uobičajenim komunikacionim vlaknima razlika indeksa iznosi oko 1-2%. Svetlost se prostire kroz jezgro optičkog vlakna, tako što se početni kraj vlakna osvetli u pravcu ose vlakna. Svetlost koja je ušla u jezgro nastavlja da se prostire kroz vlakno, trpeći veoma malo slabljenje. Pošto se svetlosni zrak prostire isključivo pravolinijski, pre ili kasnije na svom putu nailazi na krivinu vlakna i udara u graničnu površinu dovoljno mali, zrak doživljava totalnu refleksiju i vraća se nazad u jezgro. Na taj način nastavlja u cik-cak putanji svoje kretanje kroz vlakno, sve do izlazne površine.