Optické vlákna sú moderné médium pre prenos informácií. Prenášajú dáta pomocou svetla (typicky z LED alebo laseru), ktoré sa vedie v jadre vlákna vďaka úplnému vnútornému odrazu. Vďaka nízkemu útlmu, obrovskej prenosovej kapacite a odolnosti voči rušeniu tvoria základ dnešného internetu, dátových centier aj telekomunikačných sietí.
Svetlo má veľmi vysokú frekvenciu → umožňuje prenášať extrémne veľa informácie. Navyše optické vlákno je nevodivé, takže je odolné voči elektromagnetickému rušeniu (EMI) a bleskom.
Stavba optického vlákna
Najvnútornejšia časť, kde sa šíri svetlo. Má vyšší index lomu.
Okolie jadra s nižším indexom lomu → umožní úplný vnútorný odraz.
Ochranné vrstvy proti mechanickému poškodeniu a vlhkosti.
Princíp: úplný vnútorný odraz
Svetlo sa udrží v jadre, keď sa šíri z prostredia s vyšším indexom lomu n_1 do prostredia s nižším indexom lomu n_2 (n_1 > n_2) a dopadá pod uhlom väčším ako kritický uhol. Vtedy sa lúč „odrazí späť“ do jadra.
- Kritický uhol: približne sin(θ_c) = n_2 / n_1.
- Numerická apertura (NA): určuje, aký „široký kužeľ“ svetla sa vie do vlákna naviesť (dôležité pri konektoroch a spájaní).
Typy optických vlákien
Väčšie jadro (typicky 50/125 alebo 62,5/125 µm).
Viac módov → väčšia modálna disperzia.
Použitie: kratšie vzdialenosti (budovy, dátové centrá).
Malé jadro (~9/125 µm).
Šíri sa prakticky jeden mód → veľmi malá disperzia.
Použitie: dlhé trasy, operátorské siete, backbone.
Step-index: ostrý skok indexu lomu.
Graded-index: plynulý profil → menšia modálna disperzia (často pri MMF).
Výhody optických vlákien
- Veľká prenosová kapacita (Gbps – Tbps).
- Nízke útlmy signálu na veľké vzdialenosti.
- Odolnosť proti elektromagnetickému rušeniu.
- Bezpečnosť a možnosť multiplexovania (WDM).
- Elektrická izolácia (nevodí prúd) – výhodné v priemysle a pri bleskoch.
Útlm a disperzia (čo limituje prenos)
Aj optické vlákno má straty a obmedzenia. Pre prenos sú kľúčové dva javy:
- Útlm (attenuation): zmenšovanie výkonu svetla so vzdialenosťou (absorcia, rozptyl, ohyby).
- Disperzia: rozťahovanie impulzov v čase → pri vysokých rýchlostiach sa impulzy začnú prekrývať (ISI).
Modálna (najmä MMF), chromatická (rôzne vlnové dĺžky idú rôznou rýchlosťou) a polarizačná (PMD). Preto sa na dlhé trasy používa hlavne SMF.
Optické okná (typické vlnové dĺžky)
- 850 nm – často MMF (krátke trasy, lacnejšie zdroje).
- 1310 nm – nízka disperzia v SMF (mnohé prenosy v prístupe).
- 1550 nm – najnižší útlm v SMF, vhodné pre dlhé trasy a WDM.
WDM – multiplexovanie vlnových dĺžok
WDM (Wavelength Division Multiplexing) umožňuje posielať cez jedno vlákno viac nezávislých kanálov naraz – každý na inej vlnovej dĺžke (farbe). Je to „optická verzia“ FDM.
- CWDM: menej kanálov, väčšie rozostupy – lacnejšie.
- DWDM: veľa kanálov, malé rozostupy – extrémna kapacita (operátorské backbone).
Prvky optickej trasy (čo je v praxi na linke)
- Vysielač: LED/laser + modulácia (intenzita alebo fáza podľa systému).
- Prijímač: fotodióda + zosilnenie + rozhodovanie (digitálne dáta).
- Spájanie: zvar (splice) alebo konektor – každé spojenie pridáva útlm.
- Optické zosilňovače (napr. EDFA): pre dlhé trasy, najmä okolo 1550 nm.
Konektory a čistota
Optika je citlivá na znečistenie: prach na ferule konektora dokáže výrazne zhoršiť útlm. Preto sa konektory vždy čistia a chránia krytkami.
- Bežné konektory: SC, LC (dátové siete), ďalšie typy podľa aplikácie.
- Každý konektor/zvar pridá malé straty → v návrhu sa počíta link budget.