Hlavní navigace

Bezvláknová optika (5)

3. 12. 2002
Doba čtení: 7 minut

Sdílet

Minule jsme popsali možnosti při přenosu méně příjemných protokolů a také jsme vyčerpali tématiku vysílače a rozšiřovače svazku. Dnes, v posledním dílu, se podíváme na mechanické lahůdky a něco ze světa nejdražších komerčních modelů.

Dalšími nepřáteli systému jsou chvění budov, tetelení vzduchu a zvednutí obzoru kvůli nestejně teplým vrstvám vzduchu. Dřevěné budovy si časem sedají a ocelové konstrukce mrakodrapů se prohýbají nestejným ohřevem od slunce. U zařízení s LED (kratší dosahy) to nevadí, ale u laserových může být uhnutí paprsku dost citelné. Tetelení vzduchu se dá předejít velkou vysílací (rozšiřovač svazku / beam expander) a současně přijímací (velká přijímací čočka, může být až velikosti kondenzoru ve zpětném projektoru, nebo fóliová čočka formátu A4) aperturou. Zvednutí obzoru vykompenzuje nedokonale zaostřený vysílač ( ;-) ) a pohyby budov pouze systém aktivního sledování paprsku, který se vyskytuje u profesionálních zařízení.

Nejbrutálnější komerční mlátičky, jejichž cenu je lepší v rámci duševního zdraví ani nevyšetřovat, obsahují množství sofistikovaných vymožeností. Například pracují na vlnové délce 1550nm, která je neviditelná a neprochází čočkou oka, takže nevypálí díru do sítnice. Generuje se buď laserovou diodou přímo, a nebo pomocí EDFA (Erbium Dopped Fiber Amplifier), což je optické vlákno, které přímo zesiluje světlo při externím energetickém buzení. Je to stejný EDFA jako EDFA pro předzesilovače, jeden a tentýž EDFA modul je možné použít jak v nízkošumovém optickém předzesilovači, tak jako posilovač vysílače (u vláknových systémů se mu říká booster). Přijímač je InGaAs lavinová fotodioda (speciální fotodioda připojená na tak vysoké napětí, že téměř nastává průraz, a každý foton s sebou strhne lavinu elektronů), která sama zesiluje a tím obchází šum elektroniky za sebou. Laserů je většinou víc (někdy i 4), aby se efektivně zvětšila vysílací apertura a v případě selhání jednoho ještě tři běžely. Vysílací výkon 640mW je zcela běžný a u blízkých infračervených systémů nebo viditelného zařízení by byl z hlediska bezpečnosti oka naprosto nemyslitelný. Jako přijímač se používá precizně vybroušená 20-centimetrová čočka s dvěma slunečními spektrálními filtry a dvěma clonami.

Špičkové komerční pojítko

Proti kývání budov je u těchto high-end systémů vestavěn systém aktivního sledování vysílacího paprsku, který na výkyvy reaguje. Lasery jsou chlazeny na pokojovu teplotu Peltierovým článkem (každý ze čtyř má svůj) a zařízení je dimenzováno i do rozpálené pouště (70 degC teplota). Lasery snižují výkon, když je dobře vidět, aby se tak brzo nevypálily. 1550nm dále zaručuje, že na mlze je menší útlum než u viditelných a blízko-infračervených systémů, čímž se dále zvýší dosah. Zařízení je samozřejmě vodotěsné a je vytápěno kvůli rosení a mlžení čočky. S montážním odlitkem celé váží asi 30 kilogramů. Provoz je sofistikovaně sledován přes bezpečnostně pochybný a mizerně navržený (leč rozšířený) protokol SNMP, kde sledovací centrum může dostávat informace o aktuálních vysílacích výkonech laserů a úrovni přijímaného signálu.

Sledování přijímače se dá udělat velmi snadno za použití detektoru, který má na jednom čipu integrované čtyři detektory vedle sebe. Jako datový se bere součet všech čtyř signálů a jako řídící rozdíl síly signálů svislých a vodorovných dvojic. Tyto rozdíly se pak použijí k posuvu detekčního prvku v ohniskové rovině.

Složitější to je nutně o vysílači. Jak to ve skutečnosti výrobce dělá samozřejmě neprozradí, ale selský rozum nám říká, že to jde v zásadě třemi způsoby. Buď se do řízení směru vysílače přimíchává slabý sinusový signál, takže hlavice neustále kmitá, ale jen tak málo, aby se nevypadlo ze svazku. A na datovém spoji běží ještě servisní kanál, který se používá ke zpětné informaci o síle přijímaného signálu, která se pak koreluje se sinusovým signálem a na základě toho se určuje, kterým směrem je třeba posunout. Takovýmto způsobem funguje například automatické zaostřování obrazu u videokamer. V případě výpadku napájení je nutno prostor kolem nuly proscanovat, protože se dá předpokládat, že zařízení časem ujede. Nebo si musí ve flash paměti pamatovat poslední pozici.

Nebo je možné použít čip se čtyřmi laserovými diodami těsně vedle sebe a do každé z nich přimíchávat jinou značkovací frekvenci kdesi zcela mimo pásmo zabrané datovým signálem. Frekvence se pak vyseparují na přijímači a informace o jejich síle se pošle zpět servisním kanálem. Tento systém bude zjevně méně náchylný na zblbnutí atmosférickou scintilací než předchozí. Ovšem čtveřici laserových diod na jednom čipu asi nebude taková legrace vyrobit a přichází se zde o divergenci.

A konečně poslední možnost, která je často použita a nemá se sledováním nic společného, nicméně vyniká výbornou stabilitou za všech podmínek a na rozdíl od předchozích dvou se nemůže stát, že by se smyčka sledování rozpadla například poryvem větru a už by se nenašlo to správné místo. Je to prosté – na rozšiřovač svazku se použije tak mizerná čočka, aby svazek byl široký několik miliradiánů a výkyvy budov mu nevadily :) Zde je třeba použít samozřejmě silnější laser, protože se ztrácí vysílaný výkon pánubohu do oken.

Nezanedbatelným aspektem jsou držáky. Konzole s dvěma držáky pro Ronja 10M Metropolis byla zvážena a sklíčko váhy prasklo na hodnotě 13kg. Ty nejdražší systémy, které zde byly diskutovány, se nerozpakovaly jít s váhou systému klidně až na 30kg. Držák totiž musí být skutečně z masivní oceli. Spoje, které drží třením, musí být utaženy tak brutální silou, aby součásti proti sobě neproklouzly tepelnou roztažností, protože jinak by docházelo k dlouhodobému creepu (plíživému ujíždění směrů svazků). To klade nárok na šroubové svorníky a tak silná utahovací síla zase zakazuje použití dutých profilů, které by jinak byly svorníkem buď plastickou deformací rozmáčknuté, nebo by si časem sedaly, protože krystalická mřížka by přetížením tekla a směrové zaměření by ujíždělo. Kdo si ze školy vzpomene na Hookův zákon, tak zde se ocel musí pečlivě provozovat v zaručeně lineární oblasti křivky, aby dlouhodobě sloužila tak, jak sloužit má. Stejně opatrně je třeba montovat na zdivo, musí zde být příruba tak silná, aby rozdrtila kamínky na povrchu, které by se jinak drolily a držák by si křivě sedal a paprsek by se uhýbal. Některé systémy používají konzoli svařenou z dutých profilů připomínající drátěnou krychli o hraně několika desítek centimetrů, která díky velkému rozměru dosedací plochy vydrží i mizernější montáž při zachování stejné maximální požadované úhlové odchylky.

Konzole + 2 univerzální držáky Ronja, 13kg celkem

Pokud je vysílací a přijímací tubus oddělený, lze se zařízením dělat zajímavé triky. Máme-li například mikrovlnnou linku a nechce se nám bastlit celou Ronju, zbastlíme jenom půlku a nasadíme ji ve směru, v kterém uživatelé stahují data. Nebo tři lidé se mohou vzájemně propojit, když každý vidí každého, za 3/4 ceny kterou by potřebovali na 2 point-to-pointy. Toto je možné ovšem pouze s oddělenými držáky (Ronja), nikoliv u komerčních zařízení, která jsou kompaktně zapouzdřena vcelku. Existují ovšem zase komerční systémy, kde v jednom svislém průhledném válci jsou čtyři fullduplexní transceivery, které se namíří na různé body a tím se vytvoří síť pokrývající například sídliště s topologií typu mesh. Ale zde se prakticky ušetří akorát kastle.

Některá pojítka mají svod ze střechy řešený optickým vláknem, které je nejlepší ze všech možných svodů, kromě aspektu ceny ;-) Není totiž náchylné na elektromagnetické rušení, a když do pojítka udeří blesk, počítači, switchi atd. se nic nestane. Kabely jsou ale jednodušší a například dvojice koaxiálních kabelů nemá problém s instalací těsně vedle silového rozvodu, protože stíní proti blízkému rušení výrazně lépe než kroucená dvoulinka. Kroucená dvoulinka se takto instalovat nedá, a tak je třeba odděleného kabelového kanálu, nebo použít aspoň stíněnou kroucenou dvoulinku. Kroucená dvoulinka je ovšem výrazně příjemnější na instalaci a levnější než koaxiál a u profesionálních zařízení s odběrem v desítkách wattů (Ronja má odběr pouze 5W) je stejně nutno instalovat přívod 220V nebo silnou dvoulinku pro napájení, a tak není možno využít napájení po stíněních koaxiálů od počítače přímo z AUI konektoru.

Velkým nepřítelem systému je počasí. Elektronika musí být vodotěsně zakrytovaná a uvnitř skříně musí být vysušovač (silikagel), aby za mrazu vlhkost obsažená ve vzduchu uvnitř nezkondenzovala. Vysušovač pohlcuje zbytkovou vlhkost procházející těsněními a po vyčerpání může být vypálen v troubě a znovu použit bez ztráty absorpční schopnosti. Problémem jsou na počasí také konektory. Musí být v každém případě uzavřeny uvnitř a měly by být odolné vodě, která si tam stejně časem cestu někudy najde. Proto jsem u Ronji místo konektorů použil elektrikářskou svorkovnici a měděné kolíčky. V místě rozmáčknutí kolíčku šroubkem vznikne takzvaný studený svár, kde krystalické mřížky prorostou do sebe a dobře vedou. Nepřiměřená přítlačná síla zabezpečuje spoj proti pohybu silami tepelné roztažnosti. A je to za pakatel.

root_podpora

Za mlhy se nemlží jen vzduch, ale i čočky, a tak je nutno je zvenku vytápět. Aby se na čočky nedostal déšť, je nutná stříška, dost dlouhá na to, aby tam déšť nezanesl ani silný vítr. A nesmíme zapomenou instalovat dost vysoko nad místa, kde se déšť při dopadu na vodorovnou plochu rozstřikuje na všechny strany. Komu se náhodou na to válí doma za skříní technologie, může si čočky potáhnout vrstvou oxidu titaničitého, voda se pak rozteče do filmu a kapičky nebudou vadit (ovšem námraza stále ano!).

Závěr je jednoznačný: pokud vám do systému není líto vložit hodně peněz, a nebo je sice líto vložit peníze, ale nebude vám vadit, že bude velký jako šatník a vážit metrák, pak můžete s bezvláknovou optikou dělat divy. Největší divy lze dělat spojením obou možností ;-) Ale pokud jste chudí a chcete systém malý, pak vám nepomůže ani Heisenberg.

Byl pro vás článek přínosný?

Autor článku

Karel Kulhavý vystudoval operační systémy, sítě a překladače na MFF UK a je autorem optického pojítka Twibright Ronja a spoluautorem textového a grafického webového prohlížeče Twibright Links.