Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

1. Основы распространения света в ОВ

1.1. Общие сведения о ВОСПИ.

Переход на оптический диапазон длин волн связан с увеличением широкополосности систем с увеличением частоты несущей электромагнитной волны.

На рис. 1.1 приведен электромагнитный спектр, из которого видно, что частота оптического диапазона (1012 …1014 Гц) на 6-7 порядков больше диапазона радиоволн (105 …109 Гц). Поскольку звуковой диапазон 103 ¸ 104 Гц, а для передачи изображения (телевидение) необходимо ~ 108 Гц, то по радиоканалам можно передавать 100…10000 телефонных каналов или несколько телевизионных каналов, а по ОВ в ~ 105 раз больше.

Рис.1.1. Электромагнитный спектр

Термин "свет" имеет в виду не только видимый свет в диапазоне длин волн 400…650 нм (1 нм = 10 –9 м), но охватывает спектр излучения от ультрафиолетового (190 нм) до ближнего инфракрасного (~2000 нм).

         На рис. 1.2 приведена в обобщенном виде структурная схема простейшей ВОСПИ. Сообщение в аналоговой или цифровой форме поступает от источника сообщений на преобразователь информации, где формируется первый электрический сигнал. Если передача оптических сигналов осуществляется в цифровом виде, то используется кодер, в котором осуществляется избыточное кодирование для обеспечения требуемой помехоустойчивости, удобств синхронизации приемных устройств и контроля исправности регенераторов. Далее электрическим сигналом осуществляется модуляция оптического излучения, генерируемого источником света (лазером или светодиодом). Это излучение вводится в ОВ, расположенное в ВОК, содержащем в зависимости от конструкции ряд волокон. Оптическое волокно – диэлектрический волновод оптического диапазона с достаточно малым затуханием, который служит для передачи оптического сигнала источника (передатчика) к удаленному приемнику.

В оптическом приемнике выполняются «обратные» преобразования, а именно оптический сигнал преобразуется в электрический. В декодере осуществляется восстановление первичного сигнала, который с помощью преобразователя приобретает необходимую для потребителя информации форму (печатный текст, изображение, звук и т. д.).

Основные преимущества ВОСПИ заключаются в следующем:

широкополосность, т.е большая ширина полосы пропускания, которая достигает для одномодовых ОВ ~ 10 ГГц на одной длине волны;

высокая скорость передачи информации, которая составляла в середине 70-х годов 8 Мбит/с = 8´106 бит/с, а в 2002 г. уже 10,92 Тбит/с = 10,9´1012 бит/с;

нечувствительность к электромагнитным воздействиям (грозы, радары);

Рис. 1.2. Схема простейшей ВОСПИ: 1 – преобразователь информации, 2 – кодер, 3 – оптический излучатель, 4 – оптическое волокно, 5 – фотоприемник, 6- декодер, 7 – преобразователь

-         малый вес по сравнению с медными проводами, поскольку удельный вес кварцевого стекла составляет ~ 2,2 г/см3, а меди ~ 8,96 г/см3;

-         гибкость ОВ, радиус изгиба может достигать 3 см;

-         экономия дефицитных металлов (Cu, Al, Pb);

-         универсальность, т.е. передача любых видов информации в аналоговом или цифровом виде.

Успех каждого нового поколения ВОСПИ в значительной степени определяется двумя параметрами: скоростью передачи информации (Гбит/с) и расстоянием, на которое эта информация может быть передана (км). Произведение этих параметров называется полной пропускной способностью (ППС) ВОСПИ (Гбит*км/с). В табл. 1.1 показана динамика и классификация ВОСПИ по поколениям с указанием основных качественных признаков.

Из таблицы видно, что за ~ 30 лет полная пропускная способность ВОСПИ выросла почти на 5 порядков.

Таблица 1.1

Динамика развития и классификация ВОСПИ по поколениям.

Годы разработки

Поколения

Характерная ППС, Гбит*км/с

Основные признаки

1970-1977

I

5

l = 0,87 мкм, светодиоды,

многомодовое ОВ

1978-1981

II

50

l = 1,3 мкм, одномодовое ОВ

1982-1987

III

5´102

l = 1,55 мкм, лазерные диоды,

когерентные системы (ФМ, ЧМ)

1988-1995

IV

104

Эрбиевые ОВ усилители(EDFA)

1996-2003

V

105¸107

Многоканальные линии связи

по одному ОВ (WDM, DWDM)

Рис. 1.3. Структура мирового рынка ВОК по целевому назначению в 1998 г.: 1 – магистральная телефонная связь, 2 – лакальные сети, 3 – кабельное телевидение, 4 - прочее

Для примера, на рис. 1.3 приведена структура мирового рынка ВОК по целевому назначению в 1998 г. Эта структура показывает, что основными потребителями ВОК являются магистральные линии и телефонная связь (76 %), а на втором месте находятся локальные линии, включая линии между вычислительными комплексами (11 %).

Рис. 1.4. Ход лучей света на границе раздела двух фаз.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.