Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [ 130 ] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

на входе эквивалентными источниками шумового напряжения 2 кВ/1/Гц и шумового тока 0,1 пА/уГц. Общая входная емкость равна 2 пФ.

а) Определить коэффициент усиления, необходимый для обеспечения коррекции частотной характеристики усилителя в полосе частот О ... 1 ГГц.

б) Вычислить уровни шумов источников шума усилителя.

в) Найти .Э1гачение /,,, иеобходимое для обеспечения отношения сигнал-шум К - 12.

г) Определить требуемое значение средней оптической мощности на входе приемника прн ц О 8.

15.12. Определить время и длину когерентности света, излучаемого следую-1ЦНМИ источниками:

светодиодом на lnGa.\sP, имеющим ширину спектральной линии излучения 100 нм при средней длине полны 1,3 мкм;

лазером на ClaAlAs GaAs, имеющим ширину спектральной линии излучения 2 нм при средней длине волны 0,82 мкм;

лазером, работающим на одной поперечной и одной продольной моде и обеспечивающим кратковременную стабильность частоты излучения 100 МГц.

15.13. Найти для каж.юго из источников излучения из задачи 15.12 расстояние распространения в многомодовом волокне, имеющем межмодовую дисггер-сию 0,3 нс/км, после которого 11ево)Можно появление модального шума.

РЕЗЮМЕ

Для обеспечения в идеальней цифровой оптической системе связи, передающей с одинаковой вероятностью О и 1, вероятности ошибок 10*, квантовый предел детектирования равен Фд lOepfi. Другими словами, он равен 10 фотон/бит.

Реальные системы связи требуют почти на два порядка большие уровни мощности на входе приемника, чтобы преодолеть шумы фотодетектора и усилителя, а также из-за имеющихся отклонений от идеальной системы, обусловленных наличием шума в принимаемом сигнале, ошибок синхронизации, взаимных помех между символами, отклонением коэффициента затухания от нуля и использованием для передачи сигналов кода без возвращения к нулю.

На рис. 15.9 и 15.10 приведены результаты вычислений по влиянию шумов фотодетектора и усилителя на характеристики конкретных оптических систем связи. В расчетах предполагалось, что все источники шума имеют гауссову статистику.

Каждое отклонение от допущений для идеальной системы связи приводит к штрафу за шум. В частности, из-за конечной длительности принимаемых импульсов штраф по мощности не превышает 1 дБ, если о (~ т/2) < Г/4.

Многомодовые волоконно-оптические системы связи, использующие монохроматические источники излучения, например лазер с зарощенной гетероструктурой, могут подвергаться сильному искажаю-цему воздействию модального шума.



16. ОТКРЫТЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ 16.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В гл. 1 были рассмотрены возможности исггользования неканализированной передачи сигналов на оптических частотах; ее вероятные достоинства и недостатки приведены в табл. 1.1. В последующих 14 главах речь шла исключительно о комггонентах, специально предназначенных для использования в волоконно-оптических системах связи. В таких системах присущие волокну физические ограничения сужают и гграктический выбор источника излучения и фотодетектора (Г()луггро1,одииковыми приборами, рассмотренными в гл. 8, 11, 12 и 13. В открытых системах связи такие ограиичення отсутствуют, и. как было упомянуто в § 1.4. может иметь место гораздо более широкий выбор компоггентов.

Открытые оптические системы связи являлись предметом гггироких исследований и разработок в 60-е годы. Краткое изложение некоторой части результатов проделанной работы содержится в (16.11. После 1970 г. основные усилия были наггравлены на изучение оптических волокон и только несколько сугубо спецн-н.гьпых псследований касались открытых оггтических систем связи. Остается неясным, какую роль они могут сыграть в будущей технике связи на больигне расстояния. Ко1гечи(), они будут иметь преимущества по сравнению с замкнутыми оггтическими системами связи, когда один или оба терминала будут подвижными. Они также могут исггользоваться для связи на небольшие расстояния например между .зданиями, когда из-за местных условий между ними трудно проложить кабель. В любом случае они будут конкурировать с радиолиниями. Следует отметить, что даже маломощная лазерная система связи (приблизительно 1 мВт на длине волны 1 мкм) должна размещаться так, чтобы были выгголнены все требования безопасности.

Цаиная глава начинается с краткого обсужде1гия некоторых характеристик ггередачи, опре,1еляю)них мощность принимаемого оптического сигнала, а следовательно, и работу открытых оптических систем связи. К ним относятся расходимость оптического ггучка, которая расматривается в§ 16.2.1. и затухание, анализируемое в § 16.2.2. Ос1говная трудность исггользования оптического-диапазона в наземных систе.чах связи - это изменчивость атмосферной прозрачности в свя т с меняющимися метеорологическими условиями. Следует считать, что в условиях тумагга, сильного дождя или cirera такая система связи окажется неработоспособной, но это справедливо также и в отношении микроволновых линий связи ггри очень сильном дожде. К сожалению, туман гораздо чагце встречается в тех pafioirax с высокой плотностью 1гаселения. где существует наибольшая

ИзоВражемие источнина

Излучающая Источнин апертура излучения Л

у Приемная апертура

Фотодетентор


Рис. 16.1. Идеализированная схема открытой оптической системы связи



потребность в разнообразных системах связи. В § 16.3 и 16.4 продолжается рассмотрение некоторых типов оптических источников излучения и фотодетекторов, которые могут быть использованы в открытых оптических системах связи и, наконец, в § 16.5 приведены примеры их возможной реализации, а именно: системы для связи внутри помещений с дальностью связи примерно 10 м, системы для наземной связи, имеющей дальность связи около 1 км, и системы для использования в космическом пространстве, где дальность связи, вероятно, превысит 10* км.

16.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕДАЧИ

16,2.1. Расходимость пучка

На рис. 16.1 изображена сильно упрощенная идеализированная схема открытой оптической системы связи. Опущены все детали оптической линзовой системы в приемнике и передатчике, и в схеме, как и в последующем обсуждении, для простоты рассмотрения используется приближение тонкой линзы. Предполагается, что источник излучения является диффузным подобно светодиоду и имеет излучающую площадь As- Интенсивность излучения /ц считается постоянной для всего света, сколлимированного линзой передатчика. Линза имеет эффективную апертуру Лг и фокусное расстояние /. Оптический приемник расположен на расстоянии / > /. Его эффективная апертура равна Ar и считается, что весь падающий на нее свет сфокусирован на активной области фото детектора. Для того чтобы максимизировать принимаемую мощность изображение источника излучения должно формироваться в плоскости приемной апертуры. Используя элементарную теорию тонкой линзы, можно найти расстояние от источника излучения до центра линзы передатчика из соотношения

а площадь его изображения определить по формуле

„ = -«/lsy. (16.2.2)

Мощность излучения, собранного линзой передатчика,

(,6.2.3)

Считая, что изображение источника заполняет апертуру Лд, часть мощности Фт-, которая достигает фотодетектора, просто равна ArI Aim, так что принимаемая мощность

»im Asl AsP AP P

(16.2.4)

где L == Iq/r - энергетическая яркость источника. Отсюда ясно, что требуется источник излучения с высокой энергетической ярко-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [ 130 ] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0011