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]

и изложения этих вопросов будет отражать склонности и интересы автора. При этом необходимо, с одной стороны, избегать тривиального (в худшем случае вводящего в заблуждение) рассмотрения вопросов, с которыми читатель хорошо знаком, а с другой - сделать материал доступным неподготовленному читателю. Время покажет, в какой степени удалось преодолеть эти трудности.

Можно отметить, что в отличие от большинства книг, некоторым образом посвященных теории электромагнитных волн, здесь не предпринимается никакой попытки, чтобы вывести, обосновать или объяснить уравнения Максвелла. По-видимому, не было никакого смысла увеличивать и без того огромную литературу, посвященную этому вопросу. С другой стороны, рассмотрение свойств полупроводников сделано на довольно обычном уровне в надежде, что некоторым читателям может быть полезным преимущественно физический подход, основанный на зонной теории. *

Помещаемая в конце каждой главы библиография умышленно сокращена по двум причинам. Предполагается, что некоторая часть источников содержит материал, излагаемый в книге, другие содержат материал, выходящий за рамки настоящего учебника по своему уровню. Необходимо подчеркнуть, что этот учебник не имеет целью быть обзором современных исследований в этой области и потому не содержит огромного перечня литературы.

Читателю будет полезно ознакомиться с обзорными тематическими статьями октябрьского номера журнала Proceedings of the IEEE за 1980 г. и июльского номера журнала IEEE Transactions on Communications за 1978 г., посвященными волоконно-оптическим системам связи и состоянию дел в данной области, а также статей Д. Ботеза, Дж. Дж. Херсковица «Компоненты оптических систем связи: обзор» (ТИИЭР. - 1980. - Т. 68, № 6. - С. 57 - 107).

В настоящей книге с большой пользой использованы комментарии и предложения, сделанные авторами указанных обзоров, за что я им очень благодарен. Разумеется, имеющиеся в книге недостатки остаются на совести автора. Автор благодарит многих своих коллег, с которыми он работал или работает в настоящее время, влияние которых, проявившееся прямым или косвенным образом, было полезным. Особой благодарности заслуживают Дж. Рид и Т. Томас за труд и время, потраченные на чтение и критику черновиков рукописи, и в особенности А. Тайлер за перепечатку рукописи, причем некоторых ее частей по нескольку раз!

Дж. Гауэр Бристольский университ£т Октябрь, 1983 г.



1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

1.1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Разумеется, иет ничего нового в использовании частот оптического диапазона для передачи информации. Визуальные методы связи широко используются ие только человеком, но и в животном мире. Человек применял оптические сигналы для передачи информации на большие расстояния еще во времена первобытной цивилизации. Днем он использовал для этого, например, дымовые сигналы нли отраженный солнечный свет, а ночью сигнальные огни. В подтверждение этого можно привести два примера из истории Древней Греции.

В пьесе Эсхила «Агамемнон», написанной в V веке до и. э. и описывающей события из греческой мифологии, происходившие за тысячелетие до ее написания, приведены объяснения Клитемнестры того, как она узнала предыдущей ночью о падении Трон;

«Гефест, пославший с Иды вестовой огонь. Огонь огню, костер костру известие передавал»

Затем она дает графическое описание девяти символов, использованных для передачи новостей из Средней Азии в Аргос с помощью сигнальных огней.

Немного позже Геродот опишет, как в 480 г. до и. э. персидский полководец Мордоннус, размышлял об отправлении теми же средствами аналогичного послания о взятии Афин своему императору Кирксу. Однако его мечта осталась неосуществленной.

В каждом из приведенных примеров информация передавалась с помощью заранее обусловленного сигнала. Хотя в древние времена были и более сложные методы сигнализации, однако на протяжении столетий вплоть до изобретения флажковой сигнализации в конце XVIII столетня, по-видимому, использовались только сигнальные огни. Со временем они были заменены машинным телеграфом на суше и флажковой сигнализацией и проблесковыми сигнальными лампами на море. Последние, в свою очередь, были заменены телефоном и телеграфной радиосвязью. К этому времени произошли существенные изменения в форме (и характере) передаваемой информации. Все ранние системы передачи информации были такими, которые теперь мы назвали бы цифровыми системами, в то время как телефон и радио позволили передавать аналоговую информацию в аналоговом виде, т. е. в виде электрического колебания, непрерывно изменяющегося во времени.

Сейчас становится очевидным, что когда человечество вступит в XXI столетне, называемое эрой «информационной технологии», дальняя связь вновь вернется к использованию оптического диапазона для несущих частот сигналов и будет преимущественно цифровой по своему характеру. Разумеется, некоторые специальные пользователи пожелают сохранить аналоговый способ передачи информации, а другие - использовать для передачи информации радиоволны, распространяющиеся в атмосфере или космическом пространстве. Однако можно с уверенностью предсказать, что в основном информация будет передаваться в виде последовательного потока световых импульсов, распространяющихся по кварце-

1 Э с X и л. Трагедии. - М.; Худ. лит.,1971.-с. 226.



ЗООпм

300м 30м Зм ЗОш

ридимая о&тть спектра

- Длит волны

0,3мм Зч1КМ Опм 9 9ащме 0,3мм

Средние

йоллы

Длинные Hopomttue Волны волны

Микроволны

Иктрвкраш/и дивпсзои

Нльтрафашто-Вый диапазон \

1нГц

1МГц

/ГГц

Частота

i-нэВ мюВ мэВ

Рис. 1.1. Спектр электромагнитных колебаний

4 Jjt Энергия /ротона нзВ

вым оптическим волокнам, причем эти импульсы будут отображэть передаваемую информацию в цифровом вндеНастоящая книга и посвящена рйссмотрению методов и средств, используемыМри создании первого поколения -кких волоконно-оптических систем связи, и обсуждению присущих им ограничений. Описываемые технология и приборы хорошо известны и нет необходимости изобретать что-либо новое для массового введения кварцевых волокон в качестввосновной среды для передачи информации (вместо медного кабеля). Задержка вЪрименеиии оптических систем в технике связи обусловлена необходимостью разработки высоконадежных элемешов с большим сроком службы, а также выбором соответствующих стандартов.ледует отметить, что страна, которая сейчас ие вЬостоянии или йе хочет вкладывать средства в развитие оптических систем связи, скажется далеко позади других, и это в эпоху, когда создание электронных систем хранения, обработки и передачи информации будет одной из главных задач деЛрвой жизни.

Новизна и преимущество современных оптических систем связи Заключается* в том, что оптический сигнал обычно распространяется направленно по световод-иой системе и обеспечивает высокую информационную емкость какала связи. Однако необходимо подчеркнуть, что эти характеристики пока еще н&выше достигнутых в современно! электронной цифровой телефонной аппаратуре. Главная побудительная прич.гна замены коаксиального кабеля и микроволн(той радиосвязи соответственно на оптическое волокно и оптическую связь заключается в существенном уменьшении общей стоимости системы связи.

Можно сказать, что современная эра оптической связи началась с изсйрете-иия лазера в 1958 г. и последовавшем вскоре созданием первых лазеров в 1чб1 г. По сравнению с излучением обычных источников оптического диапазона лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью и когерентностью и имеет очень большую интенсивность. Лазерное излучение в самом деле очень noxWe иа излучение обычных радиопередатчиков СВЧ диапазона, поэтому было сов\р-шеиио естественно использовать его в качестве несущего колебания в система связи. На первом этапе основной причиной интереса к лазерному излучению был возможность получения исключительно широкой полосы пропускания при усло-\ вин осуществления его модуляции в полосе частот, составляющей всего несколько процентов от основной частоты излучения лазера (см. § 1.2). В самом деле, лазерная система связи на гелий-неоновом лазере (длина волиы в свободном пространстве 0,63 мкм, частота 4,7 • 10" Гц) имеет полосу пропускания 4700 ГГц (1 % от основной частоты), в которой можно разместить одновременно около миллиона телевизионных каналов. На рис. 1.1 приведен спектр электромагнитных колебаний, охватывающий радио-, СВЧ- и оптический диапазоны, использован логарифмический масштаб, когда каждая последующая декада по оси частот (длив воли) отображает полосу частот (диапазон мин воли), в 9 раз большую, чем предыдущая.

В 60-е годы было предложено много технических решений по осуществлению различных видов модуляции лазерных излучателей (частотной, фазовой, ампли-



[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