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]

тудной, по интенсивна/:™ и поляризации, частотно-импульсной), а также был создан ряд лазерных систем связи, использующих распространение света в свободном пространстве. Некоторые из этих систем будут описаны в гл. 16.

В это же время широко проводились эксперименты по созданию направляющих систем связи, в которых лазерный пучок вводился в канал передачи с помощью линз, располагаемых друг от друга на расстоянии 10 или 100 м. Благодаря работам К. С. Kiao с сотрудниками из Стандарт Телекоммуникейшеис Лабо-раториз (Standard Telecommunications Labs.) в Харлоу (.Англия) появился новый подход к создаи(1ю направляющих лазерных систем связи. Они предложили для передачи светового сигнала использовать длинные оптические волокна, подобные тем, которыуже использовались в эндоскопии и других областях. Можно утверждать, что статья Као и Хокэма, опубликованная в 1966 г., заложила основы теории волоконйо-оптической связи

Основной причиной, сдерживавшей практическую реализацию этой идеи, было большое затуЬсание сигнала в оптическом волокне. Если в ясный день ослабление оптического сигнала в атмосфере составляет всего несколько децибел на километр, то имевшиеся в то время лучшие стекла обладали минимальными потерями в видим< области спектра (порядка 10(Ю дБ/км). Главный тезис Као и Кокэма сводилсяк тому, что, если бы удалось уменьшить затухание в стекле в ви димой или ближней инфракрасной области спектра до 20 дБ./км, то стало бы возможным создание практических волоконно-оптических систем связи. При таком уровне затихания в волокне мощность передаваемого сигнала уменьшалась бы в 10 раз прл прохождении расстояния 3 км. Производители стекла во главе с фирмой Корнинг (Corning) (США) нашли пути удаления примесей из материала волокна и достигли этого требуемого уровня потерь в 1970 г., а к 1975 г. уменьшили их до 2 1Б/км. Японские исследов..гили опубликовали результаты по получению рековдио малых потерь в волокне, а именно 0,5 дБ/км в 1976 г. и 0,2 дБ/км в 1979 К Если потери 0.2 дБ/км могли быть обеспечены на большой длине волокна, то уощность передаваемого сигнала уменьшилась бы лишь в 2 раза после прохождения им расстояния 15 км. Следует, однако, подчеркнуть, что приведенные рекордно малые потери были получены в лабораторных условиях на более длинных в/лнах (1,55 мкм) и были достигнуты главным образом благодаря удалению из /олокна ионов гидроксила (ОН-). Позднее было доказано, что оптическое волокно достаточно механически прочно и из него можно изготавливать кабели, исрльзуя специальную технологию, которая будет описана в гл. 4.

К /980 г. многие фирмы в ряде стран уже выпускали волокно с потерями менее /о дБ/км и были созданы надежные полупроводниковые источники оптического излучения (на GaAs) и фотодетекторы (на Si). Во всех странах, имеющих разви/ую индустрию связи, стали проводиться всесторонние испытания волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), включаемых в обычные телефонные сети. Не-котмые из результатов этих испытаний будут рассмотрены в гл. 17. Все без исключения испытания ВОЛС закончились настолько успешно, что предполагаст-/что в 80-е годы соединительные телефонные линии высокой информационной прбпускной способности станут не только цифровыми, но и будут оптидескими. Кмеется проект использования оптических волокон при изготовлении подвод-ijoro трансатлантического кабеля (TAT8), который планируют проложить /в 1988 г.

Как будет изложено в последующих главах, используемые в ВОЛС полупроводниковые источники света имеют неизменно широкую полосу излучения, составляющую около 30 им у светодиодов (СД) и около 3 им у полупроводниковых лазеров. Это означает, что по сравнению с современной сложной системой радиосвязи оптические системы связи первого поколения оказываются сравнительно простыми и, по существу, состоят только из включаемого и выключаемого источника широкополосного «шума». Некоторые самые ранние системы телеграфной радиосвязи использовали этот же принцип до появления перестраиваемых избирательных систем, позволивших использовать узкополосиые несущие колебания. Теоретически исключительно широкая полоса пропускания оптических систем связи оказалась нереализуемой на практике, однако в результате проведен-



иых исследов.!Ний все же была создана простая и дешевая оптическая система связи.

За исключением гл. 16, в которой рассматриваются передача информации оптическими методами в свободном пространстве, и конца настоящей главы о более общих проблемах связи иа большие расстояния основным содержанием книги будет подробное рассмотрение различных компонентов волоконно-оптических систем связи и определение тех ограничений, которые каждый из них накладывает иа предельные значения полосы пропускания и дальности связи.

Из сказанного можно подумать, что всех интересует только связь иа сверх-длиииые расс1Ч}яиия. Однако имеется много информации, которую нужно передавать на расст(яиия порядка метров или десятка метров, например в телеметрии, внутри ЭВМ 1ЛН системы управления, между ЭВМ и другими системами сбора и обработки данных. Основная теория ВОЛС, которая будет рассматриваться ниже, справедлива и для таких линий передачи, причем в этом случае оптические волоконные системы передачи информации имеют ряд дополнительиых достоинств, которые буду" стимулировать их использование.

Не вдаваясь более в детали, закончим этот вводный параграф ссылкой на табл. 1.1, в которой првведеиы достоинства и недостатки оптических систем связи по сравнению с их электрическими аналогами. Более подробное обсуждение этого вопроса будет дано в последующих главах, снабженных ссылками на последние работы.

Таблица 11. Достоинства и иедостатки оптических линий связв по сравнению с радио- н СВЧ-снстемам« связи и ваправляющими электрическими системами (см. гл. 1в)

Достоинства

Недостатки

Открытые системы связи

1. Более высокое отношение мощности принимаемого сигнала к излучаемой мощности при меньших апертурах аи-теия передатчика и приемника

2. Лучшее пространственное разрешение при меньших апертурах антеии передатчика и приемника

3. Очень малые габариты передающего и приемного модулей, используемых для связи иа расстояния до 1 км

4. Хорошая скрытость связи

5. Освоение неиспользуемого участка спектра электромагнитных излучений

6. Отсутствие необходимости получения разрешения на эксплуатацию системы связи

1. Малая пригодность для радиовещания из-за высокой направленности лазерного пучка

2. Высокая требуемая точность наведения антенн передатчика и приемника

3. Низкий КПД оптических излучателей

4. Сравнительно высокий уровень шума в приемнике, частично обусловленный квантовой природой процесса детектирования оптического сигнала (см. гл. 14)

5. Влияние характеристик атмосферы иа надежность связи

6. Возможность отказов аппаратуры



Продолжение табл. l.l

Достоинства

Недостатки

Направляющие системы связи

1. Возможность получения световодов с малыми затуханием н дисперсией, что позволяет сделать большим расстояние между ретрансляторами (10...50 км) (см. гл. 3)

2. Малый диаметр одиоволоконного кабеля

3. Допустимость изгиба световода под малыми радиусами (см. гл. 3)

4. Малая масса оптического кабеля при высокой информационной пропускной способности

5. Низкая стоимость материала световода

6. Возможность получения оптических кабелей, ие обладающих электропроводностью н индуктивностью. Это значит, что передаваемые по кабелю сигналы не подвергаются электромагнитным воздействиям; кроме того, оконечная аппаратура может быть электрически изолирована друг от друга и при случайном повреждении кабеля не происходит нарушения скрытости свнзи. Эти достоинства имеют особое значение при необходимости обеспечения связи между аппаратурой, находящейся под высоким напряжением и в пространстве, где существуют значительные электромагнитные помехи, илн потенциально взрывоопасном

7. Пренебрежимо малые перекрестные помехи

8. Высокая скрытость связи: ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну

1. Трудность соединения (сращивания) оптических волокон (см. гл. 4)

2. Необходимость прокладки дополнительных электропроводящих жнл в оптическом кабеле для обеспечения электропитания дистанционно управляемой аппаратуры

3. Чувствительность оптического волокна к воздействию воды прн ее попадании в кабель

4; Чувствительность оптического волокна к воздействию ноннзнруюзде-го излучения

5. Низкий КПД источников оптического излучения прн ограниченной мощности излучения (см. гл. 9)

6. Нелянейность нзлучательных характеристик полупроводниковых лазеров, ограничивающая нх использование для аналоговой передачи сигналов

7. Отсутствие возможности передачи сигналов в троичном коде (в сравнении, например, с цифровыми телефонными линиями, в которых используется как положительный, так и отрицательный уровень сигнала)

8. Трудности реализации режима многостаициоиного (параллельного) доступа с помощью шниы с временным разделением каналов (см. гл. 17)



[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