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]

Другой важный параметр системы связи - отношение сигнал-шум определяется эффективным уровнем шума на входе усилителя приемника и полезной мощностью оптического сигнала на входе фотодетектора. Отличительная особенность оптических систем связи заключается в том, что шум приемника содержит составляющую, прямо пропорциональную мощности принимаемого оптического сигнала. Это так называемый дробовой (фотонный) шум, характерный для процесса детектирования, ограничиваемого квантовым шумом. Поэтому в большинстве обычных оптических систем связи, в которых используется модуляция оптического излучения по мощности, уровень шума зависит от величины сигнала. Важно отметить, что шум приемника обычно минимизирован, однако следует иметь в виду, что он увеличивается обычно пропорционально ширине полосы частот, занимаемой сигналом.

Мощность поступающего в приемник сигнала зависит от мощности, излучаемой передатчиком, и затухания в канале связи. Выше уже указывалось, что уровень затухания, который мог бы быть достигнут, является одним из ключевых параметров, определяющих возможности использования оптических систем связи. Весьма желательно, чтобы процессы преобразования сигналов из одного вида в другой (электрического в оптический в излучателе и оптического в электрический в фотоприемнике) происходили с возможно более высокой эффективностью (КПД). К сожалению, КПД источников оптического излучения весьма низок.

В аналоговых системах связи отношение сигнал-шум непосредственно определяет качество канала связи. В цифровых системах оно определяет вероятность ошибки при принятии решения о том, был передан импульс или нет. Этот вопрос детально рассматривается в гл. 15; однако приводимые ниже цифры могут помочь при оценке тех характеристик, которые можно ожидать от цифровых волоконно-оптических линий связи. Удобно выражать значения различных уровней мощности оптического сигнала в относительных единицах, например в дБм, которые характеризуют уровень мощности по отношению к 1 мВт. Такое обозначение общепринято в технике связи.

Типичный уровень мощности, который может быть введен в ступенчатое волокно с помощью светодиода, составляет 50 мкВт (-13 дБм). При использовании полупроводникового лазера он может быть увеличен до 1 мВт (О дБм). Минимальная мощность на входе приемника, обеспечивающая достаточно низкий коэффициент ошибок, обычно равна 0,1 нВт/(Мбит/с). В качестве примера рассмотрим систему связи с информационной пропускной способностью 10 Мбит/с. В этом случае требуемый уровень мощности на входе приемника должен быть порядка 1 иВт (- 60 дБм). Мы должны предусмотреть дополнительную мощность на потери в волокне и на системный запас по мощности. Последний, равный 10 дБ, вполне достаточен. При этом получается следующее распределение мощности источника излучения:



Распределение мощности источника излучения

Светоднод

Лазер

Мощность передатчика

-13 дБм

0 дБм

Максимальная мощность, требуемая

-60 дБм

-60 дБм

на входе приемника

Системный запас по мощности

10 дБ

10 дБ

Допустимые потери мощности в во-

4-37 дБ

-f 50 дБ

локне

При коэффициенте затухания в волокне 5 дБ/км использование светоднода позволит устанавливать ретрансляторы через 7,4 км, а лазера-через 10 км. Само собой разумеется, что дисперсионные характеристики волокна должны быть согласованы с требуемой скоростью передачи информации на этих расстояниях. Следовательно, дисперсия волокна должна быть достаточно малой, чтобы обеспечить величину произведения скорости передачи информации на расстояние, равную 74 (Мбит/с)-км в первом случае и 100 (Мбит/с)-км - во втором. Как будет показано позднее, значения затухания 5 дБ/км и дисперсионного предела 70 ... 100 (Мбит/с) • км представляются очень скромными, если сравнить их с характеристиками стандартных систем связи, использующих наиболее совершенные типы оптического волокна. Во многих разработанных к настоящему времени оптических системах связи, описываемых в гл. 17, достигнуты значительно большие расстояния между ретрансляторами, чем в рассмотренном примере.

ЗАДАЧИ

1.1. Определите частоту и энергию фотона для каждого нз нижеперечисленных источников оптического излучения: а) гелий-неоновый лазер при к = = 0,6328 мкм; б) лазер на неодиме {N(P+) при X = 1,059 мкм; в) лазер на углекислом газе при А, 10,6 мкм.

1.2. Вычислить ширину полосы частот излучения на уровне 0,5 следующих источников:

а) лазер иа GaAIAs, имеющий ширину спектральной линии 3 нм при средней длине волны излучения 0,82 мкм;

б) светодиод на InGaAsP/InP, имеющий ширину спектральной линии 110 нм при длине волиы, соответствующей максимальной мощности излучения и равной 1,55 мкм.

1.3. Найти расстояние, на котором оптическая мощность пучка уменьшится в 10 раз при распространении в волокнах, имеющих следующие коэффициенты потерь: а) 2000 дБ/км; б) 20 дБ/км; в) 0,2 дБ/км.

1.4. Ослабление оптической мощности Р (х) при прохождении расстояния X можно выразить через коэффициент поглощения а с помощью формулы Р (х)= ~ Ро ехр (- аде). Найти соотиошеиие между а, выраженным в (м-Ч, и коэффициентом поглощения, выраженным в [дБ/км]. Исходя из этого, вычислить значения, а для трех типов стекол из задачи 1.3.

1.5. Ии1юрмация, содержащаяся в 40-минутиой лекции из 10 ООО слов, может быть передана одним из следующих способов: а) путем телеграфирования



слов; б) по телефону; в) с помощью телевидения. Сравните между собой информационную емкость каналов, необходимую для передачи лекцнн каждым нз перечисленных способов, используя стандарты преобразования сигналов, описанные на стр. 24, в предположении, что слово в среднем содержит пять букв.

РЕЗЮМЕ

Достоинства и недостатки оптических систем связи представлены в табл. 1.1.

Хотя к настоящему времени гипотетическая ширина полосы частот сигнала, обусловленная использованием частот оптического диапазона еще не реализована, а распространение света в свободном пространстве имеет очень ограниченное применение, тем не менее оптические волокна представляют собой новую среду для передачи оптических сигналов в системах связи, наилучшим образом соответствующую цифровым системам передачи с высокой информационной пропускной способностью.

Таблица 1.2 иллюстрирует пути использования оптических волокон в цифровых системах связи разного уровня иерархии.

Создание оптических волокон.с малыми потерями (менее 5 дБ/км), а также высоко интенсивных и легко модулируемых полупроводниковых источников света выдвинуло волоконно-оптические линии связи в число лидеров по-тем техническим характеристикам, которые являются основными в электрических линиях связи.

2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ

2.1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ НА ОСНОВЕ ЛУЧЕВОЙ МОДЕЛИ

2.1.1. Общие сведения

в гл. 2 ... 6 будут рассмотрены все характеристики оптического волокна как среды для передачи оптических сигналов, причем особое внимание будет уделено тем его свойствам, которые могут ограничить информационную пропускную способность волоконно-оптической системы связи. В даииой главе распространение света в волокне будет трактоваться как распространение световых лучей, подчиняющихся законам геометрической оптики. Влияние материала волокна иа распространение света будет учтено интегрально с помощью показателя преломления материала п. причем сначала будем полагать, что п не зависит от длины волны. Поскольку свет представляет собой электромагнитные колебания, в § 2.2 сжато изложены основные положения теории распространения электромагнитных волн в объеме, занимаемом диэлектриком. Это полезно как для понимания наблюдаемого в волокнах явления, когда показатель преломления материала волокна зависит от длины волиы света, так и для объяснения основных причин оптических потерь в волокне. После элементарного рассмотрения общей дисперсии в волокне (§ 2.3) и введения понятия среднеквадратической ширины импульса (§. 2.4) в гл. 3 дается подробный анализ вопроса о потерях в волокне.



[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]

0.0012