Читайте также:
|
З давніх часів як носій інформації людина використовує, в основному, акустичні хвилі – звук і електромагнітні хвилі – світло [1, 2].
Для передавання інформації за допомогою світла необхідні такі компоненти: джерело інформації - оптичний випромінювач, середовище передавання інформації, оптичний тракт і приймач інформації. Для передавання повідомлення люди використовували світло: вогні багать на вершинах гір, тривожні вогнища на високих вежах (вежі запорізьких козаків), смолоскипи, ракети, морські маяки та інше.
Звук і світло були і залишаються домінуючими засобами передавання інформації.
ОВ як середовище передавання інформації. У 60-ті роки XX сторіччя стала впроваджуватися ідея передавання променя світла на значні відстані шляхом його періодичного стиску за допомогою лінз. На практиці відстань між лінзами складала L = 100…200 метрів, діаметр лінз d = 10 см (рис. 1.1) [2, 3].
Рисунок 1.1 – Передавання світла за допомогою лінз
Недоліки такого передавання променя – мала довжина лінії, а також прямолінійність шляху променів і втрати. Ці роботи послужили поштовхом для розвитку оптичних волокон (ОВ).
З 1951 року почалися розробки ОВ [1, 4, 5]. Перші у світі дослідження можливості створення ліній зв'язку на основі оптичних діелектричних волокон були розпочаті в СРСР Косинським, Кузмічевим, Власовим і іншими. Певна річ, тоді неочевидною була практична користь цих досліджень.
У 1958 році Варгін і Вайнберг показали, що світлопоглинання скла обумовлено домішками кольорових металів, внесеними шихтою і вогнетривами. Було експериментально показано, що світлопоглинання ідеально чистого скла винятково мале. В інституті хімії Академії наук СРСР у 1963 році вже були створені перші світловоди довжиною в кілька метрів. У 1966 році англійські вчені Као і Хокхом виступили з твердженням, що втрати в склі можуть бути знижені до 20 дБ на 1 км, тобто, на кілометровій ділянці енергія зменшується в 100 разів. І, нарешті, у 1970 році [6, 7] інженер відомої американської фірми «Corning Glass» Капроні і його співробітники одержали реальні світловоди з «двадцятидецибельним» загасанням на кілометр. До цього часу відноситься початок бурхливого потоку досліджень і розробок в галузі волоконно-оптичного зв'язку. 1970 рік часто називають початком ери волоконно-оптичного зв'язку – такої, яка займає третє місце з 10 найвидатніших технічних досягнень XX століття (за оцінками вчених США).
Сьогодні в стандартному ОВ втрати складають 0,2 дБ/км, теоретично можливо домогтися ще менших втрат [6].
Зараз волоконно-оптичні світловоди використовуються в усьому світі, їх переваги як ліній передачі світла з найменшими втратами очевидні, що дуже добре ілюструє діаграма попиту на оптичне волокно (рис. 1.2). Але для організації системи передавання інформації потрібні, крім середовища поширення випромінювання – оптичного волокна, ще два компоненти – приймач випромінювання і джерело випромінювання (які до цього часу вже були створені).
Рисунок 1.2 – Прогноз розвитку попиту на оптичне волокно в світі
Джерела випромінювання. У 1952 році академіки Басов і Прохоров повідомили про принципову можливість створення підсилювача і генератора НВЧ-випромінювання. Аналогічне повідомлення тоді ж зробив американець Таунс. І, як зазвичай буває, коли ідея «носиться у повітрі», у 1954 році колективи радянських і американських учених створили майже одночасно і незалежно один від одного молекулярний генератор, названий мазером. В результаті, винахідники лазера Басов, Прохоров і Таунс у 1964 році були визнані гідними Нобелівської премії.
У 1962-63 роках у США і СРСР одночасно з’явилися напівпроводникові лазери, які підготували передумови до створення оптичних ліній зв’язку, що почали бурхливо розвиватися після появи оптичних волокон з малим згасанням.
Приймачі випромінювання. Третій обов'язковий компонент ВОЛЗ – фотоприймач. У своїй появі фотоприймачі набагато випередили появу ОВ і випромінювачів.
1725 – Дюфай уперше виявив електронну емісію;
1883 – Едісон відкрив уніполярну провідність потоку електронів, емітованих розжареною ниткою у вакуумі;
1888 – Столєтов уперше здійснив дослідження зовнішнього фотоефекту;
1889 – Столєтов установив пряму пропорційність сили фотоелектричного струму від кількості падаючої світлової енергії (закон Столєтова);
1905 – Ейнштейн сформулював закон пропорційності максимальної енергії фотоелектронів частоті падаючого світла (закон Ейнштейна);
1930 – Купецький створив електронний помножувач;
60-ті рр. – поява фотодіодів, фототріодів, фототиристорів і т. і.
Переваги волоконно-оптичних ліній зв'язку. Основні переваги ВОЛЗ наступні [8, 9, 10]:
1) відмова від дорогих і дефіцитних кольорових металів, оскільки основу ОВ складають кремній і його з'єднання (запаси кольорових металів на планеті обмежені на відміну від кремнію);
2) низькі втрати – 0,2 дБ/км і менше, що дозволяє організувати ділянки регенерації довжиною до 100 км і значно скоротити кількість ретрансляторів чи зовсім їх не використовувати;
3) мала залежність загасання в кабелі від смуги частот. Це дозволяє в оптичних кабелях, які мають багатомодові волокна зі східчастою зміною профіля показника заломлення (ППЗ), мати ширину смуги пропускання 30–50 МГц/км. У кабелів із плавною зміною ППЗ – 200–300 МГц/км. При використанні одномодових волокон ширина смуги пропускання може досягати 3 ГГц/км і більше. Це дає можливість нарощувати ємність мережі без заміни кабелю і збільшення числа ретрансляторів. Таким чином, використання волоконно-оптичних кабелів (ВОК) дає можливість організації від декількох тисяч до півмільйона телефонних розмов по одному волокну;
4) малі розміри і маса ВОК, що дозволяє істотно знизити вартість транспортування і прокладання кабелів, наприклад, у підводних човнах. Вага кілометра одножильного оптичного кабелю трохи більше кілограма. Один ВОК діаметром у 10 мм може замінити мідний кабель діаметром кілька сантиметрів;
5) висока захищеність від зовнішніх електромагнітних полів. ВОК нічого не випромінює і не сприймає. Оптичний зв'язок не сприйнятливий до будь-яких зовнішніх електричних чи електромагнітних перешкод. У ВОЛЗ не існує проблеми перехресних перешкод;
6) ВОК безпечні у вибухонебезпечних середовищах, тому що виключають можливість короткого замикання, що існує в металевих кабелях;
7) ВОК у порівнянні з металевими кабелями несприйнятливі до високих температурних умов. Непокриті захисними оболонками скляні волокна можуть витримувати температуру до 1000°С;
8) сьогодні вартість сучасних високоякісних коаксіальних кабелів близька до вартості ВОК. Ціна ВОК продовжує постійно зменшуватися з удосконаленням технології їхнього виготовлення;
9) низька вартість установки і прокладки ВОК у порівнянні з металевими обумовлена тим, що витрати на транспортування і прокладку складають чверть відповідних витрат для металевих кабелів, а трудоємність удвічі менше;
10) можливість легкого здійснення світлоізоляції одного волокна від іншого;
11) стійкість до ударів блискавки;
12) відсутність іскріння і загоряння;
13) висока міцність волокон – граничне навантаження при розтягуванні 7 кг на одне волокно діаметром 125 мкм (однак ОВ тендітний на вигин);
14) висока скритність переданої інформації, що обумовлено дуже малою інтенсивністю випромінювання, що розсіюється;
15) висока надійність волоконно-оптичних систем передавання інформації (ВОСПІ), тому що забезпечується повна електрична ізоляція приймального і передавального пристроїв, виключається необхідність заземлення електронних схем і можливість виникнення короткого замикання.
Для кількісної ілюстрації даних переваг ВОЛЗ порівняємо 26‑парний зв'язковий металевий кабель і ВОК (табл. 1.1).
Таблиця 1.1 – Порівняння ВОЛЗ і металевого кабелю
| Параметри | Зв’язковий кабель | Оптичний кабель |
| Діаметр | 16 мм | 3,2 мм |
| Вага 300 м | 90 кг | 13,6 кг |
| Смуга пропускання | 1 МГц | 100 МГц |
Ці переваги роблять оптичний зв'язок дуже привабливим для багатьох галузей застосування, включаючи телефонну (сполучні лінії, магістралі, кінцеві пристрої, телефонні станції), комп’ютери, внутрішні і зовнішні локальні лінії зв'язку, кабельне телебачення – сполучні лінії, центри розподілу, засоби зв'язку й інформації на борту космічних апаратів, літаків і кораблів, підводні кабелі, секретний зв'язок, системи безпеки і тривоги, наземні станції зв'язку з супутниками, медичні системи – лазерна терапія, хірургія, датчики в системах автоматики, промислова автоматика і керування технологічними процесами в хімічній, нафтовій і ядерній промисловості і таке інше.
Порівняння різних середовищ передавання інформації дуже добре ілюструє переваги волоконно-оптичних каналів зв’язку. При цьому [8] досить чітко видно їхні якісні показники, основні області застосування і можливості по швидкостях передавання. Найбільшу потенційну пропускну здатність має ВОЛЗ. Максимальні відстані легше досягаються в супутникових лініях зв'язку. Діаграма, яка запропонована фірмою Alcatel (Франція) (рис. 1.3) у 2005 році, і в даний час достатньо повно відображає співвідношення між найважливішими сучасними системами передавання інформації.
В 2012 році досягнута пропускна здатність ВОСПІ у 18 Терабіт/сек.
Рисунок 1.3 – Діаграма співвідношень між найважливішими сучасними системами передавання з врахуванням пропускної здатності і відстані
Єдиною незворотньою тенденцією для всіх трьох видів зв'язку варто вважати перехід на цифрові методи передавання і практичне відмовлення від мідних кабелів.
Як приклад, що демонструє високу надійність ВОЛЗ, можна розглянути досвід експлуатації протягом півтора року першої в Росії повітряної магістралі ВОЛЗ Санкт-Петербург – Москва довжиною 674 кілометра [9]. За весь період експлуатації не було жодного випадку перерви зв'язку через несправність устаткування. Статистика перерв зв'язку могла бути іншою, якби не високі показники міцностні і надійністні характеристик ВОК, про що також свідчить наступний приклад. Під час урагану в районі станції Торбіно на відводі від магістралі до апаратного приміщення на оптичний кабель упали і зависли на ньому кілька великих дерев, причому на один із прольотів упали відразу 2 дерева. Опори при цьому нахилилися. Кронштейни, на яких були закріплені сідла, погнулися. Утворилися сильні розриви оболонки кабелю, але ніяких змін оптичних характеристик волокна при цьому зафіксовано не було.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 82 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |