Оптичні системи зв'язку. Залежно від призначення лінії, її протяжності, швидкодії, якості використовуваних елементів структура волоконно-оптичної лінії зв'язку може зазнавати ті чи інші зміни. Якщо лінія дуже коротка, немає необходимос
Оптичні системи зв'язку
Сьогодні я хотів би поговорити про волоконно-оптичних лініях зв'язку. Багато хто припускає, що в майбутньому вони замінять звичайну мережу ( виту пару). Але мало хто знає, що вже сьогодні вони широко використовуються в нашому повсякденному житті. Звичайно, до відеотелефонів нам ще далеко, але все йде до цього семимильними кроками ...
Волоконно-оптичні лінії зв'язку - це вид зв'язку, при якому інформація передається по оптичних діелектричних хвилеводах, відомим під назвою " оптичне волокно". П'ять років тому волоконно-оптичні кабелі використовувалися лише операторами зв'язку та великими підприємствами. Тепер, коли настав час широкого впровадження мереж Gigabit Ethernet і вже ратифікований стандарт 10 Gigabit Ethernet, оптичні мережі стають масовою технологією. Незважаючи на простоту основних компонентів цих мереж - скло та світло, - оптичні технології і описують їх терміни для багатьох залишаються таємницею за сімома печатками.
Поряд з будівництвом глобальних мереж зв'язку оптичне волокно широко використовується при створенні локальних обчислювальних мереж. Оптичне волокно в даний час вважається найдосконалішою фізичним середовищем для передачі інформації, а також самої перспективним середовищем для передачі великих потоків інформації на значні відстані. Підстави так вважати випливають з ряду особливостей, властивих оптичних хвилеводів.
Швидкості передачі волоконно-оптичних систем зв'язку неймовірно великі. Сучасні системи дозволяють передати весь вміст CD-диска за півсекунди. І технологія продовжує розвиватися. Організація Optical Internetworking Fo-rum завершує розробку стандартів для рівня OC-768, які дозволять збільшити пропускну спроможність ліній зв'язку до 40 Гбіт / c. Така швидкість відповідає передачі в секунду восьми повних CD-дисків, або 5 Гб даних. Але навіть 40 Гбіт / с - це далеко не межа. Так, компанія Alcatel продовжує нарощувати пропускну здатність волокна, "втискуючи" в одне оптичне волокно 365 спектральних каналів зі швидкістю 10 Гбіт / с кожен і забезпечуючи їх передачу на відстань ніж 6800 км. Ця технологія, призначена для підводних кабельних систем, буде забезпечувати пропускну здатність, достатню для передачі трафіку 47 млн телефонних розмов.
Фізичні особливості:
1. Висока частота несуча (Fo = 10 ** 14 Гц). Це означає, що по оптичної лінії зв'язку можна передавати інформацію зі швидкістю близько 10 ** 12 біт / с, або Терабит / с. Говорячи іншими словами, по одному волокну можна передати одночасно 10 мільйонів телефонних розмов і мільйон відеосигналів. Швидкість передачі даних може бути збільшена за рахунок передачі інформації відразу в двох напрямках, так як світлові хвилі можуть поширюватися в одному волокні незалежно один від одного. На сьогоднішній день межа по щільності переданої інформації з оптичного волокна не досягнуть.
2. Дуже мала (у порівнянні з іншими середовищами) згасання світлового сигналу в волокні. Кращі зразки російського волокна дозволяють будувати лінії зв'язку довжиною до 100 км без регенерації сигналів. Лабораторні дослідження показали, що на основі таких волокон можуть бути створені лінії зв'язку з регенераційних ділянками через 4600 км при швидкості передачі порядку 40 Гбіт / с.
Технічні особливості:
1. Волокно виготовлено з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію - широко поширеного, а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді.
2. Оптичні волокна мають діаметр близько 100 мкм, тобто дуже компактні і легкі, що робить їх перспективними для використання в авіації, приладобудуванні, кабельній техніці.
3. Скляні волокна - не метал, тим самим вони безпечні в електричному відношенні. Такі кабелі можна монтувати на щоглах існуючих ліній електропередач як окремо, так і вбудованими в фазовий провід, економлячи значні кошти на прокладку кабелю через річки та інші перешкоди.
4. Системи зв'язку на основі оптичних волокон стійкі до електромагнітних перешкод, а передана по световодам інформація захищена від несанкціонованого доступу. Волоконно-оптичні лінії зв'язку не можна підслухати неруйнуючим способом. Будь-які дії на волокно можуть бути зареєстровані методом моніторингу (безперервного контролю) цілісності лінії. Теоретично існують способи обійти захист шляхом моніторингу, але витрати на реалізацію цих способів будуть настільки великі, що перевершать вартість перехопленої інформації.
5. Важлива властивість оптичного волокна - довговічність. Час життя волокна, тобто збереження ним своїх властивостей в певних межах, перевищує 25 років, що дозволяє прокласти оптико-волоконний кабель один раз і в міру необхідності нарощувати пропускну здатність каналу шляхом заміни приймачів і передавачів на більш швидкодіючі.
Але є і свої недоліки:
1. При створенні лінії зв'язку потрібні високонадійні активні елементи, які перетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричні сигнали. При виробництві цих з'єднувачів похибки повинні бути порядку частки мікрона. Тому виробництво таких компонентів оптичних ліній зв'язку дуже дороге.
2. Інший недолік полягає в тому, що для монтажу оптичних волокон потрібно прецизійне, а тому дороге технологічне обладнання.
3. Як наслідок - на підводному човні (обриві) оптичного кабелю витрати на відновлення вище, ніж при роботі з мідними кабелями.
Найважливішим із компонентів є оптичне волокно. Для передачі сигналів застосовуються два види волокна: багатомодове і одномодовое. Свою назву волокна отримали від способу поширення в них випромінювання. Перші мають більш товсту серцевину (светонесущей жилу) до типового діаметром 50 або 62,5 мкм, серцевина друге - всього лише від 2 до 10 мкм (для порівняння: діаметр звичайного людського волосся дорівнює 140 мкм). Багатомодовими волокна називають тому, що їх діаметр значно більше довжини хвилі, а значить, в них поширюється безліч різних типів світлових променів - мод.
Другим найважливішим компонентом, що визначає надійність і довговічність, є волоконно оптичний кабель (ВОК). На сьогодні в світі кілька десятків фірм, які виробляють оптичні кабелі різного призначення. Найбільш відомі з них: AT & T, General Cable Company (США); Siecor (ФРН); BICC Cable (Великобританія); Les cables de Lion (Франція); Nokia (Фінляндія); NTT, Sumitomo (Японія); Pirelli (Італія). За одномодовому кабелю сигнали здатні передаватися на сотні і навіть тисячі кілометрів в залежності від типу джерела випромінювання, довжини хвилі і швидкості передачі даних. Оскільки візуально відрізнити багатомодове волокно від одномодового практично неможливо, більшість виробників прагнуть полегшити нам це завдання. Багатомодові кабелі зазвичай мають помаранчеву оболонку, а одномодові - жовту.
В оптичного зв'язку використовуються два типи джерел: світлодіоди і лазери. Перші застосовуються тільки з багатомодовими кабелями, а другі - найчастіше з одномодовими. Світлодіоди не можуть працювати з одномодовими кабелями, так як їх випромінювання недостатньо когерентно (уявіть собі спробу наповнити пляшку водою з тазика з висоти 3 метри).
По одному мідному кабелю може передаватися кілька різних потоків даних за рахунок розподілу його смуги пропускання на канали. Кожному каналу дозволяється пересилати дані протягом певного проміжку часу, таким чином всі канали по черзі отримують можливість відправити свої дані. Цей метод носить назву тимчасового ущільнення - Time Division Multiplexing (TDM). Існує також частотне ущільнення - Frequency Division Multiplexing (FDM), коли кожен канал займає певну йому смугу частот. Прикладом застосування FDM-систем є радіо- та телемовлення.
У більшості оптичних систем застосовується комбінація цих двох методів ущільнення (мультиплексування).
Хоча зазвичай основною проблемою оптичної передачі є забезпечення достатньої потужності, щоб сигнал міг досягти точки призначення, іноді доводиться стикатися і зі зворотним проблемою. Якщо занадто багато фотонів досягають приймача, він "сліпне" - подібний ефект спостерігається, коли людина дивиться прямо на сонці. Загалом, перевищення потужності - річ не надто хороша для приймача. Багатомодові приймачі, як правило, захищені від перевантаження, а ось одномодові - немає, і проблеми можуть виникнути тоді, коли потужність передавача не відповідає дальності зв'язку.
Визначальними параметрами при виробництві ВОК є умови експлуатації і пропускна здатність лінії зв'язку.
За умовами експлуатації кабелі підрозділяють на:
монтажні;
станційні;
зонові;
магістральні.
Перші два типи кабелів призначені для прокладки всередині будівель і споруд. Вони компактні, легкі і, як правило, мають невелику будівельну довжину. Кабелі останніх двох типів призначені для прокладки в колодязях кабельних комунікацій, в грунті, на опорах вздовж ЛЕП, під водою. Ці кабелі мають захист від зовнішніх впливів і будівельну довжину більше двох кілометрів.
Підведемо підсумок:
У волоконно-оптичних ліній зв'язку є як свої переваги, так і недоліки, але ці мінуси незначні в порівнянні з плюсами. В даний час багатьма західними країнами ведеться активне впровадження волоконно-оптичних ліній зв'язку. Можливо, це скоро дійде і до нас. І будемо ми розповідати нашим онукам про "виту пару" і про дискетки 1.44 Мб, а вони будуть сміятися ...
Чикун Андрій,
Повернемося до узагальненої структурної схемою оптичної системи зв'язку, зображеної на рис. 1.2. Вона включає в себе наступні основні компоненти.
1. Джерело оптичного випромінювання.
2. Кошти модуляції оптичного випромінювання переданим сигналом.
3. Середовище, в якій поширюється оптичне випромінювання.
4. Фотоприймач, який перетворює прийнятий оптичний сигнал в електричний.
5. Електронні пристрої посилення і обробки сигналу, що служать для відновлення вихідного сигналу та подання його у вигляді, зручному для використання.
Наведена структурна схема однаково придатна як для аналогових, так і цифрових систем зв'язку, що використовують спрямовану або відкриту передачу оптичного випромінювання. Застосування оптичних волокон для передачі оптичних сигналів дозволяє реалізувати дуже обмежене число комбінацій розумно поєднуваних джерел випромінювання і фотоприймачів різних типів. Як випромінювачів можна назвати напівпровідникові джерела випромінювання, а в якості фотоприймачів - напівпровідникові фотодіоди. Великою перевагою напівпровідникових світлодіодів і лазерів як джерел випромінювання є простота здійснення прямої модуляції випромінюваної потужності.
При використанні оптичного випромінювання, що поширюється у вільному просторі, число можливих комбінацій джерел випромінювання, фотоприймачів і методів модуляції значно більше, і в гл. 16 наводиться короткий огляд деяких систем зв'язку цього типу. Основна вимога для випромінювачів - висока інтенсивність випромінювання, а це зазвичай означає, що потрібно використовувати лазер. В такому випадку виникає необхідність у зовнішніх пристроях модуляції лазерного випромінювання, якщо тільки не застосований напівпровідниковий лазер. Загасання оптичного сигналу на шляху
поширення часто змінюється, що призводить до флуктуації рівня потужності сигналу на вході приймача. В аналогових системах зв'язку це призводить до неможливості використання прямих методів модуляції потужності випромінювання, і тому зазвичай застосовують поднесущую частоту. У приймальнику можуть бути застосовані як напівпровідникові фотодіоди, так і фотопомножувачі, проте вибір типу фотодетектора залежить від довжини хвилі, на якій він повинен працювати, а також від вимог до габаритів приймача.
К. числу двох найважливіших технічних характеристик каналу зв'язку відносяться його інформаційна пропускна здатність і максимальна відстань між ретрансляторами. Як буде видно з подальшого, ці два параметри часто тісно пов'язані між собою. У § 1.2 було показано, що інформаційна пропускна здатність каналу зв'язку визначається шириною смуги частот, в якій передається сигнал, і ставленням сигнал-шум в приймачі. Проаналізуємо вплив кожного з цих факторів.
Смуга частот, в якій передається сигнал, може бути обмежена майже в будь-якій точці системи зв'язку допустимою швидкістю модуляції джерела випромінювання; модулятором; середовищем, в якій поширюється сигнал (якщо середовище має дисперсією, то це призведе до спотворення форми сигналу в процесі його поширення); фотодетектором; електронними елементами приймача.
На практиці без особливих труднощів можна реалізувати модуляцію світлодіодів частотами до 100 МГц, а напівпровідникових лазерів - аж до 1 ГГц. Наявні в даний час напівпровідникові p-i-n і лавинні фотодіоди здатні детектувати оптичні сигнали з частотою модуляції понад 1 ГГц. Однак використання найвищих зазначених частот вимагає розробки абсолютно нового вельми складного підсилювача для приймача.
Найважливішим є те обставина, що оптичне волокно являє собою дисперсійне середовище і в процесі розповсюдження по ньому світлових імпульсів останні розширюються, а аналогові оптичні сигнали піддаються фазовим спотворенням. В оптичних системах зв'язку волокно поводиться як фільтр нижніх частот, частота зрізу которопгобратно пропорційна відстані поширення, т. Е. Його довжині. Тому оптичне волокно можна характеризувати параметром, що представляє собою твір ширини смуги пропускання на відстань. Залежно від типу волокна і характеристики використовуваного джерела випромінювання цей твір може бути менше 10 МГц-км або більше 10 ГГц-км. Детальніше дисперсія оптичних волокон розглядається в гл. 2, 5 і 6.
У відкритих системах зв'язку, де середовищем поширення оптичних сигналів є повітря або вільний космічний простір, не спостерігається значної дисперсії і, отже, відсутня обумовлене нею обмеження смуги пропускання системи зв'язку. Число варіантів побудови таких систем зв'язку настільки велике, що їх розгляд тут недоцільно.
Інший важливий параметр системи зв'язку - відношення сигнал-шум визначається ефективним рівнем шуму на вході підсилювача приймача і корисною потужністю оптичного сигналу на вході фотодетектора. Відмітна особливість оптичних систем зв'язку полягає в тому, що шум приймача містить складову, прямо пропорційну потужності прийнятого оптичного сигналу. Це так званий дробовий (фотонний) шум, характерний для процесу детектування, ограничиваемого квантовим шумом. Тому в більшості звичайних оптичних систем зв'язку, в яких використовується модуляція оптичного випромінювання по потужності, рівень шуму залежить від величини сигналу. Важливо відзначити, що шум приймача зазвичай мінімізований, однак слід мати на увазі, що він збільшується зазвичай пропорційно ширині смуги частот, займаної сигналом.
Потужність що надходить в приймач сигналу залежить від потужності, випромінюваної передавачем, і загасання в каналі зв'язку. Вище вже зазначалося, що рівень загасання, який міг би бути досягнутий, є одним з ключових параметрів, що визначають можливості використання оптичних систем зв'язку. Дуже бажано, щоб процеси перетворення сигналів з одного виду в інший (електричного в оптичний у випромінювачі і оптичного в електричний в фотоприемнике) відбувалися з якомога вищою ефективністю (ККД). На жаль, ККД джерел оптичного випромінювання дуже низький.
В аналогових системах зв'язку відношення сигнал-шум безпосередньо визначає якість каналу зв'язку. У цифрових системах воно визначає ймовірність помилки при ухваленні рішення про те, чи був переданий імпульс чи ні. Це питання детально розглядається в гл. 15; однак наведені нижче цифри можуть допомогти при оцінці тих характеристик, які можна очікувати від цифрових волоконно-оптичних ліній зв'язку. Зручно висловлювати значення різних рівнів потужності оптичного сигналу у відносних одиницях, наприклад в які характеризують рівень потужності по відношенню до 1 мВт. Таке позначення загальноприйнято в техніці зв'язку.
Типовий рівень потужності, який може бути введений в ступеневу волокно за допомогою світлодіода, становить При використанні напівпровідникового лазера він може бути збільшений до Мінімальна потужність на вході приймача, що забезпечує досить низький коефіцієнт помилок, зазвичай дорівнює. Як приклад розглянемо систему зв'язку з інформаційною пропускною спроможністю 10 Мбіт / с. У цьому випадку необхідний рівень потужності на вході приймача повинен бути порядку Ми повинні передбачити додаткову потужність на втрати в волокні і на системний запас по потужності. Останній, рівний 10 дБ, цілком достатній. При цьому виходить наступний розподіл потужності джерела випромінювання:
При коефіцієнті затухання в волокні 5 дБ / км використання світлодіода дозволить встановлювати ретранслятори через 7,4 км, а лазера - через 10 км. Само собою зрозуміло, що дисперсійні характеристики волокна повинні бути узгоджені з необхідною швидкістю передачі інформації на цих відстанях. Отже, дисперсія волокна повинна бути досить малою, щоб забезпечити величину твори швидкості передачі інформації на відстань, рівну в першому випадку і в другому. Як буде показано пізніше, значення загасання 5 дБ / км і дисперсійного межі представляються дуже скромними, якщо порівняти їх з характеристиками стандартних систем зв'язку, що використовують найбільш досконалі типи оптичного волокна. У багатьох розроблених до теперішнього часу оптичних системах зв'язку, що описуються в гл. 17, досягнуті значно більші відстані між ретрансляторами, ніж в розглянутому прикладі.
ЗАВДАННЯ
(Див. Скан)
(Див. Скан)
РЕЗЮМЕ
Переваги і недоліки оптичних систем зв'язку представлені в табл. 1.1.
Хоча до теперішнього часу гіпотетична ширина смуги частот сигналу, обумовлена використанням частот оптичного діапазону ще не реалізована, а поширення світла у вільному просторі має дуже обмежене застосування, проте оптичні волокна являють собою нове середовище для передачі оптичних сигналів в системах зв'язку, найкращим чином відповідає цифровим системам передачі з високою інформаційною пропускною спроможністю.
Таблиця 1.2 ілюструє шляхи використання оптичних волокон в цифрових системах зв'язку різного рівня ієрархії.
Створення оптичних волокон з малими втратами (менш 5 дБ / км), а також високо інтенсивних і легко модульованих напівпровідникових джерел світла висунуло волоконно-оптичні лінії зв'язку в число лідерів за тими технічними характеристиками, які є основними в електричних лініях зв'язку.
Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Лекція 14 Оптичні системи зв'язку
Оптичні системи зв'язку. Класифікація. Схеми. Особливості. Структура і елементи ліній зв'язку. Джерела випромінювання. Світоводи. Фізичні ефекти, покладені в основу дії приладу. Види. Конструкції. Застосування.
14.1 Оптичні системи зв'язку. Класифікація. схеми . Особливості
Інтенсивні розробки систем оптичного зв'язку почалися з появою лазерів. Однак з плином часу стало ясно, що, за винятком окремих випадків, відкриті лінії лазерного зв'язку не можуть забезпечити необхідної надійності через різку залежності загасання оптичного сигналу від метеорологічних умов. Тому потенційні можливості оптичного зв'язку довгий час залишалися практично не реалізованими. Лише в середині 60-х років 20-го століття народилася думка про можливість використання для цієї мети скляних волоконно-оптичних світловодів. випромінювання світловод прилад тигель
Функції, що виконуються волоконно-оптичними системами зв'язку, (ВОСС) безперервно розширюються. ВОСС та їх основний елемент - волоконно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ) повинні замінити в існуючих інформаційних системах кабельні лінії зв'язку.
В залежно від конфігурації структурні схеми ВОСС можна розділити на чотири типи:
поздовжні розімкнуті (рис, 1.29, а), замкнуті по контуру (ріс.1.29, б), радіальні (ріс.1.29, в) і мережеві (ріс.1.29, г). Найменшу довжину ВОЛЗ і найбільшу простоту підключення кінцевих пристроїв-терміналів (Т) забезпечують перші дві структурні схеми.
Однак зі зростанням числа терміналів збільшується споживання оптичної потужності і проявляється нерівномірність її розподілу в структурах ВОСС. Тому приймач повинен мати широкий динамічний діапазон регулювання посилення. Недоліком перших двох структурних cхем є також низька пропускна здатність, обумовлена послідовним проходженням інформації.
Радіальні структури ВОСС - це схеми паралельного типу. Їх доцільно застосовувати при великій кількості кінцевих пристроїв і малих довжинах ВОЛЗ.
Обов'язковим елементом радіальної структури є загальні для всіх терміналів пристрій обміну інформації (уои), комутуюче канали зв'язку між абонентами.
Мережеві структури ВОСС ефективні при малому числі кінцевих пристроїв. Цей різновид ВОСС володіє найбільшим швидкодією, високою надійністю, максимальним використанням випромінюваної передавачем енергії. Характерно, що обрив однієї зв'язку між терміналами не призводить до виходу з ладу всього пристрою, так як перебудовою схеми можна змінити напрямок передачі інформації в обхід обірваної зв'язку.
Залежно від протяжності ВОЛЗ включають такі характерні групи:
-лінії великої протяжності, або магістральні;
-лінії середньої протяжності, або внутрішньоміські;
-короткі, або Внутрішньооб'єктові лінії зв'язку.
Магістральні лінії повинні володіти високою пропускною здатністю (не менше 10 8 ... 10 10 біт / с) і великим перепріемним відстанню (не менше 7 ... 10 км).
Внутрішньоміські лінії середньої довжини (l ... 5 км) призначені для забезпечення зв'язку АТС з абонентами і між собою; побудови систем кабельного телебачення; зв'язку високопродуктивних центральних ЕОМ з віддаленими пристроями збору і первинної обробки даних; зв'язку з ЕОМ з далеко винесеними терміналами; зв'язку адміністративно-управлінських центрів з підрозділами в великих індустріальних об'єднаннях.
Для коротких ліній зв'язку характерні широкі і різноманітні області та умови застосування. Довжина цих ліній може змінюватися від одиниць до десятків і сотень метрів. Щодо велика довжина (100 м) потрібно для таких систем, як: внутріучрежденческая телефонна і відеофонів зв'язок; пульта дистанційного управління в промисловості; внутрішні інформаційні лінії великих рухливих об'єктів.
Лінії меншою протяжності (10 ... 30 м) необхідні для великих багатопроцесорних обчислювальних комплексів, обслуговування різноманітних АСУ і пристроїв дискретної автоматики.
Ще більш короткі лінії зв'язку в дуже великих кількостях потрібні для внутрішньо-і міжблочних з'єднань ЕОМ, монтажу вхідних блоків контрольно-вимірювальних приладів, які працювали в умовах зовнішніх перешкод.
Відмінні особливості систем волоконно-оптичної зв'язку:
-малі габаритні розміри і маса через малих щільності всіх вихідних матеріалів і відмови від важких металевих екранів. За порівнянні зі зв'язковими лініями, заснованими на коаксіальних кабелях, виграш за цими показниками становить не менше 3-5 разів, а іноді і цілий порядок;
-хороша електромагнітна сумісність і висока стійкість;
-відсутність замкнутих контурів зв'язку через землю між передавачем і приймачем, можливість працювати з високими напругами без розв'язують пристроїв;
-шірокополосность (20 ... 200 МГц при використанні світлодіодів і до 1 ... 3 ГГц при використанні лазерів), на відміну від коаксіальних систем, не призводить до залежності загасання від частоти;
висока скритність передачі інформації, обумовлена відсутністю випромінювання в навколишній простір волокнами;
потенційні низька вартість, обумовлена заміною дефіцитних дорогих кольорових металів (мідь, свинець) матеріалами з необмеженими сировинними ресурсами і простотою виготовлення (скло, кварц, полімери);
-взривобезопасность, відсутність іскріння і коротких замикань всистемі.
14.2 Структура і елементи ліній зв'язку
14.2.1 Структура
структура ВОСС містить елементи, які можна об'єднати в три великі групи:
-ВОЛС (передавальний і приймальний модулі, волоконно-оптичний кабель);
-Пристрої обміну інформації (пристрої управління і оптичні комутатори);
-оконечние пристрої (термінали).
Контроль і управління роботою пристрою обміну інформації здійснює мікропроцесор, на виході якого формуються коди адрес комутованих каналів BOЛC.
Волоконно-оптична лінія зв'язку (Ріс.1.30) включає в себе наступні основні структурні одиниці: вхідний електронне кодує пристрій (КУ), передавальний модуль, оптичний кабель, ретранслятор, приймальний модуль, вихідна електронно-декодер (ДКУ).
Передавальний модуль перетворює цифровий сигнал в імпульс струму, який управляє світлодіодом. При використанні напівпровідникового лазера схема модуля містить модулятор і схему харчування. Приймальний модуль, крім вхідного фотодіода, включає в себе схему посилення слабких фотосігналов, детектор і вихідний підсилювач. Зазвичай обидва модуля мають вхідні і вихідні сигнали на рівнях ТТЛ-схем і забезпечують швидкість передачі інформації до 500 Мбіт / с.
Ретранслятор є об'єднанням приймача і передавача.
Залежно від призначення лінії, її протяжності, швидкодії, якості використовуваних елементів структура волоконно-оптичної лінії зв'язку може зазнавати ті чи інші зміни. Якщо лінія дуже коротка, немає необхідності в ретрансляторі.
Для кодування інформації в ВОЛЗ найбільш зручна імпульсно-кодова модуляція, так як при цьому істотно знижуються вимоги до лінійності амплітудно-частотних характеристик і шумовий характеристиці ретранслятора.
При побудові ліній великої протяжності важливо збільшити допустиму довжину кабелю між сусідніми ретрансляторами (довжина перепріемного ділянки). Для отримання довжини перепріемного ділянки близько 10 км в лініях з високою швидкістю передачі інформації (10 8 біт / с) необхідно використовувати світловоди типу селфок з втратами не більше 5 дБ / км. У лініях малої протяжності (менше I км) надвисокі швидкості передачі принципово можуть бути досягнуті на волокнах будь-якого типу з відносно високими втратами (20 дв / км).
14.2.2 Елементи систем зв'язку
Лазери забезпечують високу швидкодію ВОЛЗ: частота модуляції сигналу може лежати в гігагерцевому діапазоні.
В якості фотоприймачівдля оптичних ліній зв'язку служать фотодіоди, що володіють високою швидкодією, чутливістю і малими шумами. Найбільшого поширення набули p-i-n структури. На Фотоприймальний кінці ВОЛЗ має бути забезпечено значення оптичної потужності, що дорівнює 10 -3 ... 10 -9 Вт.
В якості оптичних підсилювачів, Необхідних для регенерації світла в тракті, можна використовувати лазери, що працюють в режимі посилення, або гібридні оптоелектронні ретранслятори, що складаються з фотоприймача, електронного підсилювача і випромінювача.
Пристрої введення, виведення.Введення випромінювання в світловод можливий при відповідно площ поперечного перерізу променя і внутрішньої жили волокна,
Світловий потік вводиться в торець волокна, тому він повинен бути плоским і прозорим, а його площина строго перпендикулярна до осі волокна.
Вихідні торці волокна приклеюються до світлочутливим майданчикам фотодіодів.
Френелевскую втрати на відбиття від торця променів світла, нормальних до його поверхні, не перевищують 0,4 дБ, а при спеціальній підготовці торця - 0,05 дБ.
Напівпровідникові лазери мають нижчу продуктивність спрямованістю випромінювання, ніж твердотільні. Тому для GaAlAs- гетеролазери з волокном в залежності від апертури останнього досягається ефективність введення: при звичайних неочищених скляних световодах - = 70%, при световодах з чистого боросилікатного скла - 60%, для стандартних кварцових волокон - 30%.
Складніше йде (ріс.1.31) справа при з'єднанні світловодів зі світловипромінюючих діодів (I), що мають широку діаграму спрямованості. У найпростішому випадку, коли плоский випромінювач (2) приклеюють до торця многоволоконного джгута (3) клеєм (4), досить значні втрати упаковки В уп і апертурні втрати У ап.
Для високоапертурний світловодів ефективність використання площі торця знаходиться в межах 0,5 ... 0,7, а для нізкоапертурних дорівнює 0,4.
Для створення надійного і якісного з'єднання шорсткість торця світловода R z повинна бути дорівнює 0,05, площинність не гірше 1 мкм, неперпендікулярность торця по відношенню до осі волокна в межах 0,5 ... 1,0 о, що забезпечується шліфуванням і поліруванням.
Зіставлення з напівпровідниковими лазерами показує, що при стикуванні світловипромінювальних діодів з високоапертурний світлодіода ми додаткові втрати при введенні становлять 2 ... 4 дБ, з нізіоапертурнимі - 10 ... 12 дБ.
Краще оптичне узгодження досягається при малій площі випромінювача і поліпшеною діаграмі спрямованості генерованої ним світла (ріс.1.32). Розміщення световедущей серцевини волокна (3)
безпосередньо над активною областю (2) гетеросветодіода (I) дозволяє знизити втрати до порівнянних з варіантом лазерного джерела.
При використанні торцевого випромінювання (2) світлодіода (I) сполучення із световодом (3) (ріс.1.33) здійснюється практично так само, як і в разі лазерного джерела:
проблема полягає в тому, щоб світлодіод випромінював в одному напрямку.
Ефективність введення випромінювання від напівпровідникового джерела в світловод підвищується при використанні різних фокусирующих систем.
Один із зручних варіантів реалізації лінзового вхідного пристрою полягає в оплавленні решт світловода до додання їм напівсферичної форми.
Розумні з'єднання необхідні для передачі інформації на середнє і ближнє відстані. Оптичні з'єднувачі повинні відповідати таким вимогам: Вносити мінімальні втрати; володіти стійкістю до механічних впливів, температурі і радіації; забезпечувати захист з'єднання від впливу пилу, вологи, хімічної речовини.
Основою конструкції з'єднувачів є юстувальні пристрій. Зазвичай це втулка круглого перетину, в якій волокно закріплюється краплею епоксидної смоли або тримається за допомогою пружних сил. Гніздова і штирьова частини з'єднуються накидною гайкою. Для взаємної юстирування втулок передбачається орієнтує муфта в вигляді прецизійної жорсткої сталевої трубки. Втрати на з'єднання в роз'ємних соединителях не перевищують 2 дБ.
Малі втрати можуть бути досягнуті лише при використанні принципу індивідуального зчленування окремих волокон. У типовій конструкції оптораз'ёма (ріс.1.34) кожне волокно центрируется і фіксується в просторі між стінками трьох вирівнюють елементів циліндричної форми, виготовлених з сжимаемой пластмаси або гуми. Волокна одного кабелю, утримувані на своїх місцях цією матрицею з пластмасових циліндрів, розташовуються строго проти відповідних волокон іншого кабелю, так що світловий сигнал проходить безпосередньо з одного волокна в інші. Цією конструкції подібні пристрої з V подібними канавками. на дні яких розміщуються окремі світловоди. Зазначений роз'єм дозволяє зчленовується 6 ... 12 волокон.
Оптораз'еми з івдівідуальной стикуванням окремих волокон характеризуються дуже малими перехідними втратами, а перехресне загасання між сусідніми каналами перевищує 70 дБ.
Для розгалуження волоконних ліній зв'язку використовується з'єднання світловодів типу "зірка". Основою з'єднання є оптичний змішувач, Що представляє собою відрізок моноволокон світловода з посрібленим торцем (рис. 1.35). У ньому надходить світловий потік завдяки ефекту багаторазового відбиття рівномірно розподіляється в усі підключені світлопроводи. З'єднання типу "зірка" забезпечує мінімальні втрати сигналу між терміналами, однаковість цих втрат для будь-якої пари каналів, слабку їх залежність від числа з'єднуються каналів, високу надійність связі.77
Для створення нероз'ємних з'єднань оптичних волокон застосовують склеювання, пайку і зварювання. Цим операціями передує юстирування сполучених волокон, яка виконується за допомогою щільно охоплювала круглої трубки, металевої трубки квадратного перетину, П-подібних канавок, зазорів, утворених напрямними прецизійними стрижнями,
При склеюванні зазор між торцями волокон заливають краплею иммерсионной рідини, в якості якої використовують епоксидні смоли, клей, отверждающиеся в ультрафіолетових променях. Втрати на з'єднаннях складають 0,1 ... 0,6 дБ.
Пайка волокон виконується за допомогою низькотемпературного скла. При цьому втрати в з'єднанні рівні 0,2 ... 0,45 дБ.
В даний час застосовують такі види зварювання волокон:
лазерну, плазмову, газоплазмове, електродугову, за допомогою нагрівального елементу. Механічна міцність зварного з'єднання знижується на 60 ... 70% у порівнянні з міцністю самого волокна, а середні втрати в місці зварювання НЕ більше 0,2 ... О, 38 дБ.
14. 3 джерела випромінювання
Волоконно-оптичні лінії зв'язку пред'являють більш жорсткі і специфічні вимоги до джерел випромінювання. Внаслідок великої протяжності світловода (оптичного волокна) потрібно особливо ретельне узгодження спектральних характеристик випромінювача і волокна, з метою зниження загасання сигналу. Величина втрат при введенні випромінювання в оптичне волокно обумовлена кутом розбіжності променів в пучку випромінювання. Оскільки швидкість поширення випромінювання залежить від довжини хвилі, під час цього процесу відбувається поділ його спектральних складових (хроматична дисперсія), яке тим помітніше, чим більше довжина оптичної лінії зв'язку і чим ширше спектральна характеристика випромінювача. Наприклад, при напівширину спектральної характеристики 35 ... 45 нм твір оптичної ширини смуги випромінювання на довжину лінії обмежується 100 ... I40 МГц * км. Тому при передачі по оптичним каналам великого обсягу інформації потрібна висока швидкодія випромінювачів.
Джерела випромінювання на основіAl xGa 1- xAs мають найбільш вдалу комбінацію властивостей для застосування в волоконно-оптичних лініях зв'язку, розробляються переважно для цих цілей і являють собою або джерела з висновками випромінювання перпендикулярно до площини переходу, або уздовж його.
У волоконно-оптичних лініях зв'язку застосовуються також лазерні діоди на Al x Ga 1-x As, які мають швидкодію до I ГГц і кут розбіжності 40 ° х10 °, в той час як для світлодіодних випромінювачів в кращому випадку ці значення становлять 200 МГц і 120х40 °. Однак випромінювачі дешевше і миниатюрнее лазерних діодів, менше схильні до впливу температурних змін, більш стабільні, мають практично лінійні ват-амперні характеристики, що істотно при роботі з аналоговими сигналами.
Як випромінювачів придатні світлодіоди і лазери на основі гетероструктурGaAlAs і твердотільні ІАГ- Nd-лазери, що забезпечують значну потужність випромінювання (~ I0 ... 50 мВт) і зручність її введення в волокно. Для GaAlAs -светодіодов типове значення потужності випромінювання становить 0,1 ... 5 мВт.
В якості приймачаслужить одиночний або матричний фотоприймач - лавинний фотодіод або р-i-n фотодіод.
В даний час використовуються три основні види фотоприймачів на основі GaAs і Al x Ga 1-x As: з гомопереходом, Зазвичай одержуваних дифузією цинку, епітаксіальні згетеропереходами, діоди з бар'єром Шотткі.
В гомопереходних Фотоприлад товщина шару, що пропускає випромінювання, повинна бути мінімальною, щоб генерація носіїв здійснювалася поблизу р-n переходу. Однак це збільшує послідовний опір поверхневого шару і, отже, знижує ККД перетворення. Спектральна чутливість таких приладів різко падає при збільшенні енергії фотонів. гетеропереходи позбавлені цих недоліків завдяки ефекту "вікна". вони характеризуються наступними перевагами:
фотони з анергією E g 2\u003e h н\u003e E g 1 проходять майже без поглинання через ширококутного матеріал і поглинаються поблизу області об'ємного заряду, утворюючи електронно-діркові пари;
коефіцієнт поділу для таких носіїв може бути близький до одиниці, оскільки в цьому випадку область поглинання майже збігається з областю поділу;
товщина широкозонной області гетеропрохода може бути великий, а рівень легування високим, що знижує втрати на внутрішньому послідовному опорі.
14.4 Світоводи. Фізичні ефекти, покладені в основу дії приладу . Види. Конструкції. застосування
Передача світла по волоконно-оптичним световодам заснована на використанні ефекту повного внутрішнього відображення, Вперше експериментально спостерігався Тіндалем в 1870 р Розглянемо механізм світлопередачі на прикладі класичного світлодіода - циліндричного двошарового волокна. Оскільки внутрішня жила оптично більш щільна, ніж оболонка (n1\u003e n2), то для променів, що входять в світлодіод під малими кутами по відношення до осі циліндра, виконується умова повного внутрішнього відображення. В результаті при падінні світлової хвилі на кордон з оболонкою вся її енергія відбивається всередину серцевини. Те же.самое відбувається і при всіх наступних відображеннях. Таким чином, світло поширюється вздовж осі світловода, не виходячи через оболонку. Максимальний кут відхилення від осі, при якому ще має місце повне внутрішнє віддзеркалення, визначаєте співвідношенням
Рівність (1.8) справедливо при? N = (n1-n2)<=n1 . Величина А 0 называется числовою апертурою світловода і є його важливою характеристикою при стикуванні з випромінювачем. Для ступінчастих світловодів А 0 = 0,18 ... 0,23, для градієнтних А 0 = 0,13 ... 0,18. Промені, які падають на торець під кутом ц\u003e Ц0 (внеапертурние промені), при взаємодії з оболонкою не тільки відображаються, але і переломлюються - частина енергії йде з сердечника. В кінцевому підсумку після багатьох зустрічей з кордоном жила - оболонка такі промені повністю розсіюються з світловодів.
Промені поширюються уздовж волокна і в тому випадку, якщо показник заломлення зменшується від центру до-краю не східчасто, а поступово (зазвичай за законом, близькому до параболічного).
У таких волокнах через рефракції промені, що входять в торець, фокусуються поблизу осьової лінії. Будь відрізок волокна діє як короткофокусна лінза, викликаючи ефект самофокусіровкі. Такі світлопроводи називають селфокамі, Або градієнтними световодами.
Оптичні волокна виготовляються двома поширеними методами.
Метод осадження з парової фази заснований на високотемпературної (I200 ... I600 ° С) реакції отримання чистого кварцу (SiО 2) з газової суміші SiСl 4 і О 2. Через нагріту кварцову трубку пропускають зазначену суміш з добавкою B 2 O 3 або BCl 3. При цьому осідає шар кварцу, легованого бором, потім осаджують чистий кварц. Після отримання шарів необхідної товщини трубку нагрівають сильніше і обжимають до "закривання", з отриманої заготовки витягають тонке волокно. (Ріс.1.36). В отриманій тришарової структурі чистий кварц утворює внутрішню световедущей жилу, а шар кварцу, легованого бором з меншим показником заломлення, - светоотражающую оболонку. Третій шар з матеріалу вихідної кварцової трубки в передачі світла не бере. Необхідна світловедуча структура виходить і в тому випадку, якщо початковий шар (оболонку) виготовляти не з чистого кварцу, а для серцевини використовувати легування домішками, що підвищують показник заломлення, наприклад, GeO 2, Al 2 O 3, TiO 2, P 2 O 5
Метод подвійного тигля (Ріс.1.37) використовується для отримання волокон з багатокомпонентних стекол з більш низькою температурою розм'якшення, ніж у кварцу. Скляні заготовки для створення відповідної серцевини і оболонки безперервно надходять у внутрішній і зовнішній тиглі зверху, а знизу з тонкого сопла витягується двошарове волокно. Для забезпечення високої чистоти тиглі виготовляють з платини або кварцу, а витягування ведуть в умовах, наближених до герметичним. До описаного методу близький і такий процес, При якому окремо виготовляються трубка з матеріалу оболонки і стрижень з матеріалу сердечника. Стрижень вставляють в трубку і з подученний заготовки витягають волокно. Основний недолік даного способу - складність видалення забруднень з поверхонь заготовок, що утворюють згодом кордон розділу сердечник - оболонка.
іншийрозглянутий спосіб полягає в тому, що однорідний скляний стрижень протягом тривалого часу витримують в гарячому солоному розплаві, а потім з обробленої таким образам заготовки витягають волокно. Іонний обмін, який відбувається між склом і соляним розплавом, зменшує показник заломлення в периферійних областях, що дає необхідний градієнт n.
При осадженні з парової фази може бути досягнуте найкраще світлопропускання, проте можуть бути встановлені обмеження щодо матеріалу світловода (придатний тільки кварц) і довжини безперервного відрізка волокна.
втрати пропусканняв оптичному середовищі обумовлені дією механізмів абсорбції і розсіювання.
абсорбція втрати пов'язані передусім з поглинанням світла на фарбувальних центрах-іонна батарея домішок, з яких найбільш сильно впливає метали групи мідь - хром.
Ефективні абсорбція центри утворюють іони гідроксильної групи ОН, Неминуче присутні в матеріалі світловода.
Втрати на розсіювання залежать насамперед від наявності в склі або кварці бульбашок, кристалічних включень, які растворившейся шихти і т.п.
Якщо зазначені фактори усунені, залишається релеевское розсіювання, викликане флуктуаціями щільності або складу матеріалу за обсягом. Ці втрати, що визначають теоретичний нижню межу для світловодів, близькі до 0,7 ... 1 дБ / км для кварцу при л = I мкм і дещо більше у багатокомпонентних стекол. Характерна особливість релєївського розсіювання - залежність втрат від довжини хвилі світла.
Загальна формула, що описує ослаблення світлового сигналу в световоде:
(1.9)
де Вап- апертурні втрати, зумовлені розбіжністю апертур випромінювача і світловодів;
Вуп - втрати упаковки, пов'язані з тим, що тільки частина площі торця джгута світловодів зайнята световедущей жилами. Параметри Вап і Вуп пов'язані з конструкцією кабелю і пристрої введення випромінювання;
Вфр- Френелевскую втрати на відбиття від торців світловодів. У склі з n ~ 1,6 при кутах падіння променів аж до 60 ° не перевищують ~ 0,4 ... О, 6 дБ;
Вотрен -втрати відображення на кордоні жила - оболонка при багаторазових повних внутрішніх відображеннях
,
про - частка втрат енергії при одиничному акті відображення. при про< 10 -6 что экспериментально наблюдается для достаточно совершенных границ раздела, можно иметь Вотр<= 0,5 дБ с длиной волокна l=1км;
Впогл-втрати поглинання в матеріалі хвилеведучої жили.
Сума визначає торцеві втрати, які не залежать від довжини світловода.
Якщо вважати, що втрати поглинання в склі, зумовлені різними факторами, незалежні один від одного, справедливо співвідношення
де ВР- релеевскому втрати. дБ / км;
- питомі втрати для даної домішки;
Ni. - концентрація домішки,%.
Сума є лінійні втрати, пропорційні довжині волокна.
дисперсія світлового імпульсу при його поширенні по волокну визначається в основному дисперсією скла або залежністю показника заломлення від довжини хвилі і хвилеводної дисперсією, обумовленою різницею швидкостей для поширюються хвиль різних типів. Якщо для простоти використовувати уявлення геометричної оптики, то другий з названих ефектів пояснюється відмінністю шляхів світлового променя вздовж осі світловода і падаючого на торець під деяким кутом ц 0. Очевидно, що дисперсія сигналу буде тим значніше, чим більше допустиме значення ц 0, тобто числова апертура А 0.
конструкція світловодів вибирається не тільки з міркувань досягнення мінімуму B і? tполн, а й виходячи з ряду інших чинників. Зокрема, при вигині волокна, щоб уникнути механічних порушень повинно виконуватися умова = 10 2 ... 10 3.
високоапертурний скляні волокна з великими втратами пропускання виготовляються лише у вигляді многомодового двошарового волокна співвідношенням -D2 / D1, як правило, меншим 1.1, що обумовлено прагненням до зменшення втрат упаковки Bуп при використанні световодних джгутів.
для телекомунікації призначені кварцові волокна.
для коротких ліній зв'язку можуть широко застосовуватися волокна, по пристрою і принципу дії подібні багатомодовим високоапертурний скляним световодам, але значно більш товсті (D2 -250 ... 350 мкм). полімерні світловоди мають меншу світлопропускання (Bл = 200 дБ / км) і їх спектральна характеристика задовільна лише до л = 0,85 ... 0,9 мкм.86
Діапазон робочих температур не перевищує 60 ... 80 С, а довгострокова стабільність параметрів нижче, ніж у скляних.
Суттєва перевага полімерних світловодів перед скляними складається в більш високій стійкості по відношенню до іонізуючих випромінювань, в простоті виготовлення та низької вартості.
Застосування світловодів:
-ВОЛС;
-Датчики (в т.ч. сенсори, що імітують функції органів людини і тварин, наприклад «розумна шкіра» SMARTSKIN(8) );
-інтерферометри (оптичні прилади, засновані на інтерференції світла. Застосовуються для вимірювання довжин хвиль спектральних ліній, вивчення їх структури, вимірювання неоднорідностей показника заломлення прозорих середовищ, дефектів поверхонь, що відбивають, вимірювань довжин, кутових розмірів, швидкості світла і т.д.).
Розміщено на Allbest.ru
подібні документи
Волоконно-оптичні лінії зв'язку як поняття, їх фізичні та технічні особливості і недоліки. Оптичне волокно і його види. Волоконно-оптичний кабель. Електронні компоненти систем оптичного зв'язку. Лазерні і фотоприймальні модулі для ВОЛЗ.
реферат, доданий 19.03.2009
Історія розвитку ліній зв'язку. Різновиди оптичних кабелів зв'язку. Оптичні волокна і особливості їх виготовлення. Конструкції оптичних кабелів. Основні вимоги до ліній зв'язку. Напрямки розвитку та особливості застосування волоконної оптики.
контрольна робота, доданий 18.02.2012
Аналіз оснащеності ділянки проектування. Сучасні волоконно-оптичні системи передачі. Системи віддаленого моніторингу оптичних волокон. Розробка схеми організації магістрального сегменту мережі зв'язку. Розрахунок показників ефективності проекту.
дипломна робота, доданий 24.06.2011
Одномодові світлопроводи. Багатомодові світлопроводи з ступінчастим профілем. Волоконні світловоди зі спеціальними властивостями. Полімерні світлопроводи. Модифікований процес EVD (MCVD). Принципи та особливості побудови волоконно-оптичної системи передач.
реферат, доданий 15.01.2009
Принцип дії, стійкість перед перешкодами, переваги і недоліки атмосферно-оптичних ліній зв'язку, аналіз схем їх побудови. Вплив коливань на якість зв'язку і п'єзоелектричний ефект. Джерело (напівпровідниковий лазер) і приймачі випромінювання.
дипломна робота, доданий 03.08.2014
Поширення оптичних сигналів. Когерентність світлового променя. Аналіз джерел некогерентного випромінювання. Енергія лазерного випромінювання. Теплові та фотоелектричні приймачі випромінювання. Волоконно-оптична мережа. Розвиток оптичних комунікацій.
презентація, доданий 20.10.2014
Оптичні кабелі (ОК) зв'язку. Розробка оптоволоконної траси з метою зв'язку адміністративних центрів Хабаровського краю і Амурської р-ну. Вибір системи передачі і визначення числа волокон в ОК. Вибір типу оптичного кабелю і опис його конструкції.
курсова робота, доданий 16.12.2011
Загальна характеристика волоконно-оптичного зв'язку, її властивості і області застосування. Проектування кабельної волоконно-оптичної лінії передач (ВОЛП) способом підвіски на опорах високовольтної лінії передачі. Організація управління даною мережею зв'язку.
курсова робота, доданий 23.01.2011
Оптичні явища на межі поділу двох середовищ. Повне внутрішнє віддзеркалення. Оптичні хвилеводи. Особливості волноводного поширення. Нормована змінна. Прямокутні хвилеводи. Модовая дисперсія. Системи волоконно-оптичного зв'язку.
контрольна робота, доданий 23.09.2011
Радіо і стільникові засоби зв'язку. Сучасні інформаційні технології, мережі їх класифікація, структура і параметри. Лінії зв'язку і їх характеристики. Класифікація систем зв'язку з рухомими об'єктами. Радіальні системи, їх переваги і недоліки.
Оптичне волокно в даний час вважається найдосконалішою фізичним середовищем для передачі інформації, а також самої перспективним середовищем для передачі великих потоків інформації на значні відстані. Підстави так вважати випливають з ряду особливостей, властивих оптичних хвилеводів.
Оптичне волокно має такі фізичні особливості:
· Широкополосность оптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою частотою. Це означає, що по оптичній лінії зв'язку можна передавати інформацію зі швидкістю близько 1.1 Терабіт / с. Говорячи іншими словами, по одному волокну можна передати одночасно 10 мільйонів телефонних розмов і мільйон відеосигналів. Швидкість передачі даних може бути збільшена за рахунок передачі інформації відразу в двох напрямках, так як світлові хвилі можуть поширюватися в одному волокні незалежно один від одного. Крім того, в оптичному волокні можуть поширюватися світлові сигнали двох різних поляризацій, що дозволяє подвоїти пропускну здатність оптичного каналу зв'язку. На сьогоднішній день межа по щільності переданої інформації з оптичного волокна не досягнуть;
· Дуже мала (у порівнянні з іншими середовищами) згасання світлового сигналу в волокні. Кращі зразки російського волокна мають згасання 0.22 дБ / км на довжині хвилі 1.55 мкм, що дозволяє будувати лінії зв'язку довжиною до 100 км без регенерації сигналів. Для порівняння, краще волокно Sumitomo на довжині хвилі 1.55 мкм має згасання 0.154 дБ / км. В оптичних лабораторіях США розробляються ще більш «прозорі», так звані фтороцірконатние волокна з теоретичним межею порядку 0,02 дБ / км на довжині хвилі 2.5 мкм. Лабораторні дослідження показали, що на основі таких волокон можуть бути створені лінії зв'язку з регенераційних ділянками через 4600 км при швидкості передачі порядку 1 Гбіт / с.
Технічні особливості оптоволокна наступні:
· Волокно виготовлено з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію, широко розповсюдженого, а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді;
· Оптичні волокна мають діаметр близько 1 - 0,2 мм, тобто дуже компактні і легкі, що робить їх перспективними для використання в авіації, приладобудуванні, в кабельній техніці;
· Скляні волокна - не метал, при будівництві систем зв'язку автоматично досягається гальванічна розв'язка сегментів. Застосовуючи особливо міцний пластик, на кабельних заводах виготовляють самонесучі підвісні кабелі, які містять металу і тим самим безпечні в електричному відношенні. Такі кабелі можна монтувати на щоглах існуючих ліній електропередач як окремо, так і вбудовані в фазовий провід, економлячи значні кошти на прокладку кабелю через річки та інші перешкоди;
· Системи зв'язку на основі оптичних волокон стійкі до електромагнітних перешкод, а передана по световодам інформація захищена від несанкціонованого доступу. Волоконно-оптичні лінії зв'язку не можна підслухати неруйнуючим способом. Будь-які дії на волокно можуть бути зареєстровані методом моніторингу (безперервного контролю) цілісності лінії. Теоретично існують способи обійти захист шляхом моніторингу, але витрати на реалізацію цих способів будуть настільки великі, що перевершать вартість перехопленої інформації;
· Для виявлення перехоплюваних сигналу знадобиться перебудовується інтерферометр Майкельсона спеціальної конструкції. Причому видимість інтерференційної картини може бути ослаблена великою кількістю сигналів, які передаються одночасно по оптичній системі зв'язку. Можна розподілити передану інформацію з безлічі сигналів або передавати кілька шумових сигналів, погіршуючи цим умови перехоплення інформації. Буде потрібно значний відбір потужності з волокна, щоб несанкціоновано прийняти оптичний сигнал, а це втручання легко зареєструвати системами моніторингу;
· Важлива властивість оптичного волокна - довговічність. Час життя волокна, тобто збереження своїх властивостей в певних межах, перевищує 25 років, що дозволяє прокласти оптико-волоконний кабель один раз і, в міру необхідності, нарощувати пропускну здатність каналу шляхом заміни приймачів і передавачів на більш швидкодіючі.
Є в волоконної технології і свої недоліки:
· При створенні лінії зв'язку потрібні активні високонадійні елементи, які перетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричні сигнали. Необхідні також оптичні конектори (з'єднувачі) з малими оптичними втратами і великим ресурсом на підключення-відключення. Точність виготовлення таких елементів лінії повинна відповідати довжині хвилі випромінювання, тобто похибки повинні бути порядку частки мікрона. Тому виробництво таких компонентів оптичних ліній зв'язку дуже дороге;
· Інший недолік полягає в тому, що для монтажу оптичних волокон потрібно дороге технологічне обладнання: інструменти для оконцовкі, коннектори, тестери, муфти та сплайс-касети;
· Як наслідок на підводному човні (обриві) оптичного кабелю витрати на відновлення вище, ніж при роботі з мідними кабелями.