МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Волоконно-оптические системы

    из стекла изготавливается обычно с внешним диаметром 100 – 150 мкм.

    Конструкция ОВ показана на рис.1.5. Оптическое волокно состоит из

    сердечника с показателем преломления n1 и оболочки с показателем

    преломления n2, причем n1>n2. Спецификой ОВ является их высокая

    чувствительность к внешним механическим воздействиям. Кварцевое оптическое

    имеет малый температурный коэффициент расширения, высокий модуль упругости

    и низкий предел упругого растяжения; при относительном удлинении 0.5 – 1.5%

    оно ломается. Обрыв волокна происходит в сечении, наиболее ослабленном

    микротрещинами, возникающими на его поверхности. Микротрещины развиваются

    при попадании на поверхность влаги, поэтому прочность непокрытого волокна

    быстро уменьшается, особенно во влажной атмосфере. Механические

    характеристики оптического волокна, поступающего на кабельное производство,

    столь же важны и подлежат такой же тщательной проверке, как и оптические

    его параметры.

    [pic]

    Передача света по любому световоду может осуществляться в двух

    режимах: одномодовом и многомодовом. Одномодовым называется такой режим,

    при котором распространяется только одна основная мода

    Если неравенство (1.1) не удовлетворено, то в световоде устанавливается

    многомодовый режим. Очевидно, что тип модового режима зависит от

    характеристик световода (а именно радиуса сердцевины и величины показателей

    преломления) и длины волны передаваемого света. Оптические волокна,

    предназначенные для работы в одномодовом режиме, называют одномодовыми

    оптическими волокнами. Соответственно ОВ для многомодового режима называют

    многомодовыми.

    [pic]

    (1.1)

    ,где ? - длина волны передаваемого излучения, n1 и n2 – показатели

    преломления материалов световода.

    Различают световоды со ступенчатым профилем, у которых показатель

    преломления сердцевины n1 одинаков по всему поперечному сечению, и

    градиентные - с плавным профилем, у которых n1 уменьшается от центра к

    периферии (рис.1.6).

    Фазовая и групповая скорости каждой моды в световоде зависят от

    частоты, то есть световод является дисперсной системой. Вызванная этим

    волноводная дисперсия является одной из причин искажения передаваемого

    сигнала. Различие групповых скоростей

    [pic]

    различных мод в многомодовом режиме называется модвой дисперсией. Она

    является весьма существенной причиной искажения сигнала, поскольку он

    переносится по частям многими модами. В одномодовом режиме отсутствует

    модовая дисперсия, и сигнал искажается значительно меньше, чем в

    многомодовом, однако в многомодовый световод можно ввести большую мощность.

    Оптические волокна имеют очень малое (по сравнению с другими

    средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского

    волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет

    строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для

    сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание

    0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более

    "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим

    пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные

    исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии

    связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи

    порядка 1 Гбит/с.

    На сегодняшний день для городской телефонной сети отечественной

    промышленностью выпускаются кабели марки ОК имеющие четыре и восемь

    волокон. Конструкция ОК-8 приведена на рис.1. 7. Оптические волокна 1

    (многомодовые, ступенчатые) свободно располагаются в полимерных трубках 2.

    Скрутка оптических волокон – повивная, концентрическая. В центре – силовой

    элемент 3 из высокопрочных полимерных нитей в пластмассовой трубке 4.

    Снаружи – полиэтиленовая лента 5 и оболочка 6. Кабель ОК-4 имеет

    принципиально те же конструкцию и размеры, но четыре ОВ в нем заменены

    пластмассовыми стержнями.

    Недостатки волоконно-оптической технологии:

    1) Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми

    оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение.

    Точность изготовления таких элементов линии связи должна

    соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны

    быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов

    оптических линий связи очень дорогостоящее.

    2) Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических

    волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое

    оборудование.

    3) Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на

    восстановление выше, чем при работе с медными кабелями

    Тем не менее, преимущества от применения волоконно-оптических линий

    связи (ВОЛС) настолько значительны, что, несмотря на перечисленные

    недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для

    передачи информации.

    [pic]

    1.2 Одноволоконные оптические системы передачи.

    Широкое применение на городской телефонной сети волоконно-оптических

    систем передачи для организации межузловых соединительных линий позволяет в

    принципе решить проблему увеличения пропускной способности сетей. В

    ближайшие годы потребность в увеличении числа каналов будет продолжать

    быстро расти. Наиболее доступным способом увеличения пропускной способности

    ВОСП в два раза является передача по одному оптическому волокну двух

    сигналов в противоположных направлениях. Анализ опубликованных материалов и

    завершенных исследований и разработок одноволоконных оптических (ОВОСП)

    систем передачи позволяет определить принципы построения таких систем.

    Наиболее распространенные и хорошо изученные ОВОСП, работающие на одной

    оптической несущей, кроме оптического передатчика и приемника содержат

    пассивные оптические разветвители. Замена оптических разветвителей н

    оптические циркуляторы позволяет уменьшить потери в линии 6 дБ, а длину

    линии – соответственно увеличить. При использовании разных оптических

    несущих и устройств спектрального уплотнения каналов можно в несколько раз

    повысить пропускную способность и соответственно снизить стоимость в

    расчете на один канало - километр.

    Увеличить развязку между противонаправленными оптическими сигналами,

    снизить требования к оптическим разветвителям, а следовательно, уровень

    помех и увеличить длину линии можно путем специального кодирования, при

    котором передача сигналов одного направления осуществляется в паузах

    передачи другого направления. Кодирование сводится к уменьшению

    длительности оптических импульсов и образованию длительных пауз,

    необходимых для развязки сигналов различных направлений. В ВОСП,

    построенных подобным образом, могут быть использованы эрбиевые волоконно-

    оптические усилители. Дуплексная связь организуется по принципу разделения

    по времени, которое изменяется с помощью изменения направления накачки.

    Развязку между оптическими сигналами можно увеличить, не прибегая к

    обужению импульсов, если доя передачи в одном направлении когерентное

    оптическое излучение и соответствующие методы модуляции, а в другом –

    модуляцию сигнала по интенсивности. При этом существенно уменьшается

    влияние как оптических разветвителей, так и обратного рассеяния оптического

    волокна.

    Если позволяет энергетический потенциал аппаратуры, на относительно

    коротких линиях может быть использован только один оптический источник

    излучения на одном конце линии. На другом конце вместо модулируемого

    оптического источника применяется модулятор отраженного излучения. Такой

    метод дуплексной связи по одному ОВ обеспечивает высокую надежность

    оборудования и применение волоконно-оптических систем передачи в

    экстремальных условиях эксплуатации.

    По достижении высокого уровня развития волоконно-оптической техники,

    когда станет практически возможным передавать оптически сигналы на

    различных модах ОВ с достаточной для ВОСП развязкой, дуплексная связь по

    одному ОВ может быть организована на двух разных модах, распространяющихся

    в разных направлениях, с использованием модовых фильтров и формирователей

    мод излучения.

    Каждая одноволоконная ВОСП рассмотренных типов имеет достоинства и

    недостатки. В таблице 1 показаны достоинства (знаком «+») систем, их

    возможности в отношении достижения наилучших параметров. На сетях связи

    находят применение одноволконные ВОСП с оптическими разветвителями и со

    спектральным уплотнением. Впервые практически спектральное уплотнение

    реализовано на одной из волоконно-оптических систем передачи ГТС в

    Петербурге. Здесь примененено отечественное оборудование –

    четырехволоконный оптический кабель, аппаратура «Соната-2» (длина волны

    0.85 мкм) и ИКМ-120-4/5 (длина волны 1.3 мкм). В качестве устройств

    спектрального уплотнения использовались устройства спектрального

    объединения и деления УСОД-0.85/1.3.

    [pic]

    Они представляют собой пассивные оптические устройства, обеспечивающие

    с помощью интерференционного светофильтра объединение в одном ОВ и

    разделение сигналов с несущими на волнах 0.85 и 1.3 мкм. Схема организации

    световодного тракта со спектральным уплотнением показана на рис.1.8.

    1.3 Построение передающих и приемных устройств ВОСП ГТС

    1.3.1 Виды модуляции оптических колебаний

    Для передачи информации по оптическому волокну необходимо изменение

    параметров оптической несущей в зависимости от изменений исходного сигнала.

    Этот процесс называется модуляцией.

    Существует три вида оптической модуляции:

    1) Прямая модуляция. При этом модулирующий сигнал управляет

    интенсивностью (мощностью) оптической несущей. В результате мощность

    излучения изменяется по закону изменения модулирующего сигнала

    (рис.1.9).

    2) Внешняя модуляция. В этом случае для изменения параметров несущей

    используют модуляторы, выполненные из материалов, показатель

    преломления которых зависит от воздействия либо электрического, либо

    магнитного, либо акустического полей. Изменяя исходными сигналами

    параметры этих полей, можно модулировать параметры оптической

    несущей (рис.1.10).

    3) Внутренняя модуляция. В этом случае исходный сигнал управляет

    параметрами модулятора, введённого в резонатор лазера (рис.1.11).

    Для внешней модуляции электрооптические (ЭОМ) и акустооптические (АОМ)

    модуляторы.

    Принцип действия ЭОМ основан на электрооптическом эффекте – изменении

    показателя преломления ряда материалов под действием электрического поля.

    Эффект, когда показатель преломления линейно зависит от напряженности поля,

    называется эффектом Поккельса. Когда величина показателя преломления не

    линейно зависит от напряженности электрического поля, то это эффект Керра.

    Эффект Поккельса наблюдается в некоторых анизотропных кристаллах, когда

    эффект Керра в ряде жидкостей (нитроглицерине, сероуглероде).

    Акустооптические модуляторы основаны на акустооптическом эффекте –

    изменении показателя преломления вещества под воздействием ультразвуковых

    волн. Ультразвуковые волны возбуждаются в веществе с помощью

    пъезокристалла, на который подается сигнал от генератора с малым выходным

    сопротивлением и большой акустической мощностью.

    Наиболее простым с точки зрения реализации видом модуляции является

    прямая модуляция оптической несущей по интенсивности на основе

    полупроводникового источника излучения. На рис.1.12 представлена схема

    простейшего прямого модулятора. Здесь исходный сигнал через усилитель

    подаётся на базу транзистора V1, в коллектор

    [pic]

    которого включен излучатель V2. Устройство смещения позволяет выбрать

    рабочую точку на ватт-амперной характеристике излучателя. Именно прямая

    модуляция используется на городской телефонной сети в системах «Соната-2» и

    ИКМ-120.

    [pic]

    [pic]

    [pic]

    2. Оптический передатчик

    На рис.1.13 представлена структурная схема оптического передатчика (ОП)

    с прямой модуляцией несущей. Преобразователь кода ПК преобразует стыковой

    код, в код, используемый в линии, после чего сигнал поступает на модулятор.

    Схема оптического модулятора исполняется в виде передающего оптического

    модуля (ПОМ), который помимо модулятора содержит схемы стабилизации

    мощности и частоты излучения полупроводникового лазера или

    светоизлучающего диода. Здесь модулирующий сигнал через дифференциальный

    усилитель УС-1 поступает в прямой модулятор с излучателем (МОД).

    Модулированный оптический сигнал излучается в основное волокно ОВ-1. Для

    контроля мощности излучаемого оптического сигнала используется фотодиод

    (ФД), на который через вспомогательное волокно ОВ-2 подается часть

    излучаемого оптического сигнала. Напряжение на выходе фотодиода,

    отображающее все изменения оптической мощности излучателя, усиливается

    усилителем УС-2 и подается на инвертирующий вход усилителя УС-1. Таким

    образом, создается петля отрицательной обратной связи, охватывающая

    излучатель. Благодаря введению ООС обеспечивается стабилизация рабочей

    точки излучателя. При повышении температуры энергетическая характеристика

    лазерного диода смещается (рис.1.14), и при отключенных цепях стабилизации

    мощности уровень оптической мощности при передаче «0» (Р0) и при передаче

    «1» (Р1) уменьшаются, разность тока смещения Iб и порогового тока Iп

    увеличивается, а разность Р1-Р0 уменьшается. После времени установления

    переходных процессов в цепях стабилизации устанавливаются новые значения Iб

    и Iп и восстанавливаются прежние значения Р1-Р0 и Рср. Для уменьшения

    температурной зависимости порогового тока в передающем оптическом модуле

    имеется схема термокомпенсации (СТК), поддерживающая внутри ПОМ постоянную

    температуру с заданным отклонением от номинального значения. Современные

    микрохолодильники позволяют получать отклонения не более тысячных долей

    градуса.

    [pic]

    1.3.3 Оптический приемник

    Структурная схема оптического приемника (ОПр) показана на рис.1.15.

    Приемник содержит фотодетектор (ФД) для преобразования оптического сигнала

    в электрический. Малошумящий усилитель (УС) для усиления полученного

    электрического сигнала до номинального уровня. Усиленный сигнал через

    фильтр (Ф), формирующий частотную характеристику приемника, обеспечивающую

    квазиоптимальный прием, поступает в устройство линейной коррекции (ЛК). В

    ЛК компенсируются частотные искажения электрической цепи на стыке фотодиода

    и первого транзистора усилителя. После преобразований сигнал поступает на

    вход решающего устройства (РУ), где под действием тактовых импульсов,

    поступающих от устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ), принимается

    решение о принятом символе. На выходе оптического приёмника имеется

    преобразователь кода (ПК), преобразующий код линейный в стыковой код.

    [pic]

    Таблица 1.1 - Сравнительная характеристика принципов построения

    одноволконных ВОСП

    |Тип ВОСП |Минимально|Защищенност|Большой |Относительн|Высокая |

    | |е |ь сигналов |объем |о низкая |надежность и|

    | |затухание,| |передаваем|стоимость |стойкость к |

    | |максимальн| |ой | |внешним |

    | |ая длина | |информации| |воздействиям|

    | |РУ | | | | |

    |С оптическими | | | | + | |

    |разветвителями | | | | | |

    |С оптическими | + | | | | |

    |циркуляторами | | | | | |

    |Со спектральным | | + | + | | |

    |уплотнением | | | | | |

    |С разделением по | | + | | | |

    |времени с | | | | | |

    |использованием | | | | | |

    |оптических | | | | | |

    |переключателей | | | | | |

    |С разделением по | + | + | | | |

    |времени с | | | | | |

    |использованием | | | | | |

    |оптических усилителей| | | | | |

    |С когерентным | | + | + | | |

    |излучением в одном | | | | | |

    |направлении и | | | | | |

    Страницы: 1, 2, 3, 4


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.