Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Волоконно-оптические линии связи

ета),   то   можно   в   полном   смысле   слова   перекрыть
астрономические расстояния. (Правда, мы не говорим о скрытой  стороне  этого
положения. Необходимо послать необычайно узкий  световой  луч  и  достигнуть
далеко отстоящий пункт с максимально возможной световой  мощностью,  поэтому
требуется очень высокая стабильность расположения передатчика,  и  положение
приемника должно быть точно известно).
      Что  касается   свойств   атмосферы   как   передающего   канала   для
модулированных световых лучей, то она является, очевидно, ненадежной  средой
с сильно изменяющимся и значительным ослаблением.
      Несмотря на эту не совсем ободряющую ситуацию, приблизительно  с  1965
по 1970 г. были испытаны все средства при рассмотрении возможностей  техники
оптической связи в  атмосфере.  Были  созданы  довольно  простые  и  дешевые
размером с портфель приборы, которые позволили  осуществить  передачу  через
атмосферу телевизионного изображения.
      Если  сравнить  средние  значения  по  многим  измерениям,  то   можно
установить: атмосферная оптическая  связь  рационально  применима  только  в
специальных редких случаях  и  только  для  очень  коротких  расстояний  при
весьма незначительных количествах передаваемой информации.  Если  речь  идет
только о  единственном  телефонном  канале,  то  можно  перекрыть  несколько
километров с надежностью линии передачи, равной 95  %.  (Никакое  управление
связи и никакие телефонные абоненты не смирились бы с этим!)  Приблизительно
в 5% времени такая линия связи прерывается из-за погоды. Высокая  надежность
оптической связи в атмосфере  может  быть  достигнута  только  в  результате
сильного уменьшения длины участка.
      Следующей была мысль о вакуумированной или наполненной инертным  газом
трубе, которую хотели прямолинейно проложить  на  большие  расстояния  и,  в
которой луч света должен был распространяться, не ослабляясь в газах  и  из-
за твердых частиц.  Оптимисты  говорили  даже  о  «совместном  использовании
протяженных газопроводов».
      Эта  идея  также  не  смогла  выдержать  сурового  испытания.   Строго
прямолинейная прокладка была утопией.
      Дальнейшее  усовершенствование  привело  к  так  называемым   линзовым
световодам. Если в  трубе  на  расстоянии  приблизительно  100  м  применить
стеклянные  линзы  диаметром  около  10  см   с   определенным   показателем
преломления, то можно доказать, что световой луч, входящий в трубу даже  при
не  строго  параллельном   относительно   оси   пробеге,   постоянно   будет
возвращаться к середине трубы (к оптической оси) и не покинет систему  линз.
С помощью такой конструкции можно  также  добиться  искривления  хода  луча.
Этот проект был исследован и экспериментально испытан. Но оказался  довольно
сложным т.  к.  даже  сложных  устройств,  которые  автоматически  управляли
положением отдельных  линз,  оказалось  недостаточно,  чтобы  компенсировать
отклонения луча, вызванные температурными  колебаниями  и  движением  земной
коры. Варианты этой идеи исследовались долгие годы. Лаборатории  фирмы  Bell
в США заменили механически регулируемые стеклянные линзы  газовыми  линзами.
Это  короткие  отрезки  газонаполненной  трубки  с   внешним   электрическим
нагревом,  в  которых  за  счет  перестраиваемых  радиальных   температурных
градиентов можно  было  достигнуть  требуемой  фокусировки  луча  по  центру
трубы. Но эти работы также не привели к успеху.

  4.4 Распространение света при полном отражении

      Все вышеперечисленные  этапы  развития  были  пройдены,  хотя  простой
способ передачи света был давно известен:  передача  луча  по  обыкновенному
стеклянному стержню, который окружен средой с малым показателем  преломления
(например, воздухом). Световые лучи, проходящие внутри  стеклянного  стержня
под небольшим углом к его оси, покидают его;  они  полностью  отражаются  от
стенок стержня и зигзагообразно (или  винтообразно)  распространяются  вдоль
него, пока, наконец, не выйдут на конце даже в том случае, когда  стеклянный
стержень не прямолинеен, а изогнут.
      Это  явление  было  использовано  для  того,  чтобы   подвести   через
многократно изогнутый  стеклянный  или  пластмассовый  стержень  свет  лампы
накаливания внутрь оптических приборов,  в  труднодоступные  места  с  целью
освещения или индикации.
       Интересный вариант применения  имеется  в  медицине:  светопроводящий
волоконный жгут, состоящий  из  множества  волосяных  световодов,  благодаря
чему достигнута такая  гибкость,  при  которой  жгут  может  быть  введен  в
полости  человеческого  тела.  Удалось  даже   изготовить   так   называемые
упорядоченные жгуты:  каждое  отдельное  светопроводящее  волокно  на  конце
жгута находилось точно на  том  же  месте  поперечного  сечения,  как  и  на
противоположном  конце  жгута.  Эти  упорядоченные  жгуты  делают  возможным
передачу изображения при условии его освещения.
      Световодное  волокно   существовало   уже   в   начале   60-х   годов,
упорядоченные и неупорядоченные  жгуты  были  изготовлены  многими  ведущими
оптическими фирмами и внедрены  в  технику  и  медицину.  Но  у  них  имелся
существенный недостаток, который делал их с  самого  начала  не  применимыми
для передачи сообщений. Их пропускная  способность  была  слишком  мала  для
применения в ряде технических областей. Простой  расчет  указывает  на  это.
Обычное оптическое стекло обладает ослаблением света приблизительно от 3  до
5  дБ/м  (при  измерении  в  соответствующем  диапазоне   волн).   Отношение
мощностей Р1 / Р2, измеряется в технике связи в децибелах (дБ).  Коэффициент
ослабления в децибелах равен 10 log (Р1 / Р2). Ослабление светового  сигнала
в 20 дБ означает уменьшение световой мощности в 100 раз, ослабление в  3  дБ
— уменьшение мощности вдвое.
      Среди отобранных для технических целей стекол можно  найти  образцы  с
несколько  лучшими  значениям  ослабления  (от  0,4  до  0,8  дБ/м),  а  для
кварцевых стекол можно достигнуть 0,2 - 0,3 дБ/м. Но даже при  использовании
кварцевых стекол на  каждых  100  м  длины  световода  подведенная  световая
мощность падает на 30 дБ, т. е. в 100  -  1000  раз.  Основная  часть  света
поглотилась бы световодом, превратилась  бы  в  теплоту  или  была  рассеяна
через боковую поверхность световода.
      Хотя ослабление в медных проводниках не многим меньше, они перекрывают
расстояния (в зависимости от конструкции и вида передаваемой  информации)  в
несколько километров,  пока  сигнал  не  ослабнет  настолько,  что  окажется
необходимым  включить   промежуточный   усилитель   (повторитель),   который
усиливает сигнал и заново  подает  его  в  кабель.  Много  таких  усилителей
располагают, как правило,  между  устройствами  двух  телефонных  абонентов,
однако  в  оптической  линии  связи   расстояние   между   двумя   соседними
усилителями,  называемое  также  длиной  усилительного  участка,  составляет
менее 1 км, а для указанных выше значений  ослабление  достигает  100  м.  С
технико-экономической точки зрения такая линия передачи не приемлема.
      Для применения в технике связи необходимо было уменьшить ослабление  в
световоде. При этом можно было бы удовлетвориться значением 30 дБ/км  вместо
500  для  имеющихся  оптических  стекол.  Этого  было  бы   достаточно   для
перекрытия расстояния в 1 км. Специалисты в области производства стекла  еще
в  середине  60-х  годов  считали  такое  требование  абсолютной  утопией  и
указывали на высокий уровень технологии оптических стекол, который  едва  ли
можно было улучшить. Разработки начались с дорогостоящих  и  продолжительных
работ над световодами со стеклянными и газовыми линзами.
      К  счастью,  как  это  уже  неоднократно  бывало  в  истории  техники,
оптимисты опять не поверили  оценкам  экспертов.  Они  начали  работать  над
улучшением «неулучшаемых» оптических стекол.
      В 1970 г. в результате достижения высокой чистоты исходного  материала
американской фирме Coming  Glass  удалось  выплавить  стекло  с  ослаблением
около  30  дБ/км.  Для  этой  цели  необходимо  было  снизить  относительное
содержание металлических компонентов в исходном материале стекла до  10-8  и
менее.
      Двадцать лет назад возникновение полупроводниковой  техники  поставило
технологию материалов перед совершенно новыми проблемами, то же произошло  и
при разработке технологии получения стекла.
      С этого момента все другие решения были забыты. Целью стал максимально
прозрачный световод.  Достигнутые  в  лаборатории,  а  вскоре  и  в  опытном
производстве значения ослабления заметно снизились,  и  пятью  годами  позже
были получены образцы с ослаблением 5  дБ/км,  т.  е.  гораздо  меньше,  чем
надеялись.  Открылись  новые  пути:  в  определенных  областях   длин   волн
ослабление  измерялось  значениями,  гораздо   меньшими   1   дБ/км;   длины
усилительных участков, о которых в  области  электрической  кабельной  связи
приходилось только мечтать, в  системах  оптической  связи  стали  предметом
обсуждения.
      В  таблице  приведены  ослабление  и  глубина  проникновения   (потери
мощности 50 %) для различных светопрозрачных сред.

|Среда                                 |Ослабление,  |Глубина            |
|                                      |дБ/км        |проникновения при  |
|                                      |             |ослаблении 30 дБ/м |
|Оконное стекло                        |50000        |0,65               |
|Оптическое стекло                     |3000         |10                 |
|Густой туман                          |500          |60                 |
|Атмосфера над городом                 |10           |3300               |
|Световоды серийного производства      |3            |10000              |
|Опытные лабораторные световоды (( =   |0,3          |100000             |
|1,6mkm)                               |             |             
12345След.
скачать работу

Волоконно-оптические линии связи

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ