Волоконно-оптические линии связи
дуляции.
Светоизлучающие диоды прежде всего «медлительнее» лазеров. В зависимости от
конструкции, имеющиеся сегодня в распоряжении типы, как правило, могут быть
модулированы частотами 30 — 50 Мгц. Если же необходимо передать быстрые
двоичные сигналы со скоростью свыше 30 Мбит/с, то почти всегда применяется
лазер ввиду его большой световой мощности. Для него граница модуляции лежит
в пределах нескольких сотен мегагерц, а иногда выше 1 ГГц. Хотя
светоизлучающий диод еще не достиг границ своих возможностей (в настоящее
время уже имеются отдельные типы диодов, модулируемых со скоростью 150
Мбит/с; по прогнозам до 1 Гбит/с), все же лазер имеет преимущество в виде
более высокой выходной мощности (см. табл.).
Наконец, необходимо принять во внимание, что ширина передаваемой
полосы частот ограничивается не только быстродействием самого излучающего
диода. Здесь важным фактором являются также дисперсионные свойства
световода. Помимо этого необходимо обратить внимание еще на одно свойство
излучающего диода: большая ширина спектра излучения светоизлучающего диода
в сочетании со световодом может привести к ограничению ширины передаваемой
полосы частот. Это свойство может играть существенную роль, когда речь идет
о том, чтобы максимально использовать высокую пропускную способность
световодов, а уширение импульса из-за дисперсии материала допускать в
минимальных пределах.
Глава седьмая
СВЕТОВОЙ СИГНАЛ НА ПРИЕМНОМ КОНЦЕ ЛИНИИ
7.1 Необходимость преобразования света в электрический ток
На конце линии необходимо восстановить первоначальную информацию
(передаваемый речевой сигнал или телевизионное изображение).
Если бы человечество не обращались к технике электрической связи и с
самого начала проектировало и вводило в действие оптическую систему
передачи, то сейчас, наверное, у нас была бы хорошо развитая техника,
которая непосредственно преобразовывала бы световые сигналы в акустические
или изображения. Возможно, через несколько лет подобные решения будут
осуществлены. На сегодняшний день решения этой проблемы нет. Все
существующие способы преобразования сигналов выполняются на основе
электрических сигналов. Телевизионное изображение создается путем
управления электронными лучами в кинескопе с помощью электрических
сигналов, акустический сигнал в телефонных трубках образуется за счет
электрического тока.
На магистральных линиях было бы хорошо использовать усилитель света. К
сожалению, такого у нас пока не имеется. Принцип усиления света (прежде
всего это принцип лазера: вынужденное излучение при возбуждении) известен,
но еще не готов к техническому воплощению.
Таким образом, и в промежуточном усилителе остается задача
преобразования и регенерации электрического сигнала (усиление или
восстановление нужной формы импульса при двойных бинарных сигналах). Этот
восстановленный электрический сигнал вторично используют для управления
лазером или светоизлучающим диодом, который теперь излучает усиленный
световой сигнал.
7.2 Фотодиоды используют внутренний фотоэффект
В оптических системах связи, в которых на выходе каждого отдельного
световода должен быть установлен чувствительный фотоприемник, вводятся два
прибора, которые могут быть выполнены методом микроэлектронной технологии.
Речь идет о p-i-n фотодиоде и лавинном фотодиоде. Оба используют внутренний
фотоэффект, который проявляется в этом специальном случае непосредственно в
окрестностях р-n перехода.
Глава восьмая
МНОГОЦЕЛЕВАЯ АБОНЕНТСКАЯ СЕТЬ
Абоненты — это не только мы сами или наши соседи, с которыми мы
хотим общаться дома или на работе. Это все увеличивающееся число машин,
выдающих и принимающих информацию.
В сети связи, только распределяющей информацию (например, радио-
или телевизионной), абонент расположен на большой линии коллективного
пользования, из которой он получает для себя необходимую информацию. В
телефонной сети, которая передает разговоры, каждый абонент имеет до
любого места (в основном до конечной коммутационной станции) свою
собственную линию. Только после этого несколько, а затем множество
сигналов абонентов объединяются в пачку и передаются совместно, чтобы на
конце вновь разъединиться на отдельные линии, которые ведут к желаемым
собеседникам.
Еще в середине 70-х годов существовала уверенность в том, что эта
часть сети, состоящая из отдельных проводников, должна остаться
металлической из экономических соображений. Впоследствии это мнение
изменилось.
Здесь, прежде всего, имеем дело с видом материала. Около 70% меди,
расходуемой на кабели связи, приходится на абонентские сети, хотя
диаметры проводников выбраны настолько малыми, насколько это возможно.
Если бы в будущем отрезки линий, передающих сигналы, выполнялись на
оптических элементах, то можно было бы сэкономить только лишь треть
затрат на медь, а абонентские сети необходимо было бы опять строить в
каждом квартале новостроек.
Дальнейшим важным направлением являются постоянно растущие
информационные потоки в промышленности, хозяйстве, а также в быту.
Радио- и телевизионная связь станут в ближайшем будущем встречаться
в каждом доме, и необходимость устройства абонентских вводов во многих
странах превышает их экономические возможности. Только в учреждения и на
заводы в ближайшие годы придут новые службы, польза и рентабельность
которых сегодня общепризнанны: телекопирование, конторский телетайп,
электронная почта, передача данных в самом широком смысле слова,
телеметрия, телеуправление и мониторное оборудование для различных
технических устройств. Для индивидуальных абонентов техника также
движется вперед. Уже испытываются известные во многих странах мира
способы, с помощью которых абонент сможет выбрать тексты, таблицы,
диаграммы и воспроизвести их на собственном экране.
Абонентские линии, которые мы сегодня прокладываем, должны быть
подготовлены для многих потребностей последующего десятилетия. Нынешнюю
систему электрической связи можно использовать только в качестве речевого
канала с небольшой полосой пропускания. Такая связь пригодна для
конторского телетайпа, а также для передачи данных. Уже при
телекопировании необходимо длительное время копирования — в лучшем случае
свыше одной минуты на каждую страницу формата A4, и каждое повышение
скорости требует увеличения полосы пропускания. До конца 80-х годов —
таков прогноз британского ведомства связи — в Англии до 50 % почты должно
передаваться электронным образом.
Но окончательно необходимо будет отказаться от сегодняшнего
абонентского симметричного кабеля с медными проводниками, если
потребуется хотя бы одноединственное движущееся изображение. Тогда будет
необходим дорогой коаксиальный кабель или световод.
Такой прогноз развития в будущем является основой, которую
учитывают при создании широкополосной связи каждой квартиры, по крайней
мере с близлежащей коммутационной станцией. Как должна выглядеть техника
оптической связи будущего, в частности упомянутая сеть оптической связи,
какие и сколько различных сигналов должно быть в этой многоцелевой
абонентской сети и как они должны будут передаваться, никто еще сегодня
конкретно и окончательно сказать не может. Хотя некоторые рабочие
положения сформулированы. Сообразно с ними телефонная связь (разговор и
вызывной сигнал) должна осуществляться в обоих направлениях, а кроме
того, должен передаваться и телевизионный сигнал. В соответствии с этим
каждый абонент получает отдельную оптическую широкополосную линию, к
которой, прежде всего, подключен его телефон и затем, возможно,
видеотелефон и другие высокоскоростные устройства.
Ряд вопросов при этом останется открытым. Один из них —
энергоснабжение аппарата абонента. Телефон, питаемый сегодня через
сигнальные проводники станционного источника питания, в дальнейшем не будет
иметь электрической связи с коммутационной станцией. Таким образом, он
должен будет получать энергию от местной силовой сети. К этой идее
привыкли. Обычно электрическая передающая техника будущего ставит те же
требования автономного электропитания, правда, по другим причинам. При этом
электрическая развязка (абонентов и коммутационной станции), которая
обусловлена применением световодной техники, окажется целесообразной с
экономической точки зрения.
Оптическая абонентская сеть, широкополосный аппарат абонента в каждой
квартире более не являются утопией.
Приложение 1
Полное отражение
При прохождении света из оптически менее плотной среды в более
плотную, например, из воздуха в стекло или воду, (1 ( (2 и согласно закону
преломления показатель преломления n > 1.
sin ( / sin ( = (1 / (2 = n
Поэтому ( > ( (рис. ___): преломленный луч приближается к
перпендикуляру к границе раздела сред. Если направить луч света в обратном
направлении – из оптически более плотной среды в оптически менее плотную
вдоль бывшего преломленного луча (рис. ___), то закон преломления запишется
так:
| |  скачать работу |
Волоконно-оптические линии связи |
