Лекция 1. Принципы передачи информации по оптическому волокну

Понятие о волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и волоконно-оптических датчиках (ВОД)

Известно, что связь, передача и обработка информации играют определяющую роль в обществе. В разные периоды времени по мере своего развития для связи и передачи информации люди использовали различные сигналы: звуковые, световые в пределах видимости и, наконец, электромагнитные волны в различных диапазонах спектра.

В последнее время все большее внимание уделяется оптическим методам передачи информации и связи. Это связано с бурным ростом потребностей в каналах связи, передачи и обработки информации. Особенно актуальной эта проблема стала в связи с развитием и становлением всемирной сети Интернет.

Уже в конце семидесятых годов прошлого столетия людям стало очевидно, что освоенный для связи электромагнитный диапазон спектра, включая сантиметровые волны, не удовлетворяет растущим потребностям человечества в области связи. Известно, что скорость передачи информации или информативность канала связи определяется длиной волны излучения, используемого в связи, или несущей частотой электромагнитных колебаний. Для оптического диапазона частота несущей волны составляет , а несущая частота электромагнитных колебаний в сантиметровом диапазоне спектра лежит в пределах .

Таким образом, ширина полосы пропускания (информативность) канала связи в оптическом диапазоне может быть враз выше, чем в системах связи, использующих электромагнитные волны с этими частотами. В основном по этой причине и возник интерес к использованию световых волн в системах связи и передачи информации, который стимулировал научные исследования и разработки в этом направлении.

Дополнительными толчками для таких исследований и разработок стали и достижения в области технологии, а именно, разработка технологии получения сверхчистого кварца и технологии изготовления волокна на его основе, а также открытие лазерного эффекта и создание нового типа источников света – полупроводниковых лазеров на основе гетероструктур, обладающих высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую, высоким быстродействием и высокой степенью надежности.

Эти последние и последующие за ними достижения и послужили основой создания и становления волоконно-оптической техники для связи и передачи информации.

На основе известных данных можно представить следующую картину эволюции волоконно-оптической техники и технологии.

В 1970 г. На фирме Корнинг Гласс, США были получены первые волоконные световоды с потерями света на длине волны ≈0,85мк равными 20дБ/км. Практически в это же время в России и США были разработаны принципы создания полупроводниковых лазеров на основе гетероструктур, имеющих характеристики вполне удовлетворяющие требованиям для создания ВОЛС. В 1970 г. на основе этих разработок в США был создан первый макет ВОЛС, по которому могла передаваться информацию со скоростью 2 Мбит/с на расстояние до 3 км. В макете использовалось многомодовое оптическое волокно с диаметром световедущей жилы 60 мкм и потерями мощности на затухание ~20ДБ/км.

В конце 70-х годов было освоено производство одномодовых оптических волокон с диаметром световедущей жилы 6мкм и потерями в несколько ДБ/км и были созданы полупроводниковые лазеры, излучающие в диапазонах длин волн λ=1,3мкм и λ=1,55мкм.

В России первый макет ВОЛС способный передавать информацию со скоростью сотни Мбит/с был создан в 1977.В 1981 г. На основе одномодового оптического волокна с потерями составляющими доли дБ/км был создан макет ВОЛС, обеспечивающий передачу информации со скоростью до 2 ^х Гб/с на расстояние 40 км. В эти же годы было освоено производство волоконно-оптического кабеля, на рынке появились соответствующие источники, фотоприемники и другие элементы световодной техники.

В настоящее время волоконно-оптическая связь фактически становится определяющей в мире телекоммуникаций. Уже все континенты в мире связаны между собой магистральными волоконно-оптическими линиями связи. К 2000 г. в мире было проложено 90 млн. км оптического волокна и это количество постоянно возрастает. Скорости передачи информации по одному волокну достигают в последнее время значений до 1000 Гбит/с (1террабит/с). Без использования волоконных каналов всемирная сеть Интернет не в состоянии была бы полноценно функционировать. В то же самое время возникла и стала развиваться новая область измерительной техники, основанная на применении волоконно-оптических датчиков физических величин.

Дата добавления: 2014-01-20