Електричний сигнал електричний сигнал

Рис.1.1. Принципова схема ВОЛЗ

Електронно-оптичний перетворювач разом із пристроєм узгодження називають квантово-електронним передаючим модулем (ПерКЕМ). Квантово-електронний перетворювач разом з пристроєм узгодження називають приймаючим квантово-електронним модулем (ПриКЕМ).

В якості випромінювачів у ВОЛЗ використовують:

- інжекційні світлодіоди (СД),

- лазерні інжекційні світлодіоди (ЛСД).

Випромінювання у світлодіодах утворюється за рахунок рекомбінації електронів і дірок на гетеропереходах (теорія гетероперехідів розроблена Жоресом Алфьоровим (Росія), який у 2000 році отримав за це Нобелівську премію).

Для виготовлення гетеропереходів використовують напівпровідникові матеріали типу А^III В^V (А³ В⁵) з домішками:

- елементів IV групи таблиці Менделєєва для отримання n-провідності,

- елементів II групи для отримання p-провідності.

Найбільш широко застосовуються арсеніди і фосфіди галію, індію і алюмінію:

- бінарні (Ga As),

- трьохкомпонентні (Al_xGa_1-xAs, GaAs_xSb_1-x),

- чотирьохкомпонентні (Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y).

В залежності від довжини хвилі випромінювання джерела для ВОЛЗ поділяють на:

- короткохвильові (працюють в області l=0.8 ¸ 0.9 мкм),

- довгохвильові (l=1.2 ¸1.7 мкм).

Ширина спектру, яка визначається напівшириною кривої випромінювання, сягає:

- у СД – Δλ = 20÷200 нм,

- у ЛСД – Δλ = 1÷2 нм;

а кут розбіжності випромінювання:

- у СД θ = 60÷80º,

- у ЛСД θ = 10º;

Для короткохвильового діапазону, як правило, використовують структури AlGaAs / GaAs – підкладинка, а для довгохвильового - GaInAsP.

В якості приймачів випромінювання для ВОЛЗ використовують

- для короткохвильового діапазону p-i-n фотодіоди і лавинні фотодіоди на основі кремнію,

- для довгохвильового діапазону лавинні фотодіоди на основі германію i

p-i-n фотодіоди на основі гетероструктур А¹¹¹ В^V.

Найбільше поширення у ВОЛЗ набули багатомодові волоконні світловоди (СВ) із сердцевинаом з кварцового скла і оболонкою з кварцового скла або полімеру.

Одномодові СВ застосовують в системах:

1) де необхідна велика ширина cмуги пропускання,

2) де необхідна велика швидкість передачі даних,

3) де використовується фазова модуляція світла.

Затухання у скляних багатомодових СВ діапазона 0.8 – 0.9 мкм складає ~ 3–4 дБ/км, а діапазона 1.3–1.6 мкм ~ 0.5–1 дБ/км. У одномодових довгохвильових СВ (l=1.3-1.6 мкм) затухання складає 0.2–0.35 дБ/км.

Найменші втрати для чистого кварцового скла приходяться на λ=1.55 мкм і складають ~ 0.14 – 0.16 дБ/км (менше ніж 1% на 1км).

Для порівняння затухання на λ=1мкм у атмосфері складає ~ 100 дБ/км (тобто на віддалі в 1км сигнал спадає в ~ 10⁹ разів)

За теоретичними розрахунками втрати можуть сягати 0.0001 дБ/км [1].

ВОЛЗ мають ряд дуже потужних переваг у порівнянні з традиційними видами зв’язку (радіозв‘язок, телефонний зв‘язок):

• Широкосмуговість. Широкосмуговість оптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою несучою частотою. Наприклад у радіозв’язку використовуються частоти несучої ~ 10⁶÷10⁹ Гц, а оптичні частоти мають несучу ~ 10¹³÷10¹⁴ Гц. Це означає, що смуга збільшується ~ 10⁴÷10⁶ разів.

• Це означає, що по ВОЛЗ можна передавати інформацію зі швидкістю порядку 1,2 млрд. біт даних у секунду.

• Дуже мале загасання. Дуже мале загасання (0, 2-0,3 дБ на довжині хвилі 1,55 мкм в розрахунку на один кілометр) світлового сигналу у волокні, що дозволяє будувати ВОЛЗ довжиною до 100 км і більше без ретрансляції (підсилення) сигналів.

• Стійкість до електромагнітних перешкод. Стійкість ВОЛЗ до електромагнітних перешкод з боку навколишніх мідних кабельних систем, електричного устаткування (лінії електропередач, електродвигунні установки тощо) і погодних умов.

• Захист від несанкціонованого доступу. Інформацію, що передається по волоконно-оптичних лініях зв'язку, практично не можна перехопити неруйнуючим способом.

• Електробезпечність. Через відсутність іскроутворення оптичне волокно підвищує вибухо- і пожаробезпечність мережі, що особливо актуально на хімічних, нафтопереробних підприємствах, при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного ризику.

• Мала вага й об'єм. Волоконно-оптичні кабелі мають меншу вагу й об'єм у порівнянні з мідними кабелями з розрахунку на ту саму пропускну здатність. Наприклад, 900-парний телефонний кабель діаметром 7,5 см, може бути замінений одним волокном з діаметром 0,1 см. Якщо волокно "одягти" у безліч захисних оболонок і покрити сталевою стрічковою бронею, його діаметр буде 1,5 см, що в кілька разів менше розглянутого телефонного кабелю.

• Невисока вартість.
Волокно виготовлене із кварцу, основу якого становить двоокис кремнію, широко розповсюдженого, а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді.

• Термостійкість. Температура плавлення кварцу, з якого зроблено волокно сягає 1713—1728°С.

• Довговічність.
Термін служби ВОЛЗ становить не менш 25 років.

Недоліки ВОЛЗ:

• Відносно висока вартість зварювання оптичних волокон.

Для цього потрібно прецизійне, а тому дороге, технологічне устаткування. Як наслідок, при обриві оптичного кабелю витрати на відновлення ВОЛЗ вище, ніж при роботі з мідними кабелями.

• Відносно висока вартість активних елементів ВОЛЗ, що
перетворюють електричні сигнали у світло й світло в електричні сигнали.

Дата добавления: 2014-01-11