Краткий обзор по истории развития оптической связи

Общие положения

Волоконно - оптическая линия связи (ВОЛС) – это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам – оптическим волокнам. Волоконно-оптическая сеть – это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии волоконно - оптических сетей помимо вопросов волоконно й оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.

Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по электрическому кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

Волоконно-оптический кабель (ВОК) – один из основных элементов волоконно-оптической системы передачи, причем наиболее материалоемкий и дорогостоящий. Чтобы разработать и изготовить кабель, необходимо решить целый комплекс проблем электротехники, физики, материаловедения и технологии, изучить совместимость материалов элементов кабеля, испытать кабель на надежность и, наконец, организовать его производство. В данном курсе излагаются теоретические основы функционирования ВОК, рассматриваются конструкции оптических волокон (ОВ) и ВОК, материалы, характеристики и параметры. Отдельные разделы посвящены конструированию, технологии изготовления и испытанию ВОК.

Использование света для передачи информации имеет давнюю историю. Световыми сигналами пользовались еще тогда, когда и не существовало понятия «электрическая связь». В тот период в качестве источников оптического излучения использовали Солнце или костры. Лучи света, моделированные дымом, лопастями семафора или иными приспособлениями, передавались в пределах прямой видимости. Первые примеры использования такой связи относятся ко времени гибели Трои (1269 г. до н.э.). Но и сегодня военноморской флот использует флажки, светофоры для передачи информации. Более чем 200-летний этап проходил в постепенном совершенствовании световых линий передачи сигналов на большие расстояния. Так, во Франции около 1794 г. Клод Шапп построил от Парижа до Лилля систему оптического телеграфа из цепи семафорных башен с подвижными сигнальными рейками. Информацию можно было передать по ней на расстояние 230 км в течение 15 мин.

В России в 1795 г. И. П. Кулибин разработал свой семафорный телеграф, использовавший более чем в 40 раз меньшее число знаков. Телеграф Кулибина работал и ночью. В США оптический телеграф соединял Бостон с островом Марта Вайнярд, расположенным недалеко от этого города. Все эти системы устарели лишь с изобретением электрического телеграфа.

Американец Александр Грэхем Белл в 1880 г. изобрел фотофон, в котором речевые сигналы могли передаваться с помощью света. Однако эта идея не нашла практического применения, поскольку погодные условия и видимость слишком отрицательно влияли на качество передачи. Английский физик Джон Тиндаль предложил решение этой проблемы в 1870 г., незадолго до изобретения Белла. Он продемонстрировал, что свет может передаваться в потоке воды. В его эксперименте использовался принцип полного внутреннего отражения, который также применяется в современных волоконных световодах. Современная эра оптической связи началась с изобретением в 1958 г. лазера и последовавшем вскоре, в 1961 г., созданием первых лазеров. По сравнению с оптическим излучением обычных источников лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью и когерентностью и имеет очень большую интенсивность. Возможность изготовления лазеров из полупроводниковых материалов получила признание в 1962 г. В это же время были разработаны элементы приемника в виде полупроводниковых фотодиодов. Тогда оставалась нерешенной еще одна проблема – разработка подходящей передающей среды.

Первые в мире коллективные исследования возможности создания широкополосных линий передачи на основе волоконных световодов в СССР начаты в 1957 г., частичные результаты которых опубликованы в 1961 г. В 1958 г. советские специалисты В.В. Варгин и Т.Н. Вейнберг доказали, что светопоглощение идеально чистого стекла очень мало и лежит за пределами чувствительности измерительных приборов».

В 1966 г. к этим же результатам пришли и английские ученые Г. Као и Джордж А. Хокхэм. Они опубликовали статьи о том, что оптические волокна м огут использоваться как средства передачи при достижении прозрачности, обеспечивающей затухание менее 20 дБ/км. Кроме того, они пришли к выводу, что высокий уровень затухания, присущий первым волокнам (около 1 000 дБ/км), связан с присутствующими в стекле примесями. Ими был также указан путь создания пригодных для телекоммуникации волокон, связанный с уменьшением уровня примесей в стекле.

В 1970 г. фирма Корнинг Гласе Уоркс (позднее переименованная в Корнинг Инкорпорэйтид) произвела оптические волокна со ступенчатым профилем показателя преломления и достигла коэффициента затухания менее 20 дБ/км на длине волны 633 нм. Световоды с градиентным профилем показателя преломления в 1972 г. имели затухание 4 дБ/км. В настоящее время в одномодовых световодах достигнут коэффициент затухания 0,2 дБ/км при длине волны 1550 нм. При этом значительно усовершенствована элементная база оптических передатчиков и приемников, увеличена как мощность, так и чувствительность, а также срок службы. Соответствующая кабельная технология в сочетании с разъемными и неразъемными соединениями для оптических волокон сделала возможным успешное внедрение этой новой среды распространения.

Сравнения оптического волокна и витой пары
Главные преимущества функционирования сети с использованием ВОК следующие: большие расстояния между станциями (пунктами ретрансляции); высокая помехозащищенность; отсутствие излучаемых помех; высокая степень защищенности от несанкционированного доступа; гальваническая развязка; взрыво и пожаробезопасность.

Причины, по которым заказчик может предпочесть медный кабель волоконно - оптическому, следующие:

Низкая стоимость подключения к рабочей станции. Витые пары могут существенно уменьшить затраты на сетевое оборудование, так как они не требуют установки дорогостоящих оптических приемопередатчиков и пассивных компонентов волоконно й оптики.

Низкая стоимость восстановления обрывов. Для устраненя обрыва витой пары не требуется дорогостоящее специальное монтажное оборудование, как в случае обрыва оптического кабеля. Можно также целиком заменить поврежденную витую пару, что оправдано ее низкой стоимостью.

Удобство использования в небольших рабочих группах. Это удобство является следствием низкой стоимости концентратора, объединяющего витые пары.

Таблица 1.1 Категории кабелей и разъемов

Категория	Максимальная частота сигнала	Типовые приложения
	До 16 МГц	ЛВС Token Ring, Ethernet 10Base-T, голосовые каналы и другие низкочастотные приложения
	До 20 МГц	ЛВС Token Ring и Ethernet 10Base-T
	До 100 МГц	ЛВС со скоростью передачи данных 100 Мбит/с
5е	До 100 МГц	ЛВС со скоростью передачи данных 1000 Мбит/с
	До 250 МГц	ЛВС со скоростью передачи данных 1 000 Мбит/с
	До 600 МГц	ЛВС со скоростью передачи данных 1 000 Мбит/с
ВОЛС		ЛВС со скоростью передачи данных 40 Гбит/с

Дата добавления: 2014-01-07