2.2. Оптические системы связи

2.2.1. Особенности оптической связи [6, С. 54]

Возможность осуществления связи в оптическом диапазоне была показана еще в 1952 году отечественным учеными Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым, а также американским ученым Таунсом. Ими был открыт новый вид индукционного излучения в квантовых приборах.

Оптический диапазон лежит в пределах 3•1015-1011 Гц (0,1 – 1000 мкм), что существенно превышает всю частотную емкость уже освоенного в настоящее время радиодиапазона.

Для волн оптического диапазона характерны специфические особенности:

- хорошая способность фокусироваться в узкий луч, что позволяет получить большой коэффициент усиления антенны при ее незначительных размерах;

- возможность использования в качестве передающих и приемных антенн объективов, зеркал и т.п.;

- зависимость их поглощения от метеоусловий.

2.2.2. Оптическая связь по световодам [6, С.61]

Cвет хорошо распространяется внутри волоконных световодов герметических труб, что позволяет исключить влияние атмосферы на оптический сигнал. Для передачи света вдоль оси трубы, в ней устанавливаются корректирующие устройства - диафрагмы, линзы, и зеркала.

2.2.3. Волноводные линии связи [6, C. 63]

Для передачи широкополосных сигналов на большие расстоя­ния могут применяться волноводные линии связи (ВЛС). Они работают в диапазоне миллиметровых волн (30—100 ГГц), кото­рые передаются по круглому волноводу диаметром 40—60 мм.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) [6].

Оптоволоконные сети, безусловно, являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме того, оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи, такие как грозы и электрические наводки. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуются все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления. В силу дороговизны оптический кабель пока используется для построения внешних магистралей, в пределах здания по прежнему используются медные провода.

В основе оптоволоконных технологий лежит принцип использования света, как основного источника информации. Отправитель преобразовывает информацию в световую волну, а адресат, получая последнюю, в свою очередь интерпретирует свет как информацию. Свет гораздо проще передать на дальнее расстояние с меньшими потерями, нежели электрический ток. Кроме того, он не подвержен воздействию электромагнитных полей и способен передавать на порядки большее количество информации. С другой стороны оптические технологии во многом являются более тонкими, поэтому качественная реализация оптоволоконного проекта требует детального понимания механизма передачи света и применяемых законов оптики.

2.2.4. Преимущества ВОЛС [6,7]

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

2.2.5. Широкая полоса пропускания [1,6,7]

Полоса пропускания обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

2.2.6. Особенности оптического волокна [6, С. 64]

Для сохранения мощности светового импульса на дальних расстояниях требуется снижение потерь информации, которое достигается за счет получения прозрачной среды, препятствующей поглощению света и выверенной линии пути луча света. Если прозрачную среду можно получить, используя, к примеру, современное кварцевое стекло, то обеспечение точной траектории луча зависит от знания и правильного применения вышеприведенного закона оптики.

2.2.7. Межмодовая дисперсия [6,7]

Ввиду того, что практически невозможно гарантировать идеальное прохождение светового излучения строго по вытянутой линии, часто создается такая ситуация, что импульс содержит несколько волн (мод), которые проходят по всему кабелю к приемнику не одновременно, а с некоторым интервалом времени. Те моды, которые проходят прямолинейно, быстрее добираются до конца тракта кабеля, другие – зигзагообразно и, следовательно, немного запаздывают. Этот временной диапазон прохождения разных волн или мод одного излучения и называется межмодовой дисперсией.

2.2.8. Межчастотная дисперсия [6,7]

Световые волны, помимо разного прохождения траектории, имеют и неодинаковый диапазон длин, отсюда, если вспомнить законы физики, становится понятно, почему короткие волны быстрее достигают конечной цели, чем длинноволновые. Эта разница во времени получила название межчастотной дисперсии.

2.2.9. Материальная дисперсия [7]

Если сердечник кабеля имеет неоднородные участки среды, световые волны будут неодинаково совершать свою траекторию и, следовательно, придут к концу кабеля в разное время. Эта временная разница, проистекающая от зависимости распространения волн от неоднородности среды сердечника в световоде, называется материальной дисперсией.

Влияние дисперсии на пропускную способность канала

Любая дисперсия отрицательно влияет на ширину пропускания канала кабеля, так как импульсы на конце волокна, благодаря дисперсионному влиянию, становятся нечеткими, что влечет за собой увеличение интервалов между очередными сигналами. Решить эту проблему можно, если уменьшить число входящих в световод лучей света или мод.

2.2.10. Типы оптических волокон [6]

Существует два типа оптических волокон: многомодовые (ММ) и одномодовые (SM), отличающиеся диаметрами световедущей сердцевины. Многомодовое волокно, в свою очередь, бывает двух типов: со ступенчатым и градиентным профилями показателя преломления по его сечению.

В ступенчатом оптоволокне могут возбуждаться и распространяться до тысячи мод с различным распределением по сечению и длине оптоволокна. Моды имеют различные оптические пути и, следовательно, различные времена распространения по оптоволокну, что приводит к уширению импульса света по мере его прохождения по оптоволокну. Это явление называется межмодовой дисперсией и оно непосредственно влияет на скорость передачи информации по оптоволокну. Область применения ступенчатых оптоволокон короткие (до 1 км) линии связи со скоростями передачи информации до 100 Мбайт/с, рабочая длина волны излучения, как правило, 0,85 мкм.

2.2.11. Многомодовое ступенчатое волокно [6,7]

В зависимости от используемого типа сердечника кабеля, различаются и вариации оптоволокна. Самым традиционным считается сердечник с кварцевым стеклом, содержащим равномерную плотность, у многомодового ступенчатого волокна эта плотность содержит ступенчатые слои. При большом радиусе такого световода эффект межмодовой дисперсии влияет на качество оптоволокна сильнее, чем межчастотная и материальная, поэтому в расчетах ширины пропускаемости канала обращают внимание именно на межмодовую дисперсию.

Из всех распространенных типов диаметра сердечника волокна (100, 62.5 и 50 мк), наилучшими показателями в пропускной способности обладает 50-тимикронное оптическое волокно, с рабочими длинами волн 850 нм, 1300 нм и 1500 нм.

Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.