Диапазоны эмв.

1. Особенности оптического излучения. Диапазон оптических длин волн.

Курс «Волоконно-оптические линии связи» является разделом большой области науки и техники–«Оптоэлектроника», связанной с разработкой и применением комбинированных волоконно-оптических устройств и систем для передачи, приёма, обработки, хранения и отображения информации.

История развития радиотехники связана с освоением всё более высоких частот (коротких волн), обеспечивающих расширение полосы пропускания, т.е. повышение количества передаваемой информации, помехоустойчивости и уменьшение габаритов излучающих устройств при заданной направленности.

К оптическому диапазону электромагнитных волн (ЭМВ) принято относить диапазон 0,011000 мкм(рис.1.1).

Рис.1.1. УФ-ультрафиолетовая область, видимый свет, БИК-ближняя инфракрасная область, СИК-средняя инфракрасная область, ДИК-дальняя инфракрасная область

К видимой области условно относят диапазон =0,380,78 мкм(фиолетовый цвет-0,41 мкм, красный-0,7 мкм), хотя эта область отличается у разных людей и меняется с возрастом. Например, дети видят и в ближней ультрафиолетовой области с=0,315 мкм.Спектр солнечного излучения лежит в пределах=0,31 мкм. Видимый диапазон наиболее подходит для зрения, потому что на меньшие длины волн вблизи поверхности Земли приходится очень малая часть энергии из-за затухания в атмосфере, а на больших длинах волн зрению мешают шумы собственного теплового излучения всех объектов и ухудшение разрешающей способности глаза, как любого оптического прибора.

В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) в настоящее время используется ближняя инфракрасная область (БИК) оптического диапазона для λ=0,851,68мкм.

Освоение оптического диапазона ЭМВ началось с появления в 1960 году источника когерентногооптического излучения –лазера. Теория лазеров и мазеров связана с именами российских учёных Басова Н.Г., Прохорова А.Н. и Таунса Ч. (США), а создал его впервые Мэйман Т. (США).

Стремление использовать оптические сигналы для передачи и обработки информации объясняется следующими причинами:

1.Частота оптических колебаний (10¹³10¹⁵Гц) на 35 порядков выше освоенной частоты радиодиапазона, что позволяет во столько же раз расширить полосу частот, т.е. информационную ёмкость канала связи и уменьшить поперечные размеры линий передач – световодов;

2.Передача информации осуществляется электрически нейтральными фотонами, не взаимодействующими друг с другом и с внешними электрическими и магнитными полями. Это обуславливает высокую помехозащищённость канала связи, исключает взаимные наводки и паразитные связи между его элементами;

3.Высокая направленность когерентного оптического излучения позволяет резко уменьшить размеры излучающей апертуры согласно известной из курса антенн формуле для ширины диаграммы 2_0,5идеальной апертуры с размеромL .

В оптоэлектронике этот параметр называется расходимостьюи с учётом неравномерности амплитудного распределения записывается

. (1.1)

Например, для получения расходимости 2_0,5 = 0,1^опри=1 см необходим размерL=5 м, а при=1 мкм – L=0,5 мм.

4.Когерентный световой луч можно сфокусировать на площадку, размеры которой сравнимы с длиной волны, что позволяет резко повысить плотность записи информации (до величины 10⁸ бит/см²) в оптических запоминающих устройствах. При этом информация записывается в двумерном виде, ёмкость ОЗУ составляет10⁸10⁹ бит, ёмкость ПЗУ-10¹¹10¹³ бит, скорость ввода-вывода 10⁹ бит/с.

5.Когерентный световой луч, несущий информацию, можно обрабатывать с помощью аналоговых оптических вычислительных устройств, состоящих из линз, зеркал, дифракционных решёток и других элементов, позволяющих реализовать заданный алгоритм. В частности, весьма быстро и точно выполняются такие операции, как интегрирование, дифференцирование, свёртка, умножение и др. (скорость обработки до 10¹² бит/с).

ВОЛС в настоящее время интенсивно развиваются и используются не только в связи, но и в радиолокации, системах обработки информации, приборостроении и т.д. Все вновь проектируемые и строящиеся линии связи являются волоконно-оптическими и могут быть как локальными (например, компьютерная сеть ТРТУ), так и региональными и магистральными (сети «Ростелеком» и «Инфотекстелеком»).