2.2. Структура волоконно-оптической системы передачи (восп) информации.

Оптоэлектроника – область науки, появившаяся на стыке оптики и электроники. Первый изобретенный прибор в этой области, сочетающий электронику и оптику – это оптрон, который часто используется для того, чтобы обеспечить электрическую развязку в электронных цепях. В настоящее время оптоэлектроника превратилась в огромную область науки и техники, соизмеримую с электроникой. Более того, сейчас вместо СБИСов начинают развиваться гибридные приборы, в которых преобразование сигналов происходит с помощью электроники, а передача сигналов – с помощью оптики. Такой гибрид позволяет ускорить обработку сигналов, и будет применяться, в первую очередь, для компьютеров нового поколения.

Основными элементами для оптоэлектроники являются :

• Излучатель (полупроводниковый лазер или светодиод),

• Фотоприемник ( о нем сказано позже),

• Оптическое волокно.

На рис. 2.1. показана структурная схема цифровой волоконно-оптической системы передачи информации.

Рис. 2.1. Блок схема волоконно-оптической системы передачи информации.

Здесь отображена часть обычной общей схемы 1.3 цифровой системы передачи информации. На рис. 2.1. показана часть схемы 1.3 после АЦП и КУ, то есть, электрический входной сигнал – это набор электрических импульсов одинаковой амплитуды и пауз между ними, в которых закодирована (в бинарной системе счисления) входная информация.

Источник оптического сигнала дает монохроматический пучок света постоянной интенсивности. В качестве него может быть или светодиод, или твердотельный лазер, или полупроводниковый лазер.

Электрооптический преобразователь – это модулятор, который модулирует интенсивность оптического излучения от источника оптического сигнала. Он преобразует электрические импульсы в оптические импульсы соответствующей длительности (или их отсутствие).

Волоконно-оптическая среда передачи – это оптическое волокно, или волоконно-оптический кабель.

Детектор оптического сигнала – это устройство, в котором оптический сигнал превращается в соответствующий высокочастотный электрический сигнал. В качестве него используются различные типы фотоприемников.

Схема формирования выходного сигнала – это демодулятор, в котором высокочастотный электрический сигнал превращается в последовательность электрических импульсов (в бинарной системе счисления), искаженных шумами и помехами. Кроме демодулятора, здесь же проводится «восстановление» сигнала, то есть, его очистка от шумов и помех.

Электрический выходной сигнал – это последовательность пауз и электрических импульсов, которые, соответствуют электрическому входному сигналу. Это соответствие приближенное, так как искажения исходного сигнала после его передачи по ВОЛС не удается исправить полностью.

Основой такой волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) является оптическое волокно, по которому распространяется свет. Кварц – это тот материал, из которого делается такое волокно. Поэтому оптические характеристики кварца лежат в основе развития волоконной оптики в целом.

Рис. 2.2. Ослабление оптического сигнала в кварце в зависимости от длины волны.

На рис. 2.2. показан график ослабления оптического излучения в зависимости от длины волны света. На рис. 2.2 изображены три окна прозрачности для оптического излучения, которые определили три этапа развития волоконной оптики. Все они лежат в области инфракрасного излучения.

Первый этап развития волоконной оптики (перид 1970 – 1980 г.г.) связан с окном прозрачности в диапазоне 820 – 890 нм. В этом диапазоне наиболее просто реализовать все элементы волоконной оптики (источники, модулятор, фотоприемники), необходимые для реализации ВОСП. Большое затухание оптического излучения в этой зоне (порядка 2 дБ/км) позволяет реализовать ВОСП (без промежуточного усиления оптического сигнала) только на небольших расстояниях (до 10 – 20 км).

Второй этап развития волоконной оптики (1980-1995 г.г.) – это освоение окна прозрачности в области 1300 нм, где затухание света значительно меньше (порядка 0,5 дБ/км), чем в области 820 – 890 нм. Оптическое излучение в диапазоне 1300 нм очень сильно поглощается в кремнии – основном материале для фотоприемников и полупроводниковых лазеров. Это обстоятельство осложнило освоение этого диапазона оптического излучения для передачи информации, но к середине 90-х годов были реализованы волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) информации различных типов. Они позволяли (без ретрансляции) реализовать передачу информации до 30 - 70 км.

Третий этап развития волоконной оптики (1995 г. – наст. Время) осваивает окно прозрачности в области 1545 – 1610 нм, где затухание оптического излучения наименьшее - 0,15 дБ/км. Этот этап продолжается до сих пор. ВОСП на его основе уже сейчас позволяют передавать информацию на расстояние порядка 100 км и более.