Введение - Оптоволоконные проводники
История вопроса
Разумеется, нет ничего нового в использовании частот оптического диапазона для передачи информации. Визуальные методы связи широко используются не только человеком, но и в животном мире. Человек применял оптические сигналы для передачи информации на большие расстояния еще во времена первобытной цивилизации. Днем он использовал для этого, например, дымовые сигналы или отраженный солнечный свет, а ночью сигнальные огни. В подтверждение этого можно привести два примера из истории Древней Греции.
В пьесе Эсхила "Агамемнон", написанной в V веке до н. э. и описывающей события из греческой мифологии, происходившее за тысячелетие до ее написания, приведены объяснения Клитемнестры того, как она узнала предыдущей ночью о падении Трои:
"Гефест, пославшей с Иды вестовой огонь. Огонь огню, костер костру известие передавал".
Затем она дает графическое описание девяти символов, использованных для передачи новостей из Средней Азии в Аргос с помощью сигнальных огней.
Немного позже Геродот опишет, как в 480 г. до н. э. персидский полководец Мордониус, размышлял об отправлении теми же средствами аналогичного послания о взятии Афин своему императору Кирксу. Однако его мечта осталась неосуществленной.
В каждом из приведенных примеров информация передавалась с помощью заранее обусловленного сигнала.
Хотя в древние времена были и более сложные методы сигнализации, однако на протяжении столетий вплоть до изобретения флажковой сигнализации в конце XVIII столетия, по-видимому использовались только сигнальные огни. Со временем они были заменены машинным на суше и флажковой сигнализацией и проблесковыми сигнальными лампами на море. Последние, в свою очередь, были заменены телефоном и телеграфной радиосвязью. К этому времени произошли существенные изменения в форме (характере) передаваемой информации. Все ранние системы передачи информации были такими, которые теперь мы назвали бы цифровыми системами, в то время как телефон и радио позволили передавать аналоговую информацию в аналоговом виде, т. е. в виде электрического колебания, непрерывно изменяющегося во времени.
Новизна и преимущество современных оптических систем связи заключается в том, что оптический сигнал обычно распространяется направленно по световодной системе и обеспечивает высокую информационную емкость канала связи.
Можно сказать, что современная эра оптической связи началась с изобретения лазера в 1958 г. и последовавшем вскоре созданием первых лазеров в 1961 г. По сравнению с излучением обычных источников оптического диапазона лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью и когерентностью и имеет очень большую интенсивность. Лазерное излучение в самом деле очень похоже на излучение обычных радиопередатчиков СВЧ диапазона, поэтому было совершенно естественно использовать его в качестве несущего колебания в системах связи. На первом этапе основной причиной интереса к лазерному излучению была возможность получения исключительно широкой полосы пропускания при условии осуществления его модуляции в полосе частот, составляющей всего несколько процентов от основной частоты излучения лазера. В самом деле лазерная система связи на гелий-неоновом лазере имеет полосу пропускания 470 ГГц (1% от основной частоты), в которой можно разместить одновременно около миллиона телевизионных каналов.
В 60-е годы было предложено много технических решений по осуществлению различных видов модуляции лазерных излучателей (частотный, фазовый, амплитудный, по интенсивности и полярности, частотно-импульсный), а также был создан ряд лазерных систем связи, использующих распространение света в свободном пространстве.
В это же время широко проводились эксперименты по созданию направляющих систем связи, в которых пучок вводился в канал передачи с помощью линз, располагаемых друг от друга на расстоянии 10 или 100 метров. Благодаря работам К. С. Као с сотрудниками из Standard Telecommunications Laboratories в Харлоу (Англия) появился новый подход к созданию направляющих лазерных систем связи. Они предложили для передачи светового сигнала использовать длинные оптически волокна, подобные тем, которые уже использовались в эндоскопии и других областях. Можно утверждать, что статья Као и Хокэма, опубликованная в 1966 году, заложила основу теории волоконно-оптической связи.
Основной причиной, сдерживающей практическую реализацию этой идеи, было большое затухание сигнала в оптическом волокне. Если в ясный день ослабление оптического сигнала в атмосфере составляет всего несколько дБ на километр, то имевшиеся в то время лучшие стекла обладали минимальными потерями в видимой области спектра (порядка 1000 дБ/км). Главный тезис Као и Хокэма сводился к тому, что, если бы удалось уменьшить затухание в стекле в видимой или ближней инфракрасной области спектра до 20 дБ/км, то стало бы возможным создание практических волоконно-оптических систем связи. При таком уровне затухания в волокне мощность передаваемого сигнала уменьшилась бы 106 раз при прохождении расстояния 3 км. Производители стекла во главе с фирмой Corning (США) нашли пути удаления примесей из материала волокна и достигли этого требуемого уровня потерь в 1970 году, а к 1975 г. уменьшили их до 20 дБ/км. Японские исследователи опубликовали результаты по получению рекордно малых потерь в волокне, а именно 0,5 дБ/км в 1976 г. и 0,2 дБ/км в 1979 г. Если потерь 0,2 дБ/км могли быть обеспечены на большой длине волокна, то мощность передаваемого сигнал уменьшилась бы лишь в 2 раза после прохождения им расстояния 15 км. Следует, однако, подчеркнуть, что приведенные рекордно малые потери были получены в лабораторных условиях на более длинных волнах (1,55 мкм) и были достигнуты главным образом благодаря удалению из волокна ионов гидроксила.
К 1980 г. многие фирмы в ряде стран уже выпускали волокно с потерями менее 10 дБ/км и были созданы надежные полупроводниковые источники оптического излучения (на GaAs) и фотодетекторы (на Si). Во всех странах, имеющих развитую индустрию связи, стали проводится всесторонние испытания волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), включаемых в обычные телефонные сети.
Используемые в ВОЛС полупроводниковые источники света имеют неизменно широкую полосу излучения, составляющую около 30 нм у светодиодов (СД) и около 3 нм у полупроводниковых лазеров. Это означает, что по сравнению с современной сложной системой радиосвязи оптические системы связи первого поколения оказываются сравнительно простыми и, по существу, состоят только из включаемого и выключаемого источника широкополосного "шума". Некоторые самые ранние системы телеграфной радиосвязи использовали этот же принцип до появления перестраиваемых избирательных систем, позволивших использовать узкополосные несущие колебания. Теоретически исключительно широкая полоса пропускания оптических систем связи оказалась нереалезуемой на практике, однако в результате проведенных исследований все же была создана простая и дешевая оптическая система связи.
Похожие статьи
-
Линии связи и основные свойства ВОЛС - Оптоволоконные проводники
На современном этапе развития общества в условиях научно-технического прогресса непрерывно возрастает объем информации. Как показывают теоретические и...
-
Основные направления развития и применения волоконной оптики - Оптоволоконные проводники
Открылись широкие горизонты практического применения ОК и волоконно-оптических систем передачи в таких отраслях народного хозяйства, как...
-
Достоинства оптических кабелей и область их применения - Оптоволоконные проводники
Наряду с экономией цветных металлов, и в первую очередь меди, оптические кабели обладают следующими достоинствами: Широкополосность, возможность передачи...
-
Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную...
-
Краткий обзор развития линий связи - Оптоволоконные проводники
Линии связи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие несовершенства конструкции...
-
Физические процессы в волоконных световодах - Оптоволоконные проводники
В отличие от обычных кабелей, обладающих электрической проводимостью и током проводимости, ОК имеют совершенно другой механизм -- они обладают токами...
-
Оптические кабели российского производства - Оптоволоконные проводники
Первое поколение ОК, созданных в 1986--1988 гг., включает кабели городской (ОК-50), зоновой (ОЗКГ) и магистральной (ОМЗКГ) связи. Современные требования...
-
Оптические волокна и особенности их изготовления - Оптоволоконные проводники
Основным элементом ОК является оптическое волокно (световод), выполненное в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому передаются...
-
Дисперсия и пропускная способность - Оптоволоконные проводники
Параметр (пропускная способность) является наряду с затуханием к важнейшим параметром ВОСП. Он определяет полосу частот, пропускаемую световодом, и...
-
Волоконные световоды - Оптоволоконные проводники
Основным элементом ОК является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет...
-
Конструкции оптических кабелей - Оптоволоконные проводники
Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. В связи с этим имеется много конструктивных вариантов. В настоящее время в...
-
Введение - Технология компьютер-печатная форма
Под термином "Компьютер - печатная форма" понимается управляемая компьютером запись изображения на формные пластины. Это относится к изготовлению...
-
ВВЕДЕНИЕ - Планирование организации производства продукции на предприятии АПК
Организация производства неразрывно связана с технологией. Технология устанавливает последовательность выполнения операций по превращению предметов труда...
-
Введение - Монтаж строительных конструкций
Как долго прослужит здание в наибольшей степени зависит от качества строительных материалов и точного математического расчета на прочность. Долгое время...
-
Введение - Электрическая структурная схема микропроцессорной системы
Характерная черта научно-технического прогресса, определяющего дальнейший мощный подъем общественно-технического производства: широкое внедрение...
-
Введение - Секреты национальной японской кухни
Япония слывет одной из самых загадочных и экзотических стран мира. Далекая и близкая, простая и загадочная, она захватывает наше воображение своей...
-
Низковольтные нейтронные генераторы имеют широкое применение в науке и в технике. Ими пользуются физики и химики, геологи и биологи, медики и инженеры....
-
В последнее время наметился спрос на малые космические аппараты (МКА), которые могут выполнять различные задачи, как военного, так и мирного назначения....
-
Введение - Ремонт и эксплуатация трактора ДТ-75
Сельскохозяйственный трактор ДТ-75 на гусеничном шасси принадлежит к 3 тяговому классу и предназначен для универсальных сельскохозяйственных работ....
-
Интенсивное развитие радиоэлектронной техники обусловило постоянное присутствие повышенного уровня электромагнитного излучения (ЭМИ) в окружающей среде...
-
Введение - Технология переработки нефти
Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX - XX вв. привели к резкому увеличению...
-
Вы пьете чай? А уверены, что вы пьете настоящий, хорошо заваренный чай - вкусный, ароматный и полезный для здоровья напиток? Думается, не каждый может...
-
Осветительные установки широко используются в сельскохозяйственном производстве. Они должны быть тщательно спроектированы и выполнены в строгом...
-
Введение, История создания пылесоса - Пылесосы
Пылесос -- устройство, которое создает разрежение воздуха с помощью воздушного Насоса , что позволяет ему всасывать пыль и грязь; пыль собирается...
-
ВВЕДЕНИЕ - Ассортимент и технология приготовления детского питания
Вопросы истории детского питания достаточно туманны. По всей вероятности, в глубине веков не считали, что дети нуждаются в какой-то особой пище. В...
-
Введение - Булочки из муки высшего сорта
В России с древних времен выпечка хлеба считалась почетным и ответственным делом. Во многих поселениях были хлебные избы для приготовления хлеба. В...
-
Введение - Электрические машины постоянного тока
Электрические машины постоянного тока широко применяются в различных отраслях промышленности. Значительное распространение электродвигателей постоянного...
-
ВВЕДЕНИЕ, ИСТОРИЯ ВОПРОСА - Абсорбционные холодильные машины
Одна из возможных областей применения абсорбционных холодильных машин - здания с высокими пиковыми нагрузками на систему электроснабжения. Затраты...
-
Световой луч! С давних времен человек в своих мечтах видел в нем надежного и мощного помощника, свободно проникающего в темницы, разрушающего любые...
-
Введение - Оборудование кафе с горячим отпуском
Массовое питание играет важную роль в жизни общества. Оно наиболее полно удовлетворяют потребности людей в питании. Предприятия питания выполняют такие...
-
ВВЕДЕНИЕ - Электрический привод производственного механизма
Электрическим приводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин и управления их...
-
Введение - История бумаги и ее производство
Бумага (от итал. bambagia - хлопок) - материал преимущественно из растительных волокон. Впервые получена во 2 в. в Китае. С 19 в. изготовляется главным...
-
Введение - Изобретение бумаги и ее производство
Бумага (от итал. bambagia - хлопок) - материал преимущественно из растительных волокон. Впервые получена во 2 в. в Китае. С 19 в. изготовляется главным...
-
Введение - Разработка стенда управления шаговым двигателем
Одной из основных компетенций базовой подготовки техника по специальности 230113 "Компьютерные системы и комплексы" является разработка цифровых...
-
Метрология как наука и область практической деятельности человека зародилась в глубокой древности. На всем пути развития человеческого общества измерения...
-
Введение - Цифровая система автоматического регулирования температуры воды в баке
Проблема автоматизации в различных отраслях народного хозяйства является в настоящее время одной из ключевых и ее решение относится к одному из...
-
Введение - Изоморфизм и варизонные структуры карбида кремния
Актуальность Темы . Карбид кремния SiC - единственный материал среди соединений элементов IV группы Периодической системы Д. И. Менделеева обладающий...
-
Введение - Разработка анализатора спектра для комплексной защиты объектов информатизации
Современное развитие человечества вступило в новую фазу разделения своего труда, причем не прикладного труда, а умственного. Появились наукоемкие...
-
Научно-технический прогресс ведет к стремительному росту объема информации, которую специалисты-проектанты должны учитывать в своей повседневной работе....
-
Введение - Техническое обслуживание и ремонт электрооборудования ЗИЛ-130
Классификация автомобильного транспорта Автомобили классифицируют по назначению, проходимости и типу двигателя. По назначению они делятся на транспортные...
Введение - Оптоволоконные проводники