1-5-2. Волоконно-оптические системы связи
1-5-2. Волоконно-оптические системы связи |
Волоконно-оптические системы связи (ВОЛС) развиваются с середины 20-го века и к настоящему времени получили обширное распространение. Прежде всего это глобальные трансконтинентальные и межконтинентальные структуры, хотя получили развитие и системы волоконной связи на короткие расстояния.
Волоконно-оптические системы представляют собой линию передачи с использованием оптического волокна, по которой передаются световые импульсы, формируемые лазером. Основная часть стекловолокна состоит из сердцевины и оболочки. Материалом сердцевине служит сверхчистое кварцевое стекло, которое и является основной средой передачи оптических сигналов. Удержание светового импульса происходит вследствие того, что коэффициент преломления материала сердцевины больше чем у оболочки. Таким образом, при оптимально подобранном соотношении коэффициентов преломления материалов происходит полное отражение светового луча внутрь сердцевины.
В зависимости от структурных параметров различают многомодовые и одномодовые оптические волокна. Многомодовые оптические волокна имеют такое соотношение диаметров оболочки и сердцевины, которое позволяет передавать одновременно несколько сотен разрешенных световых мод, вводимых в волокно под разными углами в рамках числовой апертуры волокна. Все разрешенные моды имеют разные траектории распространения и, соответственно, различное время распространения по световоду. Диаметр сердцевины составляет 50 - 60 мкм. Главный недостаток многомодовых волокон – большая величина модовой дисперсии, ограничивающая как полосу пропускания, так и дальность работы цифровой системы передачи. Однако, многомодовые оптические волокна активно применяются в ВОЛС небольшой протяженности, что объясняется дешевизной производства как волокна, так и источников излучения.
Рис. 1-5-2-1
Одним из способов компенсации модовой дисперсии является применение оптических волокон с переменным профилем показателя преломления сердцевины кабеля. Наиболее распространены градиентные оптические волокна. В отличие от стандартных многомодовых световодов, имеющих постоянный профиль преломления материала сердцевины, такие световоды имеют, показатель преломления, плавно уменьшающийся от центра к оболочке. Вследствие изменения скорости распространения света происходит компенсация задержки распространения разных световых мод. В результате, такое оптическое волокно имеет во много раз меньшую дисперсию, и, как следствие, большую полосу пропускания. Главный недостаток градиентных оптических волокон, ограничивающий их применение – большая цена и сложность производства.
Одномодовое оптическое волокно сконструировано таким образом, что в сердцевине может распространяться только одна, основная мода (диаметр сердечника 7-10 мкм) . Именно поэтому подобные волокна имеют наилучшие характеристики, и наиболее активно используются в строительстве ВОЛС. Основные преимущества одномодовых оптических волокон – малое затухание, минимальная величина модовой дисперсии, широкая полоса пропускания. Более подробно с данными вопросами можно познакомиться на сайте
http://comp.ilc.edu.ru/assets/files/lection13/13.36_Volokonno-opticheskie_linii_svyazi.pdf.
Оптические волокна объединяются в кабели с достаточно сложной структурой. Для примера на рис. 1-5-2-2 показан разрез оптического кабеля.
Рис. 1-5-2-2
В последние годы в области ВОЛС достигнуты невероятные скорости передачи цифровых потоков, которые превысили терабит в секунду! С историей получения подобных скоростей можно познакомиться, к примеру, в материалах http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%EE%EB%E8%F2%EE%ED.
