ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

1. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ Основной принцип: передача информации в виде оптических сигналов по стеклянному волокну. Вопрос: А зачем?

2. Достоинства оптической передачи и обработки информации Телекоммуникационные длины волн: λ = 0.8…1.6 мкм f = (2…3)·1014 Гц Увеличение объема информационных потоков Информационная емкость одного волокна для одного потока: 10 - 40 Гбит/с WDM-технология: 80- 320 потоков по одному волокну Эквивалентная емкость на одно волокно: 40·80 = 3.2 Тбит/с В волоконном кабеле 24 волокна – 10 двунаправленных каналов, емкость кабеля: 32 Тбит/с Ограничение: быстродействие электронных устройств кодирования и декодирования – используется только 1/500 емкости кабеля.

3. - Увеличение быстродействия обработки информации - Устойчивость к электромагнитным помехам - Отсутствие собственных электромагнитных помех - Малый вес волоконных кабелей (Ø волокна – 9…60 мкм)

5. Законы оптики, приводящие к каналированию электромагнитных волн в оптических волноводах n1 > n2,3

6. - Полное внутреннее отражение (ПВО) Условия ПВО n1 > n2, sin θ > n2/n1 Критический угол: sin θ = n2/n1 - Интерференция волн Условие фазового резонанса (сложение фаз) 4akn1·sinφ – δ12 – δ13 = 2πN, N = 0, 1, 2 ..., k = 2π/λ δ – сдвиг фазы при ПВО

7. Волноводные моды Граница волновода Затухающая волна

8. Оптическое волокно Диаметр сердечника: 8-9 мкм (одномодовое), 50-60 мкм (многомодовое) Диаметр оболочки: 125 мкм

9. Волоконный кабель

10. Потери и искажения оптического сигнала в волокне 1. Собственные потери на поглощение в кварцевом стекле 2. Примесные потери на поглощение: Fe, Cu, Ni, Mg, Cr, OH. 3. Релеевское рассеяние. 4. Потери на микро- и макроизгибах. 5. Потери в соединениях волокон 6. Межмодовая дисперсия. 7. Материальная дисперсия (хроматическая дисперсия). 8. Поляризационная дисперсия. 9. Двулучепреломление 10. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна 11. Вынужденное Рамановское рассеяние 12. Фазовая самомодуляция 13. Четырехволновое смешение 14. Модуляционная неустойчивость 15. Накопленный шум

11. Потери на поглощение

12. Изготовление оптических волокон Метод двойного тигля

13. Изготовление волокон с минимальными потерями (кварцевая труба) Сердцевина из SiO2 + GeO2

14. Фотоннокристаллические волокна Потери: 0.001…0.0001 дБ/км Поперечный размер: 50…100 мкм

15. WDM – технология передачи оптических сигналов WDM: wavelength distribution multiplexing В одном волокне – 80…320 потоков информации на разных длинах волн

16. Структура волоконной линии связи • Непрерывный полупроводниковый лазер • Модулятор оптического сигнала • Мультиплексор • Предварительный усилитель • Промежуточный усилитель • Регенератор • Оконечный усилитель • Демультиплексор • Фотоприемник

17. Волоконный усилитель оптических сигналов 1, 6. Полупроводниковый лазер накачки 2, 5. Направленный ответвитель 3, 7. Оптический изолятор 4. Волокно из стекла с ионами эрбия (Er3+) 8. Фильтр

18. Регенератор оптических сигналов

19. Заключение Волоконно-оптические системы связи обеспечивают Максимальную скорость передачи информации. Они включают в себя последние достижения оптики, электроники, материаловедения и технологий. Тенденции развития: - Увеличение информационной емкости линий связи - Увеличение скорости обработки информации - Уменьшение потерь и искажений оптических сигналов