1282997320_13017_voss_shkola

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ СВЯЗИ
Основной принцип: передача информации
в виде оптических сигналов по стеклянному волокну.
Вопрос: А зачем?
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.
- Увеличение быстродействия обработки информации
- Устойчивость к электромагнитным помехам
- Отсутствие собственных электромагнитных помех
- Малый вес волоконных кабелей (Ø волокна – 9…60 мкм)
Параметр
Информационная
емкость, Тбит/c
Витая пара
Коаксиальный
кабель
Волокно
10-4
(100 Мбит/с)
10-4
(100 Мбит/с)
0.8-3
Коэффициент
ошибок
10-10
10-10
10-12
Потери, дБ/км
3
2
0.2…0.02
(100 - полимер)
Дистанция
регенерации, км
1
5
100-200
Перекрестные
помехи
высокие
малые
нет
Чувствительность
к шумам
высокая
средняя
малая
Вес и размер
большие
большие
малые
Стоимость
малая
средняя
средняя
Законы оптики, приводящие к каналированию
электромагнитных волн в оптических волноводах
n1 > n2,3
- 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
Волноводные моды
Граница волновода
Затухающая волна
Оптическое волокно
Диаметр сердечника:
8-9 мкм (одномодовое), 50-60 мкм (многомодовое)
Диаметр оболочки: 125 мкм
Волоконный кабель
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
Потери на поглощение
Изготовление оптических волокон
Метод двойного тигля
Изготовление волокон с минимальными потерями
(кварцевая труба)
Сердцевина из SiO2 + GeO2
Фотоннокристаллические волокна
Потери:
0.001…0.0001 дБ/км
Поперечный размер:
50…100 мкм
WDM – технология передачи оптических сигналов
WDM: wavelength distribution multiplexing
В одном волокне – 80…320
потоков информации
на разных длинах волн
Структура волоконной линии связи
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Непрерывный полупроводниковый лазер
Модулятор оптического сигнала
Мультиплексор
Предварительный усилитель
Промежуточный усилитель
Регенератор
Оконечный усилитель
Демультиплексор
Фотоприемник
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
Регенератор оптических сигналов
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