Волоконно-оптическая линия связи

Волоконно-оптическая линия связи содержит волоконнооптический кабель, главным элементом которого является волоконный световод. Волоконный световод — это стеклянное волокно из высококачественного оптического стекла. Появление и практическое использование такой линии передачи было результатом появления лазеров — когерентных источников света.

В настоящее время широко применяются волокна из кварцевого стекла, а также прозрачные для ИК излучения полимерные волокна. Надо отметить, что и стекла оказались более прозрачными в инфракрасном диапазоне. Поэтому современные ВОЛС работают на длине волны около 1 мкм.

На рис. 7.6 показана траектория движения волны внутри диэлектрической пластины.

Рис. 7.6. Волоконно-оптический волновод.

Если ф_пад > ср_по, то на границе раздела возникает явление полного внутреннего отражения (см. раздел 5.2) и волна распространяется внутри диэлектрической пластины. С точки зрения электромагнитной теории волоконный световод представляет 144.

собой диэлектрический волновод оптического или инфракрасного диапазонов волн. Примерно по тем же причинам, что и для металлического волновода, поперечные размеры оптического волокна составляют единицы микрометров. Ясно, что при таких размерах вряд ли удастся изготовить волокно, с сечением, отличающимся от круга или овала.

Конструктивно оптическое волокно — это многослойная структура, включающая сердцевину, оптическую оболочку, технологическую оболочку, слой защитного лака. Волокно помещают в защитную оболочку. Роль последней — защита оптической части от механического и химического влияния внешней среды. Эта оболочка делается обычно из полимера, в особых случаях используется также металлическое покрытие. Описанная конструкция — стеклянное волокно с защитной оболочкой — называется оптическим модулем, то есть по существу это одноволоконный оптический кабель. Как и электрические, оптические кабели могут быть одножильными (одномодульными) и многожильными (многомодульными), последние снабжаются дополнительной жесткой полимерной или металлической центральной жилой и дополнительным общим защитным покрытием.

Для передачи сигнала по волоконному световоду на большое расстояние необходимо особо чистое стекло. В 1966 г. установили, что если поглощение света в стекле будет таково, что, пройдя расстояние в 1 км, мощность света уменьшится до 1% начальной мощности, то такое волокно можно использовать в качестве волоконного световода для передачи сигнала. Соответствующий коэффициент передачи по мощности ^ = Р_ВЫХ/Р_ВХ

равен КГ² м" ¹. В технике принято выражать отношения величин в логарифмических единицах (децибелах) А = 101§(ЛГ). В этом случае говорят, что при прохождении сигнала имеют место потери мощности в 20дБ/км. При таких потерях ретрансляторы можно ставить через несколько километров, и оптический кабель уже может конкурировать с электрическим. Однако самые чистые оптические стекла того времени могли дать потери лишь в несколько тысяч децибел на километр. Попытки очистить стекло в процессе его производства различными известными методами позволили уменьшить потери до нескольких сотен децибел на километр. Основные потери мощности приходились на содержащиеся в стекле ионы металлов, несмотря на их микроскопическое количество. Казалось, что этот предел преодолеть невозможно.

Однако в 1970 г. специалисты американской фирмы «Corning Glass» наконец получили волокно с потерями 20 дБ/км. Используя идеи получения сверхчистых материалов, применяемые в полупроводниковой технологии, они разработали метод получения сверхчистого кварцевого стекла из газовой фазы (метод парофазного осаждения), причем непосредственно в процессе изготовления волокна, точнее, заготовки для оптического волокна.

Полученная заготовка затем плавится в особой печи, и из нее вытягивается оптическое волокно нужных поперечных размеров, которое в процессе вытяжки сразу покрывается слоем защитного лака, чтобы при затвердении на поверхности стекла не образовывались микротрещины, которые существенно ухудшают механическую прочность и надежность оптического волокна.

В дальнейшем и за рубежом, и в нашей стране начали производить оптические кварцевые волокна с потерями порядка нескольких и даже одного децибела на километр на длинах волн 0,8; 1,3 и 1,5 мкм. Длины волн определялись спектрами поглощения в стекле и наличием соответствующих квантовых генераторов. Рекордное значение составило 0,2 дБ/км на длине волны.

1,5 мкм, что близко к теоретическому пределу (0,18дБ/км). Этот предел определяется уже не чистотой стекла, а его естественной атомной структурной, приводящей к рассеянию света (рэлейевское рассеяние, названное так по имени известного английского физика Рэлея, впервые исследовавшего рассеяние волн в веществе).

Достигнутые значения погонных потерь дают потери в 20 дБ при длине световода в 100 км. Таким образом, если в магистральной волоконно-оптической линии и требуются ретрансляторы-усилители, то их можно ставить через ~Ю0_КМ Это открыло путь широкому использованию оптических линий передачи. В соответствии с ГОСТ 26 599–85 за ними закреплен термин «Волоконно-оптическая линия передачи» (ВОЛП). Однако по-прежнему в ходу устоявшийся термин «Волоконнооптическая линия связи».

Современная волоконно-оптическая система, состоит из пассивных и активных элементов. Она предназначенна для передачи информации, как правило, в ближнем инфракрасном диапазоне. Оптические линии передачи сыграли важную роль в развитии интернета. Они с успехом заменяют проводные линии массового пользования. По ВОЛ С в квартиры приходит телефонная связь, интернет и телевидение. В результате в XXI веке формируется глобальное информационное пространство. Социальную значимость этого явления трудно переоценить.

Как видите, для грамотного использования всего многообразия линий связи будущий радиоинженер должен овладеть теорией электромагнитного поля, изучить теорию антенн и освоить технику ультракоротких волн и даже волн оптического диапазона.