Структурная схема связи по волоконно-оптической линии. Передача информации по оптическим кабелям. Передача энергии по волоконному световоду

1.  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Структурная схема связи по волоконно-оптической линии

Оптические кабели (ОК) и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) по своим характеристикам превосходят все традиционные кабели и системы связи. Достоинство волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в отношении применения их в системах связи состоит в том, что они являются заменителем меди, обладают высокой помехозащищенностью, малой массой и габаритами, малой стоимостью I кап/км, малым затуханием, большой пропускной способностью.

Структурная схема связи представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Структурная схема связи по волоконно-оптической линии

В оптических системах передачи дуплексная связь осуществляется по двум волоконным световодам (ВС) с использованием цифровых систем передачи с ИКМ на 30, 120, 480 и 1920 каналов. Преобразователь кода (ПК) формирует требуемую последовательность импульсов и осуществляет согласование уровней по мощности между электрическим (ИКМ) и оптическим (лазер (Л), светодиод (СД), фотодиод (ФД)) элементами схемы. Передающее и приемное согласующие устройства (СУ) формируют и согласовывают диаграмму направленности и апертуру между приемно-псредающим устройством и кабелем.

Через определенные расстояния (30...100 км), обусловленные допустимой величиной затухания ОК, располагаются линейные  регенераторы (ЛР) с помощью ЛР оптический сигнал восстанавливается и усиливается до требуемой величины.

1.2. Передача информации по оптическим кабелям

Принцип передачи электромагнитного излучения по двухслойному волокну происходит волноводным методом по закону многократного отражения волны от границы раздела сред. На (рис. 1.2) показано как происходит передача энергии по волоконному световоду. Электромагнитное излучение представляемое лучами света входит в сердцевину волокна через его входной торец и распространяется по волокну, удерживаясь внутри сердцевины за счет полного внутреннего отражения на границе с оболочкой имеющей меньший показатель преломления.

Рис. 1.2. Передача энергии по волоконному световоду

Волноводные системы ведут себя как фильтры нижних частот и имеют частоту отсечки f0 . По ним возможна передача лишь волн, длина которых меньше критической ( АО ). Двухпроводные системы свободны от этих ограничений и способны передавать весь диапазон частот, но при этом имеют большие потери на затухание.

Электросвязь по кабелям и радиосвязь работают в метровом и километровом диапазонах волн. Радиорелейные и спутниковые линии используют преимущественно сантиметровый диапазон волн. Оптическая связь работает в микрометровом диапазоне.

Оптические микронные волны подразделяются на три диапазона: инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый. В настоящее время используются в основном волны длиной 0,7-1 ,6 мкм и ведутся работы по освоению инфракрасного диапазона (2; 4; 6 мкм).

1.3. Волновая н лучевая трактовки световых процессов

Свет имеет двойственную природу: волновую и лучевую (корпускулярную). Волновая теория обосновывает, что все свойства света совпадают со свойствами электромагнитных волн и свет является разновидностью электромагнитных колебаний очень высокой частоты

(!0^U... 10¹⁵ Гц) и очень коротких волн (микрометры). По корпускулярной теории свет - это поток быстро движущихся мелких частиц (корпускул), которые излучаются отдельными порциями (квантами) и образуют луч света. Таким образом, теория света является синтезом волновых и лучевых его свойств. На рис. 1.3.а показана одномодовая и рис. 1.3.6 многомодовая схема передачи. Наряду с лучевой схемой передачи здесь представлена волновая. Одномодовой передаче соответствует рис. 1.3.в, а многомодовой - рис. L3.r.

Рис. 1.3. Схема передачи по оптическому волокну

По световоду передается фиксированное число волн (мод), которое зависит от соотношения диаметра сердцевины dи длины волны X . Волны подразделяются на классы ( Т; Е; Н; НЕ; ЕН ) и типы (моды). Мода обозначается двумя числовыми индексами пит.Индекс п обозначает число полных изменений поля по окружности световода, а индекс т -число полных изменений поля по диаметру (рис. 1.3.д).

1.4. Типы волновых световодов и принцип их действия

Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод, выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому осуществляется передача микронных длин волн, что соответствует диапазону частот  I О¹⁴... 10" Гц.

Оптическое волокно имеет, как правило, двухслойную конструкцию и   состоит   из   сердцевины   и   оболочки,   имеющие   разные   показатели преломления   и  и   п^   (   п = -J/US , где    /.iks-    соответственно магнитная     и    диэлектрическая     проницаемости;     для     немагнитных материалов ,и=1), причем п>п^.

Сердцевина волоконного световода выполняется из стекла (чаще всего