Характеристики компонентов волоконно-оптических систем передачи (стр. 4 из 11)

где в правой части приведены потери сигнала в излучателе, при вводе в волокно, в тракте [

из (13)], в оптических соединителях, при выводе и в фотоприемнике. При наличии кроме соединителей'других коммутационных элементов их потери пропускания также вводятся в правую часть (9.22). Из-за неопределенности ряда членов правой части (в частности, практически невозможно оценить значения в (9.20)) недопустимо работать на уровне ; реально должен быть обеспечен запас энергетического потенциала линии.

' Расчет по (9.22) справедлив лишь для статического низкочастотного режима работы; с ростом скорости передачи информации необходимая минимальная мощность бессбойно передаваемого сигнала растет (рис. 9.17).

Приведенные соображения касаются простейшей линии связи, соединяющей две точки. Конфигурации сетей связи сложнее; наиболее типичны соединения типа «шина», «кольцо», «звезда» (рис. 9.18). В этих случаях расчет соответственно усложняется.

Все созданные ВОЛС используют приемники прямого детектирования, которые не являются оптимальными. С 1980 г. начались исследования по перенесению принципа гетеродинного приема в область оптических частот. Структурная схема гетеродинного фотоприемника (рис. 9.19) содержит такие дополнительные элементы, как опорный лазер, оптический смеситель в виде полупрозрачного зеркала, полосовой фильтр с комплексным коэффициентом передачи

настроенным на частоту биений

Гетеродинный фотоприем имеет ряд принципиальных преимуществ перед прямым детектированием. Во-первых, улучшается отношение сигнал-шум, поскольку при достаточной мощности гетеродина уровень приема ограничивается только дробовыми шумами принимаемого сигнала. Во-вторых, становится возможным применение таких помехоустойчивых видов модуляции, как частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ), тогда как при прямом детектировании ж>

Рис. 14. Блок-схема оптического супергетеродинного приемника:

=Ф- — оптический сигнал; —* — электрический сигнал пользуется лишь амплитудная модуляция. Оба обстоятельства ведут к повышению избирательности и чувствительности; в ряде случаев выигрыш может достигать 10 дБ. Поэтому может быть либо увеличена длина межретрансляционного участка, либо повышена скорость передачи информации.

Важным достоинством гетеродинирования является также возможность переноса операции разделения каналов передачи многоканальной системы связи в радиочастотный диапазон, где она осуществляется более простыми и отработанными средствами, чем в оптическом диапазоне.

Однако оптическое гетеродинирование требует преодоления

значительных технических трудностей. Прежде всего резко повышаются требования к когерентности и стабильности (долговременной и кратковременной) используемых в передатчике и гетеродине лазеров. Становится обязательным применение внутреннего или внешнего резонатора, обеспечивающего избирательность мод, введение термостатирования и широкополосных устройств стабилизации несущей частоты. В приемнике появляется новый диапазон промежуточных частот, в котором и осуществляется основная обработка принятого сигнала.

Гетеродинирование, дающее существенное повышение качественных показателей ВОЛС, требует создания новой элементной базы.

2. Основные типы современных световодов

Основные типы современных световодов имеют апертурный угол _A в пределах от11,5 до 17 градусов (рис.2.)

В ступенчатом одномодовом волокне (Standart Fiber) диаметр светонесущей жилы составляет 8-10 мкм и сравним с длиной световой волны. В таком волокне распространяется только один луч (одна мода). Одномодовый режим реализуется в окнах прозрачности 1310 и 1550 нм. Распространение одной моды устраняет межмодовую дисперсию и обеспечивает высокую пропускную способность в этих окнах прозрачности.

В одномодовом волокне со смещенной дисперсией (Disperrsion-Shifted Fiber) длина волны, на которой реализующая дисперсия обращается в 0, - длина волны нулевой дисперсии  ₀ - смещена в окно 1550 нм. Такое смещение достигается благодаря специальному профилю показателя преломления волокна. Таким образом, в волокне со смещенной дисперсией реализуются наилучшие характеристики как по минимуму дисперсии, так и по минимуму потерь. Рабочая длина волны берется близкой к 1550 нм.

Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF), в отличие от DSF, оптимизировано для передачи не одной, а сразу нескольких длин волн (мультиплексного волнового сигнала) и наиболее эффективно может использоваться при построении магистралей “полностью оптических сетей” - сетей, на узлах которых не происходит оптоэлектронного преобразования при распространении оптического сигнала.

Передача мультиплексного сигнала на большие расстояния требует использования линейных широкополосных оптических усилителей. Линейные усилители типа EDFA (эрбиевые усилители на основе легированного эрбием волкна) эффективно могут усиливать сигнал в своем рабочем диапазоне от 1530-1560 нм. Длина волны нулевой дисперсии у волокна ZNDSF, в отличие от волокна DSF, выведена за пределы этого диапазона, что значительно ослабляет влияние нелинейных эффектов в окрестности точки нулевой дисперсии при распространении нескольких длин волн. В стандартном многомодовом градиентном волокне диаметр светонесущей жилы на порядок больше длины волны передачи. В ступенчатых многомодовых волокнах траектории лучей отдельных мод имеют вид зигзагообразных линий.

В градиентном световоде показатель преломления плавно снижается по мере удаления от оси по закону, близкому к квадратичной параболе. Траектория распространения большинства лучей представляют собой плавные кривые. Если сравнивать многомодовые волокна между собой, то градиентное волокно имеет лучшие технические характеристики, чем ступенчатые, по дисперсии. Главным образом это связанно с тем, что межмодовая дисперсия

в градиентном волокне – основной источник дисперсии – значительно меньше, чем в ступенчатом, что приводит к увеличению пропускной способности у градиентного волокна.

а) Ступенчатое многомодовое волокно

б) Ступенчатое одномодовое (слева)

в) Одномодовое волокно волокно со смещенной дисперсией или NZDSF (справа)

Рис. 15. Типы оптических волокон

В многомодовом волокне используется окно прозрачности 850 и 1310 нм.

Основные стандарты, использующиеся в ВОЛС

· многомодовое градиентное волокно 50/125

· многомодовое градиентное волокно 62,5/125

· одномодовое градиентное волокно >SF 8-10/125

· одномодовое волокно со смещенной дисперсией 8-10/125

· одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией (схоже с предыдущим типом) (табл.1).

Таблица 2.1

Стандарты оптических волокон и области их применения

Волокно
Многомодовое волокно		Одномодовое волокно
Стандарт	Область применения	Стандарт	Область применения
ММF 50/125Градиентное волокно	ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM)	SF (NDSF) Cтупенчатое волокно	Протяженныесети (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM, магистрали SDH)
MMF 62.5/125Градиентное волокно	ЛВС (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM)	DSF Волокно со смещенной дисперсией	Сверхпротяженные сети, супермагистрали (SDH, ATM)
NZDSFВолокно с ненулевой смещенной дисперсией	Сверхпротяженные сети, супермагистрали(SDH, ATM), полностью оптические сети

3. ОСНОВЫ ФОТОМЕТРИИ

3.1. Свет и его основные свойства

Спектр электромагнитных излучений представлен на рисунке. К оптическому диапазону традиционно относят электромагнитные волны длиной

м. Однако практически из данного диапазона средствами оп-тоэлектроники используется область 0,1-100 мкм. Это обстоятельство не является случайным. По энергетической шкале данному диапазону соответствует область энергий 0,01-10 эВ. Кванты света с такой энергией способны возбуждать только валентные электроны в собственных и примесных полупроводниках. Действительно, ширина запрещенной зоны широкозонных полупроводников составляет единицы электронвольт, а энергия возбуждения примесных атомов в германии и кремнии - сотые доли электронвольт. Вне этого интервала энергий взаимодействия света с веществом носят качественно иной характер. Так, при углублении в коротковолновую область спектра начинает сказываться возбуждение электронов внутренних оболочек атома, а в длинноволновой области, когда фотоны уже не способны ионизировать атомы вещества, их воздействие проявляется в виде экситонной и фотонной генерации. Весь оптический диапазон разбит на три основные области:

1)

0,75 мкм - инфракрасная (ИК);