Хаостық сигналды пайдаланып жасырын оптикалық байланысты жасау
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
1 МӘСЕЛЕНІҢ ЗАМАНАУИ ЖАҒДАЙЫНА ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... 4
1.1 Заманауи оптоталшықтық байланыс жүйелері ... ... ... ... ... ... ... 10
1.2 Оптоталшықтық байланыс желілеріндегі ақпараттың жойылу себептері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
12
1.3 Хаостық сигналдарды пайдаланып информацияны қорғаудың әдістеріне шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
14
2 ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 19
2.1 Хаос генераторының негізгі сипаттамаларын және жұмыс істеу аймақтарын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
22
2.2 Схемотехникалық эксперименттің нәтижелері ... ... ... ... ... ... . 25
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
1 МӘСЕЛЕНІҢ ЗАМАНАУИ ЖАҒДАЙЫНА ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... 4
1.1 Заманауи оптоталшықтық байланыс жүйелері ... ... ... ... ... ... ... 10
1.2 Оптоталшықтық байланыс желілеріндегі ақпараттың жойылу себептері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
12
1.3 Хаостық сигналдарды пайдаланып информацияны қорғаудың әдістеріне шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
14
2 ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 19
2.1 Хаос генераторының негізгі сипаттамаларын және жұмыс істеу аймақтарын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
22
2.2 Схемотехникалық эксперименттің нәтижелері ... ... ... ... ... ... . 25
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
Талшықтық оптикалық байланыс жүйелері оптикалық диэлектрлік толқындық арналар арқылы информация тасымалданатын байланыс жүйесі болып табылады. Ғылымда мұндар арналар оптикалық талшық деп аталады. Қазіргі таңда оптикалық талшық информация тасымалдаудағы ең мінсіз физикалық орта, сондай-ақ, информацияның үлкен ағындарын алыс жерлерге тасымалдаудағы ең болашағы зор орта болып табылады. Мұның себебі оптикалық толқындық арналарға тән бірнеше ерекшеліктер болып табылады.
Оптикалық сигналдардың кең жолақты болуы олардың тасымалдаушы жиіліктерінің өте жоғары болуында. Бұл өз кезегінде оптикалық арналар арқылы 1.1 Терабит/с жылдамдыққа дейінгі информацияны жіберудің мүмкіндігін тудырады. Басқаша сөзбен айтатын болсақ, бір ғана талшық арқылы бір мезетте 10 миллион телефон байланысын және миллион видео байланыс жасауға болады дегенді білдіреді.
Мәліметтерді тасымалдау жылдамдығын оларды бір уақытта екі бағытта тасымалдаудың арқасында арттыру мүмкін, себебі жарық толқындары бір талшықта бір-бірінен тәуелсіз тарай беруі мүмкін. Сондай-ақ, оптоталшықта поляризациясы екі түрлі жарық сигналдары да тарала береді, бұл өз кезегінде байланыс арнасының өткізгіштік қабілетін екі есе арттырады. Бүгінгі таңда оптикалық талшық бойынша жіберуге болатын мәліметтің тығыздығының шектік мәні анықталмаған.
Талшықтағы жарық сигналының сөнуі басқа орталармен салыстырғанда өте аз, бұл өз кезегінде ұзындығы 100 км болатын байланыс желілерін регенератордың көмегінсіз құруға мүмкіндік береді.
Оптикалық талшық кварцтан жасалынады, кварцтың негізін кремнийдің тотығы құрайды, бұл материал мыспен салыстырғанда әлдеқайда арзан.
Оптикалық талшықтың диаметрі 1-0,2 мм болып, өлшемдері кіші және салмағы аз болып келеді, сондықтан талшықты авиация, кабелдік техникада пайдаланудың болашағы зор.
Шыны талшықтар метал емес, сондықтан құрылыс жұмыстары кезінде сегменттерді галваникалық сәйкестендіру мәселелері автоматты түрде шешіледі.
Оптикалық талшықтың негізіндегі байланыс жүйелері электромагниттік кедергілерге төзімді болып, талшықтағы информация рұқсатсыз кіруден қорғалған. Талшықтық-оптикалық желілердегі информацияны оны зақымдамай алудың мүмкіндігі жоқ. Ал, талшыққа тиген кез-келген сыртқы әсер мониторинг әдісі арқылы тіркелуі мүмкін. Теориялық тұрғыдан информацияны рұқсатсыз қабылдаудың мүмкіндіктері бар, дегенмен, бұл әдістерді амалға асыру өте қымбат болып табылады.
Рұқсатсыз қабылданған сигналды анқтау үшін Майкельсон интерферометрі қажет болады, оның құрылысы да арнайы дайындалған болу қажет. Дегенмен, интерференциялық бейненің көрінісі өте әлсіз болуы мүмкін. Оған талшық арқылы таралып жатқан мәліметтердің көптігі себеп болады.
Оптикалық сигналдардың кең жолақты болуы олардың тасымалдаушы жиіліктерінің өте жоғары болуында. Бұл өз кезегінде оптикалық арналар арқылы 1.1 Терабит/с жылдамдыққа дейінгі информацияны жіберудің мүмкіндігін тудырады. Басқаша сөзбен айтатын болсақ, бір ғана талшық арқылы бір мезетте 10 миллион телефон байланысын және миллион видео байланыс жасауға болады дегенді білдіреді.
Мәліметтерді тасымалдау жылдамдығын оларды бір уақытта екі бағытта тасымалдаудың арқасында арттыру мүмкін, себебі жарық толқындары бір талшықта бір-бірінен тәуелсіз тарай беруі мүмкін. Сондай-ақ, оптоталшықта поляризациясы екі түрлі жарық сигналдары да тарала береді, бұл өз кезегінде байланыс арнасының өткізгіштік қабілетін екі есе арттырады. Бүгінгі таңда оптикалық талшық бойынша жіберуге болатын мәліметтің тығыздығының шектік мәні анықталмаған.
Талшықтағы жарық сигналының сөнуі басқа орталармен салыстырғанда өте аз, бұл өз кезегінде ұзындығы 100 км болатын байланыс желілерін регенератордың көмегінсіз құруға мүмкіндік береді.
Оптикалық талшық кварцтан жасалынады, кварцтың негізін кремнийдің тотығы құрайды, бұл материал мыспен салыстырғанда әлдеқайда арзан.
Оптикалық талшықтың диаметрі 1-0,2 мм болып, өлшемдері кіші және салмағы аз болып келеді, сондықтан талшықты авиация, кабелдік техникада пайдаланудың болашағы зор.
Шыны талшықтар метал емес, сондықтан құрылыс жұмыстары кезінде сегменттерді галваникалық сәйкестендіру мәселелері автоматты түрде шешіледі.
Оптикалық талшықтың негізіндегі байланыс жүйелері электромагниттік кедергілерге төзімді болып, талшықтағы информация рұқсатсыз кіруден қорғалған. Талшықтық-оптикалық желілердегі информацияны оны зақымдамай алудың мүмкіндігі жоқ. Ал, талшыққа тиген кез-келген сыртқы әсер мониторинг әдісі арқылы тіркелуі мүмкін. Теориялық тұрғыдан информацияны рұқсатсыз қабылдаудың мүмкіндіктері бар, дегенмен, бұл әдістерді амалға асыру өте қымбат болып табылады.
Рұқсатсыз қабылданған сигналды анқтау үшін Майкельсон интерферометрі қажет болады, оның құрылысы да арнайы дайындалған болу қажет. Дегенмен, интерференциялық бейненің көрінісі өте әлсіз болуы мүмкін. Оған талшық арқылы таралып жатқан мәліметтердің көптігі себеп болады.
1. Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. — М.: ЛЕСАРарт, 2003. — 288 с. — 10 000 экз. — ISBN 5-902367-01-8.
2. Gambling, W. A., «The Rise and Rise of Optical Fibers», IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp. 1084—1093, Nov./Dec. 2000
3. Hecht, Jeff, Understanding Fiber Optics, 4th ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA 2002 (ISBN 0-13-027828-9)
4. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы: Сб. статей под ред. Дмитриева С.А. и Слепова Н.Н. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Техносфера, 2010.
5. Все для ВОЛС: http://c-a-v.ru
6. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников /Под ред. Э. Удда. Пер. с англ. – М.: Техносфера, 2008.
7. Гришачев В.В. Проблемы безопасности информационных систем высокой доступности на основе фотонных технологий. – Системы высокой доступности, 2006, т. 2, №3–4, с. 80.
8. Денисов В.И., Гришачев В.В., Косенко О.А. Волоконно-оптические технологии в системах безопасности и защиты информации. – Специальная техника, 2010, №4, с.47 .
9. Свинцов А.Г. ВОСП и защита информации. – Фотон-Экспресс, 2000, №18, с. 16.
10. Свинцов А.Г. Оптимизация параметров оптического рефлектометра для обнаружения неоднородности при попытке несанкционированного доступа в ВОСП. – Фотон-Экспресс, 2006, №6(54), с.56.
11. Боос А.В., Шухардин О.Н. Анализ проблем обеспечения безопасности информации, передаваемой по оптическим каналам связи, и путей их решения. – Информационное противодействие угрозам терроризма, 2005, №5, с. 162.
12. Рахманов В.Н. Мониторинг несанкционированного доступа к оптическому кабелю ВОЛС. – Вестник СГК, июнь 2006, с.17 [http://www.sgk-urep.ru]
13. Алексеев А.В. Мероприятия по защите информации в волоконно-оптических линиях связи. – Энергетик, 2008, № 5, с. 34.
28. А.Г. Сивцов ВОСП и защита информации. Фотон-Экспресс / №18, 2000, С. 16-20.
29. В.Г. Годный Вопросы информационной безопасности в волоконно-оптических линиях связи. Системы безопасности. / №2(44), 2002. С.44-47.
30. Ю.В. Бородакий, А.Ю. Добродеев, С.В. Дмитриев, М.И. Ермоних, С.Г. Фурсов Проблема защиты волоконно-оптических систем и сетей от НДС. Пути и перспективы её решения. Системы безопасности связи и телекоммуникаций / ФГУП «Концерн Системпром», №41(5), 2001. С. 83.
31. К.Е. Румянцев, И.Е. Хайров Передача конфиденциальной информации по волоконно-оптическим линиям связи, защищённая от несанкционированного доступа. Информационное противодействие угрозам терроризма: Научн.-практ.журн., №1, 2003. С. 72 – 79.
32. Хорошко В.А. Чекатков А.А. "Методы и средства защиты информации ". Киев: Юниор, 2003.-502с.
33. Манько А., Катюк В., Задорожний М.Защита информации на волоконно-оптических линиях связи от несанкционированного доступа. // Сборник докладов и статей Правове, нормативне та метрологичне забезпечення системи захисту інформації в Україні, вип.2 Киев, 2001г.
34. Булавкин И.А. Вопросы информационной безопасности сетей P0N. – Технологии и средства связи, 2006, № 2, с.104.
35. Булавкин И.А. Обнаружение макроизгибов в сетях PON без использования рефлектометра. – Вестник связи, 2008, №3, с. 54.
36. Карпуков Л.М., Щекотихин О.В., Сметанин И.Н. Методы защиты информации в ВОЛС. – Фотон-экспресс, 2009, №4(76) с.34.
37. Похитители света. Методы несанкционированного съема информации с волоконно-оптических систем. – Информационно-деловой ВЕСТНИК ОАО ЦНПО "КАСКАД", 2009, №7(54), №6(53). [http://www.kaskad.ru]
38. Попова А.В., Тупота В.И. Методика обоснования требований по защите информации, циркулирующей в волоконно-оптических системах передачи данных. – Телекоммуникации, 2009, №11, с.24.
39. Глущенко А., Глущенко Л., Тупота В. Оценка защищенности информации, циркулирующей в ВОЛП. – Фотоника, 2010, №4, с.36.
40. Гришачев В.В., Кабашкин В.Н., Фролов А.Д. Анализ каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи: нарушение полного внутреннего отражения. – Информационное противодействие угрозам терроризма, 2005, №4, с. 194.
41. Гришачев В.В., Кабашкин В.Н., Фролов А.Д. Физические принципы формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи. – Информационное противодействие угрозам терроризма, 2004, №3, с. 74.
42. Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. – М.: ЛЕСАРТарт, 2005.
43. Гришачев В.В. Выявление угроз утечки речевой информации через волоконно-оптические коммуникации. – Фотоника, 2011, №4, с.32.
44. Гришачев В.В., Косенко О.А. Практическая оценка эффективности канала утечки акустической (речевой) информации через волоконно-оптические коммуникации. – Вопросы защиты информации, 2010, №2, с.18.
45. Гришачев В.В., Халяпин Д.Б., Шевченко Н.А. Внешнее оптическое зашумление волоконно-оптического канала СКС для предотвращения подслушивания по акусто-оптоволоконному каналу утечки речевой информации. – Специальная техника, 2009, №3, с. 2.
46. Гришачев В.В., Халяпин Д.Б., Шевченко Н.А., Мерзликин В.Г. Новые каналы утечки конфиденциальной речевой информации через волоконно-оптические подсистемы СКС. – Специальная техника, 2009, №2, с. 2.
1. Sandra Kay Miller, «Hacking at the Speed of Light », Security Solutions Magazine, April 2006
2. Davis, USN, RADM John P.«USS Jimmy Carter (SSN-23): Expanding Future SSN Missions». Undersea Waifare, Fall 1999 Vol.2, No. I
3. Optical Illusion by: Sandra Kay Miller Information security Issue: Nov 2006.
4. Optical Network Security: Technical Analysis of Fiber Tapping Mechanisms and Methods for detection and Prevention, Keith Shaneman & Dr. Stuart Gray, IEEE Military Communications Conference 2004.
5. R. Jedidi and R. Pierre, High-Order Finite-Element Methods for the Computation of Bending Loss in Optical Waveguides, lLT, Vol. 25, No. 9, pp. 2618-30, SEP 2007.
6. FTB-8140 Transport Blazer — 40143 Gigabit SONETISDH Test Module, EXFO
7. «Optical Fiber Design for Secure Tap Proof transmission», US Patent No. 6801700 B2, Oct. 5,2004.
8. All Optical Networks (A ON), National Communication System, NCS TIB 00-7, August 2000
9. DrakaElite, BendBright-Elite Fiber for Patch Cord, Draka Communications, July, 2010
10. W. Ford, «Computer Communications Security», Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1994.
11. D. R. Stinson, «Cryptography», Boca Raton, FL: CRC, 1995.
12. N. Ferguson and 8. Schneier, «Practical Cryptography», Indianapolis, IN: Wiley, 2003.
13. Sandra Kay Miller, «Hacking at the Speed of Light », Security Solutions Magazine, April 2006
14. Davis, USN, RADM John P.«USS Jimmy Carter (SSN-23): Expanding Future SSN Missions». Undersea Waifare, Fall 1999 Vol.2, No. I
15. Optical Illusion by: Sandra Kay Miller Information security Issue: Nov 2006.
16. Optical Network Security: Technical Analysis of Fiber Tapping Mechanisms and Methods for detection and Prevention, Keith Shaneman & Dr. Stuart Gray, IEEE Military Communications Conference 2004.
17. R. Jedidi and R. Pierre, High-Order Finite-Element Methods for the Computation of Bending Loss in Optical Waveguides, lLT, Vol. 25, No. 9, pp. 2618-30, SEP 2007.
18. FTB-8140 Transport Blazer — 40143 Gigabit SONETISDH Test Module, EXFO
19. «Optical Fiber Design for Secure Tap Proof transmission», US Patent No. 6801700 B2, Oct. 5,2004.
20. All Optical Networks (A ON), National Communication System, NCS TIB 00-7, August 2000
21. DrakaElite, BendBright-Elite Fiber for Patch Cord, Draka Communications, July, 2010
22. W. Ford, «Computer Communications Security», Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1994.
23. D. R. Stinson, «Cryptography», Boca Raton, FL: CRC, 1995.
24. N. Ferguson and 8. Schneier, «Practical Cryptography», Indianapolis, IN: Wiley, 2003.
1. Fujieda H, Horiike Y, Yamamoto T & Nomura T, IEEE Trans Consumer Electron, 46 (2000) 283.
2. Lo C C & Chen Y J, IEEE Trans Consumer Electron, 45 (1999) 1074.
3. Pecora L M & Carroll T L, Phys Rev Lett, A64 (1990) 821.
4. Kocarev L, Halle K S, Eckert K & Chua L O, Int J Bifurcation & Chaos, 2 (1992) 3.
5. Cuomo K M & Oppenheim A M, Phys Rev Lett, 71 (1993) 65.
6. Lakshmanan M & Murali K, Chaos in Non-linear Oscillators: Controlling and Synchronization (World Scientific: Singapore), 1996, p235.
7. Murali K & Lakshmanan M, Phys Rev E, 48 (1993) 271.
8. Murali K, Phys Lett A, 272 (2000) 184.
9. Kennedy M P & Kolumban G, Signal Processing, 80 (2000) 1307.
10. Leung H & Lam J, IEEE Tran Circuits & Sys-I, 44 (1997) 262.
11. Short K M, Int Bifurcation & Chaos , 6 (1996) 367.
12. Dmitriev A S , Panas A I, Starkov S O & Kuzmin L V, Int J Bifurcation & Chaos, 7 (1997) 2511.
13. Murali K, Tamasevicius A, Mykolaitis G, Namajunas A & Lindberg E, Proc Int Workshop on Non-Linear Dynamics of Electronic Systems , Ronne, Denmark , 1999, p241.
14. Murali K, Haiyang Yu, Vinay Varadan & Henry Leung, IEEE Trans Consumer Electron , 47 (2001) 709.
2. Gambling, W. A., «The Rise and Rise of Optical Fibers», IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp. 1084—1093, Nov./Dec. 2000
3. Hecht, Jeff, Understanding Fiber Optics, 4th ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA 2002 (ISBN 0-13-027828-9)
4. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы: Сб. статей под ред. Дмитриева С.А. и Слепова Н.Н. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Техносфера, 2010.
5. Все для ВОЛС: http://c-a-v.ru
6. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников /Под ред. Э. Удда. Пер. с англ. – М.: Техносфера, 2008.
7. Гришачев В.В. Проблемы безопасности информационных систем высокой доступности на основе фотонных технологий. – Системы высокой доступности, 2006, т. 2, №3–4, с. 80.
8. Денисов В.И., Гришачев В.В., Косенко О.А. Волоконно-оптические технологии в системах безопасности и защиты информации. – Специальная техника, 2010, №4, с.47 .
9. Свинцов А.Г. ВОСП и защита информации. – Фотон-Экспресс, 2000, №18, с. 16.
10. Свинцов А.Г. Оптимизация параметров оптического рефлектометра для обнаружения неоднородности при попытке несанкционированного доступа в ВОСП. – Фотон-Экспресс, 2006, №6(54), с.56.
11. Боос А.В., Шухардин О.Н. Анализ проблем обеспечения безопасности информации, передаваемой по оптическим каналам связи, и путей их решения. – Информационное противодействие угрозам терроризма, 2005, №5, с. 162.
12. Рахманов В.Н. Мониторинг несанкционированного доступа к оптическому кабелю ВОЛС. – Вестник СГК, июнь 2006, с.17 [http://www.sgk-urep.ru]
13. Алексеев А.В. Мероприятия по защите информации в волоконно-оптических линиях связи. – Энергетик, 2008, № 5, с. 34.
28. А.Г. Сивцов ВОСП и защита информации. Фотон-Экспресс / №18, 2000, С. 16-20.
29. В.Г. Годный Вопросы информационной безопасности в волоконно-оптических линиях связи. Системы безопасности. / №2(44), 2002. С.44-47.
30. Ю.В. Бородакий, А.Ю. Добродеев, С.В. Дмитриев, М.И. Ермоних, С.Г. Фурсов Проблема защиты волоконно-оптических систем и сетей от НДС. Пути и перспективы её решения. Системы безопасности связи и телекоммуникаций / ФГУП «Концерн Системпром», №41(5), 2001. С. 83.
31. К.Е. Румянцев, И.Е. Хайров Передача конфиденциальной информации по волоконно-оптическим линиям связи, защищённая от несанкционированного доступа. Информационное противодействие угрозам терроризма: Научн.-практ.журн., №1, 2003. С. 72 – 79.
32. Хорошко В.А. Чекатков А.А. "Методы и средства защиты информации ". Киев: Юниор, 2003.-502с.
33. Манько А., Катюк В., Задорожний М.Защита информации на волоконно-оптических линиях связи от несанкционированного доступа. // Сборник докладов и статей Правове, нормативне та метрологичне забезпечення системи захисту інформації в Україні, вип.2 Киев, 2001г.
34. Булавкин И.А. Вопросы информационной безопасности сетей P0N. – Технологии и средства связи, 2006, № 2, с.104.
35. Булавкин И.А. Обнаружение макроизгибов в сетях PON без использования рефлектометра. – Вестник связи, 2008, №3, с. 54.
36. Карпуков Л.М., Щекотихин О.В., Сметанин И.Н. Методы защиты информации в ВОЛС. – Фотон-экспресс, 2009, №4(76) с.34.
37. Похитители света. Методы несанкционированного съема информации с волоконно-оптических систем. – Информационно-деловой ВЕСТНИК ОАО ЦНПО "КАСКАД", 2009, №7(54), №6(53). [http://www.kaskad.ru]
38. Попова А.В., Тупота В.И. Методика обоснования требований по защите информации, циркулирующей в волоконно-оптических системах передачи данных. – Телекоммуникации, 2009, №11, с.24.
39. Глущенко А., Глущенко Л., Тупота В. Оценка защищенности информации, циркулирующей в ВОЛП. – Фотоника, 2010, №4, с.36.
40. Гришачев В.В., Кабашкин В.Н., Фролов А.Д. Анализ каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи: нарушение полного внутреннего отражения. – Информационное противодействие угрозам терроризма, 2005, №4, с. 194.
41. Гришачев В.В., Кабашкин В.Н., Фролов А.Д. Физические принципы формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи. – Информационное противодействие угрозам терроризма, 2004, №3, с. 74.
42. Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. – М.: ЛЕСАРТарт, 2005.
43. Гришачев В.В. Выявление угроз утечки речевой информации через волоконно-оптические коммуникации. – Фотоника, 2011, №4, с.32.
44. Гришачев В.В., Косенко О.А. Практическая оценка эффективности канала утечки акустической (речевой) информации через волоконно-оптические коммуникации. – Вопросы защиты информации, 2010, №2, с.18.
45. Гришачев В.В., Халяпин Д.Б., Шевченко Н.А. Внешнее оптическое зашумление волоконно-оптического канала СКС для предотвращения подслушивания по акусто-оптоволоконному каналу утечки речевой информации. – Специальная техника, 2009, №3, с. 2.
46. Гришачев В.В., Халяпин Д.Б., Шевченко Н.А., Мерзликин В.Г. Новые каналы утечки конфиденциальной речевой информации через волоконно-оптические подсистемы СКС. – Специальная техника, 2009, №2, с. 2.
1. Sandra Kay Miller, «Hacking at the Speed of Light », Security Solutions Magazine, April 2006
2. Davis, USN, RADM John P.«USS Jimmy Carter (SSN-23): Expanding Future SSN Missions». Undersea Waifare, Fall 1999 Vol.2, No. I
3. Optical Illusion by: Sandra Kay Miller Information security Issue: Nov 2006.
4. Optical Network Security: Technical Analysis of Fiber Tapping Mechanisms and Methods for detection and Prevention, Keith Shaneman & Dr. Stuart Gray, IEEE Military Communications Conference 2004.
5. R. Jedidi and R. Pierre, High-Order Finite-Element Methods for the Computation of Bending Loss in Optical Waveguides, lLT, Vol. 25, No. 9, pp. 2618-30, SEP 2007.
6. FTB-8140 Transport Blazer — 40143 Gigabit SONETISDH Test Module, EXFO
7. «Optical Fiber Design for Secure Tap Proof transmission», US Patent No. 6801700 B2, Oct. 5,2004.
8. All Optical Networks (A ON), National Communication System, NCS TIB 00-7, August 2000
9. DrakaElite, BendBright-Elite Fiber for Patch Cord, Draka Communications, July, 2010
10. W. Ford, «Computer Communications Security», Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1994.
11. D. R. Stinson, «Cryptography», Boca Raton, FL: CRC, 1995.
12. N. Ferguson and 8. Schneier, «Practical Cryptography», Indianapolis, IN: Wiley, 2003.
13. Sandra Kay Miller, «Hacking at the Speed of Light », Security Solutions Magazine, April 2006
14. Davis, USN, RADM John P.«USS Jimmy Carter (SSN-23): Expanding Future SSN Missions». Undersea Waifare, Fall 1999 Vol.2, No. I
15. Optical Illusion by: Sandra Kay Miller Information security Issue: Nov 2006.
16. Optical Network Security: Technical Analysis of Fiber Tapping Mechanisms and Methods for detection and Prevention, Keith Shaneman & Dr. Stuart Gray, IEEE Military Communications Conference 2004.
17. R. Jedidi and R. Pierre, High-Order Finite-Element Methods for the Computation of Bending Loss in Optical Waveguides, lLT, Vol. 25, No. 9, pp. 2618-30, SEP 2007.
18. FTB-8140 Transport Blazer — 40143 Gigabit SONETISDH Test Module, EXFO
19. «Optical Fiber Design for Secure Tap Proof transmission», US Patent No. 6801700 B2, Oct. 5,2004.
20. All Optical Networks (A ON), National Communication System, NCS TIB 00-7, August 2000
21. DrakaElite, BendBright-Elite Fiber for Patch Cord, Draka Communications, July, 2010
22. W. Ford, «Computer Communications Security», Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1994.
23. D. R. Stinson, «Cryptography», Boca Raton, FL: CRC, 1995.
24. N. Ferguson and 8. Schneier, «Practical Cryptography», Indianapolis, IN: Wiley, 2003.
1. Fujieda H, Horiike Y, Yamamoto T & Nomura T, IEEE Trans Consumer Electron, 46 (2000) 283.
2. Lo C C & Chen Y J, IEEE Trans Consumer Electron, 45 (1999) 1074.
3. Pecora L M & Carroll T L, Phys Rev Lett, A64 (1990) 821.
4. Kocarev L, Halle K S, Eckert K & Chua L O, Int J Bifurcation & Chaos, 2 (1992) 3.
5. Cuomo K M & Oppenheim A M, Phys Rev Lett, 71 (1993) 65.
6. Lakshmanan M & Murali K, Chaos in Non-linear Oscillators: Controlling and Synchronization (World Scientific: Singapore), 1996, p235.
7. Murali K & Lakshmanan M, Phys Rev E, 48 (1993) 271.
8. Murali K, Phys Lett A, 272 (2000) 184.
9. Kennedy M P & Kolumban G, Signal Processing, 80 (2000) 1307.
10. Leung H & Lam J, IEEE Tran Circuits & Sys-I, 44 (1997) 262.
11. Short K M, Int Bifurcation & Chaos , 6 (1996) 367.
12. Dmitriev A S , Panas A I, Starkov S O & Kuzmin L V, Int J Bifurcation & Chaos, 7 (1997) 2511.
13. Murali K, Tamasevicius A, Mykolaitis G, Namajunas A & Lindberg E, Proc Int Workshop on Non-Linear Dynamics of Electronic Systems , Ronne, Denmark , 1999, p241.
14. Murali K, Haiyang Yu, Vinay Varadan & Henry Leung, IEEE Trans Consumer Electron , 47 (2001) 709.
Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 32 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 32 бет
Таңдаулыға:
Қaзaқcтaн Pecпубликacының білім жәнe ғылым миниcтpлігі
әл-Фapaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивepcитeті
Мамырова М.Ү.
ХАОСТЫҚ СИГНАЛДЫ ПАЙДАЛАНЫП ЖАСЫРЫН ОПТИКАЛЫҚ БАЙЛАНЫСТЫ ЖАСАУ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
мамандық 5B071900 Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар
Қaзaқcтaн Pecпубликacының білім жәнe ғылым миниcтpлігі
әл-Фapaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивepcитeті
Физикa-тeхникaлық фaкультeті
Қaтты дeнe физикacы жәнe бeйcызық физикa кaфeдpacы
Қopғaуғa жібepілді
__________________ҚДФжБФ кaфeдpa мeңгepушіcі Пpихoдькo O.Ю.
ДИПЛOМДЫҚ ЖҰМЫC
Тaқыpыбы: Хаостық сигналды пайдаланып жасырын оптикалық байланысты жасау
5B071900 Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мaмaндығы
бoйыншa
Opындaғaн Мамырова М.Ү.
Диплом жетекші Темирбаев А.А.
Нopмa бaқылaушы Төлегенова А.А.
Aлмaты 2015
Peфepaт
Диплoмдық жұмыc ? беттен, ? cуpеттен, ? кеcтеден, ? пaйдaлaнғaн
әдебиеттен тұpaды.
Кілт cөздеp:
Жұмыcтың негізгі мaқcaты:
Жұмыcтың нәтижеcі:
Pефеpaт
Диплoмнaя paбoтa oбъемoм ? cтpaниц, coдеpжит ? иллюcтpaции, ? тaблиц ,
? нaименoвaний иcпoльзуемoй литеpaтуpы.
Ключевые cлoвa:
Целью диплoмнoй paбoты являетcя:
Pезультaт paбoты:
Abstract
The thesis consist of ? pages, contains ? illustrations,? tables and
? names of usedsources.
Keywords:
The aim of the
The result of the
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
1 МӘСЕЛЕНІҢ ЗАМАНАУИ ЖАҒДАЙЫНА ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... 4
1.1 Заманауи оптоталшықтық байланыс жүйелері ... ... ... ... ... ... ... 10
1.2 Оптоталшықтық байланыс желілеріндегі ақпараттың жойылу
себептері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 12
1.3 Хаостық сигналдарды пайдаланып информацияны қорғаудың
әдістеріне шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 14
2 ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 19
2.1 Хаос генераторының негізгі сипаттамаларын және жұмыс істеу
аймақтарын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 22
2.2 Схемотехникалық эксперименттің нәтижелері ... ... ... ... ... ... . 25
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
КІРІСПЕ
Талшықтық оптикалық байланыс жүйелері оптикалық диэлектрлік толқындық
арналар арқылы информация тасымалданатын байланыс жүйесі болып табылады.
Ғылымда мұндар арналар оптикалық талшық деп аталады. Қазіргі таңда
оптикалық талшық информация тасымалдаудағы ең мінсіз физикалық орта, сондай-
ақ, информацияның үлкен ағындарын алыс жерлерге тасымалдаудағы ең болашағы
зор орта болып табылады. Мұның себебі оптикалық толқындық арналарға тән
бірнеше ерекшеліктер болып табылады.
Оптикалық сигналдардың кең жолақты болуы олардың тасымалдаушы
жиіліктерінің өте жоғары болуында. Бұл өз кезегінде оптикалық арналар
арқылы 1.1 Терабитс жылдамдыққа дейінгі информацияны жіберудің мүмкіндігін
тудырады. Басқаша сөзбен айтатын болсақ, бір ғана талшық арқылы бір мезетте
10 миллион телефон байланысын және миллион видео байланыс жасауға болады
дегенді білдіреді.
Мәліметтерді тасымалдау жылдамдығын оларды бір уақытта екі бағытта
тасымалдаудың арқасында арттыру мүмкін, себебі жарық толқындары бір
талшықта бір-бірінен тәуелсіз тарай беруі мүмкін. Сондай-ақ, оптоталшықта
поляризациясы екі түрлі жарық сигналдары да тарала береді, бұл өз кезегінде
байланыс арнасының өткізгіштік қабілетін екі есе арттырады. Бүгінгі таңда
оптикалық талшық бойынша жіберуге болатын мәліметтің тығыздығының шектік
мәні анықталмаған.
Талшықтағы жарық сигналының сөнуі басқа орталармен салыстырғанда өте аз,
бұл өз кезегінде ұзындығы 100 км болатын байланыс желілерін регенератордың
көмегінсіз құруға мүмкіндік береді.
Оптикалық талшық кварцтан жасалынады, кварцтың негізін кремнийдің тотығы
құрайды, бұл материал мыспен салыстырғанда әлдеқайда арзан.
Оптикалық талшықтың диаметрі 1-0,2 мм болып, өлшемдері кіші және салмағы
аз болып келеді, сондықтан талшықты авиация, кабелдік техникада
пайдаланудың болашағы зор.
Шыны талшықтар метал емес, сондықтан құрылыс жұмыстары кезінде
сегменттерді галваникалық сәйкестендіру мәселелері автоматты түрде
шешіледі.
Оптикалық талшықтың негізіндегі байланыс жүйелері электромагниттік
кедергілерге төзімді болып, талшықтағы информация рұқсатсыз кіруден
қорғалған. Талшықтық-оптикалық желілердегі информацияны оны зақымдамай
алудың мүмкіндігі жоқ. Ал, талшыққа тиген кез-келген сыртқы әсер мониторинг
әдісі арқылы тіркелуі мүмкін. Теориялық тұрғыдан информацияны рұқсатсыз
қабылдаудың мүмкіндіктері бар, дегенмен, бұл әдістерді амалға асыру өте
қымбат болып табылады.
Рұқсатсыз қабылданған сигналды анқтау үшін Майкельсон интерферометрі
қажет болады, оның құрылысы да арнайы дайындалған болу қажет. Дегенмен,
интерференциялық бейненің көрінісі өте әлсіз болуы мүмкін. Оған талшық
арқылы таралып жатқан мәліметтердің көптігі себеп болады.
Көріп тұрғанымыздай, оптикалық талшық арқылы таралатын информация
барынша қорғалған екен. Оның себебі оптикалық арналардың физикалық және
техникалық қасиеттері екендігін де анықтадық. Дегенмен, оптикалық талшықтар
арқылы таралатын мәліметтер мүлдем қауіпсіз деуге болмайды. Жаңа заманауи
технологиялардың күн санап арта түсуі қазірде қауіпсіз болып тұрған
оптикалық талшықтардың осал жерін тауып, оптикалық талшықтарды да қатерлі
жасауы мүмкін.
Осы мәселені ескере отырып, бұл жұмыста оптикалық байланыс желілеріндегі
мәліметті хаостық сигналдарды пайдаланып қорғаудың әдістері ұсынылды, және
шынайы схемотехникалық экспериментте арнадағы сандық мәліметтерді қорғауға
болатындығы көрсетілді.
Алдымен хаостық генератордың сипаттамалары анықталды, хаостық
синхронизация мәселелері шешілді. Схемотехникалық экспериментте сандық
информацияны оптикалық арна арқылы жасырын жіберудің мүмкіндіктері
зерттелді. Бұл жұмыстың жалғасы ретінде алынған нәтижелерді шынайы
тәжірибеде қолдану мәселесін айтсақ болады.
1. Мәселенің заманауи жағдайына шолу
1.1 Заманауи оптоталшықтық байланыс жүйелері
Қазіргі таңда оптоталшықты байланыс желілері қарқынды дамып келеді. Мыс
кабельдері толықтай оптикалық-талшықтық толқын арналарымен ауыстырылып
жатыр. Оптоталшықтық толқын арналарындағы ақпарат тасушылар инфрақызыл
аймақтағы электромагнитті толқындар болып табылады. Әр түрлі хабарды тарату
үшін ішкі шағылысу принципі қолданылады, ол оптикалық талшыққа түсетін
қорғағыш қабаттың есебінен жүзеге асады.
Хабар, видео және дауысты интеграциялауға мүмкіндік беретін барлық
үстемелердің қажеттілігі күнен-күнге артып жатыр. Бұл жағдайда
оптоталшықтық оптика оптималды шешім болып табылады.
Оптоталшықтық оптика көптеген ерекшеліктерге ие. Сонымен оптоталшықты
кабельдер кедергіге төзімді және монтаждаушылар жақын маңдағы кедергі
келтіруі мүмкін электр желілерінің күйін тексермесе де тұрақты жұмысты
қамтамасыз етеді.
Оптикалық сигналдардың кең жолақты болуы олардың тасымалдаушы
жиіліктерінің өте жоғары болуында. Бұл өз кезегінде оптикалық арналар
арқылы 1.1 Терабитс жылдамдыққа дейінгі информацияны жіберудің мүмкіндігін
тудырады. Басқаша сөзбен айтатын болсақ, бір ғана талшық арқылы бір мезетте
10 миллион телефон байланысын және миллион видео байланыс жасауға болады
дегенді білдіреді.
Мәліметтерді тасымалдау жылдамдығын оларды бір уақытта екі бағытта
тасымалдаудың арқасында арттыру мүмкін, себебі жарық толқындары бір
талшықта бір-бірінен тәуелсіз тарай беруі мүмкін. Сондай-ақ, оптоталшықта
поляризациясы екі түрлі жарық сигналдары да тарала береді, бұл өз кезегінде
байланыс арнасының өткізгіштік қабілетін екі есе арттырады. Бүгінгі таңда
оптикалық талшық бойынша жіберуге болатын мәліметтің тығыздығының шектік
мәні анықталмаған.
Талшықтағы жарық сигналының сөнуі басқа орталармен салыстырғанда өте аз,
бұл өз кезегінде ұзындығы 100 км болатын байланыс желілерін регенератордың
көмегінсіз құруға мүмкіндік береді.
Оптикалық талшық кварцтан жасалынады, кварцтың негізін кремнийдің тотығы
құрайды, бұл материал мыспен салыстырғанда әлдеқайда арзан.
Оптикалық талшықтың диаметрі 1-0,2 мм болып, өлшемдері кіші және салмағы
аз болып келеді, сондықтан талшықты авиация, кабелдік техникада
пайдаланудың болашағы зор.
Оптикалық байланыс жүйесінің принципі - мәліметтерді оптоталшық арқылы
алыс жердегі қабылдағышқа жеткізу. Электрлік сигнал оптикалық сигналға
өзгереді және сондай күйде қашықтыққа жеткізіледі. Қабылдағыш құрылғыда ол
қайтадан электрлік түріне ауысады. Талшықты-оптикалық байланыстың мыс
желілер мен радиобайланыс жүйесі сияқты басқа аппаратты жеткізу типтеріне
қарағанда артықшылығы көп:
• Сигнал регенерациясыз ұзақ арақашықтыққа (200 км) жеткізіледі.
• Оптоталшықты жеткізу электромагнитті кедергілерге сезімтал емес.
Сонымен қатар, талшық электр өткізбейді және радиожиілік интерференцияға
тіпті сезімтал емес.
• Оптикалық жүйе физикалық тізбекке қарағанда көп каналдарды қамтамасыз
етеді.
• Оптикалық кабель басқа темір желілерге қарағанда анағұрлым жеңіл және
жіңішке және талшықтар көп көлем алмайды. Мысалы, бір оптоталшықты кабельде
144 талшық бар болуы мүмкін.
• Оптикалық талшықтар өте сенімді.
• Оптикалық талшықты қолдану мерзімі 25-жылдан көп (спутниктік байланыс
жүйесі 10 жыл).
• Оптикалық талшықтардың жұмыс істеу температурасы -40° -тан +80°C-ге
дейін диапазонда.
Ал оптикалық талшықтардың мынадай кемшілктері бар:
1. Сөну: Жарық сигналы талшық арқылы өтетін болғандықтан ол жұтылу,
шашырау басқа да жоғалулардың себебінен қуаттылығын жоғалтады. Біршама
арақашықтықтан кейін сигнал қуаттылығы қабылдағыштың өзінің шуының
деңгейіне дейін азаяды.
2. Өткізгіштік қабілеттілік: Оптоталшықтарда өткізгіштіктің шектеулі
жиілік сызығы бар. Ал егер жарық сигналы бірнеше жиілікті қолданатын болса,
онда бұл құбылыс ақпараттық өткізгіштік қабілетті төмендетеді.
3. Дисперсия. Талшықта таралған жарық импульсы кеңейтіледі. Сонымен
қатар жеткізудің жоғары жылдамдығында ақпараттық өткізгіштік қабілеті
шектейді не оның арақашықтығын қысқартады.
Оптоталшықты жасау үшін кварцты шыны немесе полимерлі материалдар
қолданылады. Кварцты оптикалық талшық балқытылған кварц – бағалы тау-кенін
түзуші минералдар негізінде жасалады. Оның қасиеттеріне қарай кварцты шыны
негізіндегі оптоталшық мынадай бірқатар жақсы сипаттамаларға ие:
▪ жақсы оптикалық мөлдірлік, ол ақпарат таратқан кезде әр түрлі
диапазондағы толқындарды қосуға мүмкіндік береді;
▪ өшудің төмен коэффициенті. Осы қасиеттердің арқасында мәлімет алыс
қашықтықтарға тарайды. Ол кварцты оптоталшықтың қолданылу өрісін
кеңейтеді;
▪ жоғары температураға ұзақ төзімділік.
Полимерлі оптикалық талшық жоғары иілгіштік қасиетке ие, сондықтан
олардың негізінде жасалған жарықтаратушылар жетерліктей үлкен диаметрге ие
(1000 микрометрден бастап), ол дұрыс сәулелену өткізгіштігін қамтамасыз
етеді. Сөнудің жоғары коэффициенттеріне орай полимерлі оптоталшықтың
жарықөткізгіштік қасиеті айтарлықтай төмендеген кезде инфрақызыл зонада
қолданыла алмайды.
Оптикалық талшық пластикалық қорғағыш қабатпен қапталады. Талшықтық
жіп өзекше , қабықша және сыртқы қаптамадан тұрады.
Сурет 1. Оптоталшықтың құрылысы [3]
1. Өзекше жарық сәулеленуінің талшық бойымен қозғалысын қамтамасыз етеді.
Өзекше диаметрінің шамасына қарай оған жарық сәулелерінің түсу ағынының
деңгейі анықталады. Яғни, диаметрі үлкен болған сайын сәулелену түсетін
мүмкін аудан да неғұрлым кең болады. Оптикалық талшықта өзекшенің сыну
көрсеткіші (n) шамамен 1,48-ді құрайды.
2. Ішкі қабықша өзекшеге қарағанда аз сыну көрсеткішіне ие, ол ішкі
шағылуды қамтамасыз етеді, соның арқасында жарық сәулелері талшық бойымен
қозғалады. Толық ішкі шағылу кезінде өзекшеге түсетін жарық сәулесі оның
бойымен максималды қуатпен қозғалады.
3. Сыртқы қаптама оптикалық талшықтың ішкі элементтерін сыртқы теріс
факторлардан қорғайтын буферлік көпқабатты бүркеніш болып табылады. [4]
Қаптаманың минималды қалыңдығы 250 микронды құрайды.
Оптикалық талшықтың екі түрі бар:
1. Көпмодалы немесе мультимодалы, кабель тым арзан, бірақ сапасы
нашар;
2. Бірмодалы кабель, тым қымбат, бірақ сипаттамасы өте жақсы.
Бұл екі түрдің арасындағы басты ерекшелігі кабельде жарық сәулелерінің
әр түрлі тәртіппен өтуіне байланысты.
Бірмодалы және көпмодалы талшықтар бір-бірінен сыну коэффициентінің
орталық талшықтың радиусынан тәуелділігі бойынша ажыратылады. Мода түсінігі
электромагнитті толқындардың таралу сипаттамасымен байланысты. Қарапайым
түрде моданы талшық бойымен таралатын жарықтың мүмкін болатын траекториясы
деуге болады. Мода көп болған сайын, сигнал формасының дисперсиялық
бұрмалануы да көп болады.
Көпмодалы талшықтар - жарық сәулелері таралатын өзектің диаметрі 50
немесе 62,5 мкм оптикалық талшықтар. Ал сыртқы қабықтың диаметрі – 125 мкм
(ол кейде 62,5125 деп белгіленеді). Оптикалық талшықтың бұл түрі әр түрлі
бұрыштардан көптеген жарық сәулелерін жіберуге және олардың бір мезгілде
қозғалуына мүмкіндік береді. Бұндай талшықтар аз созылыңқылықты (1 км-ге
дейін) жүйелерде қолданылады. Жеткізу технологиясымен талшық ұзындығына
байланысты, олардың мәліметтерді жеткізу жылдамдығы Мбит с ~ 10 Гбит
с-ке жетеді. Көпмодалы кабельде жарық толқынының ұзындығы 0,85 мкм. Рұқсат
етілетін кабельдің ұзындығы 2-5 км. Көпмодалы кабельде жарық сәулелерінің
траекториясы айқын таралуын байқамыз, оның салдарынан кабельдің қабылдау
соңында сигнал түрі бүлінеді. Қазіргі уақытта көпмодалы кабель
оптоталшықтық кабельдің негізгі түрі болып табылады, себебі ол арзанырақ
және қолжетімді. Оптоталшықтық кабельде сигналдың таратылу кідіруі электр
кабельдеріндегі кідіруден қатты ерекшеленбейді.
Бірмодалы талшықтардың өзегінің диаметрі шамамен 8 мкм. Өзектің
диаметрі кішкентай болғандықтан, оның бойымен тек бір ғана жарық сәулесі
қозғала алады, сондықтан да модааралық дисперсияның пайда болуы нөлге тең
болады. Бұл фактор мәліметтерді көпкилометрлі арақашықтыққа жоғары
жылдамдықпен жеткізуге мүмкіндік береді. Бірмодалы оптоталшық ондаған,
тіпті, жүздеген километрлі қашықтықтағы байланыс үшін қолданылады.
Көпмодалыға қарағанда жіңішке жарық өткізгіш өзегі 7-13 мкм болады. Бір
модалы кабельде барлық сәулелер бір жолмен өтеді, соның салдарынан олардың
барлығы қабылдағышқа бір мезгілде жетеді, ал сигналдың түрі тіпті де
бүлінбейді. Бір модалы кабельдің орталық талшығының диаметрі шамамен 1,3
мкм және жарықты толқынның бір ғана ұзындығымен өткізеді (1,3 мкм). Бұл
жағдайда дисперсия мен сигналдың жоғалуы болмашы, бұл сигналдарды едәуір
үлкен қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді.
Сурет 2. Оптоталшықтың түрлері [5]
3-суретте талшықтың 3 түрі көрсетілген (А, Б және В). А және Б
әріптерімен мультимодалы талшық түрі көрсетілген. Б типі уақыт бойынша аз
таралу дисперсиясына ие, сондықтан сигнал формасы аз бұрмалануға түседі.
Мұндай сыну көрсеткішін қолдану дисперсияны 1 нсеккм-ге дейін және одан
да азайтуға мүмкіндік береді. Жарық импульстарына белгілі бір форма (кері
гиперболалық косинус) берсе, дисперсиялық эффекттерді толығымен жоюға
болады. Сонда импульстарды мыңдаған километрлерге формасының бұрмалануынсыз
таратуға болады. Мұндай импульстарды солитондар деп атайды.
В әрпімен бірмодалы талшық түрі көрсетілген. Бірмодалы талшық 50-100
ГГц-км диапазонында өткізу жолағын алуға мүмкіндік береді. Бірмодалы типті
дисперсиялық мағына 15-тен 30 нсеккмге дейінгі аралықты құрайды.
Сурет 3. Сыну коэффицциенттерінің орталық талшықтың радиусынан
тәуелділігі бойынша ажыратылатын талшық түрлері
Талшықтың бұл түрі кірісінде жарықтың аз бөлігін қабылдайды, есесіне,
сигналдың минималды бұрмалануы мен амплитуданың минималды жоғалуын
қамтамасыз етеді. Бірмодалы талшықтың орталық бөлігінің диаметрі 3-10
микрон , ал клэдинг диаметрі 30-125 микрон. Талшықтағы модалардың саны оның
информациялық сыйымдылығын анықтайды. Модалық дисперсия импульстардың бір-
біріне шашырауына және кедергі келтіруіне әкеп соғады. Дисперсия талшықтың
орталық бөлігінің диаметрі мен жарықтың толқын ұзындығына тәуелді. А типті
талшықтың мода саны n мынаған тең:
, (1)
мұндағы d – орталық бөліктің диаметрі (ядроның), a – талшықтың сандық
апертурасы, ал - толқын ұзындығы. Талшықтың орталық бөлігінің диаметрі
50 - ге тең талшық 1000 моданы қолдайды. Б типті талшық үшін n мәні
екі есе аз. Сандық апертура А мынаған тең:
(2)
мұндағы n1 (~1,48) және n2 (~1,46), сәйкесінше, ядро мен клэдингтің сыну
коэффициенттері. А шамасы талшықтың кіріс косинусының кеңдігін
анықтайды (дененің кіріс сәулеленуін ұстау бұрышы) = arcsinA (~3,370).
Толқын ұзындығы неғұрлым үлкен болған сайын, соғұрлым модалар саны аз және
сигналдың бұрмалануы да аз болады. Бұл ұзынтолқынды инфрақызыл диапазонда
жұмыс істеуге себеп болады. Бірақ бірдей модалардың өзінде түрлі
ұзындықтағы толқындар талшық бойымен әр түрлі жылдамдықпен қозғалады. Тегіс
профильді сыну көрсеткіші бар талшық 1 нсеккм және одан да аз дисперсияға
ие. Бұл талшықтың периферийлік аймағындағы үлкен ұзындықты траекториясы бар
жарықтың тез таралуымен байланысты, себебі ол жерде сыну коэффициенті аз.
Бірмодалы режим жарықтың толқын ұзындығы талшық ядросының диаметріне тең
болғанда іске асады. Көпмодалы талшыққа қарағанда, бірмодалы талшықта
сәулелену тек ядро ішінде ғана болмайды, сондықтан клэдингтің оптикалық
қасиеттеріне қойылатын талаптар жоғарылайды. Талшықтың өткізу жолағы
дисперсиямен анықталады. Бірмодалы талшықтың өткізу жолағын жуық түрде мына
формуламен есептеуге болады:
, (3)
мұндағы Disp –толқынның жұмыс ұзындығындағы дисперсиясы , секнм,км;
SW – бастау спектрінің кеңдігі, нм; ML – талшықтың ұзындығы, км; Егер жарық
көзінің диаметрі талшық ядросының диаметріне сәйкес келмесе, онда жарықтың
геометриялық сәйкессіздіктерге байланысты жоғалуын мына формуламен
түсіндіруге болады:
(4)
Талшық диаметрі жарық көзінің диаметрінен үлкен болса, онда жоғалулар
болмайды. Егер жарық көзінің сандық апертурасы талшықтың апертурасынан
үлкен болса, онда жарықтың жоғалуы мыналарды құрайды:
(5)
Дисперсиямен қатар оптикалық каналдың тездігі шулармен шектеледі. Шулар екі
құраушыдан тұрады: бытыралы және жылулық шу. Бытыралы шу мына қатынаспен
анықталады:
, (6)
мұндағы е - электрон заряды, i – қабылдағыш арқылы өтетін орта ток, В –
қабылдағыштың өткізу жолағының кеңдігі. Бытыралы шудың типтік мағынасы 25
градус Цельсий температурасында 25 нА-ді құрайды.
Жылулық шу мына қатынаспен анықталады:
, (7)
мұндағы k – Больцман тұрақтысы, Т – Кельвин шкаласы бойынша температура, В
- қабылдағыштың өткізу жолағының кеңдігі, RL – жүктеме кедергісі. 10 МГц
жолағында және 298 0К температурасында шудың бұл құраушысы 18 нА-ге тең.
Жылулық шудың құраушыларының бірі – қараңғылық тогы, ол температура 1
градусқа өскен сайын 10% ға артады. Қабылдағыштың сезімталдығы кванттық
эффективтілікпен анықталады. Ол бастапқы электрон-кемтіктік жұптардың
детекторға түсетін фотондар санына қатынасын сипаттайды. Бұл параметр
,көбінесе, пайызбен көрсетіледі (сирек люменге ампермен). Егер әр 100
фотонға электрон-кемтікті 60 жұп келетін болса, онда кванттық эффективтілік
60%-ға тең. R фотодетекторының сезімталдығы кванттық сезімталдық негізінде
есептелінуі мүмкін.
, (8)
мұндағы е – электрон заряды, h - Планк тұрақтысы, с – жарық
жылдамдығы, - толқын ұзындығы, ал - кванттық сезімталдық.
Оптикалық талшықтар сыртқы көрінісі бойынша ерекшеленбейді. Тиісті
аспаптардың көмегінсіз оптоталшықтың түрін ажырата алмаймыз. Сыртқы
көрініс, түр, кейбір қасиеттер оптикалық талшықтарға арнайы жабын береді.
Оптоталшықтардың бірнеше өлшемдері стандартталған:
125 мкм шыны (кварцты) бөлігі, онда ені стандартқа сай жарық өткізетін
өзек бар. 250 мкм - бұл лакты изоляциямен қапталған шыны. Әдетте түрлі-
түсті лак қолданылады. Сонымен қатар талшық түсінің изоляциялық қасиеттері
оның модульдегі шартты номерін анықтайды. Лакты жабын иілімге қосымша
тұрақтылық береді. Осындай талшық балық аулайтын қармақтың жібіне ұқсайды
және ол 5 мм радиусты иілімге төзімді (суретке қараңыз).
900 мкм оптоталшық буферлі полимер жабынды. Олар электр сымдар жасау
және оптоталшықты кросстарды қосу үшін қолданылады. Жабынның түсін
оптоталшық типін анықтайды (оптоталшықтың кабельдердегі түстік есебі).
Қазіргі таңда толқын ұзындықтарының 6 диапазоны стандартталған.
Кесте 1. Толқын ұзындықтарының диапазондары
Диапазон аты Сипаттама Толқын ұзындықтарының
интервалдары
O Бастапқы 1260-1360 нм
E Кеңейген 1260-1460 нм
S Қысқатолқынды 1460-1530 нм
C Стандартты 1460-1530 нм
L Ұзынтолқынды 1565-1625 нм
U Ультра ұзынтолқынды1625-1675 нм
Кесте 2. Оптикалық талшықтардың типтік сипаттамалары
Талшық түрі Ядро Клэдинг А Сөну Өткізу
диаметрі диаметрі [дБкм] жолағы
[мкм] [мкм] [МГцкм]
Толқын ұзындығы 850 1300 1550
Бірмодалы 9,3 125 0,13 0,4 0,3 850 нмге
8,1 125 0,17 0,5 0,25 5000
Тегістел-ген 50 125 0,2 2,4 0,6 0,5 850 нмге
индексті 62,5 125 0,275 3,0 0,7 0,3 600;
85 125 0,26 2,8 0,7 0,4 1300 нмге
1500
Баспалдақ-ты 200 380 0,27 6,0 850 нм
индексті кезінде 6
2. Оптоталшықтық байланыс желілеріндегі ақпараттың жойылу себептері
Ақпаратты жеткізудің барлық басқа әдістерінен айырмашылығы – оптикалық-
талшықтық тракт бөлімшелерінде утечка каналдарын түзу үшін, ережеге сай,
оптоталшыққа тікелей жетуді және оптоталшықтан шашырау бөлігін бұрып
жіберудің арнайы шаралары немесе шашыраудың өтуін тіркеуді талап етеді.
Талшықты оптикалық байланыс желілерінде утечка каналдарын түзудің негізгі
физикалық принциптерін төмендегі типтерге бөлуге болады [28-30] :
1) Оптоталшық түрінің өзгеруі барысында утечка каналының түзілуі
Оптикалық талшықты ию барысында өзек пен қабықтың шегінде
электромагнитті толқынның құлау бұрышында өзгеріс пайда болады. Құлау
бұрышы шекті бұрыштан кішірейеді, бұл электромагниттік шашыраудың бөлігінің
жарық тасушыдан шығуы дегенді білдіреді (сурет 17). Оптикалық талшықты ию,
иілу орнында күшті жанама шашырауға әкеліп соғады, бұл таралмаған
аймақтарда ақпаратты рұқсатсыз алуға мүмкіндік туғызады.
Cурет 17. Утечка каналының пайда болуы, R радиусты , d-өзекше
диаметрімен, - құлау бұрышы, - сыну бұрышы бар оптоталшық
R иілудің ең жоғары радиусын бағалайық, онда толық ішкі шағылысудың
бұзылуына байланысты d өзектің диаметрімен жарық тасушының сыну нүктесінде
жанама шашырау байқалады. Мұнда ең үлкен радиус n1, n2 – өзектің сынуы мен
жарық тасушының қабығының көрсеткіші формуласымен анықталады.
,
Иілу нүктесінде талшықтан шығатын электромагнитті толқынның интенсивтілігі
Френель формуласымен анықталады, p- және s-поляризация, осыған сәйкес, [31]
,
,
мұнда– құлаушы шашыраудың интенсивтілігі, – p- және s-
поляризация үшін өткен шашыраудың интенсивтілігі D=125 мкм (n1=1,481,
n2=1,476) – оптикалық қабықша және d=50 мкм өзек диаметрі мен көп модалы
талшық үшін иілу радиусын бағалау R≤3,5 см кезінде сыну нүктесінде
шашыраудың күшті өтетінін көрсетеді (оптоталшықта негізгі жарық ағымы
интенсивтілігі 80%-ға дейінгі мағынасы). Июді бағалау барысында
оптоталшықтың сыну көрсеткішін өзгертетін беткейді сындыратын цилиндрлі
түр, жарық ағымының түрі, тағы басқа, мыс, фотосерпімді эффект
ескерілмегенін атап айту керек. Олардың үлесі едәуір төмен.
Механикалық әсер барысында толық ішкі шағылысудың бұзылуы талшықты
сындыру кезінде ғана емес, сондай-ақ оптоталшыққа жергілікті қысым
барысында да мүмкін, бұл деформациялау нүктесінде бақылауға болмайтын
шашырауды туғызады (июден айырмашылығы).
Құлау бұрышының өзгеруіне механикалық әсер барысында оптоталшық
түрінің өзгеруімен ғана емес, сондай-ақ оптикалық талшыққа акустикалық әсер
етумен де қол жеткізуге де болады. Оптоталшықтың өзегінде сыну
көрсеткішінің периодты өзгеруінің дифракциялық торы құрылады, ол дыбыс
толқынының әсерінен туындайды. Электромагнитті толқын өзінің бастапқы
бағытынан ауытқиды, сөйтіп оның бөлігі тарату каналының шегінен шығып
кетеді. Қойылған мәселені шешуге көмектесетін физикалық құбылыс жоғары
жиіліктегі дыбыстағы (10 МГц) Брэгг дифракциясы болып табылады Λ толқын
ұзындығы шартты қанағаттандырады:
(λLΛ2),
мұнда λ – электромагнитті шашырау толқынының ұзындығы, L – дыбыс толқынын
тарату аймағының ені. Серпінді толқын туғызатын деформация жарық үшін
дифракциялық тор болып табылатын оптоталшықтың ішінде сыну көрсеткішінің
периодты өзгеруін түзеді (18-сурет).
Сурет 18. Оптоталшықтың өзекшесінде дыбыстық толқынның әсерінен
дифракциялық тордың түзілуі
Жалғыз бақыланып отырған дифракциялық максимумының ауытқуының
максималды бұрышы Брэггтің (2ΘB) екі бұрышына тең. Ауытқыған
электромагнитті толқынның жиілігі негізгі ақпараттық ағымның жиілігіне тең.
Дифракционды максимум интенсивтілігін төмендегі формуламен анықтауға
болады:
.
Мұнда, J0 – дыбыс толқынының интенсивтілігі, M2 =1,51×10-15 сек3кг –
кварцтың акустооптикалық сапасы. Есептеулер әрекеттестік ұзындығы Λ=10 мкм
болатын акустикалық әсер барысында (dD)=(50125) параметрлі көп модалы
оптоталшық үшін таратудың бастапқы бағытынан ауытқуының максималды бұрышы 5
градус болатынын көрсетеді. Бірінші дифракциялық максимум интенсивтілігінің
дыбыс толқынына тәуелділігінің графигі 19- суретте көрсетілген. Графиктен
дыбыс толқынының, тіпті, төмен интенсивтілігінде шығарылатын
электромагнитті шашырау заманауи фотоқабылдағышта тіркеу үшін жеткілікті
үлкен екенін көруге болады.
Дыбыстың белгіленген интенсивтілігі барысында L дыбысталу аймағын
өзгерту арқылы дифракциялық максимумды интенсивтіліктің максималды мәніне
жеткізуге болады, сонымен қатар утечка каналындағы берілетін жарық
интенсивтілігін ұлғайтуға болады.
Сурет 19. Дифракционды максимум интенсивтілігінің дыбыс толқынының
интенсивтілігінен тәуелділігі
Оптоталшықтың (n2n1) өзегінің сыну көрсеткішіне қабықтың сыну
көрсеткішінің қатынасын өзгертетін басқа сыртқы әсер талшықтың түрін
өзгертпейтін механикалық әсер – созылу болып табылады.
Оптикалық талшықты созу барысында өзектің сыну көрсеткіші мен
оптоталшықтың қабығы ∆n1 және ∆n2 өзгеріске ұшырайды. Осы кезде толық ішкі
шашырау бұрышының мәні ұлғаяды φr –ден φ'r- . Бұрыштардың мәні мына
формулаға байланысты.
,
(∆nn) қатынасы үшін формула фотосерпімді эффектімен анықталады,
,
мұнда p, ε – фотосерпінділікпен деформацияның тиімді тензорлары, бұл созылу
барысында оптикалық талшықта пайда болатын анизотропиямен байланысты.
Балқыған кварцтың жоғары (106 Па дейін идеалды күйінде) төзімді екенін
ескеретін болсақ, оптоталшыққа көбірек механикалық қуат жібере отырып, φ'r -
φr ≈ 10-6sin φ r шамасына шекті бұрыштың өзгеруіне жетуге болады,
оптикалық талшықтардың шегінен негізгі ақпараттық ағымның интенсивтілігінің
бөлігін шығаруға жеткілікті болуы мүмкін.
Сурет 20. Сыртқы күштің әсерінен оптоталшықтың созылуы негізінде шығу
каналының түзілуі
Механикалық қуат көмегімен оптоталшықтың өзегінің сыну көрсеткішіне
қабықтың сыну көрсеткішіне қатынасының өзгеруін тудыратын әдістердің бірі –
оптоталшықтарды бұрау әдісі. (n2n1) қатынасын өзгертудің ұласпаған
әдістеріне ∆n1 және ∆n2 –ге қабықпен өзектің көрсеткіштерін өзгертетін
стаационарлы электрлі өзгерістердің әсерін де жатқызуға болады. (∆nn)
қатынасы үшін формуласы кері пьезоэлектрлі эффектпен фотосерпінді
құбылыстар үшін теңдеумен анықталады:
,
мұнда b – пьезоэлектр эффектісінің модулі, E – электр өрісінің шиеленісуі.
Толық ішкі шашыраудың жаңа бұрышы (∆n10 және ∆n20), егер (108 Вм) жақсы
балқыған кварц ойығы үшін электр өрісінің шиеленісуінің мәнін бағалау үшін
алсақ, онда стационарлы электр өрісінің әсерімен шекті бұрыштың өзгеруін
φ'r - φr ≈ 2∙10-6 sin φr шамасына жетуге болады. Механикалық қуат пен
электр өрісінен туындайтын шекті бұрыштың мәнінің өзгеруі аз болуына
қарамастан, бірақ басқа әдістердің күрделі әсері утечка каналын түзудің
тиімді әдісіне әкеліп соғатынын атап айту керек. Жоғарыда аталған
әдістердің бәрінде бір кемшілік бар, ол солардың негізінде пайда болған
шығу каналын оңай тіркеуге мүмкіндік береді. Бұл шығу каналдарының
орындарында едәуір кері жарық шашырауымен анықталады.
Рефлектометрия көмегімен кері шашырау жағында мұндай қосулар жоғары
кеңістіктік және уақытша шешіммен оңай детектірленеді.
2) Оптикалық туннельдеу әдісімен утечка каналдарының түзілуі
Оптикалық туннелдеу – қосымша жоғалусыз және кері таралусыз ақпараттық
оптикалық талшықтардың жанама жарық тасығыш арқылы өзегі шығатын
электромагниттік сәуле таратудың бөлігін ұстап алуға мүмкіндік беретін
әдіс. Оптикалық туннельдеу құбылысын n1 сыну көрсеткіші ортасынан n1-ден
кіші n2 сыну көрсеткіші қабаты арқылы ішкі толық шағылысу бұрышының үлкен
құлау бұрышы барысында оптикалық сәуле таратудың өтуінде көруге болады.
[31] Интегралды және талшықтық оптикада оптикалық туннельдеу принциптерінде
оптикалық тармақтағыш, оптофондар, талшықты-оптикалық датчиктер сияқты
физикалық шамалар құрылғылары жасалынады.
Сурет 21. Оптикалық туннельдеу әдісінің көмегімен утечка каналының
түзілуі
Оптикалық талшықта жарық таратылу барысында жарық ағымының бөлігі
оптоталшық өзегінің шегінен шығады. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
әл-Фapaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивepcитeті
Мамырова М.Ү.
ХАОСТЫҚ СИГНАЛДЫ ПАЙДАЛАНЫП ЖАСЫРЫН ОПТИКАЛЫҚ БАЙЛАНЫСТЫ ЖАСАУ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
мамандық 5B071900 Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар
Қaзaқcтaн Pecпубликacының білім жәнe ғылым миниcтpлігі
әл-Фapaби aтындaғы Қaзaқ ұлттық унивepcитeті
Физикa-тeхникaлық фaкультeті
Қaтты дeнe физикacы жәнe бeйcызық физикa кaфeдpacы
Қopғaуғa жібepілді
__________________ҚДФжБФ кaфeдpa мeңгepушіcі Пpихoдькo O.Ю.
ДИПЛOМДЫҚ ЖҰМЫC
Тaқыpыбы: Хаостық сигналды пайдаланып жасырын оптикалық байланысты жасау
5B071900 Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мaмaндығы
бoйыншa
Opындaғaн Мамырова М.Ү.
Диплом жетекші Темирбаев А.А.
Нopмa бaқылaушы Төлегенова А.А.
Aлмaты 2015
Peфepaт
Диплoмдық жұмыc ? беттен, ? cуpеттен, ? кеcтеден, ? пaйдaлaнғaн
әдебиеттен тұpaды.
Кілт cөздеp:
Жұмыcтың негізгі мaқcaты:
Жұмыcтың нәтижеcі:
Pефеpaт
Диплoмнaя paбoтa oбъемoм ? cтpaниц, coдеpжит ? иллюcтpaции, ? тaблиц ,
? нaименoвaний иcпoльзуемoй литеpaтуpы.
Ключевые cлoвa:
Целью диплoмнoй paбoты являетcя:
Pезультaт paбoты:
Abstract
The thesis consist of ? pages, contains ? illustrations,? tables and
? names of usedsources.
Keywords:
The aim of the
The result of the
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
1 МӘСЕЛЕНІҢ ЗАМАНАУИ ЖАҒДАЙЫНА ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... 4
1.1 Заманауи оптоталшықтық байланыс жүйелері ... ... ... ... ... ... ... 10
1.2 Оптоталшықтық байланыс желілеріндегі ақпараттың жойылу
себептері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 12
1.3 Хаостық сигналдарды пайдаланып информацияны қорғаудың
әдістеріне шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 14
2 ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 19
2.1 Хаос генераторының негізгі сипаттамаларын және жұмыс істеу
аймақтарын анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 22
2.2 Схемотехникалық эксперименттің нәтижелері ... ... ... ... ... ... . 25
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
КІРІСПЕ
Талшықтық оптикалық байланыс жүйелері оптикалық диэлектрлік толқындық
арналар арқылы информация тасымалданатын байланыс жүйесі болып табылады.
Ғылымда мұндар арналар оптикалық талшық деп аталады. Қазіргі таңда
оптикалық талшық информация тасымалдаудағы ең мінсіз физикалық орта, сондай-
ақ, информацияның үлкен ағындарын алыс жерлерге тасымалдаудағы ең болашағы
зор орта болып табылады. Мұның себебі оптикалық толқындық арналарға тән
бірнеше ерекшеліктер болып табылады.
Оптикалық сигналдардың кең жолақты болуы олардың тасымалдаушы
жиіліктерінің өте жоғары болуында. Бұл өз кезегінде оптикалық арналар
арқылы 1.1 Терабитс жылдамдыққа дейінгі информацияны жіберудің мүмкіндігін
тудырады. Басқаша сөзбен айтатын болсақ, бір ғана талшық арқылы бір мезетте
10 миллион телефон байланысын және миллион видео байланыс жасауға болады
дегенді білдіреді.
Мәліметтерді тасымалдау жылдамдығын оларды бір уақытта екі бағытта
тасымалдаудың арқасында арттыру мүмкін, себебі жарық толқындары бір
талшықта бір-бірінен тәуелсіз тарай беруі мүмкін. Сондай-ақ, оптоталшықта
поляризациясы екі түрлі жарық сигналдары да тарала береді, бұл өз кезегінде
байланыс арнасының өткізгіштік қабілетін екі есе арттырады. Бүгінгі таңда
оптикалық талшық бойынша жіберуге болатын мәліметтің тығыздығының шектік
мәні анықталмаған.
Талшықтағы жарық сигналының сөнуі басқа орталармен салыстырғанда өте аз,
бұл өз кезегінде ұзындығы 100 км болатын байланыс желілерін регенератордың
көмегінсіз құруға мүмкіндік береді.
Оптикалық талшық кварцтан жасалынады, кварцтың негізін кремнийдің тотығы
құрайды, бұл материал мыспен салыстырғанда әлдеқайда арзан.
Оптикалық талшықтың диаметрі 1-0,2 мм болып, өлшемдері кіші және салмағы
аз болып келеді, сондықтан талшықты авиация, кабелдік техникада
пайдаланудың болашағы зор.
Шыны талшықтар метал емес, сондықтан құрылыс жұмыстары кезінде
сегменттерді галваникалық сәйкестендіру мәселелері автоматты түрде
шешіледі.
Оптикалық талшықтың негізіндегі байланыс жүйелері электромагниттік
кедергілерге төзімді болып, талшықтағы информация рұқсатсыз кіруден
қорғалған. Талшықтық-оптикалық желілердегі информацияны оны зақымдамай
алудың мүмкіндігі жоқ. Ал, талшыққа тиген кез-келген сыртқы әсер мониторинг
әдісі арқылы тіркелуі мүмкін. Теориялық тұрғыдан информацияны рұқсатсыз
қабылдаудың мүмкіндіктері бар, дегенмен, бұл әдістерді амалға асыру өте
қымбат болып табылады.
Рұқсатсыз қабылданған сигналды анқтау үшін Майкельсон интерферометрі
қажет болады, оның құрылысы да арнайы дайындалған болу қажет. Дегенмен,
интерференциялық бейненің көрінісі өте әлсіз болуы мүмкін. Оған талшық
арқылы таралып жатқан мәліметтердің көптігі себеп болады.
Көріп тұрғанымыздай, оптикалық талшық арқылы таралатын информация
барынша қорғалған екен. Оның себебі оптикалық арналардың физикалық және
техникалық қасиеттері екендігін де анықтадық. Дегенмен, оптикалық талшықтар
арқылы таралатын мәліметтер мүлдем қауіпсіз деуге болмайды. Жаңа заманауи
технологиялардың күн санап арта түсуі қазірде қауіпсіз болып тұрған
оптикалық талшықтардың осал жерін тауып, оптикалық талшықтарды да қатерлі
жасауы мүмкін.
Осы мәселені ескере отырып, бұл жұмыста оптикалық байланыс желілеріндегі
мәліметті хаостық сигналдарды пайдаланып қорғаудың әдістері ұсынылды, және
шынайы схемотехникалық экспериментте арнадағы сандық мәліметтерді қорғауға
болатындығы көрсетілді.
Алдымен хаостық генератордың сипаттамалары анықталды, хаостық
синхронизация мәселелері шешілді. Схемотехникалық экспериментте сандық
информацияны оптикалық арна арқылы жасырын жіберудің мүмкіндіктері
зерттелді. Бұл жұмыстың жалғасы ретінде алынған нәтижелерді шынайы
тәжірибеде қолдану мәселесін айтсақ болады.
1. Мәселенің заманауи жағдайына шолу
1.1 Заманауи оптоталшықтық байланыс жүйелері
Қазіргі таңда оптоталшықты байланыс желілері қарқынды дамып келеді. Мыс
кабельдері толықтай оптикалық-талшықтық толқын арналарымен ауыстырылып
жатыр. Оптоталшықтық толқын арналарындағы ақпарат тасушылар инфрақызыл
аймақтағы электромагнитті толқындар болып табылады. Әр түрлі хабарды тарату
үшін ішкі шағылысу принципі қолданылады, ол оптикалық талшыққа түсетін
қорғағыш қабаттың есебінен жүзеге асады.
Хабар, видео және дауысты интеграциялауға мүмкіндік беретін барлық
үстемелердің қажеттілігі күнен-күнге артып жатыр. Бұл жағдайда
оптоталшықтық оптика оптималды шешім болып табылады.
Оптоталшықтық оптика көптеген ерекшеліктерге ие. Сонымен оптоталшықты
кабельдер кедергіге төзімді және монтаждаушылар жақын маңдағы кедергі
келтіруі мүмкін электр желілерінің күйін тексермесе де тұрақты жұмысты
қамтамасыз етеді.
Оптикалық сигналдардың кең жолақты болуы олардың тасымалдаушы
жиіліктерінің өте жоғары болуында. Бұл өз кезегінде оптикалық арналар
арқылы 1.1 Терабитс жылдамдыққа дейінгі информацияны жіберудің мүмкіндігін
тудырады. Басқаша сөзбен айтатын болсақ, бір ғана талшық арқылы бір мезетте
10 миллион телефон байланысын және миллион видео байланыс жасауға болады
дегенді білдіреді.
Мәліметтерді тасымалдау жылдамдығын оларды бір уақытта екі бағытта
тасымалдаудың арқасында арттыру мүмкін, себебі жарық толқындары бір
талшықта бір-бірінен тәуелсіз тарай беруі мүмкін. Сондай-ақ, оптоталшықта
поляризациясы екі түрлі жарық сигналдары да тарала береді, бұл өз кезегінде
байланыс арнасының өткізгіштік қабілетін екі есе арттырады. Бүгінгі таңда
оптикалық талшық бойынша жіберуге болатын мәліметтің тығыздығының шектік
мәні анықталмаған.
Талшықтағы жарық сигналының сөнуі басқа орталармен салыстырғанда өте аз,
бұл өз кезегінде ұзындығы 100 км болатын байланыс желілерін регенератордың
көмегінсіз құруға мүмкіндік береді.
Оптикалық талшық кварцтан жасалынады, кварцтың негізін кремнийдің тотығы
құрайды, бұл материал мыспен салыстырғанда әлдеқайда арзан.
Оптикалық талшықтың диаметрі 1-0,2 мм болып, өлшемдері кіші және салмағы
аз болып келеді, сондықтан талшықты авиация, кабелдік техникада
пайдаланудың болашағы зор.
Оптикалық байланыс жүйесінің принципі - мәліметтерді оптоталшық арқылы
алыс жердегі қабылдағышқа жеткізу. Электрлік сигнал оптикалық сигналға
өзгереді және сондай күйде қашықтыққа жеткізіледі. Қабылдағыш құрылғыда ол
қайтадан электрлік түріне ауысады. Талшықты-оптикалық байланыстың мыс
желілер мен радиобайланыс жүйесі сияқты басқа аппаратты жеткізу типтеріне
қарағанда артықшылығы көп:
• Сигнал регенерациясыз ұзақ арақашықтыққа (200 км) жеткізіледі.
• Оптоталшықты жеткізу электромагнитті кедергілерге сезімтал емес.
Сонымен қатар, талшық электр өткізбейді және радиожиілік интерференцияға
тіпті сезімтал емес.
• Оптикалық жүйе физикалық тізбекке қарағанда көп каналдарды қамтамасыз
етеді.
• Оптикалық кабель басқа темір желілерге қарағанда анағұрлым жеңіл және
жіңішке және талшықтар көп көлем алмайды. Мысалы, бір оптоталшықты кабельде
144 талшық бар болуы мүмкін.
• Оптикалық талшықтар өте сенімді.
• Оптикалық талшықты қолдану мерзімі 25-жылдан көп (спутниктік байланыс
жүйесі 10 жыл).
• Оптикалық талшықтардың жұмыс істеу температурасы -40° -тан +80°C-ге
дейін диапазонда.
Ал оптикалық талшықтардың мынадай кемшілктері бар:
1. Сөну: Жарық сигналы талшық арқылы өтетін болғандықтан ол жұтылу,
шашырау басқа да жоғалулардың себебінен қуаттылығын жоғалтады. Біршама
арақашықтықтан кейін сигнал қуаттылығы қабылдағыштың өзінің шуының
деңгейіне дейін азаяды.
2. Өткізгіштік қабілеттілік: Оптоталшықтарда өткізгіштіктің шектеулі
жиілік сызығы бар. Ал егер жарық сигналы бірнеше жиілікті қолданатын болса,
онда бұл құбылыс ақпараттық өткізгіштік қабілетті төмендетеді.
3. Дисперсия. Талшықта таралған жарық импульсы кеңейтіледі. Сонымен
қатар жеткізудің жоғары жылдамдығында ақпараттық өткізгіштік қабілеті
шектейді не оның арақашықтығын қысқартады.
Оптоталшықты жасау үшін кварцты шыны немесе полимерлі материалдар
қолданылады. Кварцты оптикалық талшық балқытылған кварц – бағалы тау-кенін
түзуші минералдар негізінде жасалады. Оның қасиеттеріне қарай кварцты шыны
негізіндегі оптоталшық мынадай бірқатар жақсы сипаттамаларға ие:
▪ жақсы оптикалық мөлдірлік, ол ақпарат таратқан кезде әр түрлі
диапазондағы толқындарды қосуға мүмкіндік береді;
▪ өшудің төмен коэффициенті. Осы қасиеттердің арқасында мәлімет алыс
қашықтықтарға тарайды. Ол кварцты оптоталшықтың қолданылу өрісін
кеңейтеді;
▪ жоғары температураға ұзақ төзімділік.
Полимерлі оптикалық талшық жоғары иілгіштік қасиетке ие, сондықтан
олардың негізінде жасалған жарықтаратушылар жетерліктей үлкен диаметрге ие
(1000 микрометрден бастап), ол дұрыс сәулелену өткізгіштігін қамтамасыз
етеді. Сөнудің жоғары коэффициенттеріне орай полимерлі оптоталшықтың
жарықөткізгіштік қасиеті айтарлықтай төмендеген кезде инфрақызыл зонада
қолданыла алмайды.
Оптикалық талшық пластикалық қорғағыш қабатпен қапталады. Талшықтық
жіп өзекше , қабықша және сыртқы қаптамадан тұрады.
Сурет 1. Оптоталшықтың құрылысы [3]
1. Өзекше жарық сәулеленуінің талшық бойымен қозғалысын қамтамасыз етеді.
Өзекше диаметрінің шамасына қарай оған жарық сәулелерінің түсу ағынының
деңгейі анықталады. Яғни, диаметрі үлкен болған сайын сәулелену түсетін
мүмкін аудан да неғұрлым кең болады. Оптикалық талшықта өзекшенің сыну
көрсеткіші (n) шамамен 1,48-ді құрайды.
2. Ішкі қабықша өзекшеге қарағанда аз сыну көрсеткішіне ие, ол ішкі
шағылуды қамтамасыз етеді, соның арқасында жарық сәулелері талшық бойымен
қозғалады. Толық ішкі шағылу кезінде өзекшеге түсетін жарық сәулесі оның
бойымен максималды қуатпен қозғалады.
3. Сыртқы қаптама оптикалық талшықтың ішкі элементтерін сыртқы теріс
факторлардан қорғайтын буферлік көпқабатты бүркеніш болып табылады. [4]
Қаптаманың минималды қалыңдығы 250 микронды құрайды.
Оптикалық талшықтың екі түрі бар:
1. Көпмодалы немесе мультимодалы, кабель тым арзан, бірақ сапасы
нашар;
2. Бірмодалы кабель, тым қымбат, бірақ сипаттамасы өте жақсы.
Бұл екі түрдің арасындағы басты ерекшелігі кабельде жарық сәулелерінің
әр түрлі тәртіппен өтуіне байланысты.
Бірмодалы және көпмодалы талшықтар бір-бірінен сыну коэффициентінің
орталық талшықтың радиусынан тәуелділігі бойынша ажыратылады. Мода түсінігі
электромагнитті толқындардың таралу сипаттамасымен байланысты. Қарапайым
түрде моданы талшық бойымен таралатын жарықтың мүмкін болатын траекториясы
деуге болады. Мода көп болған сайын, сигнал формасының дисперсиялық
бұрмалануы да көп болады.
Көпмодалы талшықтар - жарық сәулелері таралатын өзектің диаметрі 50
немесе 62,5 мкм оптикалық талшықтар. Ал сыртқы қабықтың диаметрі – 125 мкм
(ол кейде 62,5125 деп белгіленеді). Оптикалық талшықтың бұл түрі әр түрлі
бұрыштардан көптеген жарық сәулелерін жіберуге және олардың бір мезгілде
қозғалуына мүмкіндік береді. Бұндай талшықтар аз созылыңқылықты (1 км-ге
дейін) жүйелерде қолданылады. Жеткізу технологиясымен талшық ұзындығына
байланысты, олардың мәліметтерді жеткізу жылдамдығы Мбит с ~ 10 Гбит
с-ке жетеді. Көпмодалы кабельде жарық толқынының ұзындығы 0,85 мкм. Рұқсат
етілетін кабельдің ұзындығы 2-5 км. Көпмодалы кабельде жарық сәулелерінің
траекториясы айқын таралуын байқамыз, оның салдарынан кабельдің қабылдау
соңында сигнал түрі бүлінеді. Қазіргі уақытта көпмодалы кабель
оптоталшықтық кабельдің негізгі түрі болып табылады, себебі ол арзанырақ
және қолжетімді. Оптоталшықтық кабельде сигналдың таратылу кідіруі электр
кабельдеріндегі кідіруден қатты ерекшеленбейді.
Бірмодалы талшықтардың өзегінің диаметрі шамамен 8 мкм. Өзектің
диаметрі кішкентай болғандықтан, оның бойымен тек бір ғана жарық сәулесі
қозғала алады, сондықтан да модааралық дисперсияның пайда болуы нөлге тең
болады. Бұл фактор мәліметтерді көпкилометрлі арақашықтыққа жоғары
жылдамдықпен жеткізуге мүмкіндік береді. Бірмодалы оптоталшық ондаған,
тіпті, жүздеген километрлі қашықтықтағы байланыс үшін қолданылады.
Көпмодалыға қарағанда жіңішке жарық өткізгіш өзегі 7-13 мкм болады. Бір
модалы кабельде барлық сәулелер бір жолмен өтеді, соның салдарынан олардың
барлығы қабылдағышқа бір мезгілде жетеді, ал сигналдың түрі тіпті де
бүлінбейді. Бір модалы кабельдің орталық талшығының диаметрі шамамен 1,3
мкм және жарықты толқынның бір ғана ұзындығымен өткізеді (1,3 мкм). Бұл
жағдайда дисперсия мен сигналдың жоғалуы болмашы, бұл сигналдарды едәуір
үлкен қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді.
Сурет 2. Оптоталшықтың түрлері [5]
3-суретте талшықтың 3 түрі көрсетілген (А, Б және В). А және Б
әріптерімен мультимодалы талшық түрі көрсетілген. Б типі уақыт бойынша аз
таралу дисперсиясына ие, сондықтан сигнал формасы аз бұрмалануға түседі.
Мұндай сыну көрсеткішін қолдану дисперсияны 1 нсеккм-ге дейін және одан
да азайтуға мүмкіндік береді. Жарық импульстарына белгілі бір форма (кері
гиперболалық косинус) берсе, дисперсиялық эффекттерді толығымен жоюға
болады. Сонда импульстарды мыңдаған километрлерге формасының бұрмалануынсыз
таратуға болады. Мұндай импульстарды солитондар деп атайды.
В әрпімен бірмодалы талшық түрі көрсетілген. Бірмодалы талшық 50-100
ГГц-км диапазонында өткізу жолағын алуға мүмкіндік береді. Бірмодалы типті
дисперсиялық мағына 15-тен 30 нсеккмге дейінгі аралықты құрайды.
Сурет 3. Сыну коэффицциенттерінің орталық талшықтың радиусынан
тәуелділігі бойынша ажыратылатын талшық түрлері
Талшықтың бұл түрі кірісінде жарықтың аз бөлігін қабылдайды, есесіне,
сигналдың минималды бұрмалануы мен амплитуданың минималды жоғалуын
қамтамасыз етеді. Бірмодалы талшықтың орталық бөлігінің диаметрі 3-10
микрон , ал клэдинг диаметрі 30-125 микрон. Талшықтағы модалардың саны оның
информациялық сыйымдылығын анықтайды. Модалық дисперсия импульстардың бір-
біріне шашырауына және кедергі келтіруіне әкеп соғады. Дисперсия талшықтың
орталық бөлігінің диаметрі мен жарықтың толқын ұзындығына тәуелді. А типті
талшықтың мода саны n мынаған тең:
, (1)
мұндағы d – орталық бөліктің диаметрі (ядроның), a – талшықтың сандық
апертурасы, ал - толқын ұзындығы. Талшықтың орталық бөлігінің диаметрі
50 - ге тең талшық 1000 моданы қолдайды. Б типті талшық үшін n мәні
екі есе аз. Сандық апертура А мынаған тең:
(2)
мұндағы n1 (~1,48) және n2 (~1,46), сәйкесінше, ядро мен клэдингтің сыну
коэффициенттері. А шамасы талшықтың кіріс косинусының кеңдігін
анықтайды (дененің кіріс сәулеленуін ұстау бұрышы) = arcsinA (~3,370).
Толқын ұзындығы неғұрлым үлкен болған сайын, соғұрлым модалар саны аз және
сигналдың бұрмалануы да аз болады. Бұл ұзынтолқынды инфрақызыл диапазонда
жұмыс істеуге себеп болады. Бірақ бірдей модалардың өзінде түрлі
ұзындықтағы толқындар талшық бойымен әр түрлі жылдамдықпен қозғалады. Тегіс
профильді сыну көрсеткіші бар талшық 1 нсеккм және одан да аз дисперсияға
ие. Бұл талшықтың периферийлік аймағындағы үлкен ұзындықты траекториясы бар
жарықтың тез таралуымен байланысты, себебі ол жерде сыну коэффициенті аз.
Бірмодалы режим жарықтың толқын ұзындығы талшық ядросының диаметріне тең
болғанда іске асады. Көпмодалы талшыққа қарағанда, бірмодалы талшықта
сәулелену тек ядро ішінде ғана болмайды, сондықтан клэдингтің оптикалық
қасиеттеріне қойылатын талаптар жоғарылайды. Талшықтың өткізу жолағы
дисперсиямен анықталады. Бірмодалы талшықтың өткізу жолағын жуық түрде мына
формуламен есептеуге болады:
, (3)
мұндағы Disp –толқынның жұмыс ұзындығындағы дисперсиясы , секнм,км;
SW – бастау спектрінің кеңдігі, нм; ML – талшықтың ұзындығы, км; Егер жарық
көзінің диаметрі талшық ядросының диаметріне сәйкес келмесе, онда жарықтың
геометриялық сәйкессіздіктерге байланысты жоғалуын мына формуламен
түсіндіруге болады:
(4)
Талшық диаметрі жарық көзінің диаметрінен үлкен болса, онда жоғалулар
болмайды. Егер жарық көзінің сандық апертурасы талшықтың апертурасынан
үлкен болса, онда жарықтың жоғалуы мыналарды құрайды:
(5)
Дисперсиямен қатар оптикалық каналдың тездігі шулармен шектеледі. Шулар екі
құраушыдан тұрады: бытыралы және жылулық шу. Бытыралы шу мына қатынаспен
анықталады:
, (6)
мұндағы е - электрон заряды, i – қабылдағыш арқылы өтетін орта ток, В –
қабылдағыштың өткізу жолағының кеңдігі. Бытыралы шудың типтік мағынасы 25
градус Цельсий температурасында 25 нА-ді құрайды.
Жылулық шу мына қатынаспен анықталады:
, (7)
мұндағы k – Больцман тұрақтысы, Т – Кельвин шкаласы бойынша температура, В
- қабылдағыштың өткізу жолағының кеңдігі, RL – жүктеме кедергісі. 10 МГц
жолағында және 298 0К температурасында шудың бұл құраушысы 18 нА-ге тең.
Жылулық шудың құраушыларының бірі – қараңғылық тогы, ол температура 1
градусқа өскен сайын 10% ға артады. Қабылдағыштың сезімталдығы кванттық
эффективтілікпен анықталады. Ол бастапқы электрон-кемтіктік жұптардың
детекторға түсетін фотондар санына қатынасын сипаттайды. Бұл параметр
,көбінесе, пайызбен көрсетіледі (сирек люменге ампермен). Егер әр 100
фотонға электрон-кемтікті 60 жұп келетін болса, онда кванттық эффективтілік
60%-ға тең. R фотодетекторының сезімталдығы кванттық сезімталдық негізінде
есептелінуі мүмкін.
, (8)
мұндағы е – электрон заряды, h - Планк тұрақтысы, с – жарық
жылдамдығы, - толқын ұзындығы, ал - кванттық сезімталдық.
Оптикалық талшықтар сыртқы көрінісі бойынша ерекшеленбейді. Тиісті
аспаптардың көмегінсіз оптоталшықтың түрін ажырата алмаймыз. Сыртқы
көрініс, түр, кейбір қасиеттер оптикалық талшықтарға арнайы жабын береді.
Оптоталшықтардың бірнеше өлшемдері стандартталған:
125 мкм шыны (кварцты) бөлігі, онда ені стандартқа сай жарық өткізетін
өзек бар. 250 мкм - бұл лакты изоляциямен қапталған шыны. Әдетте түрлі-
түсті лак қолданылады. Сонымен қатар талшық түсінің изоляциялық қасиеттері
оның модульдегі шартты номерін анықтайды. Лакты жабын иілімге қосымша
тұрақтылық береді. Осындай талшық балық аулайтын қармақтың жібіне ұқсайды
және ол 5 мм радиусты иілімге төзімді (суретке қараңыз).
900 мкм оптоталшық буферлі полимер жабынды. Олар электр сымдар жасау
және оптоталшықты кросстарды қосу үшін қолданылады. Жабынның түсін
оптоталшық типін анықтайды (оптоталшықтың кабельдердегі түстік есебі).
Қазіргі таңда толқын ұзындықтарының 6 диапазоны стандартталған.
Кесте 1. Толқын ұзындықтарының диапазондары
Диапазон аты Сипаттама Толқын ұзындықтарының
интервалдары
O Бастапқы 1260-1360 нм
E Кеңейген 1260-1460 нм
S Қысқатолқынды 1460-1530 нм
C Стандартты 1460-1530 нм
L Ұзынтолқынды 1565-1625 нм
U Ультра ұзынтолқынды1625-1675 нм
Кесте 2. Оптикалық талшықтардың типтік сипаттамалары
Талшық түрі Ядро Клэдинг А Сөну Өткізу
диаметрі диаметрі [дБкм] жолағы
[мкм] [мкм] [МГцкм]
Толқын ұзындығы 850 1300 1550
Бірмодалы 9,3 125 0,13 0,4 0,3 850 нмге
8,1 125 0,17 0,5 0,25 5000
Тегістел-ген 50 125 0,2 2,4 0,6 0,5 850 нмге
индексті 62,5 125 0,275 3,0 0,7 0,3 600;
85 125 0,26 2,8 0,7 0,4 1300 нмге
1500
Баспалдақ-ты 200 380 0,27 6,0 850 нм
индексті кезінде 6
2. Оптоталшықтық байланыс желілеріндегі ақпараттың жойылу себептері
Ақпаратты жеткізудің барлық басқа әдістерінен айырмашылығы – оптикалық-
талшықтық тракт бөлімшелерінде утечка каналдарын түзу үшін, ережеге сай,
оптоталшыққа тікелей жетуді және оптоталшықтан шашырау бөлігін бұрып
жіберудің арнайы шаралары немесе шашыраудың өтуін тіркеуді талап етеді.
Талшықты оптикалық байланыс желілерінде утечка каналдарын түзудің негізгі
физикалық принциптерін төмендегі типтерге бөлуге болады [28-30] :
1) Оптоталшық түрінің өзгеруі барысында утечка каналының түзілуі
Оптикалық талшықты ию барысында өзек пен қабықтың шегінде
электромагнитті толқынның құлау бұрышында өзгеріс пайда болады. Құлау
бұрышы шекті бұрыштан кішірейеді, бұл электромагниттік шашыраудың бөлігінің
жарық тасушыдан шығуы дегенді білдіреді (сурет 17). Оптикалық талшықты ию,
иілу орнында күшті жанама шашырауға әкеліп соғады, бұл таралмаған
аймақтарда ақпаратты рұқсатсыз алуға мүмкіндік туғызады.
Cурет 17. Утечка каналының пайда болуы, R радиусты , d-өзекше
диаметрімен, - құлау бұрышы, - сыну бұрышы бар оптоталшық
R иілудің ең жоғары радиусын бағалайық, онда толық ішкі шағылысудың
бұзылуына байланысты d өзектің диаметрімен жарық тасушының сыну нүктесінде
жанама шашырау байқалады. Мұнда ең үлкен радиус n1, n2 – өзектің сынуы мен
жарық тасушының қабығының көрсеткіші формуласымен анықталады.
,
Иілу нүктесінде талшықтан шығатын электромагнитті толқынның интенсивтілігі
Френель формуласымен анықталады, p- және s-поляризация, осыған сәйкес, [31]
,
,
мұнда– құлаушы шашыраудың интенсивтілігі, – p- және s-
поляризация үшін өткен шашыраудың интенсивтілігі D=125 мкм (n1=1,481,
n2=1,476) – оптикалық қабықша және d=50 мкм өзек диаметрі мен көп модалы
талшық үшін иілу радиусын бағалау R≤3,5 см кезінде сыну нүктесінде
шашыраудың күшті өтетінін көрсетеді (оптоталшықта негізгі жарық ағымы
интенсивтілігі 80%-ға дейінгі мағынасы). Июді бағалау барысында
оптоталшықтың сыну көрсеткішін өзгертетін беткейді сындыратын цилиндрлі
түр, жарық ағымының түрі, тағы басқа, мыс, фотосерпімді эффект
ескерілмегенін атап айту керек. Олардың үлесі едәуір төмен.
Механикалық әсер барысында толық ішкі шағылысудың бұзылуы талшықты
сындыру кезінде ғана емес, сондай-ақ оптоталшыққа жергілікті қысым
барысында да мүмкін, бұл деформациялау нүктесінде бақылауға болмайтын
шашырауды туғызады (июден айырмашылығы).
Құлау бұрышының өзгеруіне механикалық әсер барысында оптоталшық
түрінің өзгеруімен ғана емес, сондай-ақ оптикалық талшыққа акустикалық әсер
етумен де қол жеткізуге де болады. Оптоталшықтың өзегінде сыну
көрсеткішінің периодты өзгеруінің дифракциялық торы құрылады, ол дыбыс
толқынының әсерінен туындайды. Электромагнитті толқын өзінің бастапқы
бағытынан ауытқиды, сөйтіп оның бөлігі тарату каналының шегінен шығып
кетеді. Қойылған мәселені шешуге көмектесетін физикалық құбылыс жоғары
жиіліктегі дыбыстағы (10 МГц) Брэгг дифракциясы болып табылады Λ толқын
ұзындығы шартты қанағаттандырады:
(λLΛ2),
мұнда λ – электромагнитті шашырау толқынының ұзындығы, L – дыбыс толқынын
тарату аймағының ені. Серпінді толқын туғызатын деформация жарық үшін
дифракциялық тор болып табылатын оптоталшықтың ішінде сыну көрсеткішінің
периодты өзгеруін түзеді (18-сурет).
Сурет 18. Оптоталшықтың өзекшесінде дыбыстық толқынның әсерінен
дифракциялық тордың түзілуі
Жалғыз бақыланып отырған дифракциялық максимумының ауытқуының
максималды бұрышы Брэггтің (2ΘB) екі бұрышына тең. Ауытқыған
электромагнитті толқынның жиілігі негізгі ақпараттық ағымның жиілігіне тең.
Дифракционды максимум интенсивтілігін төмендегі формуламен анықтауға
болады:
.
Мұнда, J0 – дыбыс толқынының интенсивтілігі, M2 =1,51×10-15 сек3кг –
кварцтың акустооптикалық сапасы. Есептеулер әрекеттестік ұзындығы Λ=10 мкм
болатын акустикалық әсер барысында (dD)=(50125) параметрлі көп модалы
оптоталшық үшін таратудың бастапқы бағытынан ауытқуының максималды бұрышы 5
градус болатынын көрсетеді. Бірінші дифракциялық максимум интенсивтілігінің
дыбыс толқынына тәуелділігінің графигі 19- суретте көрсетілген. Графиктен
дыбыс толқынының, тіпті, төмен интенсивтілігінде шығарылатын
электромагнитті шашырау заманауи фотоқабылдағышта тіркеу үшін жеткілікті
үлкен екенін көруге болады.
Дыбыстың белгіленген интенсивтілігі барысында L дыбысталу аймағын
өзгерту арқылы дифракциялық максимумды интенсивтіліктің максималды мәніне
жеткізуге болады, сонымен қатар утечка каналындағы берілетін жарық
интенсивтілігін ұлғайтуға болады.
Сурет 19. Дифракционды максимум интенсивтілігінің дыбыс толқынының
интенсивтілігінен тәуелділігі
Оптоталшықтың (n2n1) өзегінің сыну көрсеткішіне қабықтың сыну
көрсеткішінің қатынасын өзгертетін басқа сыртқы әсер талшықтың түрін
өзгертпейтін механикалық әсер – созылу болып табылады.
Оптикалық талшықты созу барысында өзектің сыну көрсеткіші мен
оптоталшықтың қабығы ∆n1 және ∆n2 өзгеріске ұшырайды. Осы кезде толық ішкі
шашырау бұрышының мәні ұлғаяды φr –ден φ'r- . Бұрыштардың мәні мына
формулаға байланысты.
,
(∆nn) қатынасы үшін формула фотосерпімді эффектімен анықталады,
,
мұнда p, ε – фотосерпінділікпен деформацияның тиімді тензорлары, бұл созылу
барысында оптикалық талшықта пайда болатын анизотропиямен байланысты.
Балқыған кварцтың жоғары (106 Па дейін идеалды күйінде) төзімді екенін
ескеретін болсақ, оптоталшыққа көбірек механикалық қуат жібере отырып, φ'r -
φr ≈ 10-6sin φ r шамасына шекті бұрыштың өзгеруіне жетуге болады,
оптикалық талшықтардың шегінен негізгі ақпараттық ағымның интенсивтілігінің
бөлігін шығаруға жеткілікті болуы мүмкін.
Сурет 20. Сыртқы күштің әсерінен оптоталшықтың созылуы негізінде шығу
каналының түзілуі
Механикалық қуат көмегімен оптоталшықтың өзегінің сыну көрсеткішіне
қабықтың сыну көрсеткішіне қатынасының өзгеруін тудыратын әдістердің бірі –
оптоталшықтарды бұрау әдісі. (n2n1) қатынасын өзгертудің ұласпаған
әдістеріне ∆n1 және ∆n2 –ге қабықпен өзектің көрсеткіштерін өзгертетін
стаационарлы электрлі өзгерістердің әсерін де жатқызуға болады. (∆nn)
қатынасы үшін формуласы кері пьезоэлектрлі эффектпен фотосерпінді
құбылыстар үшін теңдеумен анықталады:
,
мұнда b – пьезоэлектр эффектісінің модулі, E – электр өрісінің шиеленісуі.
Толық ішкі шашыраудың жаңа бұрышы (∆n10 және ∆n20), егер (108 Вм) жақсы
балқыған кварц ойығы үшін электр өрісінің шиеленісуінің мәнін бағалау үшін
алсақ, онда стационарлы электр өрісінің әсерімен шекті бұрыштың өзгеруін
φ'r - φr ≈ 2∙10-6 sin φr шамасына жетуге болады. Механикалық қуат пен
электр өрісінен туындайтын шекті бұрыштың мәнінің өзгеруі аз болуына
қарамастан, бірақ басқа әдістердің күрделі әсері утечка каналын түзудің
тиімді әдісіне әкеліп соғатынын атап айту керек. Жоғарыда аталған
әдістердің бәрінде бір кемшілік бар, ол солардың негізінде пайда болған
шығу каналын оңай тіркеуге мүмкіндік береді. Бұл шығу каналдарының
орындарында едәуір кері жарық шашырауымен анықталады.
Рефлектометрия көмегімен кері шашырау жағында мұндай қосулар жоғары
кеңістіктік және уақытша шешіммен оңай детектірленеді.
2) Оптикалық туннельдеу әдісімен утечка каналдарының түзілуі
Оптикалық туннелдеу – қосымша жоғалусыз және кері таралусыз ақпараттық
оптикалық талшықтардың жанама жарық тасығыш арқылы өзегі шығатын
электромагниттік сәуле таратудың бөлігін ұстап алуға мүмкіндік беретін
әдіс. Оптикалық туннельдеу құбылысын n1 сыну көрсеткіші ортасынан n1-ден
кіші n2 сыну көрсеткіші қабаты арқылы ішкі толық шағылысу бұрышының үлкен
құлау бұрышы барысында оптикалық сәуле таратудың өтуінде көруге болады.
[31] Интегралды және талшықтық оптикада оптикалық туннельдеу принциптерінде
оптикалық тармақтағыш, оптофондар, талшықты-оптикалық датчиктер сияқты
физикалық шамалар құрылғылары жасалынады.
Сурет 21. Оптикалық туннельдеу әдісінің көмегімен утечка каналының
түзілуі
Оптикалық талшықта жарық таратылу барысында жарық ағымының бөлігі
оптоталшық өзегінің шегінен шығады. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz