Талшықты-оптикалық байланыс туралы ақпарат

Кіріспе
Негізгі бөлім:
1) Жалпы түсінік
2) Спектральды тығыздау арнасы бар талшықты.оптикалық байланыс жүйесі
3) Жарық көздері
4) Талшықты жарықжетегіштер
5) Талшықты.оптикалық байланыс желісінің негізгі түрлері
6) Еліміздегі оптикалық талшық өндірісі
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Талшықты-оптика болашақта негізгі деректер беру ортасына айналатыны туралы идея бұрыннан таныс болды.
Талшықты оптика нарығы өсуде. Бұл өсу телекоммуникацияның қарқынды дамуымен байланысты, мұнда талшықты-оптикалық кабельдер мыс кабельдерін сенімді тығыздап, есептер үшін жергілікті желілер саласында оптикалық талшықтарға деген қызығушылықты одан әрі арттырады. Өнеркәсіп басқа технологиялық секірілімнің алдында тұр, нәтижесінде осы шешімдер тұтынушылар үшін одан да қолжетімді болуы керек.
Олардың ерекшеліктеріне байланысты талшықты-оптикалық жарықжетегіштер заманауи автоматтандырылған басқару және әр түрлі объектілерді, процестер мен өндірістерді басқару жүйесінде кеңінен таралған.

1. Волоконная оптика в измерительной и вычислительной технике/ А.Н.Казангапов, А.Л.Патлах, Р.Вильш, г.Швотцерг и др. – Алма-Ата: Наука, 1989.
2. Волоконно-оптические датчики/ [Т.Окоси, К.Окамото, М.Оцу и др.]; перевод с яп. Г.Н.Горбунова. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд.-ние, 1991.
3. Д.Дж.Стерлинг, младший. Техническое руководство по волоконной оптике. - М.: ЛОРИ, 1998.
4. Квєтний Р.Н. Математичні моделі розповсюдження хвиль у волоконних світловодах: Монографія/ Р.Н.Квєтний, Коцюбинський. – Вінниця: універсам, 2003.
5. Матвеев А.Н. Оптика [Учебн. Пособие для физ.спец. вузов]. – М.: Высшая школа, 1985.
6. Одномодовые волоконные световоды с модифицированной дисперсией / А.В. Белов, А.С. Курков, С.И. Мирошниченко, В.А. Семенов // Волоконная оптика. М.: Наука, 1993.
7. daily.sec.ru
8. library.mepti.ru
9. phys.onu.edu.ua
10. www.fasi.gov.ru
11. www.usu.ru

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Жоспары:
Кіріспе
Негізгі бөлім:
1) Жалпы түсінік
2) Спектральды тығыздау арнасы бар талшықты-оптикалық байланыс жүйесі
3) Жарық көздері
4) Талшықты жарықжетегіштер
5) Талшықты-оптикалық байланыс желісінің негізгі түрлері
6) Еліміздегі оптикалық талшық өндірісі
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе
Талшықты-оптика болашақта негізгі деректер беру ортасына айналатыны туралы идея бұрыннан таныс болды.
Талшықты оптика нарығы өсуде. Бұл өсу телекоммуникацияның қарқынды дамуымен байланысты, мұнда талшықты-оптикалық кабельдер мыс кабельдерін сенімді тығыздап, есептер үшін жергілікті желілер саласында оптикалық талшықтарға деген қызығушылықты одан әрі арттырады. Өнеркәсіп басқа технологиялық секірілімнің алдында тұр, нәтижесінде осы шешімдер тұтынушылар үшін одан да қолжетімді болуы керек.
Олардың ерекшеліктеріне байланысты талшықты-оптикалық жарықжетегіштер заманауи автоматтандырылған басқару және әр түрлі объектілерді, процестер мен өндірістерді басқару жүйесінде кеңінен таралған.
1. Жалпы түсінік
Талшықты жарықжетегіш - жіңішке кварцті жіп (диаметрі шамамен 0,1 мм), оның көмегімен жарық жалпы ішкі көрініс арқылы таралуы мүмкін. Талшықтағы жарықтың азаюы өте аз (0,1-1,0 дБкм), сондықтан талшықты жарықжетегіштр оптикалық сигналдарды ұзақ қашықтықта және кең жиілікте таратуда белсенді қолданылады. Кварц оптикалық жарықжегіштері арқылы таралатын оптикалық сигнал электромагниттік кедергіге ұшырамайды. Бұл қасиет оптикалық талшық арқылы таралатын, жарық қарқындылығы өлшенген мәнге (температура, қысым, және т.б.) сәйкес өзгеретін кезде, пассивті оптикалық-талшықты датчик жасау үшін қолданылған.
Алайда, осындай аналогтық оптикалық сигнал сәулелену лазер қуатының дрейфне және талшықты иілу кезінде жарық қарқындылығын кездейсоқ азайтуға байланысты қатты бұрмалануларға ұшырайды. Осы себепті жиілікті ақпараттық параметр ретінде қолдану идеясы пайда болды. Бұл жағдайда өлшенген параметр амплитудасын емес, жарық модуляциясының жиілігін өзгертеді, сондықтан мұндай сигнал ұзақ мерзімді дрейфтер мен талшықтағы жарық қарқындылығының қысқа мерзімді ауытқуларына сезімтал емес.
Қысым түрлендіргіші, жылдамдық , күш және т.б. сияқты механикалық микрорезонаторлар жарықтың модуляциялық жиілігінде қолданылады. Көбінесе микрорезонатор микромостик ретінде пайдаланылады, кремний пластинасында жағылған және екі жағында бекітілген. Өлшенген әсер микрорезонатор ішіндегі механикалық кернеуді, яғни оның иілу тербелісінің резонанстық жиілігін өзгертеді.
Микрорезонатордың тербелісі микрорезонатордың жартылай толқынды беті мен талшықтың жарықжетегіш жолағының соңғы бетімен қалыптастырылған талшықты-оптикалық интерферометр арқылы анықталады. Микрорезонатор тербелісінде интерферометрдің қабілеті өзгереді және осылайша талшықты жарықжетегіш кері әсер ететін жарық, микрорезонатор ауытқулар жиілігінде модуляцияланатын болады. Жеңіл модуляция жиілігін өзгерту арқылы өлшенген шаманың мәнін бағалауға болады.
Микрорезонатордың механикалық тербелістері талшықты жарықжетегіштің импульстік жарықпен жүзеге асырылады. Микромостик металл қабаты жабылған, сондықтан оның орталық бөлігі оптикалық сәулелену талшық арқылы қызады, микромостик бүгіледі. Микрорезонатордың тербелісі жарық микрорезонатордың табиғи резонанстық жиілігіне шамамен тең жиілікте модуляция болған жағдайда пайда болуы мүмкін. Интерферометр сигналының жоғары оптикалық сигналға енуіне жол бермеу үшін, олар толқын ұзындығы бойымен таралады.

2. Спектральды тығыздау арнасы бар талшықты- оптикалық байланыс жүйесі
Мұндай жүйелердің жұмыс істеу принципін 1-суреттен көруге болады. Әртүрлі шағылу толқын ұзындығы(қазіргі уақытта, әдетте, жарық көздерінен тәуелсіз) әрқайсысы өзінің ақпараратын тасымалдау - талшықты жарықжетегіш арнайы құрылғы мультиплексормен енгізіледі , оптикалық күшейткішпен күшейтіледі және талшықты байланыс желісімен таралады.
Байланыс желісі шығысында оптикалық күшейткіштен кейін шағылу демультиплексор көмегімен толқын ұзындығы бөлінеді.

1-сурет. Спектральды тығыздау арнасы бар талшықты- оптикалық байланыс жүйесінің принципиальды схемасы

Осы жүйелердің кейбір параметрлеріне қысқаша тоқталайық. Ақпаратты берудің толық жылдамдығы:
B=Nb
мұнда N - спектральды арналардың саны; b - бір арнада ақпарат беру жылдамдығы. Қазіргі уақытта мәндер b = 2.5; 5; 10; 20; 40 Гбитс. Спектральды арнаның ақпарат жылдамдығын 1-ден 160 Гбитс-ке дейін жетілдіріп, оптикалық уақытша ақпаратты қысуды пайдалану кезінде табысты жұмыс істеу үшін қолданылады. Спектральды арналардың саны 100-ге дейін жетеді. Қазіргі заманғы оптикалық күшейткіштердің күшейту жолағы 30-80 нм құрайды, ол берілген каналдар санының негізгі шектеулерінің бірі және ақпаратты берудің жалпы жылдамдығы. Көршілес арналардың (нм) толқын ұзындығының (жиілігінің) айырмашылығына келсек, қазіргі кезде бұл мән 0,25 (25 ГГц) - 0,75 (100 ГГц) аралығында.
Спектральды тығыздау арналары бар жүйелерде терабит жылдамдығы мұндай жүйелердің элементтеріне, ең алдымен жарық көздеріне, оптикалық күшейткіштерге және қазіргі кезде пайдаланылатын талшықты жарықжетегіштерге қойылатын нақты талаптарды қамтиды.

3. Жарық көздері
Жартылай өткізгіш лазерлер бөлінетін кері байланыспен кеңінен пайдаланылады, бірақ олардың маңызды кемшілігі - толқын ұзындығының сәулелену температурасының өзгеруіне сезімталдығы. Аралас спектральды каналдардың толқын ұзындығының айырмашылығы нанометрдің бір бөлігін құрайды, сондықтан жартылай өткізгіш лазерлерде олардың бүкіл термостабилизациясын орындау керек, бұл бүкіл жүйенің өзіндік құнын арттырады. Жарық көздерінің толқын ұзындығын бекіту дәлдігі 0,05 нм-нен кем болмауы керек. Талшықты лазер, әсіресе эрбиелік, 1,53-1,62 мкм спектрлі диапазонда сәулеленуді генерациялау осы жетіспеушіліктен босады. Олар лазерлік диодтармен шыңдалып, спектральды арна тығыздау жүйелері үшін тиімді және тұрақты жарық көзі болып табылады. Басқа перспективті көздер - суперконтинуум болып табылады, ол талшықты жарықжетегіштерде жеткілікті күшті фемтосекунд импульстарымен қозғалған бірқатар сызықты емес әсерлер арқылы генерацияланады. Оптикалық сүзгілерді қолдану, толқын ұзындығымен ерекшеленетін берілген шамаға қажетті жарық көзінің санын алуға мүмкіндік береді.

4. Талшықты жарықжетегіштер
Спектральды тығыздау арналарын пайдалану ең алдымен тиімді режим аймағына және дисперсияға, талшықты жарықжетегіш қасиеттері сөзсіз қатаң талаптарды құрайды. Бұл жағдайда барлық сигналдың суммарлық қуаты жоғарлайды және жарықжетегіште сызықты емес құбылыс болады, оған дейн төрт толқындық араласуға,шақырушы кедергілерге байланысты. Егер жарықжетегіште N толқын ұзындығы енгізілген болса,онда төрт толқындық араласу N2 (N - 1)2 жаңа толқынының ұзындығы пайда болады. Егер енгізілген толқын ұзындығының жарықжетегіш дисперсиясы нөлге жақын болса , онда фазалық синхронизм шарты орындалады және процесс өте тиімді өтеді.
2 - суретте осы процесте дисперсияның рөлін көрсетеді. D = 0 және D=2,5пснм:: км дисперсиясы бар талшықты жарықжетегіштер әрқайсысының қуаты 2 мВт болатын төрт спектральды арнаның сәулеленуін енгізеді. Оптикалық талшықтың ұзындығы 50 км-де (неғұрлым ұзағырақ жарықжетегіштер, сызықты емес процестердің тиімділігі жоғары) нөлдік емес дисперсиямен, қосымша толқын ұзындығы байқалмайды (4-толқынды араластыру есебінен). 25 км ұзындығы нөлдік дисперсиясы бар жарықжетегіштерде 4 толқынды араластыру тиімді жүргізіледі және 20-дан астам толқын ұзындығы анық көрінеді. Осыдан спектральды тығыздау арнасы бар талшықты жарықжетегішке қойылатын талап шығады - сәуле өткізуі толқын ұзындығында нөлге дейінгі (бірақ тым үлкен емес) дисперсия, бұдан дисперсия ұзындығын өлшеу толқын ұзындығынан ең аз болуы тиіс (спектрлі арна байланыс жүйесі үшін ақпарат беру жылдамдығын арттыруға нөлдік дисперсия жарықжетегіш қажет болды, сондай-ақ осындай жарықжетегіштер әзірленді: жарықжетегіш құрылымы үшін нөлдік дисперсия толқын ұзындығы салдарынан 1,3 мкм-ден-1,55 мкм толқын ұзындығы арасында сырғыған).

2-сурет. Талшықты жарықжетегіштің шағылу спектрінің шығысындағы әртүрлі дисперияда жарықжетегіштің төрт спектрлі каналдың 1546 нм толқын ұзындығына жақын шағылуы
Нәтижесінде спектральды арна тығыздау жүйелері үшін арнайы - нөлдік емес дисперсиямен араластырылған жарықжетегіштер әзірленді. Сызықты емес азайтудың тағы бір тәсілі - бірмодалық жарықжетегіш ядросының диаметрін ұлғайту, дәлірек айтқанда, тиімді Аэф модасының ауданың кеңейту. Бұл жағдайда сигналдардың шағылу қуат тығыздығы төмендейді, бұл сызықты емес құбылыстардың айтарлықтай әлсіреуіне алып келеді. Aeff 80 мкм2 болатын осындай бірмодалы талшықты жарықжетегіштер спектральды арна тығыздауымен эксперименттік жүйелерде әзірленген және пайдаланылады.
Алайда, осындай жарықжетегіштің нақты құрылымына байланысты, олардағы модалық өрістердің бөлінуі гаусстан (жарық қарқындылығын бөлудегі үлкен градиенттер) ерекшеленеді, бұл электроқұрылымнан туындаған күшті акустикалық реакцияға әкеледі. Үлкен радиалды жарық қарқындылығы градиенттері бірмодалы талшықты жарықжетегіштерде оптикалық импульстің электроқұрылымының көлденең акустикалық толқындары талшықты жарықжетегіштерде қозғауына әкелетіні белгілі. Бұл, өз кезегінде, тиімді сыну көрсеткішінің уақытша наразылығын тудырады, оптикалық импульстердің өзара әрекеттесуіне және ақыр соңында берілетін ақпараттардың жылдамдығын шектеуге алып келеді.
Қорытындылай келе, 1 Тбитс жылдамдығымен байланыс жүйелерін құру кезінде спектралды арналардың әртүрлі санын пайдалану, оптикалық күшейткіш және жарық көзі сияқты жеке арналардың ақпараттық сыйымдылығын таңдау арқылы сипатталатын әртүрлі тәсілдер қолданылатындығын айта аламыз. Бұл элемент базасының сенімділігін және спектральды арна тығыздауымен талшықты-оптикалық байланыс жүйелерінің үлкен мүмкіндігін көрсетеді.
5. Талшықты-оптикалық байланыс желісінің негізгі түрлері
Жарықжетегіште жарық сигналы қалай таралатынын қарастырайық. Жарық бағыттағышының қабырғаларынан сәулені бірнеше рет көрсететіндіктен, оптикалық талшықтан өтетін жарық импульс бірнеше модада айналды. Сонымен қатар, сәулелер бір мезгілде жарық бағыттауышына кірген соң әр түрлі бұрыштармен аяқталуы мүмкін. Нәтижесінде, бұл сәулелер (модалар) әртүрлі қашықтықтан өтеді және бір мезгілде емес, қабылдау соңында пайда болады. Бұл құбылыс интермодтық дисперсия деп аталады. Талшықтың ұзындығы қаншалықты ұзағырақ болса, келу уақытының өзгеруі неғұрлым көп болып, өткізу қабілеттілігі неғұрлым төмен болады.
Талшықты оптикалық байланыс желісін (ТОБЖ) металды кабель байланыс жүйелерімен салыстырғанда бір қатар артықшылықтары бар. Оларға: үлкен өткізгіштік қабілет, төмен басылулар, аз массалы және габаритті, жоғары кедергіден қорғағыш, сеннімді қауіпсіздік техникасы, іс ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.