СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВОСП

Учебное пособие

Часть 1

Конспект лекций по дисциплине ВОСП

для студентов специальности 210404

«Многоканальные телекоммуникационные системы»

Хабаровск

Е.М. Некрасова. Конспект лекций по дисциплине «Волоконно-оптические системы передачи» (часть 1) для студентов среднего профессионального образования специальности 210404 «Многоканальные телекоммуникационные системы» - г. Хабаровск, ХИИК ГОУ ВПО СибГУТИ, 2007г

В первой части учебного пособия рассматриваются преимущества и недостатки «Волоконно-оптических систем передачи», характеристики оптических волокон, источники излучения, приёмники излучения, модуляторы оптических сигналов, оптические усилители.

Рецензент – заведующая кафедрой МТС ХИИК ГОУ ВПО «СибГУТИ» Кудашова Л.В, рассмотрено на методическом совете ХИИК ГОУ ВПО «СибГУТИ» СПО и рекомендовано к изданию.

г. Хабаровск, 2007г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение. Преимущества ВОСП и недостатки ВОСП……………….………4

1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВОСП………….…………..……………….……7

2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН.………………….…...9

2.1 Распространение света по волокну…….………………………..…….….9

2.2 Типы оптических волокон..……………………………………..……...…12

2.3 Затухание сигнала в волокне. Виды потерь в волокне ……………......17

2.4 Дисперсия и полоса пропускания…………………………………..…...24

3 ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ ВОСП……………....………...32

3.1 Природа излучения света. Источ­ники оптиче­ского излучения………..32

3.2 Принцип работы СИД ……..………………………………….…… ..…...35

3.3 Конструкции светодиодов для оптической связи………..……….…..….37

3.4 Основные характеристики СИД ….………………………………..…….39

3.5 Полупроводниковые лазеры (ППЛ)……….………………………..…….42

3.6 Модуляция оптических колебаний….…………………………….….…..52

3.7 Приемники оптиче­ского излучения…………………………..…….….…62

3.8 Технические характеристики фотоприёмников……..……………..…….67

3.9 Оптические усили­тели……….……………………………..………..……72

3.10 Полупроводниковые оптические усилители ППЛУ……………….……..……..75

3.11 Волоконные оптические усилители, легированные редкоземельными

элементами………………………………………………………….……...…..79

3.12 Основные технические параметры оптических усилителей…………...85

3.13 Нелинейные оптические усилители……………………..………….…...90

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.…………………….…...…94

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

ВВЕДЕНИЕ

Главная задача XXI столетия – глобальная информатизация. Решение столь великой задачи потребует создания сетей связи и передачи данных, покрывающих всю Землю. Сюда будут вовлечены все известные средства связи: космические, наземные эфирные, включая быстро развивающиеся сотовые, кабельные. Основы таких сетей закладываются уже сегодня. Опорной частью всепланетарной системы связи стали волоконно-оптические линии. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи обусловлено рядом преимуществ, которыми обладает передача информации по оптическому волокну.

Преимущества ВОСП

1) Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 10¹⁴Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. В настоящее время по одному волокну возможно организовать передачу до 50 миллионов телефонных каналов. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

2) Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.

3) Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.

4) Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность.

5) Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

6) Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

7) Экономичность. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличии от меди.

8) Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.

Недостатки ВОСП

Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации волоконно-оптические системы имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков вероятнее всего будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.

1) Высокая стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы должны преобразовываться в оптические и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежные специализированное коммутационное пассивное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.

2) Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же повреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.

3) Требование специальной защиты волокна. Прочно ли оптическое волокно? Теоретически да. Стекло как материал выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м²). Это, казалось бы, означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно не было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптический кабель упрочняется, например нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВОСП

Типовая схема системы связи, использующей ВОЛС, показана на рисунке 1.1

Аналоговый сигнал от телефонного аппарата поступает через абонентскую линию на узел коммутации, где аналого-цифровой преобразователь (кодер) оцифровывает его в битовый поток. Цифровой сигнал от компьютера преобразуется в аналоговый с помощью модема и также поступает на узел коммутации.

Поиск по сайту: