реферат бесплатно, курсовые работы
 
Главная | Карта сайта
реферат бесплатно, курсовые работы
РАЗДЕЛЫ

реферат бесплатно, курсовые работы
ПАРТНЕРЫ

реферат бесплатно, курсовые работы
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

реферат бесплатно, курсовые работы
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Доклад по волоконной оптике

Доклад по волоконной оптике

Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет

Радиофизический факультет

Доклад

по волоконной оптике

студентов группы 2094/1

Михеева Евгения

и Агафонова Максима

10 ноября 2001 года

Санкт-Петербург

Введение

История вопроса

Разумеется, нет ничего нового в использовании частот оптического

диапазона для передачи информации. Визуальные методы связи широко

используются не только человеком, но и в животном мире. Человек применял

оптические сигналы для передачи информации на большие расстояния еще во

времена первобытной цивилизации. Днем он использовал для этого, например,

дымовые сигналы или отраженный солнечный свет, а ночью сигнальные огни. В

подтверждение этого можно привести два примера из истории Древней Греции.

В пьесе Эсхила «Агамемнон», написанной в V веке до н.э. и описывающей

события из греческой мифологии, происходившее за тысячелетие до ее

написания, приведены объяснения Клитемнестры того, как она узнала

предыдущей ночью о падении Трои:

«Гефест, пославшей с Иды вестовой огонь. Огонь огню, костер костру

известие передавал».

Затем она дает графическое описание девяти символов, использованных для

передачи новостей из Средней Азии в Аргос с помощью сигнальных огней.

Немного позже Геродот опишет, как в 480 г. до н.э. персидский

полководец Мордониус, размышлял об отправлении теми же средствами

аналогичного послания о взятии Афин своему императору Кирксу. Однако его

мечта осталась неосуществленной.

В каждом из приведенных примеров информация передавалась с помощью

заранее обусловленного сигнала. Хотя в древние времена были и более сложные

методы сигнализации, однако на протяжении столетий вплоть до изобретения

флажковой сигнализации в конце XVIII столетия, по-видимому использовались

только сигнальные огни. Со временем они были заменены машинным на суше и

флажковой сигнализацией и проблесковыми сигнальными лампами на море.

Последние, в свою очередь, были заменены телефоном и телеграфной

радиосвязью. К этому времени произошли существенные изменения в форме

(характере) передаваемой информации. Все ранние системы передачи информации

были такими, которые теперь мы назвали бы цифровыми системами, в то время

как телефон и радио позволили передавать аналоговую информацию в аналоговом

виде, т.е. в виде электрического колебания, непрерывно изменяющегося во

времени.

Новизна и преимущество современных оптических систем связи заключается

в том, что оптический сигнал обычно распространяется направленно по

световодной системе и обеспечивает высокую информационную емкость канала

связи.

Можно сказать, что современная эра оптической связи началась с

изобретения лазера в 1958 г. и последовавшем вскоре созданием первых

лазеров в 1961 г. По сравнению с излучением обычных источников оптического

диапазона лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью и

когерентностью и имеет очень большую интенсивность. Лазерное излучение в

самом деле очень похоже на излучение обычных радиопередатчиков СВЧ

диапазона, поэтому было совершенно естественно использовать его в качестве

несущего колебания в системах связи. На первом этапе основной причиной

интереса к лазерному излучению была возможность получения исключительно

широкой полосы пропускания при условии осуществления его модуляции в полосе

частот, составляющей всего несколько процентов от основной частоты

излучения лазера. В самом деле лазерная система связи на гелий-неоновом

лазере имеет полосу пропускания 470 ГГц (1% от основной частоты), в которой

можно разместить одновременно около миллиона телевизионных каналов.

В 60-е годы было предложено много технических решений по осуществлению

различных видов модуляции лазерных излучателей (частотный, фазовый,

амплитудный, по интенсивности и полярности, частотно-импульсный), а также

был создан ряд лазерных систем связи, использующих распространение света в

свободном пространстве.

В это же время широко проводились эксперименты по созданию направляющих

систем связи, в которых пучок вводился в канал передачи с помощью линз,

располагаемых друг от друга на расстоянии 10 или 100 метров. Благодаря

работам К.С. Као с сотрудниками из Standard Telecommunications Laboratories

в Харлоу (Англия) появился новый подход к созданию направляющих лазерных

систем связи. Они предложили для передачи светового сигнала использовать

длинные оптически волокна, подобные тем, которые уже использовались в

эндоскопии и других областях. Можно утверждать, что статья Као и Хокэма,

опубликованная в 1966 году, заложила основу теории волоконно-оптической

связи.

Основной причиной, сдерживающей практическую реализацию этой идеи, было

большое затухание сигнала в оптическом волокне. Если в ясный день

ослабление оптического сигнала в атмосфере составляет всего несколько дБ на

километр, то имевшиеся в то время лучшие стекла обладали минимальными

потерями в видимой области спектра (порядка 1000 дБ/км). Главный тезис Као

и Хокэма сводился к тому, что, если бы удалось уменьшить затухание в стекле

в видимой или ближней инфракрасной области спектра до 20 дБ/км, то стало бы

возможным создание практических волоконно-оптических систем связи. При

таком уровне затухания в волокне мощность передаваемого сигнала уменьшилась

бы 106 раз при прохождении расстояния 3 км. Производители стекла во главе с

фирмой Corning (США) нашли пути удаления примесей из материала волокна и

достигли этого требуемого уровня потерь в 1970 году, а к 1975 г. уменьшили

их до 20 дБ/км. Японские исследователи опубликовали результаты по получению

рекордно малых потерь в волокне, а именно 0,5 дБ/км в 1976 г. и 0,2 дБ/км в

1979 г. Если потерь 0,2 дБ/км могли быть обеспечены на большой длине

волокна, то мощность передаваемого сигнал уменьшилась бы лишь в 2 раза

после прохождения им расстояния 15 км. Следует, однако, подчеркнуть, что

приведенные рекордно малые потери были получены в лабораторных условиях на

более длинных волнах (1,55 мкм) и были достигнуты главным образом благодаря

удалению из волокна ионов гидроксила.

К 1980 г. многие фирмы в ряде стран уже выпускали волокно с потерями

менее 10 дБ/км и были созданы надежные полупроводниковые источники

оптического излучения (на GaAs) и фотодетекторы (на Si). Во всех странах,

имеющих развитую индустрию связи, стали проводится всесторонние испытания

волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), включаемых в обычные телефонные

сети.

Используемые в ВОЛС полупроводниковые источники света имеют неизменно

широкую полосу излучения, составляющую около 30 нм у светодиодов (СД) и

около 3 нм у полупроводниковых лазеров. Это означает, что по сравнению с

современной сложной системой радиосвязи оптические системы связи первого

поколения оказываются сравнительно простыми и, по существу, состоят только

из включаемого и выключаемого источника широкополосного «шума». Некоторые

самые ранние системы телеграфной радиосвязи использовали этот же принцип до

появления перестраиваемых избирательных систем, позволивших использовать

узкополосные несущие колебания. Теоретически исключительно широкая полоса

пропускания оптических систем связи оказалась нереалезуемой на практике,

однако в результате проведенных исследований все же была создана простая и

дешевая оптическая система связи.

Краткий обзор развития линий связи

Линии связи возникли одновременно с появлением электрического

телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие

несовершенства конструкции кабелей подземные кабельные линии связи вскоре

уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности была

построена в 1854 г. между Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов

прошлого столетия была построена воздушная телеграфная линия от Петербурга

до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 г. была пущена в

эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная

магистраль Москва—Хабаровск длиной 8300 км.

Создание первых кабельных линий связано с именем русского ученого П. Л.

Шиллинга. Еще в 1812 г. Шиллинг в Петербурге демонстрировал взрывы морских

мин, использовав для этой цели созданный им изолированный проводник.

В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и

Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный гуттаперчей.

Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в

1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г.

вступила в строй кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи

между Францией и США,

В 1882—1884 гг. в Москве, Петрограде, Риге, Одессе были построены

первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия

на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые

кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной

городской телефонной сети.

Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века,

позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это

были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной

изоляцией жил и парной их скруткой. В 1900—1902 гг. была сделана успешная

попытка повысить дальность передачи методами искусственного увеличения

индуктивности кабелей путем включения в цепь катушек индуктивности

(предложение Пупина), а также применения токопроводящих жил с

ферромагнитной обмоткой (предложение Крарупа). Такие способы на том этапе

позволили увеличить дальность телеграфной и телефонной связи в несколько

раз.

Важным этапом в развитии техники связи явилось изобретение, а начиная с

1912—1913 гг. освоение производства электронных ламп. В 1917 г. В. И.

Коваленковым был разработан и испытан на линии телефонный усилитель на

электронных лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная связь с

усилителями на линии Харьков—Москва—Петроград.

В 30-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. В

последующем стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить

пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так

называемых коаксиальных. Но массовое изготовление их относится лишь к 1935

г., к моменту появления новых высококачественных диэлектриков типа

эскапона, высокочастотной керамики, полистирола, стирофлекса и т. д. Эти

кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов

герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на

большие расстояния. Первая коаксиальная линия на 240 каналов ВЧ

телефонирования была проложена в 1936 г. По первым трансатлантическим

подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную

связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная

коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной

телефонной связи.

В 1965—1967 гг. появились опытные волноводные линии связи для передачи

широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие кабельные

линии с весьма малым затуханием. С 1970 г. активно развернулись работы по

созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и

инфракрасное излучения оптического диапазона волн.

Создание волоконного световода и получение непрерывной генерации

полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии

волоконно-оптической связи. К началу 80-х годов были разработаны и испытаны

в реальных условиях волоконно-оптические системы связи. Основные сферы

применения таких систем — телефонная сеть, кабельное телевидение,

внутриобъектовая связь, вычислительная техника, система контроля и

управления технологическими процессами и т. д.

В России и других странах проложены городские и междугородные волоконно-

оптические линии связи. Им отводится ведущее место в научно-техническом

прогрессе отрасли связи.

Линии связи и основные свойства ВОЛС

На современном этапе развития общества в условиях научно-технического

прогресса непрерывно возрастает объем информации. Как показывают

теоретические и экспериментальные (статистические) исследования, продукция

отрасли связи, выражающаяся в объеме передаваемой информации, возрастает

пропорционально квадрату прироста валового продукта народного хозяйства.

Это определяется необходимостью расширения взаимосвязи между различными

звеньями народного хозяйства, а также увеличением объема информации в

технической, научной, политической и культурной жизни общества. Повышаются

требования к скорости и качеству передачи разнообразной информации,

увеличиваются расстояния между абонентами. Связь необходима для

оперативного управления экономикой и работы государственных органов, для

повышения обороноспособности страны и удовлетворения культурно-бытовых

потребностей населения.

В эпоху научно-технической революции связь стала составным звеном

производственного процесса. Она используется для управления

технологическими процессами, электронно-вычислительными машинами, роботами,

промышленными предприятиями т. д. Непременным и одним из наиболее сложных и

дорогостоящих элементов связи являются линии связи (ЛС), по которым

передаются информационные электромагнитные сигналы от одного абонента

(станции, передатчика, регенератора и т.д.) к другому (станции,

регенератору, приемнику и т. д.) и обратно. Очевидно, что эффективность

работы систем связи во многом предопределяется качеством ЛС, их свойствами

и параметрами, а также зависимостью этих величин от частоты и воздействия

различных факторов, включая мешающие влияния сторонних электромагнитных

полей.

Различают два основных типа ЛС: линии в атмосфере (радиолинии РЛ) и

направляющие линии передачи (линии связи).

Отличительной особенностью направляющих линий связи является то, что

распространение сигналов в них от одного абонента (станции, устройства,

элемента схемы и т. д.) к другому осуществляется только по специально

созданным цепям и трактам ЛС, образующим направляющие системы,

предназначенные для передачи электромагнитных сигналов в заданном

направлении с должными качеством и надежностью.

В настоящее время по линиям связи передаются сигналы от постоянного

тока до оптического диапазона частот, а рабочий диапазон длин волн

простирается от 0,85 мкм до сотен километров.

Различают три основных типа ЛС: кабельные (КЛ), воздушные (ВЛ), волоконно-

оптические (ВОЛС). Кабельные и воздушные линии относятся к проводным

линиям, у которых направляющие системы образуются системами

“проводник—диэлектрик”, а волоконно-оптические линии представляют собой

диэлектрические волноводы, направляющая система которых состоит из

диэлектриков с различными показателями преломления.

Волоконно-оптические линии связи представляют собой системы для передачи

световых сигналов микроволнового диапазона волн от 0,8 до 1,6 мкм по

оптическим кабелям. Этот вид линий связи рассматривается как наиболее

перспективный. Достоинствами ВОЛС являются низкие потери, большая

пропускная способность, малые масса и габаритные размеры, экономия цветных

металлов, высокая степень защищенности от внешних и взаимных помех.

Основные требования к линиям связи

В общем виде требования, предъявляемые высокоразвитой современной

техникой электросвязи к междугородным линиям связи, могут быть

сформулированы следующим образом:

осуществление связи на расстояния до 12500 км в пределах страны и до 25 000

для международной связи;

широкополосность и пригодность для передачи различных видов современной

информации (телевидение, телефонирование, передача данных, вещание,

передача полос газет и т. д.);

защищенность цепей от взаимных и внешних помех, а также от грозы и

коррозии;

стабильность электрических параметров линии, устойчивость и надежность

связи;

экономичность системы связи в целом.

Кабельная линия междугородной связи представляет собой сложное

техническое сооружение, состоящее из огромного числа элементов. Так как

линия предназначена для длительной работы (десятки лет) и на ней должна

быть обеспечена бесперебойная работа сотен и тысяч каналов связи, то ко

всем элементам линейно-кабельного оборудования, и в первую очередь к

кабелям и кабельной арматуре, входящим в линейный тракт передачи сигналов,

предъявляются высокие требования. Выбор типа и конструкции линии связи

определяется не только процессом распространения энергии вдоль линии, но и

необходимостью защитить расположенные рядом ВЧ цепи от взаимных мешающих

влияний. Кабельные диэлектрики выбирают исходя из требования обеспечения

наибольшей дальности связи в каналах ВЧ при минимальных потерях.

В соответствии с этим кабельная техника развивается в следующих

направлениях:

1. Преимущественное развитие коаксиальных систем, позволяющих

организовать мощные пучки связи и передачу программ телевидения на

большие расстояния по однокабельной системе связи.

2. Создание и внедрение перспективных ОК связи, обеспечивающих получение

большого числа каналов и не требующих для своего производства

дефицитных металлов (медь, свинец).

3. Широкое внедрение в кабельную технику пластмасс (полиэтилена,

полистирола, полипропилена и др.), обладающих хорошими электрическими

и механическими характеристиками и позволяющих автоматизировать

производство.

4. Внедрение алюминиевых, стальных и пластмассовых оболочек вместо

свинцовых. Оболочки должны обладать герметичностью и обеспечивать

стабильность электрических параметров кабеля в течение всего срока

службы.

5. Разработка и внедрение в производство экономичных конструкций кабелей

внутризоновой связи (однокоаксиальных, одночетверочных, безбронных).

6. Создание экранированных кабелей, надежно защищающих передаваемую по

ним информацию от внешних электромагнитных влияний и грозы, в

частности кабелей в двухслойных оболочках типа алюминий — сталь и

алюминий — свинец.

7. Повышение электрической прочности изоляции кабелей связи. Современный

кабель должен обладать одновременно свойствами как высокочастотного

кабеля, так и силового электрического кабеля, и обеспечивать передачу

токов высокого напряжения для дистанционного электропитания

необслуживаемых усилительных пунктов на большие расстояния.

Таблица №1 Достоинства и недостатки оптоволоконной связи

Открытые системы связи

Направляющие системы связи

Конструкция и характеристика оптических кабелей связи

Классификация оптических кабелей связи

Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе

оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую

защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые

(упрочняющие) и демпфирующие элементы.

Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три

группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяется

подводные, объектовые и монтажные ОК.

Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие

расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми

затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью.

Используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125

мкм. Длина волны 1,3...1,55 мкм.

Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным

центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные

волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС

и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до |10 км) и большое

число каналов. Волокна-градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3

мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных

регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие

водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на

разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также

важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда

относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть

кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных

объектов (самолет, корабль и др.).

Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры.

Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.

Оптические волокна и особенности их изготовления

Основным элементом ОК является оптическое волокно (световод),

выполненное в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по

которому передаются световые сигналы с длинами волны 0,85...1,6 мкм, что

соответствует диапазону частот (2,3...1,2) • 1014 Гц.

Световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и

оболочки с разными показателями преломления . Сердцевина служит для

передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки — создание лучших

условий отражения на границе “сердцевина — оболочка” и защита от помех из

окружающего пространства.

Сердцевина волокна, как правило, состоит из кварца, а оболочка может

Страницы: 1, 2, 3


реферат бесплатно, курсовые работы
НОВОСТИ реферат бесплатно, курсовые работы
реферат бесплатно, курсовые работы
ВХОД реферат бесплатно, курсовые работы
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

реферат бесплатно, курсовые работы    
реферат бесплатно, курсовые работы
ТЕГИ реферат бесплатно, курсовые работы

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.