Достоинства оптико-волоконных  линий связи определяются в первую очередь специфическими свойствами стекловолокон, а именно, их малыми диаметром и массой, высокой пропускной способностью и тем, что на передачу информации не влияют даже значительные изгибы кабеля. К тому же для изготовления этих линий не нужны дорогостоящие цветные металлы, и они не подвержены влиянию электромагнитного поля. Чтобы получить волокно длиной в километр, необходим примерно один грамм чистого стекла. Такое волокно будет достаточно прочным: образец толщиной в человеческий волос способен выдержать растягивающее усилие величиной в пять килограммов.

Основным показателем качества стекловолокон в линиях связи является затухание световых сигналов на единицу длины. В первых лабораторных образцах этот показатель сведен к величине 0,01 дБ/км (децибел на километр), в волокнах промышленных кабелей — 3… 20 дБ/км.

Источником излучения в оптико-волоконных линиях являются квантовые устройства — лазеры и световые диоды, их излучение модулируется и «вводится» в стекловолокно. Приемное устройство с помощью фотодетектора вновь преобразует оптический сигнал в электрический. Основное преимущество  оптико-волоконных линий состоит в их чрезвычайно высокой пропускной способности. Прозрачность лучших образцов такова, что изображение, наблюдаемое через волокно длиной 1 км, будет четче, чем просматриваемое через обычное оконное стекло.

В системах связи наибольшее применение нашли многомодовые (многоволновые) стекловолокна, так как они дешевы и пригодны для передачи сигналов как лазеров, так и светодиодов.

Чрезвычайно важно добиться точного соединения оптических кабелей. Поэтому почти все фирмы, занимающиеся исследованиями в области оптико-волоконной связи , уделяют большое внимание разработке высококачественных разъемов. Неразъемные и разъемные соединения должны обеспечивать точное взаимное положение торцов оптических волокон, стыковку их между собой и с аппаратурой.

В зависимости от типа волокон  можно использовать в оптических генераторах когерентного лазеры и некогерентного  излучения. Например, излучения инжекционных полупроводниковых лазеров или лазерных диодов, светодиодов на основе GaAs, миниатюрных ионных неодимовых лазеров — YAG:Nd с «накачкой» от светодиода. Преимущество первых двух генераторов в том, что их габариты соответствуют размерам поперечного сечения волокна и их легко модулировать (менять интенсивность пучка) путем изменения тока «подкачки».

Излучение всех упомянутых оптических генераторов (в ближней инфракрасной области) согласуется со спектрами пропускания известных стекловолокон в диапазоне волн от 0,75 до 1,06 мкм. Но в светодиодах, из-за широкого излучаемого спектра (20 … 30 нанометров), ограничена максимальная частота модуляции, которая составляет несколько сотен мегагерц и уменьшается при возрастании длины линии передачи. Поэтому в системах передачи больших объемов информации на расстояния свыше нескольких километров, в качестве генераторов несущей частоты используются лазеры со спектром излучения 1 … 2 нанометра.

В ионных лазерах ширина полосы модуляции теоретически ограничивается шириной полосы модулятора, то есть светодиода. А в полупроводниковых лазерах ширина этой полосы практически уже превысила один гигагерц.

Специалисты работают над созданием лазера, который будет генерировать лишь одну волну. Ширина спектра излучения такого прибора будет не более 0,1 нм, что позволит уменьшить дисперсию оптического сигнала в кабеле.

Ученые стремятся увеличить срок службы лазеров и светодиодов. Созданы лазеры и диоды, срок службы которых  превышает 20 лет.

В оптических системах связи фотодетекторы создаются на основе полупроводниковых фотодиодов.  Широкое распространение получили фотодетекторы без внутреннего усиления  и лавинные фотодиоды с внутренним усилением. Последние позволяют повысить уровень сигнала без увеличения теплового шума. Однако и они создают дополнительный шум, величина которого зависит от величины усиления. В области 0,75 … 0,9 микрометра успешно работают кремниевые фото детекторы.

Повысить чувствительность приемного устройства можно двумя путями: увеличить нагрузку фотодетектора либо использовать более мощный усилитель. Тип фотодетектора для каждой оптико-волоконной линии  выбирается в зависимости от требуемой емкости канала связи, свойств кабеля и величины несущей частоты.

Возможности оптико-волоконных линий  определяются недавними успехами интегральной оптики. Уже созданы волноводные оптические модуляторы, фотодетекторы и коммутаторы, разрабатываются оптические изоляторы и тонкопленочные лазеры. Многого ожидают от интегральной магнитооптики, где для создания тонкопленочных волноводных структур предполагается использовать материалы, в которых наблюдаются электрооптические и электроакустические эффекты.

Впоследствии передающее и приемное оборудование (в том числе и лазерные модуляторы) будет объединено в интегральных оптических схемах, а многоволновые волокна уступят место одноволновым. К достоинствам  интегральных схем необходимо отнести их малые габариты и вес, то, что на их работу не влияют паразитарные возмущения и короткие замыкания, а также незначительное потребление мощности и наличие полной электрической развязки между входом и выходом.

Хотя стекловолокна обеспечивают хорошую электрическую изоляцию, по ним нельзя передавать энергию для питания устройств.  Выход, возможно, состоит в появлении интегральных оптических гибридных схем, где в качестве источника излучения будут применяться полупроводниковые лазеры. Это позволит расширить полосу до 10 гигагерц и уменьшить время распространения импульсов.

Расширение исследований в области оптической связи позволяет перейти к принципиально новым решениям в коммутационном оборудовании — созданию новых АТС, коммутирующих оптические, а не электрические сигналы.

Похожие записи: