Optikai kommunikáció 1
Kommunikáció - információ átvitele egyik pontról a másikra. Általában az információt nagyfrekvenciás elektromágneses rezgések (vivőfrekvenciás jelek) továbbítják, amelyeket a fogadóeszközön érkező alacsony frekvenciájú információs jelek modulálnak, ahol az információ alacsony frekvenciájú jelet demodulálják és kivonják.
Az emberiség hosszú ideig használta az optikai összeköttetést: tüzet vezettek a tükröket tükröző emelkedésekre. És ma a flottajellámpákban használják (a hajók közötti információcsere). Megpróbálták átadni a sugárzást egy belül csiszolt fém csövön keresztül, de sok fény veszett el.
Az optikai kommunikáció iránti érdeklődés a 20. század 60-as években újult meg. A lendület a lézer találmánya volt, és a rádiós sávot teljesen elsajátították. Információk továbbítása esetén szükséges, hogy a modulációs frekvencia 10, 100-szor kisebb legyen, mint a vivőfrekvencia. A modulációs frekvenciák egy bizonyos frekvenciasávot foglalnak el, és a szélesség nagyobb, annál nagyobb a továbbított információ mennyisége. A beszédadáshoz 10 - 1000 Hz sávszélesség elegendő a zenei programok továbbításához - 10 és 10 000 Hz között. Ez azt jelenti, hogy a vivőfrekvenciának ≥ 10 5 Hz-nek kell lennie a zeneátvitelhez. Egy televíziós csatorna átviteléhez kb. 10 7 Hz sávszélesség szükséges, és a vivőfrekvencia ≥ 10 8 Hz. A mikrohullámú sávban is csak mintegy 100 TV programot lehet továbbítani.
9. előadás Fiberoptika alapjai
A XX. Század ötvenes éveiben új irányt jelentett a tudomány: a száloptika, az optikai sugárzás optikai szálak általi terjedésének tudománya. Fény optikai kötegen keresztül, amelyet üvegszálakból készítettek. Abban az időben az optikai szál átvitel a spektrum látható tartományában 30-70% volt egy méter hosszúságban. Az üvegben számos szennyeződés van, amelyek csökkentik az átláthatóságot. A 20. század hetvenes évében a száloptika második születése akkor következett be, amikor a spektrum közel infravörös tartományában 1 dB / km optikai veszteségű kvarchomokalapú száloptikai szálak jelentek meg. Az átvitel volt
50% a több kilométeres hullámvezető hossza. Az optikai szálakban a hullámhullám, a jelcsillapítás vesztesége fehérek (B) és decibelek (dB) egységnyi hosszon kifejezve (A. Bell néven):
Bel a p2 (energiateljesítmény, intenzitás vagy elektromágneses energia) logaritmikus szintjének egysége az azonos értékű p1 kezdeti szinthez viszonyítva. Ha k = 1, akkor a méréseket D-ben kell venni, ha k = 10, akkor - dB-ben. Az optikai szálak veszteségei kevéssé függenek a frekvenciától, a csillapítás pedig akár 10 GHz-es frekvenciákon is elhanyagolható. Az 1. ábrán. A 33. ábra a jel csillapítását mutatja az optikai szál és a kétvezetékes rézkábel modulációs frekvenciájának függvényében.
Az Ohm-törvény szerint a fémhuzalon átáramló áram, egy váltakozó áramra, egy bőrhatásra figyelnek (az áram a vezetõ felületén halad), a modulációs frekvencia növekedésével a jelcsillapítás szinte exponenciálisan következik be.
Mi az üvegszálas fényvezető? Ez egy hosszú, rugalmas menet, amelynek magja nagy áttetszőségű dielektrikumból áll, amelynek törésmutatója n1. A magot egy héj veszi körül, amelynek törésmutatója n2 Ezeknek a mennyiségeknek a csökkentésével csak egyetlen módot lehet propagálni a fényvezetőn keresztül. Ebben az esetben egy szálas hullámvezetőt egyetlen üzemmódnak neveznek. Számos optikai hullámvezető szerkezet létezik, de a legelterjedtebb típusok három típusból állnak: többfokozatú léptető törésmutatóprofil; Multimód a refraktív index gradiens profiljával; singlemode. Egymódú rostokban általában 2a ≈ 5-10 μm (közel IR-tartományban), multimódus szálakban, több tíztől több száz mikronig. A multimodális szálak közötti különbség az 1-2%, egy üzemmódban - néhány tized százaléknál. A fényvezetők teljes átmérője: A fény szaporodása optikai szálon keresztül a teljes belső fényvisszaverésnek köszönhető a mag-héj interfészen. Amikor figyelembe venni a hullám tulajdonságait a fény, azt találtuk, hogy a folytonosság fénysugarak belül a szög a teljes belső visszaverődés a határától a vezetőszerkezet, csak korlátozott számú diszkrét szögek sugarak alkothatnak hullám irányadó szerkezetet. Szintén a teljes belső visszaverődés, ezek a sugarak kell felelniük Több állapot, amely abban áll, hogy miután két egymást követő reflexiók a falak a megfelelő hullámhosszú sugarak fázisban kell lennie, és így zavarják a kiszabása egymástól. Csak akkor, ha az ilyen hullámok megfelelnek a fázis feltétel, vetik alá, hogy a szerkezet és a forma egy önkonzisztens tér eloszlása irányított hullámok (módok). Ha ez a feltétel nem teljesül, a hullámok zavarják egymást úgy, hogy eloltják magukat és eltűnnek. Kvantálás a hullámok diszkrét számú irányított módok találtak csak a Maxwell-egyenletek megoldott valamilyen különleges fajta vezető szerkezetek. A gerendák a mag-héj felületén egy szögben következnek be A fény terjedése az optikai szál kíséri optikai jelenségek, mint a csillapítás az optikai jel, szélesítését rövid impulzusok a fény, a különböző nemlineáris folyamatok. A csillapítás az optikai jel optikai szál, azzal jellemezve, kvarcüveg, amelynek maximális átláthatóságot definiáljuk, mint az alapvető mechanizmusai abszorpciót és a szórást a fény a szemüveget, és az abszorpciós a szennyeződések és szerkezeti hibák. Az optikai veszteségek alapvető mechanizmusa a kvarcüvegben: az elektronikus átmenet miatt bekövetkező abszorpció; A rácsos rezgésekből adódó IR abszorpció, amely csak λ> 1,8 μm-nél játszik szerepet; Rayleigh fényszóródás inhomogenitással az üveg összetételében és sűrűségében, kisebb mint λ. Így a kvarcüvegen alapuló száloptikai szál a legnagyobb áttetszőséggel rendelkezik a 0,8-1,8 μm tartományban. Az optikai szálon át terjedő optikai impulzusok szélesedése kölcsönös átfedéshez vezet, ami korlátozza az optikai szál információs sávszélességét. A multimódusú rendszerek impulzusainak szélesítéséhez a legnagyobb mértékben az intermodális diszperzió - a különböző módok különböző csoportszaporítási sebessége. A módok csoportos sebességének különbsége jelentősen csökkenhet, biztosítva a törésmutató sima változását a parabolikus közelségű törvény szerint, maximum a szálas tengelyen. Fiber fényvezetők a λ régióban 1,3 μm lehetővé teszi a jelek sávszélességgel történő továbbítását A száloptikai kommunikációs vonal három fő modulból áll: - adó - modulátor, sugárforrás (LED, lézer); - vevő - p-i-n-dióda és jelfeldolgozó rendszer; - a sugárzás elemei, maga a szál, a fotodetektorral való kommunikáció eleme. A fény nagy távolságra történő továbbítására optikai kábeleket használnak. Amikor készültek, az egyes szálakat vékony polimer filmekkel borítják, majd összegyűjtik egy kötegben, amely egy burkolattal borított. A kábelen kívül a fonat, amely megvédi a mechanikai sérüléstől. A sugárzás bevezetése a fényvezetőbe, lencséket használnak. A hagyományos lencsék helyett az úgynevezett gradiens lencséket használják, amelyekben a gyújtótávolság nem geometriai, hanem olyan anyagok használatával, amelyek simán változó refrakciós indexekkel rendelkeznek. A gradiens rúd lencséket multiplexerek és demultiplexerek létrehozására használják. Az optikai szálak egyéb alkalmazási területein először is meg kell említeni az optikai giroszkópokat - az optikai mérőt a szögsebességekhez (Sagnac-effektus). A fényvezetők széles körű alkalmazási területe a fizikai mennyiségek érzékelője, amely a fényvezető tulajdonságainak a hőmérséklet, a nyomás és a mágneses mező hatása alatt bekövetkező változásán alapul. A száloptikai termékeket széles körben használják a képátvitelhez. Ehhez több fényvezető egy flexibilis kötegbe van összeállítva, amelynek végeit egy monolitba szinterelve és optikai feldolgozásnak vetik alá. Az ilyen hevederek az endoszkópokban használatosak. A félvezető szerkezetben lévő optikai szál sokszor lehetővé tette a félvezető lézerek teljesítményének növelését. Zh. I. Alferov a 70-es évek elején javasolták és hajtottak végre egy ilyen ötletet. Ehhez a kristály térfogatában lévő gallium-arzén-oxid aktív rétegét két réteg között helyezik el, kisebb törésmutatóval. Az ilyen struktúrát kettős heterostruktúrának nevezik. Most arra törekszünk, hogy száloptikás szálakat hozzunk létre a spektrum távoli infravörös régiójához. A kalkogén üvegeken alapuló szálakat tanulmányozzák.Q, a felületen részben visszaverődnek, a héjba törik. A Q szög szinuszát a szálas hullámvezető numerikus nyílásának nevezzük. A héj mentén közlekedő hullámok kiküszöbölésére a fényvezető egy második elnyelő héjjal van ellátva. A parazita hullámok gyors lebomlását okozza. A hullámvezetésen keresztül a fény terjedésének teljes képet a hullám-elmélet biztosítja, amely lehetővé teszi, hogy csak egy diszkrét módot tudjon átvinni rajta. Minden üzemmód vibrációt jelent, amelyet az elektromos és mágneses mezők bizonyos térbeli szerkezete és a megfelelő propagációs állandó határoz meg, vagyis a fázis sebességét.
Kapcsolódó cikkek