77. Волоконно-оптические линии связи (волс). Примеры использования.

ВОЛС находят всё большее применение в устройствах передачи изображений, для обмена информацией между различными устройствами ЭВМ или отдельными машинами в вычислительных сетях, иерархических системах обработки информации.

По мнению специалистов ВОЛС займут доминирующее положение. Это связано:

• с малым поперечным сечением и малой массой волокон;

• большой широкополостностью;

• невосприимчивостью к внешним электромагнитным помехам- отсутствием внешних излучений;

• отсутствием К.З.;

• широким температурным диапазоном работы.

Основу ВОЛС составляет световод или оптическое волокно. Схема прохождения сигнала поясняется следующим рисунком.

1. отраженный луч света

2. выходящий луч света

3. сердцевина

4. оболочка

5. падающий луч света

Луч света падающий под углом  на торец световода, проходит в его сердцевину и отражается под углом R от оболочки.

Отражение происходит вследствие разности коэффициента отражения оболочки n₀ и сердцевины n_c; После многократного отражения луч света выходит из противоположного конца световода практически неизменным.

Показатели преломления сердцевины и оболочки определяют эффективность ввода излучения в световод. Чем больше разница, тем эффективнее световод. Неоправданно большая разница между показателями преломления сердцевины и оболочки ведет к увеличению дисперсии (расширения импульса).

Затухание света в световод обусловлено поглощением и рассеиванием в материале сердцевины и потерям на излучение. Степень поглощения света материалом световода определяется его примесями, каждый вид которой обладает определенной полосой поглощения. Так в волоконных световодах на основе кварцевого стекла основной примесью является ионы ОН^-, имеющие максимальные потери при длине волн 950 мм и слабые полосы поглощения на длинах волн 725, 825, 875 мм.

При концентрации ионов ОН^- равной 10^-6 – потери на длинных волнах вблизи 950 мм составляют~ 1дб/мм.

Уширение импульса в световодах происходит из- за наличия в них: дисперсии материала, межмодовой дисперсии.

Межмодовая дисперсия- следствие того, что свет введенный в световод под углом к оси, проходит более длинный путь, по сравнению со светом распространяющимся вдоль оси. Эта разница длин приводит к расплыванию входного импульса. В многомодовых световодах из кварцевого стекла с полимерной оболочкой уширение импульсов может быть 20 нс/км.

Дисперсия материала обуславливается нелинейной зависимостью показателя преломления материала от длины волны света. Для стеклянных световодов уширение импульса из- за дисперсии материала (длина волны 820 нм составляет 3,0 – 3,5 нс/км. Отсюда если принять критической длиной световода его длину, при которой уширение импульса равно длительности исходного импульса для определенной скорости передачи информации, то при V= 10 Мбит/с критическая длина световода равна 25 км при использовании в качестве источника света светоизлучающий диод (СИД) и 50 км при использовании лазерных источников света.

Изгибы световода приводят к потерям на излучение, которые сильно возрастают с уменьшением радиуса изгиба.

Наименьший допустимый радиус кривизны ограничен фактической прочностью световодов.

Относительная деформация определяется:

G_s=(((R+2r)/(R+r))-1)*100%

где r- радиус оболочки световода, м

R- радиус изгиба световода, м

Конструктивно световод состоит из сердцевины, покрытой несколькими слоями защитных материалов.

Первичное покрытие (5…10 мкм), лаковая плёнка из ацетата целлюлозы, эпоксидной смолы, силикона, уретана и др., защищает материал сердцевины от внешних воздействий и увеличивает механическую прочность.

Назначение последующих слоёв- устранение действующих поперечных сил и увеличение прочности на разрыв.

Группа световодов- оптический кабель, в который кроме световодов включают силовые элементы, наружные покрытия, демпфирующие элементы.

Отечественная промышленность выпускает большинство конструкций оптических кабелей, характеризующихся широким спектром параметров:

•  наружный 4- 8 мм

• прочность на разрыв- 50- 250 Н

• коэффициент затухания 5- 50 дб/км

• погонная масса 10- 50 кг/км

• температура -40…+70 ^оС

В качестве источника света – светодиоды, лазерные диоды.

Рассмотрим некоторые конструкции кабелей.

1. gd 10 световодов

2. упрочняющий элемент

3. покрытие

4. полимерная демпфирующая прокладка

5. полимерная оболочка

О бщий диаметр 7 мм.

б)

2- фидер

1. световод

3,7 - упрочняющие элементы

в)

1. световод

2. упрочняющий элемент

3. демпфирующий слой

4. защитный материал

г)

1. с ветовод

2. упрочняющий элемент

3. демпфирующий слой

4. защитный материал

Схема волоконно-оптической линии связи.

I- передатчик 1- возбудитель 4- оптический кабель 7- усилитель

II- приёмник 2- светодиод 6- фотодиод

Потери энергии при вводе в светодиод зависит от числовой аппаратуры и ~ 14- 18 дб., лазерный светодиод ~ 3 дб.

В ВОЛС со скоростью передачи информации до 50 Мбит/с следует использовать светодиоды, при более высоких скоростей- лазерные диоды. В случае необходимости включают регенерирующие устройства, обеспечивающие промежуточное усиление ослабленных сигналов и передачу усиленных сигналов в последующие участки ВОЛС.

Одной из основных проблем является обеспечение надежности разъёмных соединений.

Применение оптических линий позволяет уменьшить в 60 раз объем блока, по плотности упаковки в 65 раз. Достоинства:  скорость передачи,  помехозащищенность,  пропускная способность, гальваническая развязка. Недостатки: необходимы преобразователи (лазер, фотоприемник)