close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Красноярск 2010 - Институт фундаментальной биологии и

код для вставкиСкачать
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт Фундаментальной Биологии и Биотехнологии
биохимическая физика
РЕФЕРАТ
Оптоволокно
Студент
Преподаватель
Красноярск 2010
Гришпитенко М.В.
Суковатая И.Е.
Оглавление:
1.
2.
3.
4.
Введение…………………………………………………………………………………………3
Развитие оптико-волоконной связи………………………………………………4
Заключение…………………………………………………………………………………….7
Список литературы…………………………………………………………………………8
Введение.
Одной из технологических революций XIX века стало изобретение
способов передачи информации на большие расстояния, как по проводам,
так и без них, с помощью радиоволн. Поначалу казалось, что эти два
варианта должны полностью удовлетворять все информационные и
коммуникационные запросы человека. Однако для современного мира
пропускная способность этих каналов недостаточна. У этой пропускной
способности есть принципиальное ограничение, которое нельзя обойти
никакими технологическими усовершенствованиями, связанное с
медленностью процессов, протекающих в самом канале передачи.
Первая попытка передавать телефонный разговор с помощью света
была реализована Александром Грэмом Беллом еще в 1880 году, на заре
телекоммуникационных технологий. Его устройство — фотофон — с
помощью дрожащего зеркала конвертировало звуковую волну в
модулированный солнечный луч, который передавался получателю прямо
по открытому воздуху. Эта схема была, очевидно, подвержена световым
шумам, сильно зависела от состояния атмосферы и в любом случае
позволяла передавать сигналы лишь на небольшое расстояние в пределах
прямой видимости. Для более эффективной работы устройства требовалось
свет провести по каналу, защищенному от внешних световых помех.
Оптоволокно — помещенная в защитную оболочку тонкая, а потому
довольно гибкая стеклянная нить. Такой канал проводит свет за счет явления
полного внутреннего отражения. Так называется эффект, при котором свет,
идущий вдоль волокна и подходящий к границе раздела «стекло—воздух»,
не может выйти наружу, отражается обратно в стекло, и в результате идет
вдоль волокна, послушно следуя всем его изгибам.
В начале XX века делались попытки взять этот эффект на вооружение
для передачи световых сигналов на большие расстояния, однако тут
выяснилась неожиданная вещь — стекло оказалось не таким уж и
прозрачным материалом[1].
Развитие оптико-волоконной связи
В основе оптико-волоконной связи лежит явление полного внутреннего
отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с
разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из двух
элементов — сердцевины, являющейся непосредственным световодом, и
оболочки. Показатель преломления сердцевины несколько больше
показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света, испытывая
многократные переотражения на границе сердцевина-оболочка,
распространяется в сердцевине, не покидая её[2].
В 1934 г. американец Норман Френч запатентовал первую оптическую
телефонную систему. В ней речевые сигналы передавались с помощью
оптического кабеля, который должен был быть из чистого стекла или
похожего материала, имеющего небольшой коэффициент затухания.
Реализована эта концепция лишь спустя два с половиной десятилетия, когда
был найден подходящий передатчик - источник света. В 1958 г. лауреатами
Нобелевской премии был разработан лазер, который впервые заработал в
1960 г.
Проблема изготовления лазеров из полупроводниковых материалов
решена в 1962 г. Тогда же появляется приемник в виде полупроводниковых
фотодиодов. Оставалось найти подходящую передающую среду.
Ученые пробовали передавать свет по полому световоду, имеющему
зеркальные края и системы специальных линз. Англичане Чарльз Као и
Джордж Хокман в 1966 г. предложили стекловолокно в качестве среды для
передачи света3. Однако, чтобы система связи была эффективной,
необходимо было, чтобы волокно имело коэффициент затухания не более 20
дБ/км. Потери в современных видах кабеля составляли около 1000 дБ/км.
Тем не менее в сфере медицинских технологий уже в 50х были внедрены
световоды, передающие изображения на короткие расстояния [4].
В 1970 г. компания "Corning inc." создала оптические волокна с
коэффициентом затухания < 20 дБ/км при длине волны 633 нм. В 1972 г.
удалось добиться затухания 4 дБ/км. Современные одномодовые волокна
при длине волны 1550 нм. имеют коэффициент затухания 0,2 дБ/км[5].
Передатчики и приемники в свою очередь значительно усовершенствованы,
увеличена их мощность, чувствительность, а также их срок эксплуатации.
Существовало две глобальных проблемы при разработке оптических
систем передачи данных: источник света и носитель сигнала. Первая
разрешилась с изобретением лазеров в 1960 году, вторая — с появлением
высококачественных оптических кабелей в 1970 году. Это была разработка
Corning Glass Works. Затухание в таких кабелях составляло около 20 дБ/км,
что было вполне приемлемым для передачи сигнала в
телекоммуникационных системах. В то же время, были разработаны
достаточно компактные полупроводниковые GaAs-лазеры.
После интенсивных исследований в период с 1975 по 1980 год
появилась первая коммерческая волоконно-оптическая система,
оперировавшая светом с длиной волны 0,8 мкм и использовавшая
полупроводниковый лазер на основе арсенида галлия (AsGa). Битрейт систем
первого поколения составлял 45 Мбит/с, расстояние между повторителями
— 10 км.
22 апреля 1977 года в Лонг-Бич, штат Калифорния, компания General
Telephone and Electronics впервые использовала оптический канал для
передачи телефонного трафика на скорости 6 Мбит/с.
Второе поколение волоконно-оптических систем было разработано для
коммерческого использования в начале 1980-х. Они оперировали светом с
длиной волны 1,3 мкм от InGaAsP-лазеров. Однако такие системы всё ещё
были ограниченны из-за рассеивания, возникающего в канале. Однако уже в
1987 году эти системы работали на скорости до 1,7 Гбит/с при расстоянии
между повторителями 50 км.
Первый трансатлантический телефонный оптический кабель — ТАТ-8 —
был введён в эксплуатацию в 1988 году. В его основе лежала
оптимизированная технология Desurvire усиления лазера.
ТАТ-8 разрабатывался как первый подводный волоконно-оптический
кабель между Соединёнными Штатами и Европой.
Разработка систем волнового мультиплексирования позволила в
несколько раз увеличить скорость передачи данных по одному волокну. К
2003 году при применении технологии спектрального уплотнения была
достигнута скорость передачи 10,92 Тбит/с (273 оптических канала по 40
Гбит/с). В 2009 году лаборатории Белла посредством мультиплексирования
155 каналов по 100 Гбит/с удалось передать сигнал со скоростью 15,5 Тбит/с
на расстояние 7000 километров[6].
Заключение
Основное применение оптические волокна находят в качестве среды
передачи на волоконно-оптических телекоммуникационных сетях различных
уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных
сетей. Применение оптических волокон позволяет оперировать с
чрезвычайно высокими скоростями передачи, измеряемыми терабитами в
секунду.
Волоконно-оптическая связь находит всё более широкое применение
во всех областях — от компьютеров и бортовых космических, самолётных и
корабельных систем, до систем передачи информации на большие
расстояния, например, в настоящее время успешно используется волоконнооптическая линия связи Западная Европа — Япония, большая часть которой
проходит по территории России. Кроме того, увеличивается суммарная
протяжённость подводных волоконно-оптических линий связи между
континентами.
Оптическое волокно используется как датчик для измерения
напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и
фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, даёт
волоконно-оптическим датчикам преимущество перед традиционными
электрическими в определённых областях, так же используется в гидрофонах
в сейсмических или гидролокационных приборах[7].
Список литературы:
Xian Feng , Francesco Poletti, Angela Camerlingo, Francesca Parmigiani, Periklis
Petropoulos, Peter Horak, Giorgio M. Ponzo, Marco Petrovich, Jindan Shi, Wei H.
Loh, David J. Richardson,
Dispersion controlled highly nonlinear fibers for all-optical processing
at telecoms wavelengths, Optical Fiber Technology 16 (2010) 378–391
2
http://en.wikipedia.org
3
Kao, K.C.; Hockham, G.A.
Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies.; Optoelectronics, IEE
Proceedings J, ITT,UK 11 Ноябрь 2008
4
www.nobel.org
5
http://elementy.ru
6
Sonia Boscolo , Sergei K. Turitsyn, Keith J. Blow
Photonics Research Group, School of Engineering and Applied Science, Aston
University, Birmingham B4 7ET, United Kingdom,
Nonlinear loop mirror-based all-optical signal processing in
fiber-optic communications, Optical Fiber Technology 14 (2008) 299–316
Received 9 November 2007
7
search.newport.com
1
Документ
Категория
Физика
Просмотров
48
Размер файла
130 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа