/>/>МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ІНАУКИ УКРАЇНИ
ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТКУРСОВА РОБОТА
на тему:
Фізико-технологічніоснови одержання оптичних волокон, для волоконно-оптичних ліній зв’язку
Зміст
Вступ
Розділ 1. Матеріалиякі використовуються для одержання оптичних волокон
1. Властивості кварцу
2. Очищення силікатного скла
3. Полімерні волокна
Розділ 2. Методи та технологіявиробництва оптичних волокон
2.1 Фізичні особливості оптичних волокон
2.2 Технологія виробництва
2.3 Метод осадження з газової фази
Розділ 3. Волоконно-оптичні лініїзв’язку
3.1 Волоконно-оптичний кабель
3.2 Електронні компоненти системоптичного зв’язку
3.3 Перспективи розвиткуоптоволоконної технології
3.4 Переваги та недоліки оптоволоконноїтехнології
Висновки
Список літератури
Вступ
Сучаснітелекомунікації важко представити без волоконно-оптичних ліній зв’язку. Щорікпо всьому світу прокладаються тисячі кілометрів оптоволокна. Проте серйознуконкуренцію іншим видам дротяного зв’язку воно склало відносно недавно. Стрімкепоширення оптоволоконних ліній намітилося останніми роками, не дивлячись на тещо їх впровадження почалося майже 20 років тому. Винахід в 1970 році фахівцямикомпанії Corning, Ink оптоволокна, що дозволило без ретрансляторів продублюватина ту ж відстань систему передачі даних телефонного сигналу по мідному дроту,прийнято вважати переломним моментом в історії розвитку оптоволоконнихтехнологій. Розробникам удалося створити провідник, який здатний зберігати неменше одного відсотка потужності оптичного сигналу на відстані одногокілометра. За нинішніми мірками це досить скромне досягнення, а тоді, безмалого 40 років тому, – необхідна умова, для того, щоб розвивати новий вигляддротяного зв’язку. Складається оптоволокно з центрального провідника світла(серцевини) — скляного волокна, оточеного іншим шаром скла – оболонкою, щоволодіє меншим показником заломлення, чим серцевина. Поширюючись по серцевині,промені світла не виходять за її межі, відбиваючись від покриваючого шаруоболонки. У оптоволокні світловий промінь зазвичай формуєтьсянапівпровідниковим або діодним лазером. Залежно від розподілу показниказаломлення і від величини діаметру сердечника .
Волоконна оптикахоч і є повсюдно використовуваним і популярним засобом забезпечення зв’язку,сама технологія проста і розроблена досить давно. Експеримент із зміною напрямусвітлового пучка шляхом заломлення був продемонстрований Данієлем Колладоном(Daniel Colladon) і Жаком Бабінеттом (Jacques Babinet) ще в 1840 році. Опіслядекілька років Джон Тіндалл (John Tyndall) використовував цей експеримент насвоїх прилюдних лекціях в Лондоні, і вже в 1870 році випустив працю, присвяченуприроді світла. Практичне вживання технології знайшлося лише в ХХ столітті. У20-х роках минулого століття експериментаторами Кларенсом Хаснеллом (ClarenceHasnell) і Джоном Бердом (John Berd) була продемонстрована можливість передачізображення через оптичні трубки. Цей принцип використовувався Генріхом Ламмом(Heinrich Lamm) для медичного обстеження пацієнтів. Лише у 1952 році індійськийфізик Наріндер Сингх Капані (Narinder Singh Kapany) провів серію власнихекспериментів, які і привели до винаходу оптоволокна. Фактично їм був створенийтой самий джгут із скляних ниток, причому оболонка і серцевина були зроблені зволокон з різними показниками заломлення. Оболонка фактично служила дзеркалом,а серцевина була прозорішою – так удалося вирішити проблему швидкогорозсіювання. Якщо раніше промінь не доходив та кінця оптичної нитки, інеможливо було використовувати такий засіб передачі на тривалих відстанях, тотепер проблема була вирішена. Наріндер Капані до 1956 року удосконаливтехнологію. В’язка гнучких скляних прутов передавала зображення практично безвтрат і спотворень.
Розділ1. Матеріали які використовуються для одержання оптичних волокон
1.1Властивості кварцу
З більшостівидів стекол найнижчим поглинанням у видимої області спектру володіє плавленийкварц — за умови високої міри очищення і гомогенності (однорідності по складу).Значні переваги кварцу обумовлені малими внутрішніми втратами на розсіювання.Висока температура плавлення кварцу (1610 З при швидкому нагріві, 1720 З приповільному), з одного боку, вимагає спеціальної технології для виготовленняоптичного волокна, а з іншої — допомагає позбавитися від різних домішок, яківипаровуються при нижчих температурах. Стекла, вживані для виготовленнясвітлопроводів (серцевини і оптичної оболонки), розрізняються показникамизаломлення n. У кварц (показник заломлення n = 1,4585 на довжині хвилі 0,589мкм) додається оксид бору (n = 1,4585 на довжині хвилі 0,589 мкм), що знижуєпоказник заломлення. Інший спосіб знизити показник заломлення плавленого кварцу- додати в нього фтор. На відміну від метастабільного характеру зміни цьогопоказника в чистого боросилікату, зниження його в боросиликатного скла здобавкою фтору — внутрішня властивість атомів фтору в матриці SiO2. Різницяпоказників заломлення чистого SiO2 і матеріалу з добавкою фтору збільшуєтьсялінійно з підвищенням молярної концентрації фтору аж до декількох відсотків.Показник заломлення кварцу зменшується на 0,2% при зміні молярній концентраціїфтору на 1%. При цьому оптичні властивості кварцу не погіршуються [ 2 ].
Кварц з добавкоюгерманію, який може бути використаний як матеріал серцевини оптоволокна, маєшироке вікно прозорості майже до 1,7мкм Більш переважним як легуючий матеріал(як дешевшого) є фосфорний ангідрид Р2О5. При додаванні до плавленого кварцуР2О5 для утворення бінарного скла внутрішнє поглинання матеріалу і розсіюваннямайже не збільшуються. Показник заломлення фосфоросилікатного скла збільшуєтьсялінійно (в усякому разі, для невеликого вмісту оксиду фосфору) із збільшеннямконцентрації Р2О5. Початковий приріст показника заломлення при зміні молярноїконцентрації Р2О5 на 1% складає 0,043%. В’язкість і температурний коефіцієнтлінійного розширення P2O5 і SiO2 розрізняються, і це обмежує кількістьфосфорного ангідриду, яка може бути введена в плавлений кварц для виготовленняоптоволокна.
1.2Очищення силікатного скла
Якість очищеннясилікатного скла (SiO2), вживаного в даний час в оптичних волокнах з малимивтратами, наближається до принципової межі, обумовленої властивостями самогоскла [ 5 ]. Цей успіх в результаті виявлення і усунення всіх чинників, щообумовлюють оптичні втрати. Концентрації таких включень, як мідь, залізо іванадій, були понижені до декількох долею на мільярд часток. Концентраціязабруднення водою і гидроксогруппой (ВІН) були зменшені майже до настільки жнизького рівня. Допуски серцевини волокон, що випускаються зараз, на розміри іміру відхилення від кругового перетину менше, ніж один мікрон на багатокілометрів довжини. Бульбашки і дефекти поверхні по суті усунені. Чистотавихідних речовин, вживаних для виготовлення скла, в значній мірі визначає йоговисоку якість по всіх контрольованих параметрах. У випадку з оксиднимистеклами, до яких відноситься і кварцеве, основні втрати пов’язані зпоглинанням іонами перехідних металів (ванадію, заліза, хрому, міді, кобальту,нікелю, марганцю), а також гідроксильними групами. Отже, в більшості випадківпереважно застосовувати кварцеві стекла, оскільки вони володіють рядом переваг.При цьому двоокис кремнію як складова частина може бути отримана з дуже високоюмірою чистоти. Необхідні пари підбираються виходячи з експериментальних даних,умов експлуатації і кінцевої вартості виробу.
Деякі найбільшзагальні типи стекол і їх композиції представлені в таблиці:Структурна форма Структурний модифікатор (легуюча добавка) Структурна форма Структурний модифікатор (легуюча добавка) SiO2 K2O Al2O3 CAO B2O3 MGO Na2O3 PBO
1.3Полімерні волокна
Стекла — неєдиний прозорий матеріал у видимої і інфрачервоної області, прозорі і багатополімерів [ 9 ]. Полімери мають наступні переваги: з них легко формуватиелементи, у тому числі і волоконні, вони дешевші, при їх виготовленнівикористовуються менші температури, чим для скла. Проте до недавнього часуоптичні втрати в полімерах були набагато вищі, ніж в склі. Проте втрати вполімерах можуть бути зменшені за рахунок зрушення смуги поглинання, пов’язаноюз коливаннями C-H (полімер в основному складається із зв’язків вуглець-водень).Для цього необхідно замінити водень на фтор і із-за збільшення ефективної масиколивальної системи поглинання зрушиться в інфрачервону область, невикористовуваною при передачі зображень[ 4 ]. Таким чином, можна отриматималеньке поглинання аж до довжин хвиль 1,3 мкм. Подібна заміна не зв’язана звеликими витратами. Стекла і полімери — аморфні матеріали; бувають волокнаполікристалічні, їх отримують за допомогою витискування з кристалічного стержняна спеціальній машині — екструдері. Полікристалічні волокна роблять зазвичайневеликої довжини — метри-десятки метрів і, як правило, використовують дпередачі потужного лазерного випромінювання.
Пластикове, або полімерне, оптичне волокно,випереджає скловолокно по співвідношенню ціна-продуктивність. Пластиковісвітлопроводи здатні працювати в температурному режимі — від – 40С до + 85C. Без збитку для оптичних характеристик вони можуть витримувати радіус вигину до 20 мм і не ламаються навіть при радіусі вигину в 1 мм. Така гнучкість дозволяє пластиковомусвітлопроводу з легкістю досягати важкодоступних місць, проникаючи крізь великукількість досить крутих перегинів [ 6 ]. Але пластикове волокно має одиністотний недолік: порівняно велика дисперсія світлового імпульсу, поданого навхід. Це обставина і обмежує максимальну довжину прольоту сотнею метрів, щоцілком достатньо для передачі зображення на відстань всього декількох метрів.
Розділ 2. Методи татехнологія виробництва оптичних волокон
2.1 Фізичніособливості оптичних волокон
Широкосмуговаоптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою частотою, що несе оптоволокно. Це означає, що по оптичній лінії зв’язку можна передавати інформацію ізшвидкістю порядку 1 Терабіт/с.[ 7 ]
Кажучи іншимисловами, по одному волокну можна передати одночасно 10 мільйонів телефоннихрозмов і мільйон відеосигналів. Швидкість передачі даних може бути збільшена зарахунок передачі інформації відразу в двох напрямах, оскільки світлові хвиліможуть поширюватися в одному волокні незалежно один від одного. Крім того, воптичному волокні можуть поширюватися світлові сигнали двох різних поляризацій,що дозволяє подвоїти пропускну спроможність оптичного каналу зв’язку (рис.2.1).
/>
(рис.2.1)Поширення світла в світловоді
На сьогоднішнійдень межа по щільності передаваної інформації по оптичному волокну недосягнута. А це означає, що до цих пір при настільки сильній завантаженостінашого Інтернету не знайшлося стільки інформації, яка при одночасної передачіпривела б до зменшення швидкості передаваного потоку даних.
Дуже мале (впорівнянні з іншими середовищами) загасання світлового сигналу у волокні.Іншими словами втрата сигналу за рахунок опору матеріалу провідника. Кращізразки російського волокна мають настільки мале загасання, що дозволяє будуватилінії зв’язку завдовжки до 100 км. без регенерації сигналів. У оптичнихлабораторіях США розробляються ще «прозоріші», так званіфтороцирконатні волокна. Лабораторні дослідження показали, що на основі такихволокон можуть бути створені лінії зв’язку з регенераційними ділянками через 4600 км. при швидкості передачі порядка 1 Гбіт/с.
Волокновиготовлене з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію, широко поширеного,а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді, звідси і порівняно не великаціна і практично відсутність випадків крадіжки з метою здачі на металобрухт
Оптичні волокнамають діаметр близько 1 – 0,2 мм, тобто дуже компактні і легкі, що робить їхперспективними для використання в авіації, приладобудуванні, в кабельнійтехніці.[ 8 ]
Скляні волокна — не метал, при будівництві систем зв’язку автоматично досягається гальванічнарозв’язка сегментів. Застосовуючи особливо міцний пластик, на кабельних заводахвиготовляють підвісні кабелі, що самонесущие, не містять металу і тим самимбезпечні в електричному відношенні. Такі кабелі можна вмонтовувати на щоглахіснуючих ліній електропередач, як окремо, так і вбудовані у фазовий дріт,економлячи значні засоби на прокладку кабелю через річки і інші перешкоди.
Системи зв’язкуна основі оптичних волокон стійкі до електромагнітних перешкод, а передавана посвітлопроводах інформація захищена від несанкціонованого доступу.Волоконно-оптичні лінії зв’язку не можна підслухати неруйнівним способом. Всякідії на волокно можуть бути зареєстровані методом моніторингу (безперервногоконтролю) цілісності лінії. Теоретично існують способи обійти захист шляхоммоніторингу, але витрати на реалізацію цих способів будуть настільки великі, щоперевершать вартість перехопленої інформації. Наприклад ви все ж вирішили цезробити. Для виявлення перехоплюваного сигналу вам знадобиться перебудовуванийінтерферометр Майкельсона спеціальної конструкції. Причому, видимістьінтерференційної картини може бути ослаблена великою кількістю сигналів,одночасно передаваних по оптичній системі зв’язку. Можна розподілити передавануінформацію по безлічі сигналів або передавати декілька шумових сигналів,погіршуючи цим умови перехоплення інформації. Буде потрібно значний відбірпотужності з волокна, аби несанкціоновано прийняти оптичний сигнал, а цевтручання легко зареєструвати системами моніторингу.[ 10 ]
Важливавластивість оптичного волокна — довговічність. Час життя волокна, тобтозбереження ним своїх властивостей в певних межах, перевищує 25 років, щодозволяє прокласти оптико-волоконный кабель один раз і, в міру необхідності,нарощувати пропускну спроможність каналу шляхом заміни приймачів і передавачівна більш швидкодіючі, без заміни самого кабелю.
2.2Технологія виробництва
Технологіївиробництва оптоволокна всього три десятки років. Це якщо вважати від моментупояви перших теоретичних робіт, в яких була показана принципова можливістьстворення світлопроводів 1 з прийнятним, менше 20 дБ/км, загасанням. Першізразки, що задовольняють цій вимозі, були створені на початку сімдесятих років.А до того ясність, з чого краще всього робити світлопроводи, повністю відсутня:учені досліджували багатокомпонентні склади скла, пропонували навітьвикористовувати капіляри з рідиною. Врешті-решт зупинилися на волокні зкварцевого скла.Технологічний процес виготовлення світлопроводів наоснові кварцевого скла ділиться на два етапи.
Перший етап — здобуття заготівки, яка є скляним стержнем завдовжки порядка метр і діаметромблизько 10-20 мм. Для цього існує декілька способів кожен з них має своїпереваги і недоліки.
2.3Метод осадження з газової фази
Перший спосібназваний «модифікованим методом хімічного осадження з газової фази»(MCVD). Уявіть собі подібність токарного верстата, в якому на місце різцявстановлений киснево-водневий пальник [ 9 ]. У верстат затискається склянатрубка і через неї на першому етапі пропускається хлорид кремнію і кисень(насправді склад суміші складніший). У гарячій зоні напроти пальникасинтезується оксид кремнію. Утворюються, фігурально виражаючись, пушинкиокисли, які дрейфують з гарячої області в холоднішу і прилипають до стінки. Цейпроцес називається термофорезом, він добре описується і пояснюється кінетичноютеорією. Осадження відбувається не в місці нагріву полум’ям, а перед ним — там,куди полум’я ще не дійшло. На поверхні трубки утворюється пористий шар окислу,і, рухаючись далі, пальник його проплавляє — склить. Так виходить шар чистогоскла. При наступних проходах через трубку пропускають ще і германій у виглядіхлориду. Таким чином легують матеріал світлопровода, створюючи в нім градієнткоефіцієнта заломлення. Після того, як необхідне число шарів готове, подачухлоридів вимикають, а температуру полум’я збільшують — в результаті трубкаплавиться і схлопується просто під дією сил поверхневого натягнення.
В основному цейметод був розроблений компанією AT&T, яка виробляє більше третини всьогооб’єму волокна в світі. Як вже було сказано, метод найпростіший. Проте длянього потрібна дуже хороша труба-заготівка без включень, оскільки включення — це центри напруги, з якої може почати зростати тріщина. З цим досить успішноборються шляхом хімічної або вогневої поліровки поверхні трубок [ 1 ].
Інший метод,яким користується фірма «Корнінг», називають ще зовнішнім осадженням(на відміну від першого — внутрішнього): скло осідає на вогнетривкий стерженьпрямо з полум’я пальника, куди подаються хлориди вихідних речовин. Оскількиосадження відбувається в атмосфері полум’я, в такому матеріалі залишаєтьсябагато води, що вийшла в результаті окислення водню. Тому, після того, якцентральний стержень виймають, доводиться продувати заготівку хлором, якийекстрагує воду. І лише після цього заготівка склиться.
У третьомуметоді, розробленому японськими фірмами, серед яких NTT, «Сумітомо» іін., реалізована складніша конструкція. Заготівка зростає з приманки,розташованої на певній відстані вище полум’я пальника, що має складну шаровуструктуру, як в рулету. У середину полум’я подають суміш хлоридів германію ікремнію, потім шар буферного газу, потім лише хлорид кремнію для чистого скла,потім знову буферний газ, і, врешті-решт, на краю пальника, кисень з воднем — те, що, власне кажучи, і горить. Речовина осідає на тільки що створену в цьомуж процесі поверхню. Проте відстань до цієї поверхні має бути строга фіксованим,і заготівка постійно відсовується від полум’я пальника. Таким методом можнастворювати заготовки, які вистачає на декілька тисяч кілометрів волокна, а впринципі процес може бути безперервний — у міру виготовлення заготівки з неї жможна витягувати волокно. На другому етапі кінець заготівки розм’якшують в печіі тягнуть з нього волокно. При витягу не відбувається змішування окремих шарів- при цьому відбувається, виражаючись математичною мовою, перетворенняподібності. Тобто, якщо діаметри серцевини і оболонки заготівки відносилися, якодин до десяти, то так воно буде і у витягнутому волокні. Витяг світлопроводівпроводиться в стільки ж чистих приміщеннях, як і при виробництві мікросхем, абина їх поверхню не потрапляли порошинки — ті ж самі включення. Після того, якволокно остигне, на нього наноситься захисна плівка полімеру [ 4 ].
Одномодовеволокно
При доситьмалому діаметрі волокна і відповідній довжині хвилі через світлопровід поширюватиметьсяєдиний промінь. Взагалі сам факт підбору діаметру сердечника під одномодовийрежим поширення сигналу говорить про частковість кожного окремого варіантуконструкції світлопровода. Тобто під одномодовістю слід розуміти характеристикиволокна відносно конкретної частоти використовуваної хвилі. Поширення лишеодного променя дозволяє позбавитися від міжмодової дисперсії, у зв’язку з чимодномодові світлопроводи на порядки производительнее. На даний моментзастосовується сердечник із зовнішнім діаметром близько 8 мкм. Як і у випадку збагатомодовими світлопроводами, використовується і ступінчаста, і градієнтнащільність розподілу матеріалу. Другий варіант продуктивніший. Одномодоватехнологія тонша, дорожча і застосовується в даний час в телекомунікаціях.Оптичне волокно використовується у волоконно-оптичних лініях зв’язки, якіперевершують електронні засоби зв’язку тим, що дозволяють без втрат з високоюшвидкістю транслювати цифрові дані на величезні відстані. Оптоволоконні лініїможуть як утворювати нову мережу, так і служити для об’єднання вже існуючихмереж — ділянок магістралей оптичних волокон, об’єднаних фізично на рівнісвітлопровода, або логічно — на рівні протоколів передачі даних. Швидкістьпередачі даних по ВОЛС може вимірюватися сотнями гигабит в секунду. Вже зараздоопрацьовується стандарт, що дозволяє передавати дані із швидкістю 100 Гбіт/с,а стандарт 10 Гбіт Ethernet використовується в сучасних телекомунікаційнихструктурах вже декілька років.
Багатомодове волокно
У багатомодовомуОВ може поширюватися одночасно велике число мод – променів, введених всвітлопровід під різними кутами [7]. Багатомодове ОВ володіє відносно великимдіаметром серцевини (стандартні значення 50 і 62,5 мкм) і, відповідно, великоючисловою апертурою. Більший діаметр серцевини багатомодового волокна спрощуєвведення оптичного випромінювання у волокно, а м’якші вимоги до допустимихвідхилень для багатомодового волокна дозволяють зменшити вартість оптичнихприемо-передатчиков. Таким чином, багатомодове волокно переважає в локальних ідомашніх мережах невеликої протяжності. Основним недоліком багатомодового ОВ єнаявність міжмодової дисперсії, що виникає через те, що різні моди проробляютьу волокні різну оптичну дорогу. Для зменшення впливу цього явища було розробленобагатомодове волокно з градієнтним показником заломлення, завдяки чому моди уволокні поширюються по параболічних траєкторіях, і різниця їх оптичних доріг,а, отже, і міжмодова дисперсія істотно менша. Проте наскільки не були бзбалансовані градієнтні багатомодові волокна, їх пропускна спроможність непорівняється з одномодовими технологіями.
Розділ3. Волоконно-оптичні лінії зв’язку
3.1Волоконно-оптичний кабель
На сьогодні всвіті декілька десятків фірм, що виробляють оптичні кабелі різного призначення [2 ]. Найбільш відомі з них: AT&T, General Cable Company (США); Siecor(ФРН); BICC Cable (Великобританія); Les cables de Lion (Франція); Nokia(Фінляндія); NTT, Sumitomo (Японія), Pirelli(Італія).
Визначальнимипараметрами при виробництві ВОК є умови експлуатації і пропускна спроможністьлінії зв’язку. За умовами експлуатації кабелі підрозділяють на:
монтажні
станційні
зонові
магістральні.
Перших двохтипів кабелів призначено для прокладки усередині будівель і споруд. Воникомпактні, легкі і, як правило, мають невелику будівельну довжину. Кабеліостанніх двох типів призначені для прокладки в колодязях кабельних комунікацій,в ґрунті, на опорах уподовж ЛЕП, під водою. Ці кабелі мають захист відзовнішніх дій і будівельну довжину більше двох кілометрів. Для забезпеченнявеликої пропускної спроможності лінії зв’язку виробляються ВОК, що містятьневелике число (до 8) одномодових волокон з малим загасанням, а кабелі длярозподільних мереж можуть містити до 144 волокон як одномодових, так ібагатомодових, залежно від відстаней між сегментами мережі.
При виготовленніВОК в основному використовуються два підходи:
конструкції звільним переміщенням елементів
конструкції зжорстким зв’язком між елементами.
По видахконструкцій розрізняють кабелі повивной скручування, пучкового скручування, зпрофільним сердечником, стрічкові кабелі. Існують багаточисельні комбінаціїконструкцій ВОК, які у поєднанні з великим асортиментом вживаних матеріалівдозволяють вибрати виконання кабелю, що щонайкраще задовольняє всім умовам проекту,у тому числі – вартісним.
Окреморозглянемо способи зрощення будівельних довжин кабелів
Зрощеннябудівельних довжин оптичних кабелів виробляється з використанням кабельних муфтспеціальної конструкції. Ці муфти мають два або більш кабельних введення,пристосування для кріплення силових елементів кабелів і одну або декількасплайс-пластин. Сплайс-пластина — це конструкція для укладання і закріпленняволокон різних кабелів, що зрощуються [ 6 ].
Після того, якоптичний кабель прокладений, необхідно з’єднати його з приймально-передавальноюапаратурою. Зробити це можна за допомогою оптичних комутаторів (з’єднувачів). Усистемах зв’язку використовуються комутатори багатьох видів.
3.2Електронні компоненти систем оптичного зв’язку
Перше поколінняпередавачів сигналів по оптичному волокну було упроваджене в 1975 році. Основупередавача складав світо діод, що працює на довжині хвилі 0.85 мкм вбагатомодовому режимі.
Протягомподальших трьох років з’явилося друге покоління – одномодові передавачі, щопрацюють на довжині хвилі 1.3 мкм.
У 1982 роцінародилося третє покоління передавачів — діодні лазери, що працюють на довжиніхвилі 1.55 мкм. Дослідження продовжувалися, і ось з’явилося четверте поколінняоптичних передавачів, що дало початок когерентним системам зв’язку, — тобтосистемам, в яких інформація передається модуляцією частоти або фазивипромінювання. Такі системи зв’язку забезпечують набагато більшу дальністьпоширення сигналів по оптичному волокну. Фахівці фірми NTT побудували безрегенераторну когерентну волоконно-оптичну лінію зв’язку STM-16 на швидкістьпередачі 2.48832 Гбіт/с протяжністю в 300 км., а в лабораторіях NTT на початку 1990 року учені вперше створили систему зв’язку із застосуванням оптичнихпідсилювачів на швидкість 2.5 Гбіт/с на відстань 2223 км.
Поява оптичнихпідсилювачів на основі світлопроводів здатних підсилювати сигнали, дало початокп’ятому поколінню систем оптичного зв’язку. В даний час швидкими темпамирозвиваються системи оптичної телекомунікації на відстані в тисячі кілометрів.Успішно експлуатуються трансатлантичні лінії зв’язку США-Європа ТАТ-8 і ТАТ9,ТИХООКЕАНСЬКА лінія Гавайські для США Острови-Японія ТРС-3. Ведуться роботи позавершенню будівництва глобального оптичного кільця зв’язку Японія – Сінгапур –Індія — Саудівська Аравія-Єгипет-Італія [ 8 ].
Останніми рокамиразом з когерентними системами зв’язку розвивається альтернативний напрям:солітонові системи зв’язку. Солітон — це світловий імпульс з незвичайнимивластивостями: він зберігає свою форму і теоретично може поширюватися по”ідеальному” світлопроводу нескінченно далеко. Солітони є ідеальнимисвітловими імпульсами для зв’язку. Тривалість солітона складає приблизно 10триліонних долий секунди (10 пс). Солітонові системи, в яких окремий бітінформації кодується наявністю або відсутністю солітона, можуть мати пропускнуспроможність не менше 5 Гбіт/с на відстані 10 000 км. Таку систему зв’язку передбачається використовувати на вже побудованій трансатлантичнійлінії ТАТ-8. Для цього доведеться підняти підводний ВОК, демонтувати всірегенератори і зростити всі волокна безпосередньо. В результаті на підводніймагістралі не буде жодного проміжного регенератора.
3.3Перспективи розвитку оптоволоконної технології
Що стосуєтьсяперспектив оптоволоконних провідників, то дослідники шукають відповіді надекілька питань: як протистояти нелінійним ефектам, звести до мінімуму бітовізбої, підвищити підсумкову потужність, а заразом і розширити зону діїпідсилювача. Деякі попередні рішення вже відомі. Наприклад, збільшити ефективнуплощу оптоволоконного провідника можна змінивши коефіцієнт заломлення серцевиниі зовнішніх кілець оптоволокна. Добитися цього удасться, якщо створитицентральну трикутну зону і зовнішнє кільце з матеріалу з високим коефіцієнтомзаломлення. Інший варіант – змінити коефіцієнт заломлення за допомогою двохзовнішніх кілець серцевини волокна. У обох випадках зовнішнє кільце забезпечуєрозподіл світла з центральної зони і розсіює його на більшій площі, строгонаправляючи промені по радіусу потрібної довжини. В результаті зменшуєтьсяпікова потужність серцевини, підвищується гнучкість оптоволокна і при цьомузберігається світлонепроникність зовнішньої оболонки.
Ще один спосібуправління дисперсією – використання погоджених з керованою дисперсією парволокон (NDSF-волокон). Їх переваги очевидні: швидкість передачі данихподвоюється в порівнянні з волокном, що не має зрушення дисперсії(NZDF-волокном). Підтвердити це можна на простому прикладі. Якщо швидкістьNZDF-волокна складає один Тбіт/с при максимальній відстані передачі даних в 6тис. км., то швидкість пари волокон з керованою дисперсією дозволяє збільшитидистанцію трансляції сигналу до 7,2 тис. км., при цьому швидкість передачіданих підтримується на рівні 2,1 Тбіт/с. Проте подібного роду технологіїзнаходяться на стадії доопрацювання і доки не отримали широкого вживання [ 5 ].
Оптоволоконні«горизонти»
Навряд чи вартосумніватися в тому, що високі вимоги до пропускної спроможності і стабільностіпередачі інформації, що пред’являються у сфері телекомунікацій, приведуть зчасом до широкого використання новітніх оптоволоконних провідників. Операторизв’язку і виробники телекомунікаційного устаткування всього світу виявляютьвелику цікавість до оптоволоконних технологій. І хоча в 2001–2003 роках темпизростання ринку оптичного волокна у ряді розвинених країн сповільнилися,підвищений попит на такий вигляд дротяної передачі даних наголошується врегіонах, що розвиваються. Якщо в 2000 році на Північну Америку доводилося 40%оптоволокна, що існувало в світі, на Європу – 27, Японію – 11, країни Азії –16, Африку, Близький Схід і Латинську Америку – 6, то до початку 2008прогнозується кардинальна зміна структури його розподілу. Експерти вважають, щодоля Північної Америки складе 19%, Європи – 24, Японії – 14, країн Азії – 22,Африки, Близького Сходу і Латинської Америки – 21. Отже, загальна протяжністьоптоволокна до наступного року збільшиться в порівнянні з 2002 з 156,2 до 457,4гигаметров. Приведені цифри дозволяють говорити про технологічний потенціалоптоволоконних мереж і про конкурентоспроможність цих технологій на сучасномуринку телекомунікацій.
Стрімкепоширення оптоволокна викликане такими змінами цих технологій, що оптоволоконнімережі стають такими, що усе більш зажадалися, а інколи і незамінними [ 3 ].Значний вплив на зростання популярності оптоволоконних комунікацій зробилабагатоканальна передача інформації, що стала можливій завдяки впровадженнютехнології мультиплексування. Крім того, сьогодні зростає попит на збільшенусмугу пропускання. Наукові розробки в цій області дозволили розширити сферувживання і загальні характеристики цього вигляду дротяної передачі даних.Впровадження оптичного підсилювача з присадкою ербію (EDFA) доповнилокомерційні можливості волокна за рахунок розширення хвилевого діапазону. Врезультаті з’явилися передумови для ефективної одночасної передачі великогочисла хвиль з коефіцієнтом мультиплікації 8, 16, 32 і більш. По пропускнійспроможності сучасний оптоволоконний кабель перевершив свого попередника20-річної давності в 150 тис. разів. І це, стверджують фахівці, далеко не межа.
Недоліки: пристворенні лінії зв’язку потрібні активні високонадійні елементи, щоперетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричні сигнали.Необхідні також оптичні колектори (з’єднувачі) з малими оптичними втратами івеликим ресурсом на підключення-відключення.
Точністьвиготовлення таких елементів лінії повинна відповідати довжині хвилівипромінювання, тобто погрішності мають бути порядку долі мікрона. Томувиробництво таких компонентів оптичних ліній зв’язку дуже дороге.
Інший недолікполягає в тому, що для монтажу оптичних волокон потрібне дороге технологічнеустаткування. а) інструменти для обрізання. б) комутатори. у) тестери. г) муфтиі спайс- касети.
Як наслідок, приаварії (обриві) оптичного кабелю витрати на відновлення вище, ніж при роботі змідними кабелями.
Промисловістьбагатьох країн освоїла випуск широкої номенклатури виробів і компонентівоптоволокна. Слід зауважити, що виробництво компонентів відрізняє висока міраконцентрації.
Більшістьпідприємств зосереджена в США. Володіючи головними патентами, американськіфірми (в першу чергу це відноситься до фірми «CORNING GLASS») роблятьвплив на виробництво і ринок компонентів у всьому світі, завдяки укладаннюліцензійних угод з іншими фірмами і створенню спільних підприємств.
3.4Переваги та недоліки оптоволоконної технології
Широка смугаоптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою частотою. Це означає, що пооптоволоконній лінії можна передавати інформацію із швидкістю порядку 1 Тбіт/с;Дуже мале загасання світлового сигналу у волокні, що дозволяє будувативолоконно-оптичні лінії зв’язку завдовжки до 100 км. і більш без регенерації сигналів [ 2 ].
Стійкість доелектромагнітних перешкод з боку довколишніх мідних кабельних систем,електричного устаткування (лінії електропередачі, електрорухові установки і такдалі) і погодних умов;
Захист віднесанкціонованого доступу. Інформацію, що передається по волоконно-оптичнихлініях зв’язку, практично не можна перехопити неруйнівним для кабеля способом.Електробезпека. Будучи, по суті, діелектриком, оптичне волокно понижуєпожежо-небезпечність мережі, що особливо актуально на хімічних, нафтопереробнихпідприємствах, при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного риску. ДовговічністьВОЛС — термін служби волоконно-оптичних ліній зв’язку складає не менше 25років.
Недолікиоптоволоконного типа зв’язку: відносно висока вартість активних елементівлінії, що перетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричнісигнали; Відносно висока вартість зварки оптичного волокна. Для цього потрібнепрецизійне, а тому дороге, технологічне устаткування. Як наслідок, при обривіоптичного кабелю витрати на відновлення ВОЛС вище, ніж при роботі з міднимикабелями.
Висновки
Волоконно-оптичнілінії зв’язку — це вигляд зв’язку, при якому інформація передається по оптичнихдіелектричних хвилеводах, відомих під назвою «оптичне волокно».
Оптичне волокнов даний час вважається найдосконалішим фізичним середовищем для передачіінформації, а також найперспективнішим середовищем для передачі великих потоківінформації на значні відстані.
Технологіївиробництва оптоволокна всього три десятки років. Це якщо вважати від моментупояви перших теоретичних робіт, в яких була показана принципова можливістьстворення світлопроводів з прийнятним, менше 20 дБ/км, загасанням. Першізразки, що задовольняють цій вимозі, були створені на початку сімдесятих років
Переваги: широкасмуга оптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою частотою. Це означає,що по оптоволоконній лінії можна передавати інформацію із швидкістю порядку 1Тбіт/с; Дуже мале загасання світлового сигналу у волокні, що дозволяє будувативолоконно-оптичні лінії зв’язку завдовжки до 100 км. і більш без регенерації сигналів
Недоліки:оптоволоконного типа зв’язку: відносно висока вартість активних елементівлінії, що перетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричнісигнали; Відносно висока вартість зварки оптичного волокна. Для цього потрібнепрецизійне, а тому дороге, технологічне устаткування. Як наслідок, при обривіоптичного кабелю витрати на відновлення ВОЛС вище, ніж при роботі з міднимикабелями.
Списоквикористаної літератури
1. Семенов А. Волоконно-оптичнатехніка \ Львів, 1993.- с.200.
2. Андрушко Л. Волоконно-оптичнілінії зв’язку\ під ред. Свечникова
С.- Київ ,1988- с.150.
3. Морозів О. Оптичні кабелі \\Вісник зв’язку-Київ,1993 № 3,4,7,- с.12
4. Десурвір. Світловий зв’язокп’яте покоління \\ В світі науки-Харків, 1992
№ 3,- с.25
5. Сірок В. Зарубіжна техніказв’язку \\Телефонія, телеграфія, передача даних-Київ, 1991 № 11-12, — с.15
6. Бліх К.І Світлопроводи дляпередачі зображення \ Москва ,1961.-с.165.
7. Велихов А.В, Строчников К.С.Компьютерные сети. Учебное пособие по администрированию локальных сетей. 3-е издание.- Новый издательский дом\ Москва, 2005. — 304 с.
8. Леонтьев В.П. Новейшаяэнциклопедия персонального комп’ютера \Москва «ОЛМА — ПРЕСС», 2007 г. — 896 с.
9. Семенов А. Б. Волоконная оптикав локальных и корпоративных сетях святи \ Москва « Компьютер-пресс», 2000 г. — 304 с.
10. Велихов А.В., Строчников К.С.Компьютерные сети. Учебное пособие по администрированию локальных сетей. 3-еиздание \ Санкт-петербург, 2005 г. — 304 с.
11. Леонтьев В.П. Новейшаяэнциклопедия персонального комп’ютера\ Москва «ОЛМА — ПРЕСС», 2007 г. — 896 с.