Волоконно-оптичні лінії зв`язку

РЕФЕРАТ

Волоконно Оптичні

Лінії Зв'язки

ЗМІСТ

Глава перша

СВІТЛО Перенесення інформації

Глава друга

Від спектру до когерентності

2.1 ЩО ТАКЕ СВІТЛО?

2.2 КОЛІР, довжина хвилі, ЧАСТОТА - ТРИ характерні параметри СВІТЛА

2.3 СПЕКТРИ ДЖЕРЕЛ СВІТЛА

2.4 ПРИРОДНИЙ світла в дослідах з інтерференції

Глава третя

ТЕХНІКА ВИПЕРЕДЖАЄ ПРИРОДУ

3.1 ЯК СПОСІБ некогерентного світла

3.2 ЛАЗЕР ЯК ДЖЕРЕЛО СВІТЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

3.3 ВИСОКА ступеня когерентності ВИМАГАЄ ВИТРАТ

3.4 Напівпровідниковий лазер, ПРИЗНАЧЕНИЙ ДЛЯ МІКРОЕЛЕКТРОНІКИ

Глава четверта

УТОПІЯ І РЕАЛЬНІСТЬ

4.1 фантастичні можливості

4.2 МОДУЛЯЦІЯ ІНТЕНСИВНОСТІ ВИПРОМІНЮВАННЯ

4.3 ЯК ПЕРЕДАЮТЬ СВІТЛО?

4.4 ПОШИРЕННЯ СВІТЛА ПРИ ПОВНОМУ ВІДБИТТЯ

Глава п'ята

Світловод - ПОСЕРЕДНИК МІЖ Передавач і приймач

5.1 ПОСЛАБЛЕНОЇ ОЗНАЧАЄ ВТРАТУ СВІТЛОВИЙ ЕНЕРГІЇ

5.2 РІЗНИЦЯ В ЧАСІ ПРОБІГУ ОБМЕЖУЄ

Пропускна здатність лінії зв'язку

5.3 ПРОПУСКНА ЗДАТНІСТЬ волоконних світловодів

5.4 ОПТИЧНІ КАБЕЛІ, ЇХ КОНСТРУКЦІЇ І ВЛАСТИВОСТІ

Глава шоста

ДЖЕРЕЛА СВІТЛА - Світловипромінювальний ДІОД І ЛАЗЕР

6.1 ЩО ОЗНАЧАЄ ІМПУЛЬСНИЙ РЕЖИМ?

6.2 ТИП ДЖЕРЕЛА ВИЗНАЧАЄ ПОТУЖНІСТЬ

6.3 ПРОБЛЕМА ВИВЕДЕННЯ СВІТЛОВИЙ ЕНЕРГІЇ

6.4 ТЕРМІН СЛУЖБИ ДЖЕРЕЛ СВІТЛА

6.5 ЛАЗЕР АБО Світловипромінювальний ДІОД?

Глава сьома

СВІТЛОВИЙ СИГНАЛ на приймальному кінці лінії

7.1 НЕОБХІДНІСТЬ ПЕРЕТВОРЕННЯ світла в електричний струм

7.2 Фотодіоди ВИКОРИСТОВУЮТЬ Внутрішній фотоефект

7.3 ШУМ - НАЙСИЛЬНІШИЙ ВОРОГ ТЕХНІКИ ЗВ'ЯЗКУ

7.4 БУДЬ ДОВЖИНИ МОЖЕ БУТИ ОПТИЧНА ЛІНІЯ ПЕРЕДАЧІ?

Глава восьма

БАГАТОЦІЛЬОВИЙ Абонентська мережа

Глава перша

СВІТЛО Перенесення інформації

У людини є п'ять органів почуттів, але один з них особливо важливий - це зір. Очима людина сприймає більшу частину інформації про навколишній його світі в 100 разів більше, ніж за допомогою слуху, не кажучи вже про дотик, нюх і смак.

Далі людина помітила "стороннє джерело світла" - сонце. Він використовував вогонь, а потім різні види штучних світлових джерел для подачі сигналів. Тепер у руках людини був як світловий джерело, так і процес модуляції світла. Він фактично побудував те, що сьогодні ми називаємо оптичною лінією зв'язку або оптичною системою зв'язку, що включає передавач (джерело), ​​модулятор, оптичну кабельну лінію і приймач (очей). Визначивши як модуляції перетворення механічного сигналу в оптичний, наприклад відкриття і закриття джерела світла, ми можемо спостерігати в приймачі зворотний процес - демодуляцію: перетворення оптичного сигналу в сигнал іншого роду для подальшої обробки в приймачі.

Така обробка може являти собою, наприклад, перетворення світлового образу в оці в послідовність електричних імпульсів нервової системи людини. Головний мозок включається в процес обробки як останню ланку ланцюга.

Іншим, дуже важливим параметром, що використовується при передачі повідомлень, є швидкість модуляції. Око в цьому відношенні має обмеження. Він добре пристосований до сприйняття та аналізу складних картин навколишнього світу, але не може стежити за простими коливаннями яскравості, коли вони йдуть швидше 16 разів на секунду.

Використовують як світлових приймачів технічні пристрої - фотоелементи або фотодіоди.

1 квітня

2 Березня

Просте світлове переговорний пристрій:

1-мікрофон; 2,3-підсилювачі, 4-телефон

Глава друга

Від спектру до когерентності

2.1 ЩО ТАКЕ СВІТЛО?

Сьогодні знання природи світла поглибилося незначно. Фізики зійшлися лише в думці про те, що світло об'єднує в собі обидві властивості: корпускулярну природу і типові властивості хвильового процесу, що представляють зовнішні ознаки однієї і тієї ж фізичної реальності.

2.2 КОЛІР, довжина хвилі, ЧАСТОТА - ТРИ характерні параметри СВІТЛА

Важливим параметром світла є його довжина хвилі. Під цим мається на увазі відстань між двома позитивними або негативними максимумами послідовності коливань.

Довжина хвилі коливального процесу безпосередньо пов'язана з його частотою.

або

де - Довжина хвилі; - Частота, 1 або герц (скорочено Гц).

2.3 СПЕКТРИ ДЖЕРЕЛ СВІТЛА

Щоб зрозуміти відмінності джерел світла, які застосовуються в якості передавачів в пристроях оптичної техніки зв'язку, зупинимося насамперед на властивостях звичайних джерел світла.

У звичайній лампі розжарювання не одна, а величезна кількість різних довжин хвиль, причому можна вказати наближено лише крайні значення області довжин хвиль. Усередині цієї області лежить основна частка енергії випромінювання. Довжини хвиль за межами цієї області вивчаються слабко, тобто є довжинами хвиль з малими складовими потужності. Усередині області випромінювання (яка в лампі розжарювання простирається приблизно від видимої жовтій області та невидимої інфрачервоної) окремі довжини хвиль розташовані так, що вони не розрізняються вимірювальними приладами. У цьому випадку говорять про безперервне спектрі випромінюваного світла. Який, у свою чергу може стати спектром поглинання, якщо вирізувати ділянки довжин хвиль з безперервного спектру випромінювання.

2.4 ПРИРОДНИЙ світла в дослідах з інтерференції

Для всіх хвильових процесів найбільш значно і характерне явище інтерференції. Коли накладаються два хвильових фронту з однаковою фазою, це означає, що максимуми коливань обох процесів точно збігаються і обидва процеси складаються і підсилюються. Однак якщо між обома процесами є різниця фаз або відмінність по відстані точно на половину довжини хвилі, тобто збігається максимум одного коливання з мінімумом іншого і обидва мають однакову потужність, то процеси гасять один одного.

Властивість природних джерел світла, які ніколи між собою не інтерферують, так як їх фазові стану постійно зазнають випадкові і швидкі коливання, називається некогерентність. Хоча світлові промені, як і радіохвилі радіопередавача, є електромагнітними коливаннями, тільки з набагато меншою довжиною хвилі і, відповідно більш високою частотою, вони відрізняються від радіохвиль саме властивістю некогерентности.

Радіопередавачі генерують когерентне випромінювання. Положення фази їх коливань протягом тривалого часу настільки постійно, що приймальні пристрої використовують цю властивість і беруть із нього користь. Без властивості когерентності не могли б функціонувати потужні електричні системи зв'язку.

Глава третя

ТЕХНІКА ВИПЕРЕДЖАЄ ПРИРОДУ

3.1 ЯК СПОСІБ некогерентного світла

Поодинокі атоми випромінюють світлові імпульси спонтанно і несинхронно, тобто незалежно один від одного і тому в цілому некогерентно.

Звернемося до атомної моделі Бора, проклала нові шляхи в розвитку фізики і спонукала вчених до нових досліджень природи світлового випромінювання. Вихідним пунктом для цього був спектральний аналіз газів. У газовій трубці з двома упаяними на кінцях електродами спостерігалося світіння, коли до цих електродів прикладалася напруга. На екрані аналізатора спектра спостерігалося безліч дискретних ліній на певних відстанях, тобто при певних довжинах хвиль. Розташування цих ліній залежало від складу газу, яким була наповнена трубка.

Швейцарський математик Бальмер в 1885 р. виявив, що частоти виміряних спектральних ліній описуються наступним простим рівнянням:

де n, m - цілі числа; R - константа, яка не залежить від складу газу, Гц

Через 26 років після відкриття Бальмера Нільс Бор встановив фундаментальну теоретичну зв'язок між формулою Бальмера і елементарним квантом випромінювання. Кількісне значення кванта випромінювання було знайдено Максом Планком в 1900 р. Квант представляє собою величину, яка інтерпретує енергію світлового випромінювання як ціле кратне певним мінімально можливим порцій енергії hf, де f - частота енергії випромінювання. З раніше наведених міркувань випливає знаменита атомна модель Бора. Навколо важкого позитивного ядра на певних орбітах обертаються легкі, негативно заряджені елементарні частинки - електрони. У водню - елементу з найбільш простим будовою атома - є тільки один електрон, який нормально обертається на найближчій до ядра орбіті.

Якщо до атома водню підвести зовнішню енергію, то електрон може бути піднято на наступну, більш високу орбіту. Радіуси орбіт відносяться згідно Бору як квадрати цілих чисел, тобто як 1: 4: 8 і т. д. При цьому для кожного стрибка між двома орбітами потрібна енергія, точно відповідна кванту Планка, тоді початкова орбіта Бора залишається без електрона. Однак ці більш віддалені від ядра орбіти не є для електрона стабільними. Він може перебувати там короткий час і потім повертається на початкову орбіту - прямо або "по сходинках". І подібно до того як електрон забирає енергію, щоб потрапити на більш високу орбіту, він віддає енергію при поверненні на стабільну орбіту, при цьому тільки цілочисельними порціями, які зафіксовані стабільними орбітами (які відповідають певним енергетичним рівням) в моделі атома. Звільнена енергія згідно рівняння Планка проявляється як випромінювання певних частот.

3.2 ЛАЗЕР ЯК ДЖЕРЕЛО СВІТЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

Молекул і атомним комплексів (кристалам) притаманні принципово незмінні властивості, але не настільки прості, як це представлено в прикладі з одиночним атомом водню. Перш за все відмінності виявляються у впливі сусідніх атомів. Тому дискретні енергетичні стани, які випливають з наявності вищеописаних електронних орбіт, як правило, розмиваються. У зв'язку з цим з'являються певні енергетичні області (енергетичні зони). Має також істотне значення, що окремі поодинокі переходи (з одного енергетичного рівня на інший) більш-менш "заборонені", тобто вони не повинні мати місця (ці заборони треба розуміти не зовсім буквально).

В якості прикладу можна було б назвати схему енергетичних рівнів іонів тривалентного хрому, які грають головну роль в одному з перших експериментальних зразків лазера - в рубіновому лазері.

У зв'язку з цим відзначимо два таких енергетичних рівня в атомі хрому: основний рівень і стан . Перехід з рівня на основний , Строго кажучи, заборонений, тобто електрон на рівні міг би бути стійким. Практично, однак, цього не відбувається; знаходиться на рівні електрон може утримуватися в цьому стані приблизно до 0,01 с. [У порівнянні з тривалістю перебування в інших нестабільних станах це - тривалий час.] Такий стан називається метастабільним, і це явище особливо важливо в роботі лазера: він надає метастабільного стану властивості накопичувача енергії.

Якщо стержневідний рубіновий кристал з додаванням іонів хрому опромінити інтенсивним зеленим світлом, то відбувається наступне. Перш за все в результаті підведеної світлової енергії електрони з основного рівня переносяться в енергетичну зону (Не прямо, а через нестійку енергетичну зону , Але це в даному випадку несуттєво). Атом за рахунок цієї зовнішньої енергії тепер збуджений "накачаний"), більше того, сукупність атомів досягла так званої інверсії населенностей (електронами) енергетичних зон. Нижня енергетична зона, зазвичай сильно населена, в даному випадку майже порожня, навпаки, більш високий рівень , Спочатку не сильно заселений електронами, тепер значно ними зайнятий. Але цей стан атомів, як уже згадувалося, досить стійко. Підведена енергія накопичується.

З цього стану починається ланцюгова реакція, подібна процесу в генераторі зі зворотним зв'язком, що викликається випадковим процесом випромінювання енергії хоча б одним із збуджених атомів. Такий атом випадково переходить зі стану в стан і при цьому віддає енергію випромінювання - порівняно коротку послідовність коливань, але все ж достатню, щоб зустріти на своєму шляху через стержневідний кристал другий збуджений атом. Частота цього коливання визначається за законом Планка різницею енергій і і відповідає довжині хвилі приблизно 694 нм або червоному світловому імпульсу, що знаходиться у видимій області спектра.

Цей процес називається індукованим або стимульованим випромінюванням. Індуковане коливання узгоджується за частому і фазі з індукують коливанням таким чином, що з повною підставою можна говорити про "посилення світла індукованої емісією випромінювання". Звідси походить слово LASER: l ight a mplification by s timulated e mission of r adiation.

Якщо в усталеному режимі енергія випромінювання при проходженні сигналу через кристал більше втрат на поглинання енергії, то виходить ефект самозбудження такий же, як у генераторі зі зворотним зв'язком. Одиничне спонтанне випромінювання пов'язано з тривалими безперервними світловими коливаннями в тілі кристала (оскільки в кристалі постійно є достатня кількість збуджених атомів). Якщо нанести на одну з торцевих поверхонь стрижня напівпрозорий дзеркальний шар, то частина енергії випромінювання покине кристалічний стрижень у вигляді когерентного світлового випромінювання.

У перші роки твердотільні лазери застосовувалися головним чином у імпульсному режимі. В якості джерел світла застосовувалися лампи-спалахи, які періодично порушували кристал надпотужними некогерентними світловими імпульсами і викликали випромінювання коротких когерентних світлових імпульсів. Як приклад, розробленого в той час лазера безперервного випромінювання можна назвати лазер на неодимовому гранаті (Nd-YAG), ядро якого представляє собою ітрієво-аллюмінієвий гранат з домішкою неодиму. Основні лінії енергії накачування лежать тут в області довжин хвиль 750 - 810 нм, основний лазерний перехід - на 1064 нм. (Збудливість також і інші переходи.)

3.3 ВИСОКА ступеня когерентності ВИМАГАЄ ВИТРАТ

Описаний неодиму-ітрієво-алюмінієвий гранат є одним з багатьох можливих матеріалів, застосовуваних у лазерах. Прийнятні також багато інших матеріалів; потрібно лише, щоб вони принципово могли випромінювати світло (флюоресціровать) і володіли метастабільним станом з максимально високою стійкістю або часом життя. Порушення цього стану повинно здійснюватися з високим ККД (що обумовлює відносно малу потужність накачування), і, нарешті, матеріал повинен мати малими оптичними втратами.

Деякі гази добре відповідають перерахованим умовам, тому можна побудувати так званий газовий лазер. Один з найбільш відомих газових лазерів використовує в якості активного матеріалу суміш з гелію і неону, де енергія збудження підводить у формі електричного розряду в газі. У тонкій скляній трубці довжиною від кількох десятків сантиметрів до 1 м розряд запалюється між двома електродами, упаяними в корпус трубки. При цьому в усьому обсязі збудженого газу усередині трубки виникають електрони, енергія яких служить для того, щоб перш за все перевести на більш високий енергетичний рівень атоми гелію, які в свою чергу в результаті аналогічного ефекту збуджують наявні в незначній кількості атоми неону. Ці атоми неону створюють при описаному синхронізованому зворотному переході в основний стан індуковане випромінювання.

Технічним умовою наростання даного процесу в свою чергу є наявність оптичного об'ємного резонатора, такого, який виходив в описаному вище твердотільному лазері при нанесенні плоскопараллельних дзеркальних шарів на обидві торцеві поверхні кристала. У газовому лазері активний елемент конструктивно відрізняється від активного елемента кристалічного лазера. Газорозрядна трубка спочатку закривається наклеєними скляними кінцевими пластинками і потім - оптично точно вивірена - вноситься в об'ємний резонатор, утворений двома зовнішніми дзеркалами. У сучасних невеликих газових лазерах застосовують також внутрішні дзеркала, що розташовуються в газорозрядному просторі. Принаймні одне з дзеркал робиться напівпрозорим, так щоб частина світла могла залишати резонатор («вікно Брюстера»).

Так як довжина хвилі генерується лазером світла визначається різницею енергетичних рівнів відповідних активних матеріалів (і цілком можуть існувати одночасно декілька таких випромінювальних переходів), можливо випромінювання світла різних довжин хвиль. Так, лазер на He-Ne може принципово випромінювати на трьох різних довжинах хвиль. Найчастіше він працює на довжині хвилі 0,63 мкм. Ця довжина хвилі відповідає червоному світлі видимого діапазону. Поряд з ним є порушені, невидимі для нас довжини хвиль 1,15 і 3,39 мкм. Яка з трьох можливих хвиль залишить об'єм резонатора, визначає конструктор лазера нанесенням частотноселектівной плівки на дзеркало.

Параметр	Гелій-неоновий лазер (He-Ne)	Аргоновий лазер (Ar)	-Лазер
Довжина хвилі випромінюваного світла, мкм	0,6328 1,15 3,39	0,488 0,515	10,6 9,6
Досягається вихідна потужність, Вт
ККД,%	0,01-0,1	0,01-0,2	1-20

У таблиці наведені найбільш відомі газові лазери. Необхідно підкреслити широту області зміни їх параметрів. Проте всі газові лазери мають істотну перевагу: високу когерентність випромінювання, якому спочатку надавали великого значення, виявилося при близькому розгляді непотрібним. Набагато важливіше когерентності для світлової передачі повідомлень виявилася простота можливості модуляції світла, і саме тут у газового лазера виявилися слабкі сторони.

Модуляція газового лазера створюється шляхом керування інтенсивністю газового розряду. Цим досягається модуляція енергії виходить випромінювання лазера. Однак швидкість модуляції обмежена инерционностью газового розряду; найвища досяжна ширина смуги модуляції лежить в межах декількох тисяч герц, тому являє собою малий інтерес для техніки зв'язку.

3.4 Напівпровідниковий лазер, ПРИЗНАЧЕНИЙ ДЛЯ МІКРОЕЛЕКТРОНІКИ

Крім названих суттєвими недоліками газового лазера є його розміри, механічна неміцність, високі, необхідні для газового розряду робочі напруги і, нарешті, обмежений термін служби, обумовлений недовговічністю газорозрядної трубки. Всі ці властивості виключають застосування газового лазера в сучасній системі зв'язку, тим більше якщо врахувати прогресуючий розвиток напівпровідникової техніки і особливо мікроелектроніки. Відносно великі електронні лампи, які ще панували в техніці приладобудування 60-х років, сьогодні за рідкісним винятком зникли і представляють лише історичний інтерес. Напівпровідниковий прилад панує в широкій області електроніки, вимагає невисоких робочих напруг і менших (на кілька порядків) потужностей.

До цієї елементної базі може бути віднесений тільки одне джерело світла, який також побудований на принципах напівпровідникової техніки і виготовляється за такою ж або аналогічною технологією, - напівпровідниковий лазер.

Напівпровідниковий лазер відрізняється від газового і твердотільного лазерів способом збудження. Він накачується не світлова енергією, а безпосередньо електричної. До одного з pn переходів, відомих з напівпровідникової техніки, прикладається напруга в напрямку провідності. Воно викликає струм і шляхом порушення рівноваги носіїв зарядів (електронів і дірок) - бажану інверсію населенностей енергетичних зон в області р-n переходу. Таким чином, напівпровідник накачаний, він запас енергію.

Якщо спонтанно і випадково відбудеться перехід від такого збудженого стану атомів в основний стан (рекомбінація носіїв заряду), то випромінюване світло буде некогерентен. Його потужність тим вище, чим більше прикладається напруга, чим більше струм через pn перехід і чим більше число збуджених атомів. У цьому стані такий прилад ще не лазер, а светоізлучаючій діод.

Однак якщо підвищувати далі струм через перехід, то при певному струмі при наявності зворотного зв'язку буде досягнуто таке посилення, коли буде виконуватися умова самозбудження, що є передумовою стабільного випромінювання. При цьому так званому граничному струмі діод починає генерувати лазерне випромінювання, це означає, що виходить світло синхронізований по фазі і когерентних. Тепер зі зростанням струму його потужність збільшується приблизно пропорційно току.

У твердотільному і газовому лазерах необхідна наявність дзеркальних поверхонь для утворення оптичних резонаторів. У напівпровідниковому лазері об'єм резонатора багато менше: pn перехід, в області якого утворюється індуковане випромінювання, має товщину менше 1 мкм і ширину кілька десятків мікрометрів. Кріплення дзеркал при таких габаритах утруднено, та в цьому й немає необхідності, тому що дуже високий коефіцієнт заломлення арсеніду галію (GaAs), який сьогодні застосовується в якості основного матеріалу для світловипромінюючих діодів, дозволяє реалізувати функцію відображення в самому кристалі. Так, якщо розламати кристал напівпровідника в певному напрямку, то рівні поверхні зламу працюють аналогічно відбивачам оптичного резонатора.

Глава четверта

УТОПІЯ І РЕАЛЬНІСТЬ

4.1 фантастичні можливості

Коли до початку 60-х років з'явилися перші придатні до експлуатацій лазери, стало очевидним, що світло з'явився в новій якості - когерентне електромагнітне коливання на кілька порядків розсунуло кордону застосовуваного в техніці зв'язку діапазону частот. Оптимістичні розрахунки заледве чи можна було спростувати: довжини хвиль близько 1 мкм відповідають частоті Гц. Якщо прийняті лише 1% цього значення в якості ширини смуги сигналу, якими можна модулювати це коливання, то отримаємо значення 3000 Ггц. Це відповідало б приблизно мільярду телефонних розмов або мільйону телевізійних програм, які можна було б передати одним єдиним світловим променем! Відомо, що найкращий і найдорожчий коаксіальний кабель з мідними провідниками володіє ледве чи однієї тисячної часткою цієї пропускної здатності і що в майбутньому вкрай необхідно буде передавати інформацію дуже великого обсягу. Число телефонних абонентів у світовій телефонної мережі постійно і нестримно зростає, а зростаючі господарські та промислові відносини між країнами і континентами вимагають все більше якісних каналів зв'язку. Коли ж у сферу розгляду перспективних проектів включили можливість використання відеотелефона (а передача одного-єдиного зображення вимагає майже тисячократним пропускної здатності по рівнянню з телефонним сигналом), то стало вважати за необхідне враховувати сильно збільшеною потребою в каналах передачі інформації.

4.2 МОДУЛЯЦІЯ ІНТЕНСИВНОСТІ ВИПРОМІНЮВАННЯ

Горизонтально натягнута струна відповідним порушенням на одному кінці приводиться в коливальний стан. Хвиля поширюється вздовж струни і може бути зареєстрована на іншому кінці. Така механічна хвиля може бути зрозуміла як модель світлової хвилі, яка рухається від джерела світла до приймача. Горизонтально натягнута струна може бути порушена по-різному - відхилення струни може відбуватися або у вертикальній, або в горизонтальній площині. Коли мова йде про світловий хвилі (або про радіохвилі, випромінюваної антеною), кажуть у першому випадку про вертикальну, а в другому випадку - про горизонтальну поляризації хвилі. Якщо горизонтальна і вертикальна компоненти з'являються в певній часовій послідовності, то це призводить до кругової поляризації електромагнітних коливань. Для приймача коливань на іншому кінці лінії це тонка різниця у властивостях світлового потоку не істотно. Так само як і людське око, він не реагує на площину поляризації світла і реєструє тільки потужність світла (в моделі - ступінь відхилення струни); він не розрізняє горизонтальну і вертикальну поляризацію світла. Проте є оптичні елементи, які реагують на поляризацію світла. Їх називають поляризаційними фільтрами. Будучи поставлені в певному положенні щодо напрямку поширення променя, вони стають світлопроникні для певного виду поляризації, для світла ж з напрямком поляризації, оберненим на , Вони, навпаки, майже повністю непроникні. Тільки коли сам фільтр повертають на такий же кут (навколо осі напрямку поширення світла), він пропускає світло другого виду поляризації, перегороджуючи при цьому шлях першому.

Цей ефект застосовується для модуляції світлових променів, коли є можливість змінювати площину поляризації світла бажаним чином, відповідно до зміни модулюючого (переданого) сигналу. Здійснити таку модуляцію можна з використанням відомого електрооптичного ефекту: якщо послати промінь світла через кристал певного складу і до нього перпендикулярно до напрямку поширення світла прикласти електричне поле, то площина поляризації світла тим більше повертається в зоні дії поля, чим вище його напруженість, т. е. чим вище прикладена для створення поля напруга.

Для цієї мети підходять монокристали дигідрофосфат амонію і дигідрофосфат калію , Коротко вони позначаються як ADP або KDP кристали.

Описаним ефектом пояснюється механізм дії електрооптичного модулятора. Світло, який залишає газовий лазер, попутно може бути поляризований пристроєм в розрядній трубці оптичного вікна, розташованого під кутом Брюстера. Поляризація може бути здійснена також і з допомогою поляризаційного фільтра.

Лінійна модуляція насамперед перетворюється на кругову модуляцію з допомогою так званої четвертьволновой платівки. У кристалі ADP ця модуляція в залежності від сигналу стає більш-менш еліптичної. На виході поляризаційного фільтру потім виходить світло, модульований за інтенсивністю. Якщо до електродів кристала не прикладено напругу, то напрямок поляризації в кристалі не змінюється і орієнтація підключеного поляризаційного фільтра відповідає площині поляризації світла, що виходить з лазера (або після модулятора), причому світло проходить через весь пристрій практично неослабленим. Але якщо напруга на електрооптичний кристалі підвищується і при цьому збільшується кут поляризації вихідного світла, то через поляризаційний фільтр проходить зменшувана частину світу. При зміні поляризації на другий фільтр повністю поглинає випромінювання і на виході пристрою утворюється темрява.

Подібні модулятори підходять також для дуже швидких змін доданого напруги, що модулює. Вони перетворять передається сигнал у смузі вище 1 ГГц, набагато більшою, ніж це було можливо електричними методами.

Модуляція інтенсивності лазерного випромінювання без модуляції напрямку поляризації безсумнівно представляла б собою технічно більш витончене рішення. Крім описаного конструктивного принципу (так званої зовнішньої модуляції лазера) можна реалізувати інші варіанти. Кристал можна було б, наприклад вмонтувати в корпус резонатора газового лазера і обійтися значно меншою потужністю модулюючого сигналу (внутрішня модуляція). Тим самим усувався б істотний недолік кристалічних модуляторів, які мали в цілому хорошими модуляційних характеристиками: потреба у великих напруженостях керуючого поля і відповідно високих керуючих напругах (до декількох сотень вольт).

У результаті розвитку лазерної техніки з'ясувалося, що для інженера проста модульованим має перевагу перед когерентністю. Недоліки газового лазера, включаючи складну модуляцію його випромінювання, врівноважили в системах зв'язку втрати в приймачі прямого підсилення. Тому газовий лазер в основному зник з робочих столів інженерів по оптичній техніці зв'язку і звільнив місце інжекційним лазерам і світловипромінюючих діодів, навіть з урахуванням ряду їхніх недоліків, які можна було усунути тільки в процесі послідовної невтомної роботи по їх удосконаленню.

4.3 ЯК ПЕРЕДАЮТЬ СВІТЛО?

Коли завдання швидкої модуляції випромінювання газового лазера не була ще як слід вирішена, все ж таки була ясна її принципова можливість. Проте в 60-ті роки ще не можна було твердо сказати про рішення важливої ​​проблеми - проблеми передачі модульованого світла від одного місця до іншого. Тільки в космосі передача представляється порівняно простий, оскільки світло в ньому поширюється без ослаблення. Коли вдається дуже сильно сфокусувати світло, тобто одержати пучок світла товщиною з голку (а це можливо для когерентного світла), то можна в повному розумінні слова перекрити астрономічні відстані. (Правда, ми не говоримо про сховану сторону цього положення. Необхідно надіслати надзвичайно вузький світловий промінь і досягти далеко віддалений пункт з максимально можливою світловою потужністю, тому потрібно дуже висока стабільність розташування передавача, і положення приймача має бути точно відомо.)

Що стосується властивостей атмосфери як передавального каналу для модульованих світлових променів, то вона є, очевидно, ненадійною середовищем з сильно змінюються і значним ослабленням.

Незважаючи на цю не зовсім підбадьорливу ситуацію приблизно з 1965 по 1970 р. були випробувані всі засоби при розгляді можливостей техніки оптичного зв'язку в атмосфері. Були створені досить прості і дешеві розміром з портфель прилади, які дозволили здійснити передачу через атмосферу телевізійного зображення.

Якщо порівняти середні значення по багатьох вимiрах, то можна встановити: атмосферна оптична зв'язок раціонально застосовна тільки в спеціальних окремих випадках і лише для дуже коротких відстаней при дуже незначних кількостях переданої інформації. Якщо мова йде лише про єдине телефонному каналі, то можна перекрити кілька кілометрів з надійністю лінії передачі, рівної 95%. (Ніяке управління зв'язку і ніякі телефонні абоненти не змирилися б з цим!) Приблизно в 5% часу така лінія зв'язку переривається через погоду. Висока надійність оптичного зв'язку в атмосфері може бути досягнута тільки в результаті сильного зменшення довжини ділянки.

Наступною була думка про вакуумированной або наповненою інертним газом трубі, яку хотіли прямолінійно прокласти на великі відстані і в якій промінь світла повинен був розповсюджуватися, не послаблюючи в газах і через твердих частинок. Оптимісти говорили навіть про «спільне використання протяжних газопроводів».

Ця ідея також не змогла витримати суворого випробування. Строго прямолінійна прокладка була утопією.

Подальше вдосконалення привело до так званих лінзовим световодам. Якщо в трубі на відстані приблизно 100 м застосувати скляні лінзи діаметром близько 10 см з певним показником заломлення, то можна довести, що світловий промінь, що входить в трубу навіть при не строго паралельному щодо осі пробігу, постійно буде повертатися до середини труби (до оптичної осі ) і не залишить систему лінз. За допомогою такої конструкції можна також домогтися скривлення ходу променя. Цей проект був досліджений і експериментально випробувано. Але виявився досить складним тому що навіть складних пристроїв, які автоматично управляли становищем окремих лінз, виявилося недостатньо, щоб компенсувати відхилення променя, викликані температурними коливаннями і рухом земної кори. Варіанти цієї ідеї досліджувалися довгі роки. Лабораторії фірми Bell в США замінили механічно регульовані скляні лінзи газовими лінзами. Це короткі відрізки газонаповненої трубки з зовнішнім електричним нагрівом, в яких за рахунок перебудовуються радіальних температурних градієнтів можна було досягти необхідної фокусування променя по центру труби. Але ці роботи також не привели до успіху.

4.4 ПОШИРЕННЯ СВІТЛА ПРИ ПОВНОМУ ВІДБИТТЯ

Всі перераховані вище етапи розвитку були пройдені, хоча він простий спосіб передачі світла був давно відомий: передача променя по звичайному скляному стрижня, який оточений середовищем з малим показником заломлення (наприклад, повітрям). Світлові промені, що проходять всередині скляного стрижня під невеликим кутом до його осі, залишають його, що вони повністю відбиваються від стінок стрижня і зигзагоподібно (або гвинтоподібно) поширюються уздовж нього, поки, нарешті, не вийдуть на кінці навіть у тому випадку, коли скляний стрижень не прямолінійний, а зігнутий.

Це явище було використано для того, щоб підвести через багаторазово вигнутий скляний або пластмасовий стрижень світло лампи розжарювання всередину оптичних приладів, у важкодоступні місця з метою висвітлення або індикації.

Цікавий варіант застосування є в медицині: светопроводящий волоконний джгут, що складається з безлічі волосяних світловодів, завдяки чому досягнуто така гнучкість, при якій палять може бути введений в порожнині людського тіла. Вдалося навіть виготовити так звані впорядковані джгути: кожне окреме светопроводящий волокно на кінці джгута знаходилося точно на тому ж місці поперечного перерізу, як і на протилежному кінці джгута. Ці впорядковані джгути роблять можливим передачу зображення за умови його освітлення.

Световодной волокно існувало вже на початку 60-х років, впорядковані та невпорядковані джгути були виготовлені багатьма провідними оптичними фірмами і впроваджені в техніку і медицину. Але у них був істотний недолік, який робив їх із самого початку не застосовними для передачі повідомлень. Їх пропускна здатність була занадто мала для застосування в ряді технічних областей. Простий розрахунок свідчить про це. Звичайне оптичне скло має ослабленням світла приблизно від 3 до 5 дБ / м (при вимірюванні у відповідному діапазоні хвиль). Відношення потужностей вимірюється в техніці зв'язку в децибелах (дБ). Коефіцієнт ослаблення в децибелах дорівнює . Ослаблення світлового сигналу в 20 дБ означає зменшення світлової потужності в 100 разів, ослаблення в 3 дБ - зменшення потужності вдвічі.

Серед відібраних для технічних цілей стекол можна знайти зразки з дещо кращими значеннями ослаблення (від 0,4 до 0,8 дБ / м), а для кварцових стекол можна досягти 0,2 - 0,3 дБ / м. Але навіть при використанні кварцових стекол на кожних 100 м довжини світловода підведена світлова потужність падає на 30 дБ, тобто в 100 - 1000 разів. Основна частина світу поглинула б світловодом, перетворилася б на теплоту або була розсіяна через бічну поверхню світловода.

Хоча ослаблення в мідних провідниках не багатьом менше, вони перекривають відстані (в залежності від конструкції і виду переданої інформації) в кілька кілометрів, поки сигнал не ослабне настільки, що виявиться необхідне включити проміжний підсилювач (повторювач), який підсилює сигнал і заново подає його в кабель. Багато таких підсилювачів розташовують, як правило, між пристроями двох телефонних абонентів, проте в оптичній лінії зв'язку відстань між двома сусідніми підсилювачами, зване також довжиною підсилювального ділянки, становить менше 1 км, а для зазначених вище значень ослаблення досягає 100 м. З техніко-економічної точки зору така лінія передачі не прийнятна.

Для застосування в техніці зв'язку необхідно було зменшити ослаблення в світловоді. При цьому можна було б задовольнитися значенням 30 дБ / км замість 500 для наявних оптичних стекол. Цього було б достатньо для перекриття відстані в 1 км. Фахівці в області виробництва скла ще в середині 60-х років вважали таку вимогу абсолютною утопією і вказували на високий рівень технології оптичних стекол, який навряд чи можна було поліпшити. Розробки почалися з дорогих і тривалих робіт над світловодами зі скляними і газовими лінзами.

На щастя, як це вже неодноразово бувало в історії техніки, оптимісти знову не повірили оцінками експертів. Вони почали працювати над поліпшенням "неулучшаемих" оптичних стекол.

У 1970 р. в результаті досягнення високої чистоти вихідного матеріалу американській фірмі Corning Glass вдалося виплавити скло з ослабленням близько 30 дБ / км. Для цієї мети необхідно було знизити відносний вміст металевих компонентів у вихідному матеріалі скла до і менше.

Двадцять років тому виникнення напівпровідникової техніки поставило технологію матеріалів перед абсолютно новими проблемами, те саме сталося і при розробці технології отримання скла.

З цього моменту всі інші рішення були забуті. Метою став максимально прозорий світловод. Досягнуті в лабораторії, а незабаром і в дослідному виробництві значення ослаблення помітно знизилися, і п'ятьма роками пізніше були отримані зразки з ослабленням 5 дБ / км, тобто набагато менше, ніж сподівалися. Відкрилися нові шляхи: у визначені областях довжин хвиль ослаблення вимірювалося значеннями, набагато меншими 1 дБ / км; довжини підсилювальних ділянок, про яких в області електричної кабельної зв'язку доводилося тільки мріяти, в системах оптичного зв'язку стали предметом обговорення.

У таблиці наведені ослаблення і глибина проникнення (втрати потужності 50%) для різних світлопрозорих середовищ.

У середині 70-х років роботи з передачі сигналів по волоконно-оптичних ліній набули широкого розмаху. Техніка оптичного зв'язку народилася вдруге - і тепер остаточно.

Глава п'ята

Світловод - ПОСЕРЕДНИК між передавачем

І ПРИЙМАЧЕМ

5.1 ПОСЛАБЛЕНОЇ ОЗНАЧАЄ ВТРАТУ СВІТЛОВИЙ ЕНЕРГІЇ

Зменшення втрат світла було ключовою першочерговою проблемою техніки оптичного зв'язку. Два фактори є основними причинами цих втрат: поглинання світла і розсіювання світла.

Вже під час обговорення лазерного ефекту ми зіткнулися з тим, що атоми реагують селективно на довжину хвилі випромінювання в залежності від структури оболонки і відкритого Планком співвідношення між енергією і частотою. Таким чином, слід очікувати, що і «прозорий» вихідний матеріал нашого світловода, перш за все позбавлений домішок, прозорий і не має значних втрат тільки в певному діапазоні частот. На інших довжинах хвиль виникає явище резонансу, при цьому світлова енергія поглинається і перетворюється в теплоту.

Фактично чисте кварцове скло , Що переважно в якості вихідного матеріалу для світловода, виявляє такі резонанси в області довжин хвиль 10 - 20 мкм. Ця область лежить за межами області довжин хвиль, що використовуються сьогодні в техніці зв'язку. У спектральної області, в якій випромінюють сучасні лазери і світловипромінюючі діоди, максимальне значення ослаблення в мало, але для довжин хвиль понад 1,6 мкм його дію відчутно і зростає із збільшенням довжини хвилі.

На жаль, необхідна чистота кварцового скла практично ледве досяжна. Як правило, светопроводящий матеріал більш-менш забруднений. При цьому насамперед слід назвати іони металів (заліза, хрому, кобальту, міді). Їхню частку в необхідно зменшити до значень , На стільки пригнічуючи максимуми поглинання енергії цими домішковими матеріалами, щоб досягти коефіцієнта ослаблення близько 1 дБ / км і менш. Виключно важлива також роль іонів ОН. Їх головний резонанс має довжину хвилі близько 2,7 мкм і зі своїми гармоніками (другий, третій, і т. д.) є причиною більш-менш значних максимумів ослаблення на довжинах хвиль 1,35, 0,95 і 0,75 мкм. А ці значення досить близькі до довжин хвиль сучасних лазерів на GaAs та світловипромінювальних діодів і тому з точки зору зв'язку становлять великий інтерес. У зв'язку з цим "зневоднення" скла надзвичайно важлива.

Другим суттєвим фактором впливу на втрати в світловоді є розсіяння світла. Воно виникає з-за нерівномірностей, які утворюються насамперед протягом охолодження в процесі плавки скла. Їх кількісна частка в загальному ослабленні різна для скла і газу і залежить від технології і від застосовуваного вихідного матеріалу. У всякому разі типовим є сильний спад потужності зі збільшенням довжини хвилі, а саме на чверть значення. Отже, щоб отримати менші значення втрат на розсіювання, доцільно застосовувати можливо великі довжини хвиль.

5.2 РІЗНИЦЯ В ЧАСІ ПРОБІГУ ОБМЕЖУЄ

Пропускна здатність лінії зв'язку

Згадані в § 4.1 оптимістичні прогнози про величезну пропускної здатності оптичних кабелів, зв'язку виходять з міркування, що ширина смуги переданого сигналу завжди повинна бути трохи менше, ніж сама несуча частота.

Пропускна здатність скляного волокна не безмежна.

Щоб передати телефонну розмову як послідовність імпульсів, необхідно передати велике число (конкретно 64000) двійкових знаків у секунду (64 000 біт / с або 64 кбіт / с). Щоб перетворити безперервно змінюється струм мікрофона в двійковий сигнал, його необхідно перш за все відтворити за допомогою імпульсів. Знайдені значення амплітуди тепер будуть зображуватися двійковим числом і посилатися як двійкові сигнали між двома посилками імпульсів. З боку приймача слід таке ж зворотне перетворення. Щоб передати сигнал з більш високою якістю, необхідно розрізняти щонайменше 256 амплітудних значень мікрофонного струму. Тому потрібно восьмікодовая система (8 двійкових знаків на кодове слово) для кожного значення імпульсної посилки. Для передачі одного рухомого телевізійного зображення потрібно швидкість передачі 80 млн. біт в секунду (80 Мбіт / с).

Як пропускної здатності лінії - все одно з міді або скла - приймається найбільша швидкість передачі сигналу через цю лінію, виміряна в бітах в секунду (біт - двійкова цифра).

Одиниця двійкової інформації може бути приблизно перерахована у відповідну ширину смуги частот, як завжди робиться в аналоговій передавальної техніці для позначення характеристики сигналів або кабелів. Так як для передачі інформації з швидкістю 2 біт / с теоретично потрібно ширина смуги по крайней мере 1 Гц (практично близько 1,6 Гц), можна приблизно визначити швидкість передачі сигналу або пропускну здатність у бітах за секунду і відповідну їй ширину смуги пропускання в герцах .

Візьмемо для прикладу двійковий закодований телефонний сигнал. Кожен одиничний сигнал цієї послідовності (одиничний імпульс струму або світла) повинен бути не довше, ніж 1 / 64000 с, щоб не заважати наступним сигналам. Пропускна здатність лінії принципово тим вище, чим коротше імпульси можна по ній передати.

Точно так само існують кордону і для світловода. Принцип його дії раніше згадувався: світло поширюється зигзагоподібно в светопроводящий сердечнику завдяки повному внутрішньому віддзеркаленню від стінок, до зовнішньої сторони яких примикає середа з малим коефіцієнтом заломлення - оболонка. Це повне відображення пов'язано з однією умовою. Кут між світловим променем і оптичною віссю світловода повинен бути не більше граничного кута повного внутрішнього відображення . Він визначається відношенням показників заломлення в серцевині , І в оболонці :

Можна було б віддати перевагу волокну з великим відмінностями показників заломлення, так як воно, очевидно, може сприйняти і передати більше світла від джерела з великим кутом випромінювання. Це перевага була б дійсно вирішальним, якщо б вимоги стояли тільки в можливо більш високої пропускної здатності світловода.

5.3 ПРОПУСКНА ЗДАТНІСТЬ волоконних світловодів

В одномодових (мономодових) і багатомодових світловодах різна (в одномодових більше з-за їх товщини стрижня). Викликаний різною довжиною пробігу в світловоді тимчасової розкид елементів вихідного сигналу і як наслідок розсіювання частини енергії на виході світловоду називають модової дисперсією. На жаль, вона є не єдиною причиною обмеження пропускної здатності. Необхідно ще додати так звану матеріальну дисперсію. Вона полягає в тому, що показник заломлення стрижня світловода залежить від довжини хвилі. Довгохвильові червоні промені відхиляються менше, ніж короткохвильові сині. Цей ефект не мав би значення для техніки світлового зв'язку, якщо б застосовуються джерела випромінювали світло тільки однієї довжини хвилі. На жаль, цього не буває. Хоча ширина спектру напівпровідникового лазера щодо вузька, він випромінює світло в деякому інтервалі довжин хвиль шириною кілька нанометрів. Світловипромінювальний діод в цьому відношенні значно перевершує його - приблизно на 30 - 40 нм. Обмеження цієї смуги неможливе без втрати енергії. Саме ці різні спектральні складові випромінювання проходять через світловод з різною швидкістю , Що, звичайно, приводить до розширення імпульсу і обмежує пропускну здатність світловода.

У волокні зі ступінчастим профілем показника заломлення переважає модовая дисперсія внаслідок великої різниці часів пробігу між осьовим і граничними променями. У градієнтному світловоді з оптимальним профілем показника заломлення обидві дисперсії стають приблизно однаковими. Навпаки, в мономодовом волокні модовая дисперсія не має значення і тільки матеріальна дисперсія визначає характеристику передачі.

І третій фактор, що впливає на якість передачі - волноводная дисперсія. Вона виникає тільки в мономодових світловодах, а саме тому, що єдина здатна до поширення мода має швидкість поширення, що залежить від довжини хвилі.

Аналіз причин та впливу матеріальної дисперсії на характеристики передачі дозволили зробити висновки, які представляють винятковий інтерес для практики і мають вирішальний вплив на подальший розвиток световодной техніки. Перш за все з'ясувалося, що розширення імпульсу, викликане матеріальної дисперсією, в значній мірі визначається мікроструктурою залежності показника заломлення даного светопроводящий матеріалу від довжини хвилі. Якщо на графіку такої залежності є ділянка, на якому крива прагне до нуля, то на цій довжині хвилі можна очікувати мінімального уширення імпульсу і знехтувати впливом матеріальної дисперсії.

Дійсно, на кривих профілю показника заломлення можна знайти таку точку, наприклад, для кварцового скла при . Це означає, що якщо серед вузькосмугових джерел світла є такі, для яких матеріальна дисперсія дорівнює нулю, то відповідно пропускна здатність приймає максимальне значення.

Виходячи зі значень матеріальної дисперсії можна розрахувати для різних довжин хвиль розширення імпульсу і з цього потім швидкість передачі для лазера (спектральна ширина близько 2 нм) і для светоизлучающего діода (спектральна ширина близько 40 нм). Навіть для светоизлучающего діода в цій області довжин хвиль можна очікувати швидкості передачі понад 1 Гбіт / с на 1 км. Для лазерів експериментально було отримано значення 1,4 Гбіт / с на 1 км! Зрозуміло, що ця область довжин хвиль нульової дисперсії світловода представляє великий інтерес.

Тільки що названі характеристики передачі реальні і вказують на технічні можливості, які, маються на простих багатомодових світловодах і сьогодні ще не вичерпані. Не можна забувати, однак, що таких високих значень швидкості передачі можна досягти тільки шляхом забезпечення оптимальних параметрів светоизлучающего діода для певної довжини хвилі, які для інших довжин хвиль створюють гірші умови передачі. Крім того, потрібне дотримання дуже малих, допусків при виготовленні світловода для забезпечення необхідного профілю показника заломлення, що безсумнівно здорожує світловод.

Цікаві і важливі також викладені вище міркування про те, що в будь-якому випадку не може бути створений світловод з максимальною пропускною здатністю. Для більшості областей пропускна здатність застосування світловода достатня. При цьому виявляється можливим застосувати більш прості електричні з'єднувачі і отримати більший ККД при з'єднанні і т. д.

5.4 ОПТИЧНІ КАБЕЛІ, ЇХ КОНСТРУКЦІЇ І ВЛАСТИВОСТІ

Одиночна двухпроводная ланцюг, одиночна коаксіальна пара є в електричній техніці зв'язку рідкісним явищем. Як правило, електричний кабель складається з декількох пар. Загальна броня захищає їх від навколишнього впливу різного роду - пошкодження гризунами, вологості і механічних впливів.

Світловод, так само як і електричний провідник, крім застосування в якості одиночного провідника світла включається до складу оптичного кабелю, і до нього пред'являються вимоги, аналогічні вимогам, що пред'являються до електричних кабелів.

Проте електричні провідники і світловоди настільки сильно розрізняються, що було б дивно, якби електричні та оптичні кабелі не відрізнялися між собою за конструкцією, способам монтажу, прокладання та експлуатації. Разом з тим є багаторічний досвід механічного захисту тонких провідників (мідні дроти завтовшки в десяті частки міліметра використовуються досить широко), який може бути використаний для захисту чутливих скляних волокон.

Коли мова йде про різницю між світловодами і мідними провідниками, необхідно назвати основну властивість, яке до цих пір взагалі ще не називалося: абсолютна нечутливість світловода по відношенню до перешкод від електричного і магнітного полів. Тут можна було б сказати, що екранування електричних кабелів для захисту їх від зовнішніх електромагнітних перешкод абсолютно зайве в оптичних кабелях.

Основну роль відіграє, звичайно, сам матеріал - скло, яке виступає тепер як замінника цінного кольорового металу - міді. Цей матеріал-замінник обумовлює великий економічний виграш. Запаси міді в світі постійно виснажуються, а ціни ростуть. За деякими прогнозами ще наприкінці століття родовища на суші, відомі сьогодні, будуть вичерпані. Основний матеріал для скляних оптичних волокон - кварцовий пісок - є у великих кількостях. У техніці зв'язку кілька кілограмів міді можуть бути замінені 1 г скла високого очищення, якщо за основу взяти однакову пропускну здатність кабелю.

З цього співвідношення випливає ще одна перевага: оптичні кабелі легше електричних. Це особливо помітно в кабелях з високою пропускною здатністю - з-за малого діаметру світловода. Ясно, що обидва ці властивості є, безпосереднім перевагою в багатьох галузях застосування.

Нарешті, необхідно вказати на фактор гальванічної розв'язки передавача і приймача. В оптичній системі вони електрично цілком ізольовані один від одного, і багато проблем, пов'язаних із заземленням та зняттям потенціалів, які до цих пір виникали при з'єднанні електричних кабелів, втрачають силу.

Поряд з цими корисними параметрами необхідно звичайно, назвати інші, за якими оптичні волокна поступаються міді і які повинен враховувати конструктор кабелів.

Це перш за все чутливість незахищеного волокна до водяної пари. Це критичне властивість була дуже скоро виявлено, але було також виявлено та протидія йому: безпосереднє покриття світловода захисною плівкою товщиною кілька мікронметров безпосередньо в процесі витягування волокна.

Ця захисна оболонка, в основному складається з полімеру, повністю захищає світловод. Вона підвищує також механічну міцність світловода і його пружність. Крім того, забезпечується сталість параметрів при несприятливих навколишніх умовах; без захисної оболонки вони знижуються вже через кілька годин або днів.

Механічний межа міцності при розриві для волокна досить високий і відповідає міцності сталі. Проте скло крихко, вигини з малим радіусом волокно не витримує і ламається. Але і цей недолік відносний: скловолокно, забезпечене згаданим тонким захисним шаром, цілком можна обмотати навколо пальця, а деякі сорти - навіть навколо тонкого олівця. З огляду на це типове властивість скла, необхідно, звичайно, вживати заходів захисту в тих випадках, коли кілька світловодів об'єднуються в одному кабелі, який надалі буде згинатися і крутитись. Це трапляється при намотуванні на барабан і при укладанні. Конструкція кабелю повинна бути такою, щоб усунути механічні перевантаження світловода. Але небезпечні не тільки руйнування волокна, але і микроизгибов. Вони виникають, коли светопроводящий волокна лежать на шорсткій поверхні в умовах програми сили, що розтягує, і можуть викликати додаткові світлові втрати. Це явище можна спостерігати в демонстраційному досвіді, коли до светопроводящий волокну, туго, виток до витка намотаною на барабан, підводиться видиме світло, наприклад від He-Ne лазера. Весь барабан при цьому випромінює яскраве червоне світло, що вказує на світлові втрати, викликані микроизгибов.

Щоб зменшити механічні навантаження на волокна, був випробуваний ряд рішень. Окремі провідники вільно укладаються в поперечному перерізі кабелю; в процесі виготовлення кабелю стежать за тим, щоб волокна були трохи довший, ніж кабель. На малюнку показана повивной-концентрична конструкція, вона застосовується дуже часто. При цьому світловоди лежать вільно в тонких гнучких трубках або на них накладається пориста ізоляція.

При коливаннях навколишньої температури від конструкції кабелю істотно залежать механічні сили, які діють на світловод. Єдиним слабким місцем, здається, є оболонка волокон зі ступінчастим показником заломлення. Її показник заломлення, що лише ненабагато менше показника заломлення сердечника, може в несприятливих випадках збільшитися при низьких температурах, ніж будуть порушені умови повного внутрішнього відбиття та відповідно з'являться додаткові втрати на випромінювання.

Глава шоста

ДЖЕРЕЛА СВІТЛА - Світловипромінювальний ДІОД І ЛАЗЕР

6.1 ЩО ОЗНАЧАЄ ІМПУЛЬСНИЙ РЕЖИМ?

Відомим прикладом пристрою, що працює в імпульсному режимі, є радіолокаційна станція. Радіолокаційний передавач посилає через антену дуже короткий високочастотний імпульс. Імпульс пробігає простір зі швидкістю світла, частково відбивається від металевого об'єкту і через певний час повертається в радіолокаційну станцію. Між тим радіолокаційна станція перемикається на прийом і, отримавши відбитий імпульсний сигнал, обчислює дальність до об'єкта, виходячи з різниці часу між передачею і прийомом імпульсу. Процес періодично повторюється, але з відносно великими інтервалами, так що в більшості випадків говорять про одне імпульсному сигналі. Навіть коли радіолокаційна установка посилає 1000 імп / с, інтервал між імпульсами (1 мс) набагато перевищує тривалість імпульсу, яка зазвичай коротше 1 мкс.

Той же принцип застосовується в оптичній техніці зв'язку, а саме для важливого випадку пошуку місця пошкодження световодного кабелю. Оптичний локаційний імпульс надсилається у випробуваний кабель, а як індикатор пошкодження використовується відбите світло. Відбитки з'являються при цьому від усіх неоднорідностей cветовода, особливо там, де світловод зруйнований. З різниці часів пробігу, виміряної на осцилографі, можна обчислити місце пошкодження кабелю з точністю до 1 м.

Прикладом передачі безперервного сигналу є передача по світловод безперервного телефонного або відео сигналу. З безперервного електричного сигналу при цьому виходить такий же безперервний світловий сигнал, який коливається між значеннями мінімальної і максимальної світлової потужності . Електричний струм за рахунок напівпровідникового лазера або светоизлучающего діода утворює вихідну потужність Р. При цьому електричний сигнал може бути біполярним, тобто може приймати позитивні і негативні значення (наприклад, мовної сигнал або будь-яке інше змінну напругу), або однополярним (телевізійний сигнал, вихідний сигнал кодового модулятора). Але світловий сигнал в обох випадках однополярний (негативна світлова потужність неможлива).

Світло лазера і светоизлучающего діода виявиться таким чином промодульованих за інтенсивністю сигналом, що впливає на струм діода. Істотним відмінностями між цією безперервною роботою світлового джерела і імпульсним режимом являртся те, що під час імпульсної роботі середня світлова потужність дуже мала в порівнянні з піковою потужністю . При безперервній роботі (або "в режимі безперервного випромінювання") середня світлова потужність становить приблизно половину пікової потужності, тобто вона того ж порядку, що і максимальна потужність.

Тут необхідно вказати на наступне: бінарний сигнал (наприклад, вихідний сигнал імпульсно-кодового модулятора згідно) навряд чи можна назвати імпульсної послідовністю з точки зору обробки сигналу; навпаки, щодо модуляції передавача його потрібно розглядати як сигнал безперервного випромінювання. Його середня світлова потужність дорівнює точно / 2, так як зазвичай довжина і ймовірність появи сигналів 0 і 1 однакові.

У световодной техніці зв'язку двійковий сигнал відіграє виняткову роль, тому що як світловипромінюючі діоди, так і лазери мають більш-менш нелінійну залежність потужності від струму. Двійкові сигнали до цього нечутливі, а безперервні спотворюються через нелінійності.

Таким чином, потрібно стежити за тим, щоб, як правило, передача повідомленні (безперервними і навіть двійковими сигналами) йшла тільки за допомогою світлових передавачів, які придатні і для безперервного режиму роботи.

6.2 ТИП ДЖЕРЕЛА ВИЗНАЧАЄ ПОТУЖНІСТЬ

Перші напівпровідникові лазери не могли працювати в безперервному режимі, в усякому разі при кімнатній температурі. Причиною цього були великі втрати потужності.

Лазерний ефект починається відразу, як тільки индуцируемая світлова потужність стане більше, ніж втрати на світловому шляху в об'ємному резонаторі. Необхідна для цього щільність струму збудження в активному елементі лазера, звана порогом генерації лазера, нижче порогового струму: лазер ще не генерує стимульованого випромінювання. Ця гранична щільність струму залежить від внутрішньої структури напівпровідникового лазера в околиці р-n переходу, особливо від матеріалів і концентрації домішок.

У першій і найпростішої конструкції, так званому гомолазере, рекомбінація носіїв заряду і генерація світла відбувалися в досить широкій області навколо р-n переходу. Тому втрати на ослаблення в об'ємному резонаторі були дуже великі. Для перевищення порогу генерації повинні були протікати значні струми, які приводили до сильного нагрівання лазерного діода. Такі діоди можна було використовувати в лазерах тільки в імпульсному режимі. Суттєве зменшення граничної щільності струму і втрат потужності було отримано в результаті введення простий і подвійний гетероструктур. З цією метою р-n перехід має з одного або двох сторін додаткові шари, в силу чого завдяки властивостям їх матеріалу і домішок товщина електрично і оптично активної зони лазерного діода сильно звужується. Цим обмежують електричний діапазон збудження і одночасно рекомбінацію носіїв заряду і генерацію світла. Крім того, шляхом зміни показника заломлення в області р-n переходу досягається певний хід променів світла і в результаті цього - зменшення оптичних втрат.

За допомогою описаної технології вдалося сконструювати лазери, які дозволили отримати імпульсний режим при кімнатній температурі.

Використовуючи імпульсні струми 40 А, можна при кімнатній температурі досягти імпульсної світловий потужності 10 Вт, щоправда, у припущенні хорошого тепловідведення, частоти, більшою чи рівною 10 кГц, і ширини імпульсу, меншою або рівною 200 нс (коефіцієнт заповнення 1:500!); р-n перехід з одного боку має додатковий шар GaAlAs.

6.3 ПРОБЛЕМА ВИВЕДЕННЯ СВІТЛОВИЙ ЕНЕРГІЇ

Прості і подвійні гетероструктури, аналогічні описаним вище, але без об'ємного резонатора з двома дзеркалами, типового для лазера, застосовуються для конструювання світловипромінюючих діодів. При цьому індуковані в результаті рекомбінації носіїв зарядів світлове випромінювання поширюється у всіх напрямках і затримується в елементі тільки внаслідок різних коефіцієнтів пропускання шарів або через неминучі контактних поверхонь електродів і поверхонь охолодження.

У найпростішому випадку тут можна використовувати і виводити випромінювання, що розповсюджується в площині активної зони. Подібні діоди називаються крайовими випромінювачами. Якщо влаштувати в електроді вікно, то можна направити випромінювання перпендикулярно площині активної зони і отримати поверхневий випромінювач.

Для лазерів зв'язок зі світловодами зазвичай складна, хоча й простіше, ніж для світловипромінюючих діодів. Малі розміри поперечного перерізу світлового отвору викликають там сильну дифракцію виходить світла.

6.4 ТЕРМІН СЛУЖБИ ДЖЕРЕЛ СВІТЛА

Одним з основних параметрів оптичних елементів передавача є термін служби. Він обмежується тим, що після певного часу роботи вихідна світлова потужність падає і надалі не витримується її гарантоване для зазначеного часу значення навіть за рахунок підвищення струму в діоді.

Якщо оптичний передавач, наприклад на вузлі зв'язку, повинен пропрацювати без заміни елементів 10 років, то для нього повинен бути гарантований термін служби близько 100000 ч (рахуючи тривалість року дорівнює приблизно 10000 год). Для світловипромінюючих діодів на GaAs такий термін служби близький до дійсного. Хоча для них рідко називають гарантійні терміни служби, але звичайні значення в декілька років. На жаль, для, лазерних діодів подібні терміни служби не досягнуті. Тільки в 1970 р. в лабораторії з'явився перший працездатний лазер, що працює в безперервному режимі при кімнатній температурі, і лише протягом 70-х років були розроблені різні структури і геометрії, прийнятні для конструювання і виготовлення лазерів безперервного випромінювання, що працюють при кімнатній температурі.

Зрозуміло, що достовірних даних про термін служби можна очікувати тільки після тривалих випробувань великого числа готових елементів. Щоб уже сьогодні отримати якісь судження, застосовують заходи до скорочення часу вимірювань. При цьому лазерні діоди змушують працювати в жорстких умовах (як правило, при дуже високих температурах, ). На підставі цього судять про очікуваний термін служби в нормальних умовах. При цих припущеннях в кінці 70-х років багатьма виробниками передбачалися очікувані терміни служби для лазерів 100000 ч, а в окремих випадках - понад 1 млн. ч. І хоча ці цифри сьогодні ще не перевірені, все ж таки існує гарантія найменшого терміну служби 10000 годин, і цим даним можна довіряти.

Проблема терміну служби лазерів сьогодні ще не вирішена, але існують оптимістичні прогнози.

Ймовірно, через кілька років можна буде відмовитися від звичної в даний час оптичної негативного зворотного зв'язку. Вона застосовується для того, щоб компенсувати виникає старіння, вплив напруги та температури на віддається лазером і світлодіодів світлову потужність.

6.5 ЛАЗЕР АБО Світловипромінювальний ДІОД?

В якості джерел світла лазер і светоизлучающий діод стоять поруч. Ні для одного з них не можна назвати вирішальної переваги: ​​який з них краще, у кожному окремому випадку залежить від області застосування.

Істотним чинником, звичайно, є ціна. Для обох типів джерел з роками вона буде, природно падати, але все ж светоизлучающий діод в цьому відношенні має перевагу: він дешевший лазера з порівнюваними параметрами при високоякісної роботи, такої необхідної для техніки зв'язку. Тому для систем місцевого зв'язку, які вимагають відносно малих швидкостей передачі (до 2 Мбіт / с і нижче), будуть завжди застосовуватися світловипромінюючі діоди і в основному спільно зі світловодами з відносно великою апертурою (наприклад, з кварцовими волокнами в пластмасовій оболонці). Таким чином можна ввести у волокно істотно більшу частину випромінюваного світла.

Типові параметри напівпровідникових джерел світла.

Другий важливий параметр светопередатчіка: ширина смуги модуляції. Светоїзлучающие діоди перш за все "повільніше" лазерів. Залежно від конструкції наявні сьогодні в розпорядженні типи, як правило, можуть бути модулирован частотами 30 - 50 Мгц. Якщо ж необхідно передати швидкі двійкові сигнали зі швидкістю понад 30 Мбіт / с, то майже завжди застосовується лазер зважаючи на його великий світловий потужності. Для нього межа модуляції лежить в межах декількох сотень мегагерц, а іноді вище 1 ГГц. Хоча светоизлучающий діод ще не досяг кордонів своїх можливостей (в даний час вже є окремі типи діодів, модульованих зі швидкістю 150 Мбіт / с; за прогнозами до 1 Гбіт / с), все ж лазер має перевагу у вигляді більш високої вихідної потужності (див. табл.).

Нарешті, необхідно взяти до уваги, що ширина переданої смуги частот обмежується не тільки швидкодією самого випромінюючого діода. Тут важливим фактором є також дисперсійні властивості світловода. Крім цього необхідно звернути увагу ще на одну властивість випромінюючого діода: велика ширина спектру випромінювання светоизлучающего діода в поєднанні зі світловодом може призвести до обмеження ширини переданої смуги частот. Ця властивість може відігравати істотну роль, коли мова йде про те, щоб максимально використовувати високу пропускну здатність світловодів, а розширення імпульсу через дисперсії матеріалу допускати в мінімальних межах.

Глава сьома

СВІТЛОВИЙ СИГНАЛ на приймальному кінці лінії

7.1 НЕОБХІДНІСТЬ ПЕРЕТВОРЕННЯ світла в електричний струм

На кінці лінії необхідно відновити первинну інформацію (передається мовний сигнал або телевізійне зображення).

Якщо б людство не зверталися до техніки електричного зв'язку і з самого початку проектувало і вводила в дію оптичну систему передачі, то зараз, напевно, у нас була б добре розвинута техніка, яка безпосередньо перетворювала б світлові сигнали в акустичні або зображення. Можливо, через кілька років подібні рішення будуть здійснені. На сьогоднішній день рішення цієї проблеми немає. Всі існуючі способи перетворення сигналів виконуються на основі електричних сигналів. Телевізійне зображення створюється шляхом управління електронними променями в кінескопі за допомогою електричних сигналів, акустичний сигнал в телефонних трубках утворюється за рахунок електричного струму.

На магістральних лініях було б добре використовувати підсилювач світла. На жаль, такого у нас поки немає. Принцип підсилення світла (перш за все це принцип лазера: вимушене випромінювання при порушенні) відомий, але ще не готовий до технічного втілення.

Таким чином, і в проміжному підсилювачі залишається завдання перетворення і регенерації електричного сигналу (посилення або відновлення потрібної форми імпульсу при подвійних бінарних сигналах). Цей відновлений електричний сигнал вдруге використовують для керування лазером або світлодіодів, який тепер випромінює посилений світловий сигнал.

7.2 Фотодіоди ВИКОРИСТОВУЮТЬ Внутрішній фотоефект

В оптичних системах зв'язку, в яких на виході кожного окремого світловода повинен бути встановлений чутливий фотоприймач, вводяться два прилади які можуть, бути виконані методом мікроелектронної технології. Мова йде про pin фотодіоді і лавинному фотодіоді. Обидва використовують внутрішній фотоефект, який проявляється в цьому спеціальному випадку безпосередньо в околицях р-n переходу.

7.3 ШУМ - НАЙСИЛЬНІШИЙ ВОРОГ ТЕХНІКИ ЗВ'ЯЗКУ

Поняття, що має вирішальне значення для функціонування кожної системи зв'язку, - перешкоди.

Наскільки не однакові несправності системи через втрати в мережі живлення або відмов будь-яких елементів, що зустрічаються в кожному приладі або пристрої, настільки ж не однакові перешкоди, викликані електромагнітними полями. Це поля, створювані погано екранованими електродвигунами, радіовипромінювання автомобілів, часто викликають сильні перешкоди в радіо або телевізійної апаратури, і т. ц.

В умовах відсутності шумів розробник міг би безмежно збільшувати довжину підсилювального ділянки. Потрібно лише відповідно збільшувати потужність сигналу, що надходить на вхід приймача. Але шум існує і зменшує чутливість кожного приймача і можливості кожного підсилювача. Якщо потужність корисного сигналу на вході менше потужності перешкод, то сигнал перекривається нею і не може бути виділений прийомним пристроєм або посилений. Навіть коли сигнал і перешкоди мають майже однакову потужність, шум стає досить значним. Причини і джерела шумна різноманітні. До них відносяться корпускулярні шуми електричного струму (дробовий шум), температурні шумові процеси, шуми квантування світлових пучків. Джерело світла сам вносить в систему шумові складові, додають їх також фотодіод і крайовий електронний підсилювач. Якщо використовується лавинний фотодіод, то виникають додаткові шумові складові через ефект множення в цьому елементі.

Якщо розглянути електричний сигнал на виході фотоприймача, то можна встановити, що різні шумові джерела проявляють себе в ньому тим чи іншим способом. Замість чистої форми сигналу, якої модулювався вихідна потужність світлового сигналу передавача, на вхід приймача поступає сигнал, амплітуда якого випадковим чином більш-менш змінюється поблизу даного значення. Середні значення відповідають істинній формі переданого сигналу, але миттєві значення відхиляються від заданого внаслідок впливу перешкод. Початковий сигнал можна лише приблизно виділити із суми корисного і що заважає сигналів.

7.4 БУДЬ ДОВЖИНИ МОЖЕ БУТИ ОПТИЧНА ЛІНІЯ ПЕРЕДАЧІ?

Основне завдання - забезпечення того, щоб посланий сигнал з достатньою для відповідної мети точно відтворювався в приймачі, тобто розробник буде намагатися по можливості наблизитися до первісної (правильною) формі сигналу шляхом отримання середнього значення по можливо великій кількості миттєвих значень сигналу, спотвореного перешкодою . Для цього служать, різного роду електричні фільтри. Звичайно, для усереднення амплітуди сигналу можна використовувати тільки таку кількість миттєвих значень сигналу, щоб самі корисні зміни сигналу не були згладжені і не опинилися через це втраченими. Те, що залишається після цієї фільтрації, більше не знищується. З цим розробник системи повинен рахуватися і, наприклад, вибирати довжину передавальної лінії настільки короткою, щоб потужність сигналу не виявилася близькою до потужності шумового фону.

Для інженера зв'язку з цієї моделі формування середнього значення випливає важливий висновок: якість передачі сигналу при однаковому рівні перешкод тим краще, чим повільніше змінюється сигнал (так як тим більшими можуть бути інтервали часу усереднення і тим точніше одержуваний результат) і чим менше необхідна для даної мети ширина смуги частот (пропускна здатність).

З цих міркувань зрозуміло, що для фотоприймача є нижня межа потужності сигналу. На цьому кордоні потужність сигналу в певне число разів більше сумарної потужності шумів, які з'являються в приймачі. Цей коефіцієнт позначається як відношення сигнал / шум і виражається в децибелах. Якщо необхідно передати двійкові сигнали, то достатньо, наприклад, відносини сигнал / шум (в електричному сигналі), рівного 18 дБ. Це означає, що корисна потужність приблизно в 63 рази більше, ніж накладена шумова потужність, що дозволяє здійснити досить достовірне розпізнавання одиночного імпульсу. Якщо, навпаки, необхідно передати безперервні сигнали, які реагують на перешкоди набагато чутливіші, ніж двійкові, то відношення сигнал / шум має бути вище і залежно від роду сигналу і необхідного його кількості повинно досягати 30 - 60 дБ.

Принаймні існують два інших фактори, які, як і ослаблення, обмежують довжину підсилювального ділянки: матеріальна дисперсія і модовая дисперсія. Зі збільшенням довжини підсилювального ділянки вони викликають розширення посланого імпульсу і при цьому тим більше, чим вище пропускна здатність лінії. Так як модовая дисперсія залежить від конструкції світловода (для світловода з градієнтним профілем показника заломлення вона набагато менше, ніж при ступінчастому показнику), то тип вживаного світловода при заданої пропускної здатності лінії, мабуть, набагато сильніше обмежує дальність дії, ніж послаблення. Таким же чином, обмежуючи довжину лінії світловода з малої модової дисперсією і малим ослабленням, можна впливати на ширину спектра джерела світла (наприклад, використавши светоизлучающий діод).

Отже, на запитання про дальність дії оптичного зв'язку однозначної відповіді може не бути, тому що є ряд факторів, вплив яких необхідно враховувати при проектуванні.

Глава восьма

БАГАТОЦІЛЬОВИЙ Абонентська мережа

Абоненти - це не тільки ми самі чи наші сусіди, з якими ми хочемо спілкуватися вдома або на роботі. Це все збільшується число машин, що видають і приймають інформацію.

У мережі зв'язку, тільки розподіляє інформацію (наприклад, радіо-або телевізійній), абонент розташований на великій лінії колективного користування, з якої він отримує для себе необхідну інформацію. У телефонній мережі, яка передає розмови, кожен абонент має до будь-якого місця (в основному до кінцевої комутаційної станції) свою власну лінію. Тільки після цього кілька, а потім безліч сигналів абонентів об'єднуються в пачку і передаються спільно, щоб на кінці знову роз'єднатися на окремі лінії, які ведуть до бажаних співрозмовникам.

Ще в середині 70-х років існувала впевненість у тому, що ця частина мережі, що складається з окремих провідників, повинна залишитися металевої з економічних міркувань. Згодом це думка змінилася.

Тут перш за все маємо справу з видом матеріалу. Близько 70% міді, що витрачається на кабелі зв'язку, припадає на абонентські мережі, хоча діаметри провідників обрані настільки малими, наскільки це можливо. Якщо б у майбутньому відрізки ліній, що передають сигнали, виконувалися на оптичних елементах, то можна було б заощадити тільки лише третину витрат на мідь, а абонентські мережі необхідно було б знову будувати в кожному кварталі новобудов.

Подальшим важливим напрямком є постійно зростаючі інформаційні потоки в промисловості, господарстві, а також у побуті.

Радіо-і ТБ стануть у найближчому майбутньому зустрічатися в кожному домі, і необхідність влаштування абонентських вводів у багатьох країнах перевищує їх економічні можливості. Тільки в установи та на заводи в найближчі роки прийдуть нові служби, користь і рентабельність яких сьогодні загальновизнана: телекопірованіе, конторський телетайп, електронна пошта, передача даних в самому широкому сенсі слова, телеметрія, телеуправління і моніторні обладнання для різних технічних пристроїв. Для індивідуальних абонентів техніка також рухається вперед. Вже випробовуються відомі в багатьох країнах світу способи, за допомогою яких абонент зможе вибрати тексти, таблиці, діаграми і відтворити їх на власному екрані.

Абонентські лінії, які ми сьогодні прокладаємо, повинні бути підготовлені для багатьох потреб наступного десятиліття. Нинішню систему електричного зв'язку можна використовувати тільки як мовного каналу з невеликою смугою пропускання. Такий зв'язок придатна для конторського телетайпа, а також для передачі даних. Вже при телекопірованіі необхідно тривалий час копіювання - в ​​кращому разі понад однієї хвилини на кожну сторінку формату АЧ, і кожне підвищення швидкості вимагає збільшення смуги пропускання. До кінця 80-х років - такий прогноз британського відомства зв'язку - в Англії до 50% пошти має передаватися електронним чином.

Але остаточно необхідно буде відмовитися від сьогоднішнього абонентського симетричного кабелю з мідними провідниками, якщо буде потрібно хоча б одне-єдине рухоме зображення. Тоді буде необхідний дорогий коаксіальний кабель або світловод.

Такий прогноз розвитку в майбутньому є основою, яку враховують при створенні широкосмугового зв'язку кожної квартири принаймні з прилеглої комутаційної станцією. Як повинна виглядати техніка оптичного зв'язку майбутнього, зокрема згадана мережа оптичного зв'язку, які і скільки різних сигналів має бути в цій багатоцільовий абонентської мережі і як вони повинні будуть передаватися, ніхто ще сьогодні конкретно і остаточно сказати не може. Хоча деякі робочі положення сформульовані. Згідно з ними телефонний зв'язок (розмова і викличну сигнал) повинна здійснюватися в обох напрямках, а крім того, повинен передаватися і телевізійний сигнал. Відповідно до цього кожен абонент отримує окрему оптичну широкосмугову лінію, до якої насамперед підключений його телефон і потім, можливо, відеотелефон і інші високошвидкісні пристрої.

Ряд питань при цьому залишиться відкритим. Один з них - енергопостачання апарату абонента. Телефон, що живиться сьогодні через сигнальні провідники станційного джерела живлення, надалі не буде мати електричного зв'язку з комутаційною станцією. Таким чином він повинен буде одержувати енергію від місцевої силової мережі. До цієї ідеї звикли. Зазвичай електрична передає техніка майбутнього ставить ті самі вимоги автономного електроживлення, правда, з інших причин. При цьому електрична розв'язка (абонентів і комутаційної станції), яка обумовлена ​​застосуванням световодной техніки, виявиться доцільною з економічної точки зору.

Оптична абонентська мережа, широкосмуговий апарат абонента в кожній квартирі більше не є утопією.