Реферат
Короткий огляд з історії розвитку оптичного зв'язку
Волоконно-оптичний кабель (ВОК) - один з основних елементів волоконно-оптичної системи передачі, причому найбільш материалоемкий і дорогий. Щоб розробити і виготовити кабель, необхідно вирішити цілий комплекс проблем електротехніки, фізики, матеріалознавства та технології, вивчити сумісність матеріалів елементів кабелю, випробувати кабель на надійність і, нарешті, організувати його виробництво. Важливими є правильна прокладка або підвіска і організація технічної експлуатації цих кабелів.
В існуючій літературі з електрозв'язку ці питання розглядаються, як правило, дуже коротко і утилітарно. У даній книзі автори спробували певною мірою ліквідувати цю прогалину. У ній викладаються теоретичні основи функціонування ВОК, розглядаються конструкції оптичних волокон (ОР) і ВОК, матеріали, характеристики і параметри. Окремі розділи присвячені конструюванню, технології виготовлення та випробування ВОК. Особлива увага приділяється основам технічної експлуатації волоконно-оптичних ліній зв'язку (ВОЛЗ).
Книга розрахована на широке коло читачів, але все ж, в першу чергу, вона задумана як посібник для інженерно-технічних працівників, які займаються конструюванням і виробництвом ВОК, будівництвом і експлуатацією ВОЛЗ. Книга може бути використана як підручник для студентів та аспірантів, які вивчають основи кабельного виробництва та експлуатації ВОЛЗ.
Використання світла для передачі інформації має давню історію. Світловими сигналами користувалися ще тоді, коли й не існувало поняття «електричний зв'язок». У той період в якості джерел оптичного випромінювання використовували Сонце або багаття. Промені світла, модельовані димом, лопатями семафора або іншими пристосуваннями, передавалися в межах прямої видимості. Перші приклади використання такого зв'язку відносяться до часу загибелі Трої (1269 р. до н.е.). Але і сьогодні військово-морський флот використовує прапорці, світлофори для передачі інформації. Більш ніж 200-літній етап проходив у поступовому удосконаленні світлових ліній передачі сигналів на великі відстані. Так, у Франції близько 1794 Клод Шаппа побудував від Парижа до Лілля систему оптичного телеграфу з ланцюга семафорних веж з рухомими сигнальними рейками. Інформацію можна було передати по ній на відстань 230 км протягом 15 хв.
У Росії в 1795 р. І.П. Кулібін розробив свій Семафорний телеграф, що використав більш ніж у 40 разів менше число знаків. Телеграф Кулібіна працював і вночі. У США оптичний телеграф з'єднував Бостон з островом березня Вайнярд, розташованим недалеко від цього міста. Всі ці системи застаріли лише з винаходом електричного телеграфу.
Американець Олександр Грехем Белл в 1880 р. винайшов Фотофон, в якому мовні сигнали могли передаватися за допомогою світла. Однак ця ідея не знайшла практичного застосування, оскільки погодні умови і видимість дуже негативно впливали на якість передачі. Англійський фізик Джон Тиндаль запропонував вирішення цієї проблеми в 1870 р., незадовго до винаходу Белла. Він продемонстрував, що світло може передаватися в потоці води. У його експерименті використовувався принцип повного внутрішнього відображення, який також застосовується в сучасних волоконних світловодах. Після експериментів Белла в області модуляції світла і Тіндаля в області керованої передачі світла американець Норман Р. Френч лише в 1934 р. отримав патент на оптичну телефонну систему, в якій мовні сигнали можуть передаватися через мережу оптичних кабелів, що виготовляються зі стрижнів чистого скла або аналогічного матеріалу з низьким коефіцієнтом загасання на робочій довжині хвилі.
Сучасна ера оптичного зв'язку почалася з винаходом у 1958 р. лазера і послідував незабаром, у 1961 р., створенням перших лазерів. У порівнянні з оптичним випромінюванням звичайних джерел лазерне випромінювання має високу монохроматичністю і когерентністю і має дуже велику інтенсивність. Можливість виготовлення лазерів з напівпровідникових матеріалів отримала визнання в 1962 р. У цей же час були розроблені елементи приймача у вигляді напівпровідникових фотодіодів. Тоді залишалася невирішеною ще одна проблема - розробка відповідної передавальної середовища.
На початку ХХ століття були проведені теоретичні та експериментальні дослідження діелектричних хвилеводів, в тому числі гнучких скляних стрижнів. Спочатку розглядалися спроби напрямку світла по полому световоду за допомогою складної системи лінз або дзеркал. Ці та інші системи передачі сигналів мали унікальні характеристики з точки зору смуги пропускання і відстаней між ретрансляторами (багато гігагерц і десятки кілометрів, загасання близько 1 ... 1,5 дБ / км), але відрізнялися великою складністю і високою вартістю, що служило серйозним гальмом на шляху їх масового впровадження. У СРСР такі системи використовувалися для керування з Землі рухом місяцеходу.
Перші в світі колективні дослідження можливості створення широкосмугових ліній передачі на основі волоконних світловодів в СРСР розпочато в 1957 р., часткові результати яких опубліковані в 1961 р. (О. Ф. Косминский, В. М. Кузьмич, О. Г. Власов, А . М. Єрмолаєв, Д. М. Крупп, Є. М. Царевський, Ю. В. Попов та ін.) У 1958 р. радянські фахівці В.В. Варган і Т.І. Вейнберг довели, що «... светопоглощение стекол обумовлюється домішками фарбувальних металів, що вносяться шихтою, і продуктами роз'їдання oгнеупоров; експериментально показано, що светопоглощение ідеально чистого скла дуже мало і лежить за межами чутливості вимірювальних приладів».
У 1966 р. до цих же результатів прийшли й англійські вчені Г. Као і Джордж А. Хокхем. Вони опублікували статті про те, що оптичні волокна можуть використовуватись як засоби передачі при досягненні прозорості, що забезпечує згасання менш 20дБ/км. Крім того, вони прийшли до висновку, що високий рівень загасання, властивий першому волокнам (близько 1000 дБ / км), пов'язаний з присутніми в склі домішками. Ними був також вказано шлях створення придатних для телекомунікації волокон, пов'язаний зі зменшенням рівня домішок у склі.
У 1970 р. фірма Корнінг Глас уоркс (пізніше перейменована в Корнінг Інкорпорейтід) провела оптичні волокна зі ступінчастим профілем показника заломлення і досягла коефіцієнта загасання менше 20 дБ / км на довжині хвилі 633 нм. Світловоди з градієнтним профілем показника заломлення в 1972 р. мали загасання 4 дБ / км. В даний час в одномодових світловодах досягнутий коефіцієнт загасання 0,2 дБ / км при довжині хвилі 1550 нм. При цьому значно вдосконалена елементна база оптичних передавачів та приймачів, збільшена як потужність, так і чутливість, а також термін служби. Відповідна кабельна технологія в поєднанні з роз'ємними і нероз'ємними сполуками для оптичних волокон зробила можливим успішне впровадження цієї нової середовища поширення.
Список літератури
Короткий огляд з історії розвитку оптичного зв'язку
Волоконно-оптичний кабель (ВОК) - один з основних елементів волоконно-оптичної системи передачі, причому найбільш материалоемкий і дорогий. Щоб розробити і виготовити кабель, необхідно вирішити цілий комплекс проблем електротехніки, фізики, матеріалознавства та технології, вивчити сумісність матеріалів елементів кабелю, випробувати кабель на надійність і, нарешті, організувати його виробництво. Важливими є правильна прокладка або підвіска і організація технічної експлуатації цих кабелів.
В існуючій літературі з електрозв'язку ці питання розглядаються, як правило, дуже коротко і утилітарно. У даній книзі автори спробували певною мірою ліквідувати цю прогалину. У ній викладаються теоретичні основи функціонування ВОК, розглядаються конструкції оптичних волокон (ОР) і ВОК, матеріали, характеристики і параметри. Окремі розділи присвячені конструюванню, технології виготовлення та випробування ВОК. Особлива увага приділяється основам технічної експлуатації волоконно-оптичних ліній зв'язку (ВОЛЗ).
Книга розрахована на широке коло читачів, але все ж, в першу чергу, вона задумана як посібник для інженерно-технічних працівників, які займаються конструюванням і виробництвом ВОК, будівництвом і експлуатацією ВОЛЗ. Книга може бути використана як підручник для студентів та аспірантів, які вивчають основи кабельного виробництва та експлуатації ВОЛЗ.
Використання світла для передачі інформації має давню історію. Світловими сигналами користувалися ще тоді, коли й не існувало поняття «електричний зв'язок». У той період в якості джерел оптичного випромінювання використовували Сонце або багаття. Промені світла, модельовані димом, лопатями семафора або іншими пристосуваннями, передавалися в межах прямої видимості. Перші приклади використання такого зв'язку відносяться до часу загибелі Трої (1269 р. до н.е.). Але і сьогодні військово-морський флот використовує прапорці, світлофори для передачі інформації. Більш ніж 200-літній етап проходив у поступовому удосконаленні світлових ліній передачі сигналів на великі відстані. Так, у Франції близько 1794 Клод Шаппа побудував від Парижа до Лілля систему оптичного телеграфу з ланцюга семафорних веж з рухомими сигнальними рейками. Інформацію можна було передати по ній на відстань 230 км протягом 15 хв.
У Росії в 1795 р. І.П. Кулібін розробив свій Семафорний телеграф, що використав більш ніж у 40 разів менше число знаків. Телеграф Кулібіна працював і вночі. У США оптичний телеграф з'єднував Бостон з островом березня Вайнярд, розташованим недалеко від цього міста. Всі ці системи застаріли лише з винаходом електричного телеграфу.
Американець Олександр Грехем Белл в 1880 р. винайшов Фотофон, в якому мовні сигнали могли передаватися за допомогою світла. Однак ця ідея не знайшла практичного застосування, оскільки погодні умови і видимість дуже негативно впливали на якість передачі. Англійський фізик Джон Тиндаль запропонував вирішення цієї проблеми в 1870 р., незадовго до винаходу Белла. Він продемонстрував, що світло може передаватися в потоці води. У його експерименті використовувався принцип повного внутрішнього відображення, який також застосовується в сучасних волоконних світловодах. Після експериментів Белла в області модуляції світла і Тіндаля в області керованої передачі світла американець Норман Р. Френч лише в 1934 р. отримав патент на оптичну телефонну систему, в якій мовні сигнали можуть передаватися через мережу оптичних кабелів, що виготовляються зі стрижнів чистого скла або аналогічного матеріалу з низьким коефіцієнтом загасання на робочій довжині хвилі.
Сучасна ера оптичного зв'язку почалася з винаходом у 1958 р. лазера і послідував незабаром, у 1961 р., створенням перших лазерів. У порівнянні з оптичним випромінюванням звичайних джерел лазерне випромінювання має високу монохроматичністю і когерентністю і має дуже велику інтенсивність. Можливість виготовлення лазерів з напівпровідникових матеріалів отримала визнання в 1962 р. У цей же час були розроблені елементи приймача у вигляді напівпровідникових фотодіодів. Тоді залишалася невирішеною ще одна проблема - розробка відповідної передавальної середовища.
На початку ХХ століття були проведені теоретичні та експериментальні дослідження діелектричних хвилеводів, в тому числі гнучких скляних стрижнів. Спочатку розглядалися спроби напрямку світла по полому световоду за допомогою складної системи лінз або дзеркал. Ці та інші системи передачі сигналів мали унікальні характеристики з точки зору смуги пропускання і відстаней між ретрансляторами (багато гігагерц і десятки кілометрів, загасання близько 1 ... 1,5 дБ / км), але відрізнялися великою складністю і високою вартістю, що служило серйозним гальмом на шляху їх масового впровадження. У СРСР такі системи використовувалися для керування з Землі рухом місяцеходу.
Перші в світі колективні дослідження можливості створення широкосмугових ліній передачі на основі волоконних світловодів в СРСР розпочато в 1957 р., часткові результати яких опубліковані в 1961 р. (О. Ф. Косминский, В. М. Кузьмич, О. Г. Власов, А . М. Єрмолаєв, Д. М. Крупп, Є. М. Царевський, Ю. В. Попов та ін.) У 1958 р. радянські фахівці В.В. Варган і Т.І. Вейнберг довели, що «... светопоглощение стекол обумовлюється домішками фарбувальних металів, що вносяться шихтою, і продуктами роз'їдання oгнеупоров; експериментально показано, що светопоглощение ідеально чистого скла дуже мало і лежить за межами чутливості вимірювальних приладів».
У 1966 р. до цих же результатів прийшли й англійські вчені Г. Као і Джордж А. Хокхем. Вони опублікували статті про те, що оптичні волокна можуть використовуватись як засоби передачі при досягненні прозорості, що забезпечує згасання менш 20дБ/км. Крім того, вони прийшли до висновку, що високий рівень загасання, властивий першому волокнам (близько 1000 дБ / км), пов'язаний з присутніми в склі домішками. Ними був також вказано шлях створення придатних для телекомунікації волокон, пов'язаний зі зменшенням рівня домішок у склі.
У 1970 р. фірма Корнінг Глас уоркс (пізніше перейменована в Корнінг Інкорпорейтід) провела оптичні волокна зі ступінчастим профілем показника заломлення і досягла коефіцієнта загасання менше 20 дБ / км на довжині хвилі 633 нм. Світловоди з градієнтним профілем показника заломлення в 1972 р. мали загасання 4 дБ / км. В даний час в одномодових світловодах досягнутий коефіцієнт загасання 0,2 дБ / км при довжині хвилі 1550 нм. При цьому значно вдосконалена елементна база оптичних передавачів та приймачів, збільшена як потужність, так і чутливість, а також термін служби. Відповідна кабельна технологія в поєднанні з роз'ємними і нероз'ємними сполуками для оптичних волокон зробила можливим успішне впровадження цієї нової середовища поширення.
Список літератури