Реферат на тему Устройство волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ.. 3

1.
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) 6

1.1 Обзор
ВОЛС.. 6

1.2
Конструктивные особенности волоконно-оптических компонентов. 8

1.3
Распределение световых пучков внутри оптического волокна. 10

1.4 Моды,
распространяющиеся в оптических волокнах. 13

1.5
Одномодовое волокно. 15

1.6 Постоянное
распределение и фазовые флуктуации. 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 19

Список
использованной литературы: 20

Введение:

Волоконно
— оптическая связь – это связь, построенная на основе волоконно-оптических
кабелей. Также широко применяется аббревиатура КВЛ (коммуникационная волоконная
линия). Она используется в различных сферах человеческой деятельности, начиная
от вычислительных систем и заканчивая структурами для связи на больших
расстояниях. Это самый популярный и эффективный метод обеспечения
телекоммуникационных услуг на сегодняшний день.

Оптическое
волокно состоит из центрального проводника света (сердечника) — стекловолокна,
окруженного другим слоем стекла – оболочки, имеющей меньший показатель
преломления, чем сердечник. Распространяясь по сердцевине, лучи света не
выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего покровного слоя. В оптическом
волокне световой луч обычно образует полупроводниковый переход или диодный
лазер. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины
диаметра сердечника оптическое волокно подразделяется на одномодовое и
многомодовое.

Оптические
волокна могут использоваться для передачи света и, следовательно, информации на
большие расстояния. Волоконные системы в значительной степени заменили
радиопередающие системы для дальней оптической передачи данных. Они широко
используются для телефонии, а также для интернет-трафика, длинных
высокоскоростных локальных сетей (LANs), кабельного
телевидения (CATV), а также все чаще для более коротких
расстояний внутри зданий. В большинстве случаев используются кремнеземные
волокна, за исключением очень коротких расстояний, где пластиковые оптические
волокна могут быть выгодны.

По
сравнению с системами, основанными на электрических кабелях, подход
волоконно-оптической связи имеет преимущества, наиболее важными из которых
являются:

Емкость
волокон для передачи данных огромна: одно кремнеземное волокно может нести
сотни тысяч телефонных каналов, используя лишь небольшую часть теоретической
емкости. За последние 30 лет прогресс в отношении пропускной способности
волоконных линий связи был значительно быстрее, чем, например, прогресс в
скорости или емкости памяти компьютеров.

Потери
света, распространяющегося в волокнах, поразительно малы: ≈ 0,2 дБ/км для
современных одномодовых кремниевых волокон, так что многие десятки километров
можно преодолеть без усиления сигналов.

Большое
количество каналов может быть слито в одном волоконном усилителе, если это
необходимо для очень больших расстояний передачи.

Из
— за огромной достижимой скорости передачи стоимость одного транспортируемого
бита может быть чрезвычайно низкой.

Волоконные
кабели очень легкие. Они невосприимчивы к проблемам, возникающим с
электрическими кабелями, таким как контуры заземления или электромагнитные
помехи. Такие вопросы важны, например, для каналов передачи данных в
промышленных условиях. [1]

В
основном благодаря своей очень высокой пропускной способности
волоконно-оптическая передача данных может достичь гораздо более низкой
стоимости, чем системы на основе коаксиальных медных кабелей, если требуется
высокая скорость передачи данных. Для низких скоростей передачи данных, когда
их полная пропускная способность не может быть использована, ВОС могут иметь
меньшее экономическое преимущество или даже быть более дорогими (не из-за
волокон, а из-за дополнительных приемопередатчиков). Однако основная причина
все еще широко распространенного использования медных кабелей для “последней
мили” (соединения с домами и офисами) заключается просто в том, что медные
кабели уже проложены, в то время как для прокладки дополнительных волоконных
кабелей потребуются новые земляные работы.

Волоконная
связь уже широко используется в мегаполисах, и даже распространяется все больше
и больше – особенно в Японии, где частные пользователи Интернета уже могут
получить доступные интернет – соединения со скоростью передачи данных 100
Мбит/с- значительно выше производительности современных систем ADSL, использующих
электрические телефонные линии. В других странах часто пытаются выжать более
высокую пропускную способность из существующих медных кабелей, например, с
помощью техники векторизации, чтобы избежать затрат на прокладку волоконных
кабелей в помещения. Однако это все больше и больше рассматривается только как
временное решение, которое не может удовлетворить дальнейший рост спроса на
полосу пропускания.

Также возможно передавать аналоговые сигналы по
волокнам; это например, радио и СВЧ сигналы.

Заключение:

Технологии волоконно-оптических
сетей, помимо вопросов волоконной оптики, также охватывают вопросы, связанные с
электронным передающим оборудованием и его стандартизацией, протоколами связи,
вопросами топологии сети и общими проблемами сетей.

Оптическое волокно в настоящее время
считается самой современной физической средой для передачи информации, а также
наиболее многообещающей средой для передачи больших потоков данных на большие
расстояния.

Важное свойство оптического волокна
— долговечность. Срок службы волокна, то есть сохранение его свойств в определенных
пределах, более 25 лет, что позволяет проложить оптоволоконный кабель и
однократно, по мере необходимости, увеличить пропускную способность канала за
счет замены приемников и передатчиков на высокой скорости.

При создании связи требуются высокоактивные
элементы, преобразующие электрические сигналы в световые, а световые — в
электрические. Для подключения приемопередающего оборудования оптического
волокна используются оптические разъемы (коннекторы), которые должны иметь
низкие оптические потери и большой ресурс для подключения-отключения.
Погрешности изготовления таких звеньев должны быть порядка микрона, т.е.
соответствовать длине волны излучения. Поэтому по оптическим линиям связи
производство этих компонентов очень дорогое[5].

Основными факторами, влияющими на характер
распространения света в волокне, наряду с длиной волны излучения, являются
геометрические параметры волокна, затухание, дисперсия.

Фрагмент текста работы:

1. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)

1.1 Обзор ВОЛС

В волоконно-оптических системах
связи (ВОС) информация передается при помощи электромагнитных волн с высокими
частотами и в ближнем ИК диапазоне оптического спектра (1500 нм).

Волоконно-оптические кабели были
первоначально разработаны в 1950 — х годах для эндоскопов. Цель состояла в том,
чтобы помочь врачам увидеть внутренности человеческого пациента без серьезной
операции. В 1960-х годах телефонные инженеры нашли способ использовать ту же
технологию для передачи и приема телефонных звонков со “скоростью света”. Это
около 186 000 миль в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей
этой скорости в кабеле. Основания так считать вытекают из ряда особенностей
оптических волноводов:

— Широкополосные оптические сигналы
из-за чрезвычайно высокой несущей частоты Гц. Это означает, что по оптическому
каналу информация может передаваться со скоростью порядка бит / с (1 Тбит / с).
Другими словами, одно волокно может передавать 10 миллионов одновременных
телефонных звонков и миллион видео. Кроме того, по оптическому волокну могут
распространяться сигналы двух разных поляризаций, что позволяет увеличить
пропускную способность оптического пути. На сегодняшний день не достигнут
предел плотности информации, передаваемой по оптоволокну;

— Очень небольшое (по сравнению с
другими жидкостями) ослабление светового сигнала в оптоволокне.

— Оптическое волокно из кварца, в
основе которого лежит кремнезем, широко распространен, а потому недорогой
материал, в отличие от классических металлических кабелей;

— диаметр оптических волокон около
100 мкм, что очень компактно и легковесно, это делает их перспективными для
использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике;

— Поскольку оптические волокна
являются изоляторами, поэтому построение систем связи автоматически
осуществляется с помощью сегментов изоляции. В оптических системах они
полностью электрически изолированы друг от друга, и многие проблемы, связанные
с землей и грузоподъемностью, которые все же возникали при подключении
электрических кабелей, становятся неактуальными. Применение сверхпрочного
пластика для кабельных заводов позволило получить самонесущие воздушные кабели,
не содержащие металла и, следовательно, безопасные с точки зрения
электричества. [2,3]

— Системы связи на основе оптических
волокон устойчивы к электромагнитным помехам

— Оптические волокна долговечны.
Срок службы волокна, то есть сохранение его свойств в определенных пределах,
более 25 лет, что позволяет проложить оптоволоконный кабель и однократно, по
мере необходимости, увеличить пропускную способность канала за счет замены
приемников и передатчиков на высокой скорости.

Но есть и недостатки оптоволоконной
технологии:

— При создании связи требуются
высокоактивные элементы, преобразующие электрические сигналы в световые, а
световые — в электрические. Для подключения приемопередающего оборудования
оптического волокна используются оптические разъемы (коннекторы), которые
должны иметь низкие оптические потери и большой ресурс для
подключения-отключения. Погрешности изготовления таких звеньев должны быть
порядка мкм.

— Еще один недостаток в том, что
требуется точность, и, следовательно, дорогое технологическое оборудование для
прокладки оптических волокон.

Следовательно, при аварии (поломке)
оптического кабеля стоимость восстановления выше, чем при использовании медных
кабелей.

Преимущества использования ВОЛС
позволяют использовать для передачи информации на большие расстояния.

1.2 Конструктивные особенности волоконно-оптических компонентов

Одним из важнейших компонентов
волоконной оптики является волоконно-оптический кабель (ВОК).

По условиям эксплуатации кабели
делятся на: монтажные, станционные, зональные, междугородные.

Монтажные и станционные кабели
используют для проведения связи в помещении. Они компактны, легки и обычно
имеют небольшую конструктивную длину.

Зональные и междугородные
предназначаются для проведения по воздуху и под землей. Эти кабели защищены от
внешних воздействий и предназначены для передачи информации на большие расстояния.

Перечисленные выше характеристики и
требования определяют конструкцию и тип оптических кабелей. Есть условное
различие четырех типов структур ОК (условное, поскольку по расположению
оптического волокна и для других целей их можно разделить на большее количество
типов и конструкций) [4,5]:

а) кабель с концентрическим слоем;

б) пучковая прокладка кабелей;

в) кабели с соответствующими
несущими жилами;

ж) ленточные кабели.

На рисунке 1 показаны различные типы
оптических кабелей: типы «a» и «b» характерны
для классических конструкций, типы «c» и «d»
предназначены для большинства оптических кабелей.