Comunicare - transferul de informații de la un punct la altul. De obicei informațiile sunt transmise prin intermediul înaltă frecvență a undelor electromagnetice (semnale purtătoare), care sunt modulate prin semnalele de informație de joasă frecvență recepționate de către dispozitivul de recepție, unde informația de selecție și demodularea semnalului benzii.
Omenirea a folosit conexiunea optică pentru o lungă perioadă de timp: au fost aplicate focuri pe elementele care reflectau oglinzile. Și astăzi în flotă sunt utilizate semnale luminoase (schimbul de informații între nave). Au încercat să treacă radiația printr-o țeavă de metal lustruită în interior, dar se pierde o mulțime de lumină.
Interesul pentru comunicarea optică a fost relansat în anii 60 ai secolului XX. Impulsul a fost invenția unui laser, iar banda radio a fost complet stăpânită. Atunci când transmiteți informații, este necesar ca frecvența de modulare să fie de 100 de ori mai mică decât frecvența purtătoare. Frecvențele de modulare ocupă o anumită bandă de frecvență, iar lățimea este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de informații transmise. Pentru transmisia vocală, este suficientă o lățime de bandă de 10 până la 1000 Hz pentru transmiterea programelor muzicale - de la 10 la 10000 Hz. Aceasta înseamnă că frecvența purtătoare trebuie să fie ≥ 10 5 Hz pentru transferul de muzică. Pentru transmisia unui canal de televiziune este necesară o lățime de bandă de aproximativ 10 7 Hz și o frecvență purtătoare ≥ 10 8 Hz. Chiar și în gama de microunde, pot fi transmise doar aproximativ 100 de programe TV.
Curs 9 Fundamentele fibrei optice
În anii cincizeci ai secolului XX a apărut o nouă direcție în domeniul științei: fibra optică, știința propagării radiației optice prin fibrele optice. Lumina propagată printr-un pachet optic special din fibre de sticlă. În acel moment, transmisia fibrei optice în regiunea vizibilă a spectrului a fost de 30-70% la o lungime de un metru. În sticlă există multe impurități care reduc transparența. În anii 70 ai secolului 20, a existat un al doilea fibra optica naștere, atunci când fibrele optice bazate pe pierderile optice din sticlă de cuarț de 1 dB / km in infrarosu apropiat. Transmisia era
50% la o lungime de câțiva kilometri. În fibrele optice, pierderea undei luminoase, atenuarea semnalului, este exprimată în alb (B) și decibeli (dB) pe unitate de lungime (denumită după A. Bell):
Bel este unitatea nivelului logaritmic al cantității de energie p2 (putere, intensitate a sunetului sau energie electromagnetică) față de nivelul inițial p1 de aceeași valoare. Dacă k = 1, atunci măsurătorile sunt luate în D, dacă k = 10, apoi - în dB. Pierderile din fibra optica depind foarte putin de frecventa, atenuarea este nesemnificativa chiar si la frecvente de pana la 10 GHz. În Fig. 33 prezintă atenuarea semnalului ca funcție a frecvenței de modulație pentru fibra optică și cablul de cupru cu două fire.
Curentul care curge prin cablul metalic în conformitate cu legea lui Ohm, alternativ efect de piele de curent este observat (fluxurile curente de pe suprafața conductorului) cu creșterea frecvenței atenuării semnalului de modulare se produce aproape exponențial.
Ce este un ghid de lumină cu fibre? Este un fir lung flexibil, al cărui miez constă dintr-un dielectric cu grad mare de transparență, cu un indice de refracție n1. Miezul este înconjurat de o carcasă cu un indice de refracție n2 Prin reducerea produsului acestor cantități, se poate propaga un singur mod prin intermediul ghidului de lumină. În acest caz, un ghid de undă de fibră se numește un singur mod. Există multe tipuri de structuri optice pentru ghidul de undă, dar cele mai răspândite sunt trei tipuri: multimod cu un profil indice de refracție pas cu pas; Multimod cu un profil de gradient al indicelui de refracție; singlemode. În fibrele cu un singur mod, de obicei 2a ≈ 5 -10 μm (pentru gama aproape IR), în fibre multimode, de la câteva zeci la câteva sute de microni. Diferența An pentru fibrele multimodale este 1-2%, pentru un singur mod - câteva zeci de procente. Diametrul total al ghidajelor luminoase este Propagarea luminii printr-o fibră optică se datorează reflecției interne totale a luminii la interfața miez-coajă. Atunci când este luat în considerare proprietățile de undă ale luminii, sa constatat că continuul razelor de lumină în interiorul unghiului de reflexie internă totală de la limita structurii de ghidare, doar un număr limitat de unghiuri discrete de raze pot forma val structura de ghidare. De asemenea, reflexia internă totală, aceste raze trebuie să îndeplinească mai condiție care constă în aceea că, după două reflecții succesive de pereții grinzilor de lungimi de undă respective trebuie să fie în fază și astfel interferează cu impunerea unul altuia. Numai atunci când aceste valuri îndeplinesc condiția de fază, acestea vor fi supuse structurii și formează un câmp de distribuție valuri autoconsistentă dirijate (modurile). Dacă această condiție nu este îndeplinită, valurile se amestecă astfel încât să se stingă și să dispară. Cuantificarea valuri într-un număr de moduri de discret ghidate a fost găsit doar atunci când ecuațiile lui Maxwell au fost rezolvate pentru unele tipuri speciale de structuri de ghidare. Grinzi care intră în interfața miez-coajă într-un unghi Propagarea luminii prin fibra optică este însoțită de fenomene optice, cum ar fi atenuarea semnalului optic, extinderea sferei de impulsuri scurte de lumină, diferitele procese neliniare. Atenuarea semnalului optic într-o fibră optică, în care sticla de cuarț având o transparență maximă este definită ca mecanismele fundamentale ale absorbției și împrăștierea luminii în pahare, iar absorbția impurităților și a defectelor structurale. Mecanismele fundamentale ale pierderilor optice în sticle de cuarț includ: absorbția datorată tranzițiilor electronice; Absorbția IR datorată vibrațiilor din zăbrele, care începe să joace un rol important numai la λ> 1,8 μm; Rayleigh împrăștierea luminii prin neomogenități în compoziția și densitatea sticlei, mai mică de λ. Astfel, fibra optică pe bază de sticlă de cuarț are cea mai mare transparență în regiunea de 0,8-1,8 μm. Extinderea impulsurilor optice care se propagă printr-o fibră optică duce la suprapunerea lor reciprocă, ceea ce limitează lărgimea de bandă a informației a fibrei optice. Cea mai mare contribuție la extinderea impulsurilor în sistemele multimodice se face prin dispersia intermodă - viteza de propagare diferită a grupului de moduri diferite. Diferența în vitezele de grup ale modurilor poate fi redusă semnificativ, asigurând o schimbare netedă a indicelui de refracție, conform unei legi apropiate de parabolice, cu un maxim la axa fibrei. Ghiduri luminoase de fibră în regiunea λ 1,3 μm permit transmiterea semnalelor cu lățime de bandă Linia de comunicație prin fibră optică este formată din trei module principale: - transmitator - modulator, sursă de radiație (LED, laser); - receptor - sistem p-i-n-diode și sistem de procesare a semnalului; - traducerea - elementele radiației de intrare, fibra în sine, elementul de comunicare cu fotodetectorul. Pentru a transmite lumina pe distanțe lungi, se utilizează cabluri optice. Atunci când sunt fabricate, fibrele individuale sunt acoperite cu pelicule subțiri de polimer, apoi colectate într-un fascicul care este acoperit cu un înveliș. În afara cablului se aplică panglica, care îl protejează de deteriorarea mecanică. Pentru a introduce radiații în ghidajul de lumină, se utilizează lentile. așa-numitele lentile de gradient in loc de lentile convenționale sunt folosite (gradany), în care lungimea focală nu este redusă datorită geometriei și datorită utilizării materialelor cu un indice de refracție variază continuu. Gradient lentilele de bare sunt folosite pentru a crea multiplexoare și demultiplexeri. Din alte aplicații ale fibrelor optice, este în primul rând necesar să menționăm giroscoapele cu fibră optică - metrul optic pentru vitezele unghiulare (efectul Sagnac). Un câmp larg de aplicare a ghidajelor de lumină este senzorii de cantități fizice, pe baza schimbării proprietăților ghidajului de lumină sub influența temperaturii, presiunii și câmpului magnetic. Produsele cu fibre optice sunt utilizate pe scară largă pentru transferul imaginilor. Pentru aceasta, o multitudine de ghidaje luminoase sunt asamblate într-un pachet flexibil, ale căror capete sunt sinterizate într-un monolit și supuse procesării optice. Astfel de hamuri sunt folosite în endoscoape pentru medicină. Fibra optică din structura semiconductorului a permis de multe ori creșterea puterii laserelor semiconductoare. Zh. I. Alferov la începutul anilor 70 a fost propus și implementat o astfel de idee. Pentru a face acest lucru, un strat activ de arsenid de galiu în volumul cristalului este plasat între două straturi cu un indice de refracție mai mic. O astfel de structură este numită o heterostructură dublă. Se fac eforturi în prezent pentru a crea fibre optice pentru regiunea ultra-infraroșie a spectrului. Sunt studiate fibrele bazate pe pahare de căldură. Cum să trimiteți SMS și mms de pe un computer gratuit către orice operator Relația dintre natura femeilor și culoarea părului, bruneturile, secretele femeilor
Q, parțial reflectate la interfață, sunt refractate în cochilie. Sinele unghiului Q se numește diafragma numerică a ghidului de undă de fibră. Pentru a elimina valurile care se deplasează de-a lungul cochiliei, ghidul de lumină este prevăzut cu o a doua cochilă absorbantă. Cauzează degradarea rapidă a undelor parazitare. O imagine completă a propagării luminii printr-un ghid de undă cu fibră este furnizată de teoria undelor, care permite doar propagarea unui set discret de moduri prin ea. Fiecare mod reprezintă o vibrație care este caracterizată de o anumită structură spațială a câmpurilor electrice și magnetice și de constanta de propagare corespunzătoare, adică de viteza de fază.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: