Descrierea generală a FOCL
În centrul tehnologiilor cu fibră optică se află principiul utilizării luminii ca principală sursă de informație. Lumina este mult mai ușor de transmis pe distanțe lungi, cu pierderi mai mici decât curentul electric. În plus, este mult mai puțin expus câmpurilor electromagnetice și este capabil să transmită mai multe informații despre un ordin de mărime. Liniile optice nu sunt surse de zgomot electric.
Fibrele optice transmit radiații electromagnetice cu o gamă de lungimi de undă optice corespunzătoare frecvențelor de 1014-1015 Hz, ceea ce asigură o viteză și o viteză foarte ridicată.
Imunitatea ridicată de interferență FOL se datorează faptului că în natură și în industrie nu există practic nici o sursă de intensitate a câmpului electric și magnetic, care poate schimba condițiile de propagare a unui puls de lumină în fibra optică. În plus, cel mai adesea cablurile optice nu conțin elemente metalice, deci nu apar probleme legate de diferența potențială dintre etaje și clădiri, cu curenți vagabonzi în sol etc. Sistemele cu fibră optică au izolație electrică aproape completă, nu se tem de umiditate ridicată, nu necesită echipamente care să le protejeze împotriva scurgerilor, defecțiunilor și scurtcircuitelor. Receptoarele semiconductoare și transmițătoarele de lumină au o stabilitate destul de ridicată.
Se știe că, cu pierderi minime, lumina călătorește prin aer și sticlă. De exemplu, fibrele moderne au o atenuare egală cu 0,2 dB / km, ceea ce dă o amortizare de 0,02 dB la o lungime de 100 m. La aceeași lungime, un cablu electric modern, de înaltă calitate, simetric are o atenuare de aproximativ 20 dB, adică de 1000 de ori mai mare.
Inițial, FOCL-urile au fost utilizate în complexul militar-industrial. Pentru toate succesele moderne FOCL sunt obligate la dezvoltarea activă a armelor în mijlocul și la sfârșitul secolului trecut. Imunitatea la interferențele electromagnetice FOCL și viteză mare de transmitere a informațiilor cauzate utilizarea lor în comunicarea între complexele de măsurare a debitelor și sistemele de comandă care a inclus un calculator. Conform datelor străine din anii 80. aproximativ 5000 de legături cu fibre optice individuale, cu o lungime totală de 150 km între calculatoarele utilizate ca parte a unei comenzi sistem complex de rachete MX furnizează transferul de informații la o rată de 3,2 Mbit / s [1].
Desigur, este imposibil să treacă prin fibră optică de tensiune link-ul pentru dispozitivele care funcționează utilizând PoE pentru a utiliza echipamente de fibră optică dificilă și costisitoare activă optoelectronice, cabluri optice și tehnologia de producție transceivere mai dificilă și mai costisitoare de a lucra cu fibra optica determină cererile crescute pe abilitățile și cultura personalului de producție. Atunci când se lucrează cu link-ul de fibră optică este necesar să se ia în considerare îmbătrânirea fibrei sub influența umezelii și a radiațiilor gamma greu.
Schema structurală a liniei de comunicație cu fibră optică este prezentată în Fig. 1.
Transmițătorul optic și receptorul optic sunt indicate printr-o linie punctată. La punctul 1, apare un semnal luminos, la punctul 2 semnalul luminos dispare.
În acest caz, transmițătorul și receptorul sunt combinate constructiv într-un singur dispozitiv - un transceiver sau un transmițător, - având două adaptoare optice pentru conectarea a două fibre optice. De aceea, placa de rețea a calculatorului are un adaptor pentru două fibre optice la ieșire: una intră pe cartela în lumină, iar cealaltă iese din ea.
Figura arată dependența distanței prin care informtsiya transmise de la viteza de transmisie atunci când se utilizează pierderile de cablu de 2.7 dB / km, iar lumina diodă emițătoare cu o lungime de undă de 0,84 um și 0,03 um lățimea liniei spectrale:
1 - ghidaj de lumină cu profil pas
2 - ghidaj lumina cu profil de gradient
Reducerea atenuării în cablu și îmbunătățirea sistemului de intrare are ca rezultat o creștere a lungimii transmisiei. Este necesar să conectați corect fotodetectorul cu ajutorul ghidajului de lumină, minimizând pierderea de reflexie, de exemplu, utilizând un strat "antireflecție" între fața frontală a LED-ului și fereastra fotodetectorului.
Dispozitive optoelectronice pentru comunicații cu fibră optică
Construcția de legături de fibră optică în forma modernă a devenit posibilă datorită unei descoperiri colosale în dezvoltarea optoelectronicii semiconductoare de la anii 1960. în secolul trecut.
Dacă vorbim despre surse de lumină, este necesar să se constate crearea de lasere semiconductoare sunt de suprafață emițătoare rezonator cavitatea verticală. Această lungime de undă lungă VCSEL laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), care sunt o alternativă la mare mecanice lasere tradiționale (emițătoare de margine) mai costisitoare, lasere Fabry-Perot și DFB (Distributed Feed Back - DFB).
lasere DFB și Fabry-Perot necesită adesea elemente optice speciale (cuplare) pentru a intra în fibră a fasciculului format cu un profil eliptic și model de fascicul larg (divergență largă), ceea ce complică asamblarea sistemelor optice și crește costul acestora.
Laserele semiconductoare VCSEL formează un fascicul cu un model de fascicul îngust (divergență mică) și un profil simetric.
Laserul VCSEL are o cavitate perpendiculară pe planul substratului, ceea ce face mai ușoară testarea laserelor în procesul de producție și, ca urmare, costul asamblării lor este redus. În prezent, costul său este de aproximativ 2 USD.
În anii '80. Tomsk NIIPP a dezvoltat o serie de LED-uri pentru intervalul 0, 85 microni și 1,3 microni în carcase reprezentând unificat soclu conector optic. Aceste diode sunt caracterizate prin viteza de 8-15 ns, curenții direcți - până la 50 mA, liniaritatea mare a caracteristicilor imobilizate ușoare ale diametrului suprafață emițătoare - 200 mm, introduse în producția de fibră optică - 0.02-0.5 wați.
Institutul fizico-tehnic. Ioffe a dezvoltat lasere cu un singur mod și multimode, cu o lungime de undă de 1,3 μm, cu putere mare la curenți mici de pompă cu o lățime mică a plicului spectrului. Pentru laserele cu un singur mod, puterea introdusă în fibra optică a fost de 0,5-10 mW la curenții pompei de 30-250 mA și lățimea învelișului spectrului de 10-15 nm. Lămpile cu multimode cu o lungime de undă de radiație de 1,3 μm au furnizat o putere de intrare de până la 50 mW la curenți de pompă de până la 600 mA.
Pentru utilizare în reflectometre dezvoltate lasere picosecunde rapide cu o lungime de undă de 0,8 microni și 1,3 microni, pentru a asigura durata impulsului de 6-30 ps la o putere de ieșire de până la 500 mW. Lpi creat în modul single cu laser cu o lungime de undă de 1,3 microni furnizate puterea de emisie introduse în unitatea de fibră optică de 1,5 mW, la un curent de funcționare de 80 mA. Modulul avea o construcție plată, dimensiuni mici, cu condiția ca ieșirea de radiație să se realizeze printr-o secțiune de fibră unică [2].
Materialul semiconductor utilizat cel mai frecvent pentru surse de lumină pentru fibră optică este o soluție solidă de Ga 1-x Al x As, suprapunere gama radiație 0,63-0,94 m. Cu semiconductor diode emițătoare de lumină pe bază de Ga 1-x Al x Ca de obicei, au o mică putere a radiației, permite introducerea în putere de fibre optice pentru 1mW și în funcție de compoziția să aibă o lățime a liniei de emisie de 2540 nm și o durată de viață de 10 5 - 10 6 ore. lasere semiconductoare cu heterostructuri dublu pe baza de galiu și Lase la lungimi de undă 0,83-0,94 um. Offset dungi necesar ca lungimea de undă laser nu este coincide cu o bandă de absorbție a grupărilor hidroxil din fibre OH [3].
Un dezavantaj serios al laserelor semiconductoare (și nu al celor autohtone) este timpul redus între defecțiuni (durabilitate) și degradarea caracteristicilor - o scădere a puterii în timpul funcționării.
Dacă vorbim despre receptoarele de radiație optică - fotodiode, atunci tehnologia producției lor a fost, de asemenea, realizată în cadrul complexului militar-industrial. Principalul institut pentru dezvoltarea fotodetectoarelor a fost Institutul de Cercetări Științifice de Fizică Aplicată (NIIPF). Structurile epitaxiale pentru fotodetectoarele de la ordinul NIIPF au fost cultivate în "Giredmet" [2].
În general, în liniile de comunicații cu fibre optice sunt folosite ca o fotodetectori de avalanșă și fotodiode p-in. Fotodetectori pentru fibre optice ar trebui să fie în bandă largă, pentru a avea o valoare mare de produs lățime de bandă cu un factor de multiplicare de avalanșă, au un nivel scăzut de zgomot excesiv (DL), să fie rapid, au o capacitate mică, curent mic întuneric, să fie stabil la influențe externe, au o sensibilitate maximă pe o lungime lungime de undă emițător și durată lungă de viață, precum și să ofere posibilitatea de a se potrivi în etapa ulterioară a amplificatorului.
Îndeplinirea acestor cerințe contradictorii a făcut posibilă crearea unei serii de fotodiode în cazuri adecvate pentru conectarea la legăturile cu fibră optică cu următorii parametri:
- fotodiode siliciu i-n p - sensibilitate curent de 0,4-0,5 A / W lungimi de undă - 0,85 microni, viteza - 1-10 ns, întuneric curent - 2-10 nA la o tensiune de 5V (24);
- fotodiode PIN sunt Heterostructuri bazate pe InGaAsP / InP cu lungimi de undă de funcționare de 1,3 și 1,55 microni, sensibilitatea curentă a 0,6-0,9 A / W, ns viteza, 0,07-0,3 curent întuneric 0,1- 5 nA la o tensiune de 5-10 V;
- Germaniu de lungimi de undă fotodiode de avalanșă de operare de 1,3 microni și 1,55 microni, cu o sensibilitate de curent de 6014 A / W, o densitate de curent de zgomot (5-10) 10-12 A / Hz 1/2, 0,1-0.6 ns viteza , 0,6-2 pF capacitate la o tensiune de 30-100 V;
- fotodetectoare cu FET p-i-n cu lungimi de undă de lucru de 1,3 și 1,55 microni, lățime de bandă de 170-700 MHz, sensibilitate de la -36 la 43 dBm.
Deci, la începutul anilor '90. în țara noastră a fost creată baza elementară optoelectronică necesară pentru crearea liniilor de comunicare cu fibră optică. Au fost introduse dezvoltări în producția de loturi și au fost găsite aplicații în producția de echipamente de uz casnic pentru linii de comunicații cu fibră optică, rețele locale, televiziune prin cablu și alte linii de comunicații [2].
Trimiteți-le prietenilor: