Оптическая связь. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Оптическая связь

Оптическая связь - передача информации с помощью эл--магн. воли оптич. диапазона. Идея О. с. известна человечеству давно (обыкновенные костры, с кон. 18 в. семафорная азбука), однако лишь с созданием лазеров появилась реальная возможность построения широкополосных систем О. с.
Особенностью оптич. ннформац. систем является большая пропускная способность, обусловленная высоким значением несущей частоты, и, следовательно, возможность передачи больших объёмов информации с большой скоростью (с). Малая угл. расходимость лазерного луча обеспечивает пространств. скрытность и высокую энергетич. помехоустойчивость передачи информации по оптич. каналу связи при малых габаритах приёмопередающих устройств.

Физическая модель системы О. с. состоит в том, что информац. сигнал в кодирующем устройстве преобразуется в вид, удобный для модуляции, затем поступает в подмодулятор-усилитель и далее в цепь возбуждения модулятора. С помощью внеш. или внутр. модулятора осуществляется модуляция амплитуды, интенсивности, частоты, фазы или поляризации сигнала несущей частоты в соответствии с информац. сигналом (см. Модуляция света ).Затем модулиров. лазерный луч коллимируется оптич. системой и посылается на объект. С помощью приёмной оптич. системы сигнал фокусируется на фотоприёмник, выходной электрич. сигнал к-рого обрабатывается далее с целью выделения информац. сигнала. Возможны два способа приёма оптич. сигнала - прямое детектирование и гетеродинный приём. В гетеродинных приёмных системах и в системах связи на поднесущей частоте сигнал преобразуется или переносится в НЧ-область.
Оптич. системы связи делятся на открытые - наземные или космические, и закрытые - световодные. Оптич. линии связи в атмосфере сильно зависят от метеоусловий, от наличия пыли, дыма и др. включений. Турбулентные явления в атмосфере приводят к флуктуациям показателя преломления среды и, следовательно, к искажениям луча и флуктуациям угла прихода излучения на фотоприёмник.
Высокая степень когерентности лазерного излучения позволяет использовать помехоустойчивые методы модуляции - частотную, фазовую и поляризац. модуляцию. Известны системы О. с. с применением поляризац. модуляции излучения непрерывных газовых лазеров (лазер Не - Ne с

- 0,03 мкм и СО₂-лазер с

- 10,6 мкм) для передачи как аналоговой, так и цифровой информации. Для передачи последней напб. удобна импульсная модуляция интенсивности полупроводниковых лазеров током накачки.
Дальность действия линии О. с. в наземных условиях ограничена пределами прямой видимости. Однако можно осуществлять загоризонтнуго связь, используя рассеяние света атмосферой - лазерные линии связи с атм. каналом рассеяния.
Среди открытых линий связи перспективны линии связи Земля - космос и космос - космос, где на больших расстояниях (напр., 1,6 х 10⁸ км до планеты Марс) необходимо передавать большой объём информации с большой скоростью (10⁶ бит/с).

Закрытые линии связи. В земных условиях наиб. перспективны закрытые волоконно-оптич. линии связи (ВОЛС). Малое затухание оптич. сигналов в одномодовых волоконных световодах на основе кварцевого стекла (см. Волоконная оптика)и ряд их принципиальных преимуществ перед проводной связью дают возможность широкого использования их в протяжённых линиях связи.
Многомодовые ВОЛС имеют принципиальные ограничения по протяжённости и по скорости передачи цифровой информации, определяемые затуханием и уширением импульсов оптич. сигналов. Последнее обусловлено модовой и хроматич. дисперсиями многомодового оптич. волокна. Использование одномодовых волоконных световодов с малым затуханием (0,2 дБ/км) совместно с полупроводниковыми лазерами, работающими с мин. шириной спектра излучения, позволяет свести к минимуму влияние дисперсии на =1,3 мкм и передавать цифровую информацию с высокой скоростью и на большие расстояния.
Параметром для оценки возможностей высокоскоростной передачи информации является произведение скорости передачи информации на расстояние. Для одномодовых ВОЛС на длине волны излучения 1,55 мкм этот параметр может превышать 200 (Гбит/с)-км.
Специфич. особенностью систем О. с. в сравнении с радиотехн. системами является ограниченная величина энергетич. потенциала - отношение мощности источника излучения к мощности оптич. сигнала, поступающей с выхода волоконной линии в фотоприёмник и необходимой для регистрации сигнала с требуемой вероятностью ошибки (не более 10^-9).
Для выделения информац. сигнала на приёмник должно поступать определённое число фотонов. При увеличении скорости передачи информации и сохранении при этом одной и той же вероятности ошибки должна возрастать оптич. мощность, детектируемая фотоприёмником. Поэтому актуальной задачей является разработка волоконных световодов с малым затуханием и эфф. систем ввода и вывода излучения из световода.
Наряду с быстродействием и помехозащищённостью волоконные линии передачи сигналов информации должны обладать достоверностью и стабильностью метрологич. характеристик. Это практически исключает использование в ВОЛС амплитудной модуляции, т. к. величина сигнала на выходе линии связи зависит от обстановки в линии связи, в частности от затухания. Кроме того, деградация со временем излучателей и приёмников, температурные эффекты и др. факторы могут приводить к ухудшению качества связи. Наиб. перспективной является передача цифровой информации с помощью импульсных методов модуляции.
Разработка долгоживущих (~10⁴ ч) полупроводниковых лазеров с=1,3 мкм и полосой частот модуляции до 10 ГГц, широкополосных высокочувствит. фотоприёмных устройств, а также световодов с малыми потерями приведёт к доминирующему положению О. с. уже в ближайшее время.
В наст. время (90-е гг.) построены и успешно эксплуатируются многочисл. волоконные линии О. с. Перспективно применение ВОЛС для кабельного телевидения, передачи информации в вычислит. технике и системах спец. внутриобъектовой связи, межконтинентальных линиях связи.
Развитие линий О. с. связано с развитием интегральной оптики. Использование пленарных волноводных модуляторов, переключателей, ответвителей, фильтров и т. д. позволит создать быстродействующие, широкополосные, эфф. линии О. с. для высокоскоростной передачи информации.

Литература по оптической связи

Пратт В., Лазерные системы связи, пер. с англ., М., 1972;
Волоконно-оптическая связь. Приборы, схемы и системы, пер. с англ., М., 1982;
Оптические системы передачи информации по атмосферному каналу, М., 1985;
Xинрикус X. В., Шумы в лазерных информационных системах М., 1987;
Техника оптической связи. Фотоприемники, пер. с англ., М., 1988;
Гауэр Д., Оптические системы сплин пер. с англ., М., 1989.

Ю. В. Попов, В. Б. Волконский

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира