Волоконно-оптическая связь

Введение[править]

Оптическое волокно используется телекоммуникационными компаниями для передачи телефонных сигналов, интернет-коммуникаций и сигналов кабельного телевидения. Из-за очень низкого ослабления и искажения сигнала, оптическое волокно имеет большие преимущества перед существующим медным проводом особенно на длинных расстояниях сохраняя высокие требования к передающей информации. Однако, развитие инфраструктуры в пределах городов было относительно трудным и отнимали много времени. Оптические волоконные системы были сложны и дороги при установке и в эксплуатации. Из-за этих трудностей, оптические волоконные системы в коммуникациях связи были прежде всего внедрены в районах с большими протяжённостями, где они используются обеспечивая передачу полного объёма нужной информации, компенсируя высокую стоимость. С 2000 цены на оптические волоконно-оптические коммуникации значительно понизились. Цена за подводку волокна к дому в настоящее время стало более рентабельным, чем при применении медных кабелей.

С 1990, рост систем волоконно-оптической связи стал коммерчески более доступным, телекоммуникационная промышленность провела обширную сеть междугородних и океанских линий связи на основе оптического волокна. К 2002 межконтинентальная сеть связи достигла 250 000 км подводного кабеля с суммарной пропускной способностью более 2.56 Tb/s.

О выбытии ВОЛС

Постоянное развитие отрасли связи является следствием того, что на смену традиционным электрическим кабелям пришли оптоволоконные, а их уже вытесняют беспроводные технологии передачи сигналов, сообщений и информации. Поэтому бухгалтеру нужно быть готовым к тому, что ВОЛС будут выведены из эксплуатации раньше запланированного срока. Как это повлияет на учет и налогообложение? Определимся с сущностью операции. Выбытие всей ВОЛС не означает, что оператор связи все разберет и продаст или сдаст на утилизацию. Отдельные активы (например, ЛКС) могут использоваться в том числе для размещения сетей связи нового поколения. Да и сами оптоволоконные кабели могут еще понадобиться. Поэтому бухгалтеру нужно аккуратно списывать активы — при наличии достаточных на то оснований. Процесс упрощается, если в учете согласно рекомендациям отдельно отражены оптоволоконные кабели, ЛКС с крепежом, вспомогательное оборудование, которое раньше всего может устареть при модернизации сетей связи и переходе на беспроводные технологии. Тогда бухгалтер согласно п. 29 ПБУ 6/01 отражает выбытие тех активов, которые более не способны приносить организации экономические выгоды (доход). Соответственно, то, что продолжает использоваться или временно переводится в запас для последующих надобностей, продолжает находиться на балансе и амортизироваться. При этом не исключено, что простой объект придется включить в более сложный, относящийся к другой линии или сети связи. В любом случае бухгалтеру легче производить различные действия в учете с разукрупненными объектами, чем наоборот — с объединенными активами.

В этой связи вспомним о налоговом учете, в котором, в отличие от бухучета, ВОЛС может учитываться как единый объект амортизируемого имущества. Согласно пп. 8 п. 1 ст. 265 НК РФ к внереализационным расходам относятся затраты на ликвидацию выводимых из эксплуатации основных средств, списание нематериальных активов, включая суммы недоначисленной согласно установленному сроку полезного использования амортизации. На основании этой нормы бухгалтер вправе вывести из эксплуатации и уменьшить налоговую базу на стоимость всего, что включено в единый амортизируемый объект — ВОЛС, при условии, что имеет место именно ликвидация объекта. В данном случае ликвидируется не весь объект, а отдельные его составляющие, в то время как другие продолжают использоваться или, по крайней мере, еще не выведены из эксплуатации. В такой ситуации финансовое ведомство советует следующее (Письмо от 03.08.2012 N 03-03-06/1/378). Для определения целесообразности дальнейшего использования (пригодности) объекта основных средств создается комиссия. В акте о частичной ликвидации она указывает причины частичной ликвидации амортизируемого имущества (модернизация, реконструкция или иное). Комиссия определяет также долю ликвидируемого имущества, исчисляемую в процентном отношении к объекту амортизируемого имущества. С учетом установленной доли исчисляются первоначальная (остаточная) стоимость и начисленная амортизация, приходящиеся на ликвидируемое имущество. На основании этих данных и сведений о первоначальной стоимости и начисленной амортизации основного средства до процесса частичной ликвидации можно определить остаточную стоимость объекта после частичной ликвидации. Таким образом, чтобы выполнить указания чиновников, оператору связи нужно создать комиссию, участники которой смогли бы определить процент (долю) годных и не годных к дальнейшему использованию (эксплуатации) элементов ВОЛС. При этом сумма недоначисленной амортизации по ликвидированной части объекта подлежит включению в состав внереализационных расходов как иные обоснованные расходы (пп. 20 п. 1 ст. 265 НК РФ), а не как при полной ликвидации на основании пп. 8 п. 1 ст. 265 НК РФ. Иначе говоря, по сути, для целей налогообложения ВОЛС как единое амортизируемое имущество дробится на то, что используется, в частности ЛКС, кабели, и то, что не используется, выводится из эксплуатации и списывается на внереализационные расходы. Хотя такой порядок налогообложения прямо не прописан в Налоговом кодексе, аналогичные рекомендации содержатся в разъяснении финансового ведомства, которым бухгалтер может воспользоваться при выборе способа налогового учета выбытия ВОЛС.

12.2. Измерения при проведении АВР на ЛКС ВОЛП. Локализация места повреждения ОК

Для эффективной локализации места повреждения ОК работы выполняются в несколько этапов:

  • определение поврежденного ЭКУ с использованием системы контроля ВОЛП;
  • определение с НРП (ОРП) зоны повреждения ЭКУ при помощи оптического рефлектометра или САМ-ОК (при измерениях оптическим рефлектометром необходимо строго соблюдать правила техники безопасности и инструкцию по эксплуатации на используемый прибор!);
  • поиск места повреждения на местности при помощи трассопоисковых приборов;
  • визуальное наблюдение места повреждения ОК.

При аварии на ВОЛП сменный персонал ОРП на основании данных системы управления ВОЛП определяет поврежденный ЭКУ и передает эту информацию в УПУ. Если повреждение произошло на прилегающем к ОРП участке регенерации, то сменный персонал ОРП проводит измерения с помощью оптического рефлектометра по всем свободным оптическим волокнам для определения расстояния от точки измерения до места повреждения ОК и выявления исправных ОВ на данном участке. При определении расстояния до места повреждения результаты измерений по разным ОВ могут отличаться, поэтому в качестве измеренного необходимо брать среднее значение по всем свободным ОВ. Если свободные ОВ на поврежденном ЭКУ отсутствуют, то измерения следует проводить по ОВ, используемым для передачи информации. Подключать оптический рефлектометр к ОВ, используемым для приема, не допускается, т.к. это может привести к выходу из строя оптического рефлектометра.

Если поврежден ЭКУ между НРП, то измерения проводит АВБ №1 ЛТЦ (эксплуатационного предприятия) с НРП, ближайшего по отношению к месту нахождения измерителя,

При использовании систем автоматического мониторинга волоконно-оптических кабелей (САМ-ОК) измерения на поврежденном участке по проводит оператор центра технического обслуживания.

Используя полученные результаты, измеритель АВБ ЛТЦ (эксплуатационного предприятия) определяет расстояние по волокну до места повреждения ОК от ближайшей к повреждению муфты L опт. Расстояние L опт измеряется как расстояние между маркерами 1 и 2. Маркер 1 устанавливается на расстоянии, соответствующем расстоянию от места измерения до ближайшей со стороны измерения муфты по паспорту ЭКУ с максимальной точностью. Маркер 2 устанавливается с максимальной точностью в точке повреждения. При этом необходимо учитывать данные «оптических расстояний» до муфт, содержащиеся в технической документации на поврежденный участок. Найденное расстояние от ближайшей муфты до места повреждения ОК специалист АВБ приводит в соответствие с физической длиной кабеля по формуле:

Lфиз. = L опт. /k,

где Lфиз. – физическая длина ОК от ближайшей муфты до места повреждения;

L опт. – результат измерения оптической длины ОК от ближайшей муфты до места повреждения;

k – коэффициент укорочения физической длины ОК по отношению к оптической ОК (берется из технической документации на поврежденный участок).

После определения физической длины ОК от ближайшей муфты до места повреждения специалист АВБ ЛТЦ (эксплуатационного предприятия) по планшетным схемам определяет место повреждения на карте. В том случае, если точность определения места повреждения на карте по какой-либо причине (большое расстояние до места повреждения, отсутствие в технической документации оптических расстояний до муфт со стороны проведения измерений и т.п.) вызывает сомнения, то измерения повторяют с другого НРП.

После привязки точки повреждения ОК к трассе по карте представители АВБ ЛТЦ (эксплуатационного предприятия) выезжают к ближайшей муфте с КИП от места, где произошло повреждение. Подключив генератор трассопоискового прибора на КИП к бронепокрову ОК, проверяют наличие сигнала генератора в 40 – 50 метрах от КИП. Затем АВБ выезжает в район повреждения, где по уровню генератора определяют с поверхности земли место повреждения ОК. Одного члена АВБ с переносной радиостанцией оставляют у КИП для контроля работы и охраны генератора, а также поддержки связи с остальной частью АВБ №1. Если место повреждения кабелеискателем не определяется (например, когда внешние покровы ОК не повреждены), то участок предполагаемого повреждения перекрывается ОКВ:

  • между соседними муфтами,
  • на расстоянии примерно 30 метров в каждую сторону от предполагаемого места повреждения.

Передатчики[править]

Модуль GBIC, (использовался в оборудовании для компьютерных сетей до 2000 года), являлся унифицированным преобразователем оптических сигналов в электрические и наоборот

Лазерный излучающий диод

Наиболее часто используемые оптические передатчики — это полупроводниковые приборы, свето излучающие диоды (СИД) и лазерные диоды. Различие между СИД и лазерными диодами в том, что СИД излучают не когерентное оптическое излучение, в то время как излучение лазерных диодов когерентно. Для использования в оптических коммуникациях полупроводниковые оптические передатчики должны быть компактным, эффективным, и надежным, работать в оптимальном диапазоне длин волн, и быть работоспособными на высоких частотах.

Явление, при котором при прохождении тока через открытый P/N переход в прямом направлении происходит излучение фотонов называют электролюминисценцией. Испускаемое при этом излучение является не когерентным с относительно широкой спектральной шириной 30-60 нм. Эффективность первых светоизлучающих диодов была невелика. Однако, из-за относительно простого устройства и недорого производства, светоизлучающие диоды СИД были идеальны при использовании в недорогих устройствах.

Светоизлучающие диоды СИД для волоконно-оптического оборудования обычно сделаны на базе фосфида арсенида галлия (GaAsP) или арсенида галлия (GaAs). Поскольку СИД на основе GaAsP излучают на более длинноволновых диапазонах, чем СИД на основе GaAs (1.3 микрометра против 0.81-0.87 микрометров), их спектр излучения имеет большую величину, приблизительно в 1.7. Большая ширина спектра СИД вызывает более высокую дисперсию излучения в волокне, значительно ограничивая этим скорость передачи информации. Излучатели на основе СИД наиболее подходят прежде всего для использования в локальных сетях со скоростями передачи информации 10-100 Mbit/s и расстояниями до нескольких километров. Современные СИД могут излучать на различных длинах волн и используются в настоящее время для локальной сетей построенных по технологии WDM (Wavelength Division Multiplexing).

Полупроводниковый лазер генерирует излучение посредством стимулируемой эмиссии, а не непосредственную эмиссии (как в светоизлучающих диодах), которая позволяет получать высокую выходную мощность сигнала (~100 мВт) а так-же имеет и другие преимущества, связанные с природой когерентного излучения. Излучение полупроводникового лазера относительно направленно, позволяя получать высокую эффективность при передаче сигнала в оптических одномодовых волокнах. Узкая спектральная ширина излучения позволяет получать высокие скорости передачи информации, так как это связано с уменьшением эффекта модовой дисперсии. Кроме того, полупроводниковые лазеры легко могут быть промодулированы в области высоких частот из-за короткого времени рекомбинации носителей заряда в P/N переходе.

Непосредственное модулирование сигналом светоизлучающего диода позволяет строить относительно простые преобразователи электрических сигналов в оптические.

История

Историю систем передачи данных на большие расстояния следует начинать с древности, когда люди использовали дымовые сигналы. С того времени эти системы кардинально улучшились, появились сначала телеграф, затем — коаксиальный кабель. В своем развитии эти системы рано или поздно упирались в фундаментальные ограничения: для электрических систем это явление затухания сигнала на определённом расстоянии, для сверхвысокочастотных (СВЧ) систем — несущая частота. Поэтому продолжались поиски принципиально новых систем, и во второй половине XX века решение было найдено — оказалось, что передача сигнала с помощью света гораздо эффективнее как электрического, так и СВЧ-сигнала.

В 1966 году Као и Хокам из STC Laboratory (STL) представили оптические нити из обычного стекла, которые имели затухание в 1000 дБ/км (в то время как затухание в коаксиальном кабеле составляло всего 5—10 дБ/км) из-за примесей, которые в них содержались и которые, в принципе, можно было удалить.

Существовало две глобальных проблемы при разработке оптических систем передачи данных: источник света и носитель сигнала. Первая разрешилась с изобретением лазеров в 1960 году, вторая — с появлением высококачественных оптических кабелей в 1970 году. Это была разработка Corning Incorporated (англ.). Затухание в таких кабелях составляло около 20 дБ/км, что было вполне приемлемым для передачи сигнала в телекоммуникационных системах. В то же время были разработаны достаточно компактные полупроводниковые GaAs-лазеры.

После интенсивных исследований в период с 1975 по 1980 год появилась первая коммерческая волоконно-оптическая система, оперировавшая светом с длиной волны 0,8 мкм и использовавшая полупроводниковый лазер на основе арсенида галлия (GaAs). Битрейт систем первого поколения составлял 45 Мбит/с, расстояние между повторителями — 10 км.

22 апреля 1977 года в Лонг-Бич, штат Калифорния, компания General Telephone and Electronics впервые использовала оптический канал для передачи телефонного трафика на скорости 6 Мбит/с.

Второе поколение волоконно-оптических систем было разработано для коммерческого использования в начале 1980-х. Они оперировали светом с длиной волны 1,3 мкм от InGaAsP-лазеров. Однако такие системы всё ещё были ограниченны из-за рассеивания, возникающего в канале. Однако уже в 1987 году эти системы работали на скорости до 1,7 Гбит/с при расстоянии между повторителями 50 км.

Прокладка первой в мире трансокеанской волоконно-оптической линии связи была завершена в 1988 году (между Японией и США), её длина составила около 10 тысяч километров. Первый трансатлантический телефонный оптический кабель (TAT-8) был введён в эксплуатацию также в 1988 году. В его основе лежала оптимизированная Э. Дезюрвиром (E.Desurvire) технология лазерного усиления. TAT-8 разрабатывался как первый подводный волоконно-оптический кабель между Соединёнными Штатами и Европой.

Разработка систем волнового мультиплексирования позволила в несколько раз увеличить скорость передачи данных по одному волокну, и к 2003 году при применении технологии спектрального уплотнения была достигнута скорость передачи 10,92 Тбит/с (273 оптических канала по 40 Гбит/с). В 2009 году лаборатории Белла посредством мультиплексирования 155 каналов по 100 Гбит/с удалось передать данные со скоростью 15,5 Тбит/с на расстояние 7000 км. В 2013 году ученые из Bell протестировали технологию шумоподавления, которая позволяет передать 400 Гб/сек по оптоволокну на 12 800 км без повторителей сигнала.

Преимущества ВОЛС для провайдеров

При правильной разработке проекта будущей системы и выполнении монтажных работ использование волоконно-оптической линии имеет много положительных моментов:

  • высокая скорость развертывания сети
  • небольшие начальные вложения
  • возможность сочетать рабочие участки, расположенные удаленно, без применения дополнительных усилительных установок
  • широкие каналы с высокой скоростью передачи данных

Материал, который используется при оборудовании системы, представляет собой диэлектрический проводник. Поэтому он обеспечивает помехоустойчивость конструкции в условиях прокладки в кабельных трассах.

Немаловажное значение имеет экономия финансовых расходов при оборудовании линии связи. При этом гарантируется высокая скорость передачи информации и длительное использование системы без проведения ремонта

Применение

Волоконно-оптическая связь

Основная статья: Волоконно-оптическая связь


Волоконно-оптический кабель.

Основное применение оптические волокна находят в качестве среды передачи на волоконно-оптических телекоммуникационных сетях различных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей. Применение оптических волокон для линий связи обусловлено тем, что оптическое волокно обеспечивает высокую защищённость от несанкционированного доступа, низкое затухание сигнала при передаче информации на большие расстояния, возможность оперировать с чрезвычайно высокими скоростями передачи и пропускной способностью даже при том, что скорость света в волокнах на 30 % ниже, чем в медных проводах и на 40 % ниже скорости радиоволн. Уже к 2006 году была достигнута частота модуляции 111 ГГц, в то время как скорости 10 и 40 Гбит/с стали уже стандартными скоростями передачи по одному каналу оптического волокна. При этом каждое волокно, используя технологию спектрального уплотнения каналов может передавать до нескольких сотен каналов одновременно, обеспечивая общую скорость передачи информации, исчисляемую терабитами в секунду. Так, к 2008 году была достигнута скорость 10,72 Тбит/с, а к 2012 — 20 Тбит/с. Последний рекорд скорости — 255 Тбит/с.

С 2017 года специалисты говорят о достижении практического предела существующих технологий оптоволоконных линий связи и о необходимости кардинальных изменений в отрасли.

Волоконно-оптический датчик

Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии дают волоконно-оптическим датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определённых областях.

Оптическое волокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания Sennheiser разработала лазерный микрофон, основными элементами которого являются лазерный излучатель, отражающая мембрана и оптическое волокно.

Волоконно-оптические датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Они хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков.

С использованием полимерных оптических волокон создаются новые химические датчики (сенсоры), которые нашли широкое применение в экологии, например, для детектирования аммония в водных средах.

Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.

Оптическое волокно применяется в лазерном гироскопе, используемом в Boeing 767[источник не указан 1941 день] и в некоторых моделях машин (для навигации). Волоконно-оптические гироскопы применяются в космических кораблях «Союз». Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна, полученные при вращении заготовки с сильным встроенным двойным лучепреломлением.

Другие применения оптического волокна

Диск фрисби, освещённый оптическим волокном

Оптические волокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптические волокна направляют солнечный свет с крыши в какую-нибудь часть здания. Волоконно-оптическое освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные рождественские ёлки.

Оптическое волокно также используется для формирования изображения. Пучок света, передаваемый оптическим волокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

Оптическое волокно используется при конструировании волоконного лазера.

9.7. Оптические фильтры, мультиплексоры и демультиплексоры

Оптическая фильтрация обеспечивается различными устройствами мультиплексирования/демультиплексирования: фазированными волноводными решетками, волоконно-оптическими дифракционными решетками Брэгга, тонкопленочными диэлектрическими интерференционными фильтрами, резонаторами FP и т.д.

Фильтры на фазированных волноводных решетках обычно состоят из выращенного на кремниевой подложке тонкого кварцевого слоя, в котором вытравлены волноводы с разными длинами светового пути (рисунок 9.13).

Рисунок 9.13. Фильтр (демультиплексор) на фазированной волноводной решетке

Устройство работает по принципу дифракционной решетки, которая осуществляет пространственное разделение спектральных каналов между выходными портами. Подобные фильтры имеют до 32 каналов в диапазоне длин волн 1500 ¸ 1600 нм и обеспечивают межканальные интервалы 0,4 (50 ГГц), 0,8 (100 ГГц) и 1,6 (200 ГГц) нм. Вносимые потери для каждого канала могут составлять от 6 до 9 дБ. Помехи от соседних каналов менее –30 дБ.

Фильтры на фазированных волноводных решетках могут использоваться как мультиплексоры и демультиплексоры многоволновых сигналов .

Волоконно-оптические дифракционные решетки Брэгга представляют собой отрезок стекловолкна, в сердцевине которого изготовлена дифракционная решетка Брэгга, работающая как спектральный фильтр (рисунок 9.14).

Рисунок 9.14. Волоконный фильтр Брэгга

На рисунке 9.15 представлена схема оптического демультиплексора на основе брэгговской решетки, настроенной на волну λ3.

Рисунок 9.15. Волоконный демультиплексор на решетке Брэгга

Такие устройства легко сращиваются с другими волоконно-оптическими компонентами, характеризуются малыми вносимыми потерями. Однако волоконно-оптические решетки являются двухпортовыми устройствами и на практике должны объединяться с оптическими циркуляторами и ответвителями, что приводит к дополнительным потерям.

Тонкопленочные диэлектрические интерференционные фильтры принято считать одним из перспективных путей реализации фильтрации в оптических системах. Эти фильтры представляют собой набор пластин с многослойным покрытием. Толщина каждого слоя составляет от 0,025 до 0,5 λ . Они были первыми стандартизированы в промышленности и применяются в системах передачи с 80-х годов . Они обеспечивают разделение (объединение) от 2 до 4 длин волн с интервалами между каналами не менее 20 нм. Однако, ряд работ, проведенных Американской оптической ассоциацией, показали возможность уменьшения межканального расстояния до 0,8 нм (100 ГГц) .

Совмещение тонкопленочных фильтров с резонаторами Фабри – Перо (FP) позволяет строить многоканальные мультиплексоры с числом разделяемых волн до 32 и более. Примеры характеристик некоторых типов оптических фильтров приведены в таблице 9.3.

Таблица 9.3. Характеристики оптических фильтров

Перспективы развития оптоволоконной связи

Если массовый рынок потребления пока еще сдержанно настроен к эволюционному процессу перехода на оптоволокно, то передовые мировые корпорации уже заглядывают в будущее, которое открывают технологии оптико-волоконной связи в самых разных сферах. На текущий момент наиболее перспективными направлениями можно назвать распределенные сенсорные системы и волоконные оптические лазеры. Первая технология позволит осуществлять неразрушающий контроль строительных и инженерных сооружений с широким комплексом выходных данных анализа – в частности, с точными показателями температуры, давления и деформационных процессов объекта. Что касается оптико-волоконных лазеров, то их свойства и характеристики излучаемой волны могут обеспечить беспрецедентные возможности при физической обработке твердотельных материалов.

Составляющие элементы ВОЛС

Принято разделять оборудование ВОЛС на активные и пассивные элементы.

Упрощенная схема действия всех компонентов заключается в нахождении на одном конце кабеля светодиода или лазерного диода, который передает сигнал.

Во время передачи данных инфракрасный диод создает импульс согласно с типом сигнала. Фотокодектор на другом конце волокна принимает и преобразует световой сигнал в электрический.

К активным компонентам системы относят:

  • мультиплексор — устройство, соединяющее несколько сигналов в единственный;
  • усилитель — позволяет увеличить мощность передаваемого сигнала;
  • светодиоды и лазерные диоды — источник света в кабеле;
  • фотодиод — приниматель сигнала на конечной части волокна, осуществляет преобразование полученного сигнала;
  • модулятор — устройство преобразования сигнала из электрического в оптический.

Пассивные элементы ВОЛС:

  • оптоволоконный кабель — среда, через которую передается сигнал;
  • оптическая муфта — соединяет несколько волокон;
  • оптический кросс — устройство на конце кабеля, подключающее его к активным элементам;
  • спайки — производят сращивание волокон;
  • разъемы — приспособления для отключения или подсоединения кабеля;
  • ответвители — устройства по распределению мощности оптики из нескольких волокон в единственный;
  • коммутаторы — оборудование для перераспределения оптических сигналов.

Строительство ВОЛС

Перед началом работ, связанных со строительством ВОЛС, необходимо провести ряд предварительных работ, то есть создать проект ВОЛС.

Задачами его является определение пропускных возможностей будущих линий связи; исследование среды, через которую будет пролегать система; расчет массы, объемов и общей стоимости всей ВОЛС; создание защитной системы для линии связи; обеспечение безопасности передаваемых данных.

Проектирование и строительство ВОЛС предусматривает установку оборудования, подготовку среды для проведения кабеля, производится закупка оборудования. Организовывается получение технических условий для монтажа линий связи.

После проведения вышеперечисленных этапов по проектированию и подготовки к работам, осуществляется монтаж оборудования: прокладка кабеля в грунте, канализации, коллекторах; установка модулей, крепление муфт, установка всех активных компонентов. После установки необходимого оборудования производятся мероприятия по созданию безопасных условий для кабеля.

Готовый участок линии связи тестируют по основным свойствам.

Виды измерений

Тестирование волоконно-оптической линии связи совершается путем проведения двух видов измерений. Первый вид оценивает затухание сигнала от одного конца кабеля до другого. С одной стороны подключается лазер, с другой фотодиод. Изменение тока данных между двумя компонентами свидетельствует о потерях в волокне. Прибор, с помощью которого происходит выявление затухания сигнала, называется оптический тестер.

Второй вид измерений ВОЛС — это с помощью оптического рефлектометра. Прибор определяет месторасположение в кабеле дефектов, делает замеры потери сигнала в любой части волокна. Данные выводятся на экран в виде графиков, с помощью которых видны уровни сигнала и расстояния между разными точками всей системы.

Оптический бюджет

Оптический бюджет характеризует максимальное затухание в линии, которое возможно в линии связи. Функционирование возможно при не превышении величины бюджета. Все элементы системы разделяют на создающие в кабеле сигнал и на снижающие его, способствующие затуханию потока данных.

Элементами создающими сигнал являются трансиверы и усилители. Все остальные элементы и оборудование создают помехи и влияют на потерю сигнала.

Компании-производители систем указывают в документации расчет ВОЛС.

Произведение вычислений основывается на учете источников затухания в волокне, мультиплексоры, модули, участки соединения, наличие разветвлений. Для расчета оптического бюджета ВОЛС необходимо наличие данных о длине замеряемого участка волокна в км, количество соединение на оптических панелях, число сварочных скреплений.

Чтобы обеспечить надежность работы всей системы требуется брать во внимание возможность увеличения потерь сигнала за счет внешних факторов, независящих от самой линии, а также за счет старения оборудования

1.1. Характеристика диапазона электромагнитных волн для оптической связи

Известный спектр электромагнитных волн простирается от постоянного электрического тока и низкочастотных колебаний до рентгеновских и гамма-излучений. На рисунке 1.1 представлены все участки этого спектра и определено местоположение диапазона, который называется оптическим.

В оптическом диапазоне видимый свет занимает участок спектра от 380 нм (фиолетовый) до 780 нм (красный) и граничит со стороны более коротких волн с ультрафиолетовым излучением, а со стороны более длинных волн – с инфракрасным излучением. Наибольшее применение для оптической связи имеет диапазон, который называют ближней инфракрасной зоной (0.8 ¸ 1.675 мкм). Его использование обусловлено двумя факторами: по шкале энергий этот диапазон соответствует ширине запрещенной зоны ряда полупроводников, т.е. кванты такого излучения могут порождаться и поглощаться с ионизацией лишь валентных электронов; этот диапазон отличается наибольшей прозрачностью в таких средах распространения волн как стекловолокно и воздушная атмосфера. Следовательно, существует возможность изготовления эффективных полупроводниковых приборов и согласование их со средами передачи.

Волнам оптического излучения присущи не только волновые явления (дифракция, интерференция), но и квантовые или корпускулярные. Хорошо известна связь параметров световой волны с энергией кванта (фотона):

(1.1)

где h – постоянная Планка 4,1х10– 5 эВ или 6,626х10– 34 Джс, f – линейная частота колебаний. Учитывая связь длины световой волны и частоты,

(1.2)

можно определить энергию фотона:

(1.3)

где с – скорость света в вакууме, округляемая до величины 3х10 8 м/с.

Рисунок 1.1. Спектр электромагнитных волн

Произведение h×c имеет постоянное значение, например, часто употребляемое 1.24эВ×мкм.

Физика волновых оптических процессов включает изучение интерференции, дифракции и поляризации, использование законов геометрической оптики, электро- и магнитооптических эффектов. Квантово-механическая природа оптического излучения наиболее отчетливо проявляется в тепловой генерации и различных видах люминесценции, в фотоэффекте, процессах взаимодействия излучения с веществом, явлениях нелинейной оптики .

Ниже приведен пример оценки полосы частот оптического диапазона 0.8 ¸ 1.6 мкм.

Граничные частоты диапазона могут быть вычислены следующим образом:

f1 = c / l 1, f2 = c / l 2 ,

где с= 3 х 10 8 м/с, l 1 = 0,8 х 10 – 6 м, l 2 = 1,6 х 10 – 6 м.

Полоса пропускания указанного диапазона составит

D f = f1 – f2 = 3.75 х 1014 – 1,875 х 1014 Гц,

что соответствует 187,5 ТГц.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий