Волоконно-оптические линии связи

В настоящее время в области систем передачи происходит революционный процесс перехода от использования распространенных сред распространения электромагнитных волн к новой среде — волоконно-оптическим линиям связи. Основой этого перехода являются два важнейших открытия в области фундаментальных наук: создание квантовых генераторов света — лазеров и достижения в технологии создания высокопрозрачных и прочных нитей на базе таких материалов, как кварц, стекло, полимеры. Создание кабелей, в которых вместо медных жил используются тонкие нити из прозрачного материала и через которые на далекие расстояния могут передаваться модулированные световые сигналы, явилось основой систем передачи нового типа — световодных.

Нити, используемые в этих системах, представляют собой высокопрозрачпый сердечник диаметром несколько десятков микрометров, покрытый оболочкой также из прозрачного материала, но имеющего другой коэффициент преломления.

Вводимый в торец нити световой сигнал, создаваемый генератором света, распространяется вдоль нее с весьма малым затуханием. Величина этого затухания зависит от прозрачности нити и от длины световой волны, излучаемой генератором. Существуют диапазоны световых волн, для которых затухание минимально (0,85; 1,3; 1,55 мкм и некоторые другие).

В зависимости от длины волны светового сигнала и качества материала, из которого изготовлена нить, величина затухания для нити из кварцевого стекла может не превышать 3—5 дБ на каждый километр. Более того, уже разработаны нити из кварцевого стекла с затуханием 0,2 дБ/км и опубликованы сведения об испытаниях волокон из поликристалла бромистого и бромойодистого галлия, имеющих при длинах волн 4—5 мкм коэффициент затухания 0,01 дБ /км.

7 Насколько реальна возможность создания такой нити, пригодной для практической реализации волоконно-оптического кабеля, покажет будущее. Пока же во всем мире научно-техническая мысль занята усовершенствованием технологии производства нитей из кварцевого стекла с затуханием 1—2 дБ/км. Эта технология пока еще сложна, и, несмотря на дешевизну исходного материала, стоимость кварцевых нитей достаточно высока, и кабели, создаваемые из них, по цене соизмеримы (а зачастую даже дороже) с медными. В то же время пропускная способность стекловолоконных нитей соизмерима с пропускной способностью весьма широкополосных коаксиальных кабелей и может быть даже большей. Через пару тонких нитей можно организовать тысячи и даже десятки тысяч каналов тональной частоты или десятки каналов телевидения. Расстояния же между усилителями могут достигнуть 30—40 км (с учетом того, что практически достижимое усиление каждого из них составляет величину порядка 40 дБ),

Напомним, что для системы К-10800 усилители надо ставить через 1,5 км!

Справедливости ради следует отметить, что, если бы через стеклянную нить организовывали не десятки тысяч, а просто десятки каналов, расстояние между усилителями было бы таким же. Это объясняется тем, что в весьма высоком диапазоне частот затухание во всей полосе, используемой для передачи, изменяется незначительно. Указанное свойство имеет и положительную сторону. Когда создается сеть связи, в ней прокладываются линии с числом каналов, необходимым на данном участке сети. Но сеть развивается, и потребность в каналах растет. В этом случае в обычных системах передачи линию надо реконструировать, менять количество усилителей или регенераторов, менять их характеристики. Проложив световодную линию, можно увеличивать ее пропускную способность только реконструкцией оконечного оборудования*

Несмотря на высокую пропускную способность стеклянных нитей, кабель из двух нитей не делают из-за неконструктивности подобного решения. Обычно собирают пучок из довольно большого числа нитей и заключают его в пластмассовую оболочку. Такой волоконно-оптический кабель значительно тоньше всех других типов кабелей, каждый его километр весит во много раз меньше обычного кабеля.

Волоконно-оптические кабели обладают еще одним свойством, являющимся их огромным преимуществом: они нечувствительны к внешним электромагнитным влияниям.

Но создание кабеля — это только часть проблемы развития волоконно-оптических линий связи. Для ввода информации в этот кабель надо иметь генераторы световых волн, надо уметь ввести эти волны в торец нити диаметром меньше десятой доли миллиметра и воспринять этот свет на конце нити, чтобы послать его дальше. Поэтому наряду с разработкой нитей ведутся разработки и усовершенствование полупроводниковых лазеров, фотодиодов и других компонентов, из которых создается волоконно-оптическая линия. Все эти компоненты наилучшим образом работают в импульсном режиме, поэтому, организуя систему связи через волоконно-оптические линии, применяют цифровые методы передачи с образованием бинарных сигналов посредством стандартных преобразующих устройств цифровых систем передачи — тех же самых, которые используются для других (кабельных, радиорелейных, спутниковых) линий связи.

Так получилось, что волоконно-оптические линии в системах связи впервые начали применяться для организации связи внутри городов между АТС с использованием цифровых систем передачи небольших емкостей (ИКМ-30, ИКМ-120). Расстояния были небольшие (3— 5 км), так что промежуточных регенераторов не требовалось вовсе. В последующем появились системы для средних расстояний (200—300 км), и, наконец, в настоящее время строятся системы на расстояния тысячи километров с пропускной способностью около 80 тыс. каналов. Имеются проекты трансатлантических подводных волоконно-оптических линий связи. Развитие волоконно-опти-ческих систем поставило перед разработчиками огромное количество проблем, часть из которых уже разрешена, а часть ждет своего разрешения. На данный момент волоконно-оптические линии одно из перспективнейших направлений развития связи.