При использовании в системе диффузного источника излучения больших размеров принимаемая приемником мощность определяется соотношением Фц - LAt ArIP. Если используется лазер или источник излучения малых размеров, обеспечивающий дифракционно-ограниченную расходимость пучка, принимаемая мощность

= ФтАтАц1У?Р.

В Ксчестве источников излучения в рассматриваемых системах связи используются лазеры н светодиоды, в частности неодимовые лазеры (на длине волны 1,06 или 0,53 мкм) и лазеры на углекислом газе (на 10,6 мкм), причем все они работают на длинах волн, где атмосфера сравнительно прозрачна (см. рис. 16.5). Полупроводниковые источники излучеьия можно модулировать непосредственно, изменяя ток накачки, др) гие - с помощью электрооптических модуляторов, помещаемых вне или внутри лазерного резонатора.

На длинах волн короче 1 мкм в качестве фотодетекторов можно использовать фотоэлектронные умножители, а на более длинных волнах - полупроводниковые фотодиоды. В частности, на длине волны 10,6 мкм применяются фотодетекторы на основе теллурида кадмия с ртутью. На этой длине волны становится практически реализуемым гетеродинный метод детектирования оптических сигналов.

В настоящее время разработано несколько простых оптических систем связи, предназначенных для эксплуатации в атмосферных условиях и лазерных систем связи для ближнего космоса.

17. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ 17.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Настоящая заключительная глава представляет собой краткий обзор способов, с помощью которых можно использовать различные элементы, рассмотренные в гл. 2 - 15 для построения практических оптических систем связи. Очевидно, многие комбинации элементов можно опустить. Оптическое волокно может быть ступенчатым или градиентным, а также многомодовым или одномодовым; для его изготовления можно использовать различные стекла и полимерные материалы. В качестве источника излучения можно использовать лазер или светодиод, а в качестве фотоприемиика - p-t-л-фтодиод или лавинный фотодиод. В оптических системах связи могут применяться различные виды как аиалогоной, так и цифровой модуляции. В настоящее время все системы прямо или косвенно работают на уронне оптической мощности, излучаемой источником, а самой общей и простой является прямаи бинарная импульсио-кодоная модуляция. Однако остается много применений, где информация передается и принимается в аналоговой форме, поэтому для них аналого-цифроное и цифро-аналоговое преобразование ие требуется. В этом случае используется прямая аналоговая модуляция источника излучения. Ниже будет показано, что это является недостатком при сравнении оптических систем передачи с электрическими аналогами. Использование импульсной модуляции по интенсивности для создания поднесущей, ко-

горая в свою очерехь может быть промодулирована по амплитуде, д-1ительности, фазе или частоте (АИМ, ШИМ, ФИМ, ЧИМ), дает некоторые преимущества, обусловленные цифровым детектированием, в то время как, по-существу, сохраняется форма аналоговой модуляции. Предлагались и другие способы модуляции, в которых используются синусоидальные поднесущие или цифровая модуляция поднесущей, но оказалось, что они ие имеют никаких преимуществ и обладают большими недостатками, в связи с чем не рассматриваются ниже. И, наконец, было показано, что волоконно-оптические системы связи имеют широкий диапазон применения и используются по различным причинам. Требуемая полоса пропускания может быть маленькой, порядка нескольких герц, или очень большой, порядка нескольких гигагерц; передача информации может осуществляться на расстояния от нескольких метров до нескольких тысяч километров.

Было бы невозможно, да и не нужно, рассматривать все возможные комбинации элементов ВОЛС и их применения. В.место этого в следующем параграфе будет сделана попытка показать области, в которых волоконно-оптические системы связи имеют преимущества по сравнению с другими, а также определить факторы, стимулирующие их внедрение. В последующих параграфах будет продемонстрирована работа некоторых сложных систем на характерных примера.х специализированных систем передачи данных. Полученные выводы можно было бы до некоторой степени предвидеть заранее, исходя из распределения мощности в некоторых системах связи, рассмотренных в предыдущих главах. Однако ниже, там, где это возможно, будут приводиться результаты, полученные на уже созданных и работающих оптических системах связи. В то же время будет сделана попытка определить сферу деятельности в даииой области и ее границы в настоящее время и в будущем, с тем чтобы проследить рост использования оптических волокон, наметившийся в последнее время (80-е годы), и оценить перспективу их развития.

17J. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ

17.2.1. Обзор

Если на ранних стадиях развития новой технологии для ее становления и развития достаточной движущей силой может служить простая любознательность, то, после того как четко определится ее уровень развития и области применения, стимулирующими факторами развития этой технологии может стать только ее существенное экономическое преимущество. В случае оптических волокон такое экономическое преимущество может проявляться по-разному в различных областях применения и для убедительного доказательства целесообразности разработки системы передачи данных с применением оптических волокон или без них требуется комплексная оценка этой системы.

Например, в случае связи на большие расстояния сравнение затрат характеризуется большей стоимостью оптического волокна по сравнению со стоимостью электрического кабеля данной информационной пропускной способности. Однако по стоимости преимущество будет на стороне оптического волокна, за счет того, что оно дает возможность устанавливать ретрансляторы на большем расстоянии друг от друга, причем это преимущество становится значительным, если ретрансляторы можно расположить и подвести к ним питание внутри существующих станций, благодаря чему исключается необходимость

станций с дистанционным питанием. При связи на короткие расстояния важной становится стоимость оконечного оборудования, включая электрические устройства Питания источника излучения и оптического устройства приемника, а также устройства модуляции и детектирования сигнала. Разумеется, нет четкой границы между длинными и короткими линиями связи, но считают, что она находится где-то в области 1 ... 10 км.

К.шг тексную оценку всей системы можно дать, взяв в качестве примера систему передачи данных, предназначенную для использования на современных военных самолетах. Простая замена существующих электрических систем передачи данных оптическим волокном даст очень малую экономию, если вообще даст, а стоимость оконечного оборудования значительно возрастет. Однако за время всего двадцатилетнего срока службы самолета будет иметь место значительная экономия расхода топлива за счет снижения массы волоконно-оптической системы передачи данных (ВОСП). Недостатком такой системы будет увеличение стоимости обслуживания, вызванное необходимостью использовать высококвалифицированный персонал для проведения простейшего ремонта волокна. Если самолет находится в стадии проектирования и можно изменить его конструкцию, то экономия топлива увеличится еще больше за счет того, что меньшие масса и размеры волоконной оптической системы передачи данных позволяют уменьшить размеры и массу са.молета. Кроме того, можно проложить волоконную линию связи в местах с высокими электромагнитными помехами или на участках, где находятся взрывчатые вещества, которые пришлось бы обойти при прокладке традиционных электрических линий передачи. Исследования такого рода обычно проводятся специалистами и заказчиком. Введут нли не введут в общее применение волоконно-оптические системы связи, будет зависеть от того, какую они продемонстрируют надежность. Кроме того, важно также оборудование, с которым они могут быть согласованы, для обеспечения использования шин параллельного доступа, рассмотренных в§ 17.5.

На самом упрощенном уровне простейшее сопоставление по стоимости - это сравнение стоимости самого оптического волокна и эквивалентного отрезка медного провода. Даже такое сопоставление чревато возникновением дополнительных проблем из-за большого, набора возможностей в каждом конкретном случае. Заметим, что производство оптического волокна еще не достигло уровня развития, прн котором его себестоимость уменьшится за счет изготовления в крупносерийном производстве, а его конструкция будет стандартизирована. Это справедливо н в отношении источников излучения и фотоприемников и, в меньшей степени, оптических разъемов. Следует понять, что именно возрастающие требования представителей власти, несущих ответственность за сети связи во всем мире, составляют главную движущую силу в пользу развития волоконно-оптических систем передачи данных. Только они обладают достаточными полномочиями, для того чтобы реализовать их экономические возможности. Именно тогда все