дача информации через области с большими электромагнитными помехами; линии передачи, где электромагнитная совместимость является проблемой. Всегда важна стоимость, поэтому не только волокно, но и оконечное оборудование должно быть простым и дешевым. В этом смысле преимущество на стороне ступенчатого оптического волокна большого диаметра, с высокой числовой апертурой; его главный конкурент - кварцевое волокно с полимерной оболочкой и волокно, получаемое методом двойного тигля, используемые со светоднодом в качестве источника излучения и с /7-/-п-фотодиодом в качестве фотодетектора.

Существуют две области, в которых можно получить большие преимущества от использования уже имеющегося дешевого оптическою волокна. Во-первых, это измерительная техника, где могут быть созданы оптические по природе, иногда цифровые по принципу действия преобразователя измеряемых величин на основе волокна, используемого в качестве чувствитетьного элемента (датчика). Примером могло бы служить непосредственное использование волокна в качестве датчика механического напряжения или датчика положения оптической оси. Вторая область -- это высокоскоростная передача данных внутри компьютерных систем. Использование шин параллельного доступа ограничено проблемами электромагнитной совместимости при скорости передачи данных более 10 Мбайт/с. Волокно может заменить 4-, 8-, 16-или 32-разрядные шины параллельного доступа, причем информация по нему передается в последовательной форме соответственно с более высокой с-.оростью. Преобразование параллельного кода в последовательный осуществляется интегральной схемой. Передача данных таким способом между блоками центрального процессора ЭВМ или между нейтральным процессором и запоминающим устройством способствует развитию распределенных компьютерных систем, которого трудно было бы достичь другими способами.

Следует снова подчеркнуть, что экономические преимущества использования ВОЛС нельзя правильно оценить, рассматривая простую замену медных гфоводов оптическими волокнами. Необходимо оценивать потенциальное влияние развития волоконной технологии, рассматривая при этом систему связи в целом.

17.3. ЦИФ1>РВЫЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

17.3.1. Системы первого поколения

Волоконно-оптические системы связи первого поколения - этс такие системы, в которых используются многомодовое градиентное волокно, полупроводниковый лазер на GaAs илн светодиод в качестве источника излучения и кремниевый лавинный фотодиод в качестве фотодетектора. Во многих странах были созданы подобные экспериментальные системы связи, используемые в качестве неотъемлемых участков действующей телефонной сети. Другими словами, волоконные кабели .были проложены по обычным телефонным трассам, соединялись

с помощью разъемов или монтировались на столбах, в тех местах, где это обычно делается. С помощью таких линий обычно осуществляют реальный обмен информацией. Ниже мы приведем несколько примеров волоконно-оптических систем связи и их технические характеристики. В рабочих условиях эти характеристики должны составляться традиционно, чтобы обеспечить допуски на ухудшение параметров компонентов в результате неблагоприятного воздействия окружающей среды и старения аппаратуры. Следовательно, надо устанавливать значения параметров для «худшего случая», а не для «лучшего», который при лабораторных испытаниях часто называют «номинальным» или «типичным». По современным стандартам можно ожидать, что реальное затухание у лучших градиентных волокон лежит в области 3 дБ/км, а среднеквадратическое уширение импульса, вызванное межмодовой дисперсией, должно составлять не более 0,2 нс/км. Для легированного кварца на длине волны 0,85 мкм параметр материальной дисперсии Ут - 0,025. Если используется лазерный источник с уа 0,0015, то среднеквадратическая дисперсия материала равна 0,125 не км, что дает полную дисперсию 0,23 нс/км, а произведение скорости передачи данных на расстояние составит приблизительно 1 (Гбит/с)-км. Если источником излучения служат светодиод с уа = 0,015, дисперсия материала ограничивает произведение скорости передачи данных на расстояние до 200 (Мбит/с)-км, без учета дисперсионных потерь.

В США фирма Bell Laboratories разработала снстему, базирующуюся на стандарте третьего уровня цифровой иерархии США (DS3; 44,7 Л\бит/с). Система была изготовлена фирмой Western Electric, называется оптической цифровой федеральной системой связн FT3 и предназначена, главным образом для использования в столицах и крупных городах. В 1976 г. она была установлена в Атланте и в Джорджии, а в 1977 г. в Чикаго. В этой экспериментальной оптической системе связи использованы следующие элементы: градиентное волокно с диаметром сердцевины 50 мкм и с диаметром оболочки 125 мкм, которое сгруппировано в виде кабеля ленточной структуры, описанного в § 4.2, с 12 волокнами в ленте и до 12 лент в кабеле. Волокна соединяются с помощью ленточного разъема на основе кремниевого чипа с вытравленными V-образными канавками. Отдельные волокна можно соединять с помощью биконического пластмассового разъема, аналогичного изображенному на рис. 4.10. Обычно используется лазерный источник излучения на GaAIAs, уровень смещения которого регулируется с помощью опической обратной связи, как описано в § 11.2.

На длине волны 0,825 мкм можно ввести в волокно излучение мощностью 0,5 мВт. Распределение мощности для этой системы приведено в табл. 17.2. Фотоприемник - кремниевый ЛФД. Используется обычное двоичное кодирование передаваемой информации. Если максимально допустимое затухание в волокне принять равным 5 дБ/км и учесть потери на соединения порядка 1 дБ/км на стыках (т. е. два соединения на километре дают по 0,5 дБ потерь каждый), то запас мощности в 39,5 дБ позволяет устанавливать ретрансляторы на расстоянии 6,6 км.

Таблица 17.2. Распределение мощности длн федеральной системы связи FT3 прн различных источниках излучения

Лазер Светодиод

Средняя оптическая мощность, вводимая в волокно, дБм

Минимальная мощность на входе приемника для обесш ння заданной вероятности ошибок, дБм

Запас мощности, дБ:

потерн на концевых разъемах дисперсионные потерн

резервный

Допустимые потерн на прокладку кабеля, дБ

При усовершенствованной технологии изготовления волокна без существенного увеличения его стоимости, можно установить максимальный допуск на потери в 4 дБ/км для уложенных и соединенных кабелей. Это позволит увеличить расстояние между ретрансляторами до 10 км. Чтобы уменьшить межмодовую дисперсию до требуемого уровня, необходимо использовать волокна с хорошо подобранным профилем показателя преломления. Однако вновь может оказаться, что введение необходимых допусков на профиль показателя преломления не приведет к значительному удорожанию волокна. Прн дальности передачи 6,6 км произведение скорости передачи данных на расстояние равно 300 (Мбит/с)- км, а при дальности 10 км - 450 (Мбит/с)- км. В этих случаях ни межмодовая, ни материальная дисперсии не будут иметь существенного значения, если использован лазерный источник излучения. Если в качестве источника излучения служит СД, например, на более коротких линиях, то при распределении мощности необходимо учесть дисперсионные потери. В приведенной таблице они равны 4 дБ. Тогда при полном затухании 6 дБ/км следует располагать ретрансляторы на расстоянии 3,3 км (170 Мбит/с)-км, а прн затухании 4дБ/км - на расстоянии 5 км (220 (Мбит/с)-км.

На рис. 17.1 изображена схема Федеральной системы связи FT3 длиной 44 км для Нью-Йорк Сити, которая соединяет Уайт-Плейз с Манхеттеном. Это одна из нескольких аналогичных оптических систем связи, которые будут созданы. Кроме того, на ее основе планируется создание междугородной оптической линии, которая свяжет Бостон с Вашингтоном.

В 1977 г. в Великобритании созданы и включены в состав стандартной телефонной сети две экспериментальные ВОЛС с информационной пропускной способностью 140 Мбит/с. На одной из них, длиной 9 км, установлены два ретранслятора, а другая длиной 5,75 км не имела рет-