Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)

Специальные материалы для ВОЛС должны быть устойчивы к повышенной мощности передачи, иметь малые потери на поляризацию (модовые дискероионные) и на нелинейные оптические явления.

Цифровые ВОЛС:

Оптические интерфейсы содержат:

Передающие устройства (источники излучения)

– лазерные диоды с распределенной обратной связью

– устройства Фабри-перо. Эталонная точка S (G. 957)

– SML устройства и др.

Приемные устройства (фотоприемники): эталонная точка R (G. 957)

– Zn Ga As – APD в разных режимах, с усилением и без. Для ВОСП вместе с усилителем по трансмиссионной схеме на полевом транзисторе не As Ga

Аналоговые ВОЛС (оптическое кабельное TV=[ОКТВ] и ЧМ-радио)

Содержат те же лазеры, но с линейной ватт-амперной характеристикой и малыми шумами. (P=f(от тока накачки))

Те же фотоприемники не годятся, применяют pin-диоды с малым темновым током.

Световоды – с повышенной очисткой кварца для P_мах= 1Вт P=+30 дБмВт (1Вт) α=0,174 дБ/км близко к теоретическому минимуму 0,15 дБ/км в окнах прозрачности 2, 3 и 4 - ИК диапазон

1,3 1,5 1,6 мкм

ПРОМ – приемный оптический модуль

1. Кабель имеет наружно свинцовую оболочку, пластиковый сердечник со спиралеобразным каналом для волокна заполненным гидрофобным гелем. Имеется подушка под броню в виде слоя ленты и битума. Броня – из двух слоев свинцованной стальной проволоки. Защитный слой – слой джута, синтетического волокна и битума.

2. Материалы для оптических усилителей

1. Эрбиево волокно и ВОУ

В оптичекой среде может возникать инверсное состояние (усиливающее) при наличии возбуждающего излучения (накачки) – само излучение и есть накачка

Сердечник (кварцевого одномодового волокна) легирован ионами эрбия (Er⁺³). Статистический характер явления. Причина поясняется принципом неопределенности Гейзенберга. Нельзя одновременно точно определить величину энергии и время существования кантовой частицы.

2. Полупроводниковая структура из кристалла (GaAl)As [ПОУ] преобразовывает оптическую энергию в электрическую и наоборот .

3. Материалы для коммутаторов:

1. Ниобат лития LiNbO₃

2. Ti + LiNbO₃ и др. меняют прозрачность при приложении электрического поля

3. Оптические изоляторы – вентили пропускают сет только в одном направлении на основе явления поворота плоскости поляризации в магнитном поле (открыто Фародеем) делают из железоиттриевого граната Y/G или двуокиси титана TiO₂ тоже для циркулятора.

Физико технический институт (Физ. тех.) – лидер оптоэлектроники

Оптические процессоры – в лабораторных исследованиях.

Оптические затворы – светоуправляемые (транспаранты) и материалы для них готовят физ. тех. Имени Иоффе А. Ф. доктор физико математических наук (д ф м н) Ярошецкий Н. Д. и кандидат физико математических наук (к ф м н) Кашерининов П. Г. На основе туннельных структур металл – диэлектрик – полупроводник параллельного или перпендикулярного затвора ( Т М Д П )

Светоуправляемые коммутаторы – слой GaZnAsP/ZnP нанесенный на поверхность дифракционной решетки Брэгга с периодом 232,5 нМ и длинной 3 мм.

Светоупровляемые бистабильные оптические устройства – аналог счетного триггера на базе сверх решеток их полупроводника GaAs/AlGaAs; λ=881 нМ. Время переключения 20-40 нс, порог срабатывания 1 мВт/мкм² .

О.К. Скляров формирователь оптических импульсов. Патент 1802418 от 08.01.91

Новые технологии – нанотехнологии в наноэлектронике и микровакуумные элементы создают конкуренцию фотонным устройствам: f_такт^рабоч. =200 ГГц

Система работает со скоростью 80 Гбит/с

ИК ликбез

Материалы электронных элементов

1. Фоторезисторы: сернисто-кадмиевые CdS - видимый глазом свет

сернисто-селено-кадмиевые CdSSe – видимый глазом свет

селено-кадмиевые CdSe - ИК λ_мах=0,745 мкм

U_раб < 100 В

2) Фотодиоды и

фоторезисторы

кремний Si; легированный до N и Р PhD

PhT

U_обр. ≤ 30 В

3) Пироэлектрические приемники

D Δ t=5ºC Ti, Ta, полимеры для линз реакция на перепад полиэтиленовых

P/D, Lhi и др. диапазоны: Ультрафиолетовый, видимый и Ик.

S

G

Инарционные и «память заряда» на несколько секунд, пассивны в том смысле что не надо генерировать свет, но электропитание подавать надо, т.к. есть встроенный усилитель. Направлять надо (линза Френеля), дальность обнаружения ограничена полиэтилен FL поля лучевые, поверхостные, объемные

f=50гц T=1000/50=20*10^-3c λ=C*T=1*10⁵ км/c *20*10^-3c=6*10³ км

λ=с км/c/f кГц [м] λsos=3000/5=600 [м]

Предельная частота электромеханической генерации определяется возможной скоростью перемещения источника - ротора на заданном участке пространства: V≤C (согласно теории относительности) если λ=L=3 см V=300 000 * 10³ *10² см/c , то

предельная частота f=1/T=V/λ=300 000 * 10⁵ / 3 Гц = 10¹⁰ Гц или = 10 ГГц.

Более высокие частоты могут генерироваться источниками колебаний с меньшими размерами: атомами, электронами и другими элементарными частицами.

ЭМВ радио диапазона генерируется электронами и космическим излучением α,β,γ…

Диаметр атома равен n*10² пикометра или равно n*10²*10^-12 м, что существенно (в 1000 раз больше фемтометра [10^-15м] с чем соизмеримы элементарные частицы.

Источник на столько мал что невиден, более того его место расположение точно определить невозможно (принцип Гейзенберга).

Самый широкий участок шкалы ЭМВ занимает ИК диапазон от f=300 ГГц до f=TГц (видимый свет от λ= 1мм до λ=1мкм)

λ_max~10 мкм – фон планеты в зоне обитания теплокровных (T= +27ºC или T=300ºK)

Человек реагирует только на перепады излучения ± Δ (t солнца ~ 5900ºK)

Материал для высокочувствительных перометров с точностью 0,1ºС на расстоянии км антиманит индия (Sb – antimonium, In Sb стибиум). Тепловое изображение не зависит от видимого света, ночью видно. Приборы ночного видения: очки солдат, датчики ландшафта на спутниках. Максимальное излучение солнца и максимальная прозрачность атмосферы совпадают, есть участки поглощения в ИК диапазоне, наблюдать нельзя в этих зонах, но зато можно оценить наличие загрязнения атмосферы вредными для здоровья газами. Быстродействие ИК светодиодов – главное отличие от ламп накаливания, которые тоже дают ИК излучение. Инженеров могут интересовать характеристики: электрические (U, I) , энергетические (P и длительность излучения), пространственные (угловое поле), спектральные (λ излучения = 950 нм). Для изучения материала нужен специальный курс с базовыми знаниями по физике твердого тела. Иначе нужно довольствоваться таблицами параметров и маркировкой энергетической и фотометрической химии.