Раздел 2. Волоконная оптика как основа высокоскоростных линий передачи информации и сенорики.

2.1. Основные причины развития волоконной оптики.

Информационные технологии являются основой постиндустриального общества, в котором мы сейчас живем. Основой этих технологий является Интернет технологии, а эффективная реализация их возможна на основе волоконной оптики.

Следующей стадией развития человеческого общества является сочетание сенсорики и информационных технологий. Слово сенсорика является производным от слова «сенсор», или датчик, по российски. Сенсорика – это интенсивное и всестороннее развитие измерительных технологий, которые позволяют всесторонне анализировать техническое состояние техники, что в сочетании с аппаратурой управления позволяет эффективно контролировать и корректировать состояние техники. В сочетании с современными развитыми информационными технологиями (беспроводными, или проводными) это дает возможность удаленного контроля и управления техникой, как гражданской, так и военной.

Сенсоризация производственной деятельности, т.е. замена органов чувств человека на сенсоры, должна рассматриваться как третья промышленная революция вслед за первыми двумя – машинно-энергетической и информационно-компьютерной. Помимо высоких метрологических характеристик, датчики должны обладать электромагнитной совместимостью, пожаро и взрывобезопасностью, высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами и массой, и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации, небольшой стоимостью. Во многом, этим требованиям удовлетворяют волоконно-оптические датчики (ВОД) физических величин, развитие которых в последнее десятилетие носит взрывной характнр.

В конце 19-го века, в основном, сформировалась метрология в ее общем виде. При этом физические величины (в основном, механические и тепловые), измерялись главным образом, механическими средствами. К этому же времени произошла систематизация в области электротехники на основе теории электромагнетизма и цепей переменного тока. В результате этого началось интенсивное развитие электроизмерительных приборов и преобразователей физических величин. Они становятся основой метрологии вплоть до шестидесятых годов 20-го века.

После этого, началось интенсивное развитие электроники (сначала аналоговой, а потом и цифровой), по цепочке развития – электронные лампы – транзисторы – микросхемы – СБИС (сверхбольшие интегральные схемы). Наступила эра электронных измерений. Причем развитие АЦП (аналого-цифровые преобразователи) и микропроцессоров (или РС) позволило использовать для измерений нелинейные первичные преобразователи.

Сейчас наступило время интенсивного развития оптической электроники (оптоэлектроники) и волоконно-оптических технологий как в связи, так и для измерений различных физических величин. Основой этих технологий является изобретение оптического волокна.

Основные причины развития волоконной оптики:

1. Переход из радиодиапазона в световой диапазон электромагнитных волн позволяет увеличить несущую частоту в 10⁴ – 10⁶ раз (см. рис. 1.10), и соответственно, во столько же раз увеличить объем передаваемой информации (до 1 – 5 Тбит/с).

1. Замена меди и металлов на кварц и полимеры при производстве кабелей позволяет снизить в несколько раз стоимость соединительных кабелей.

1. Быстродействие приемо/передающих модулей позволяет реализовать высокие скорости обработки данных (до 1000 Мбит/с и более).

1. Малые потери (≤ 0,15 дБ/км) оптических волокон позволяют увеличить расстояние между ретрансляторами до 50–100 км (и более).

1. Пожаро и взрывобезопасность, электромагнитная совместимость.

1. Переход на волоконно-оптическую базу позволяет в 10-100 раз уменьшить массу и длину прокладываемых кабелей, в том числе, из-за эффективного мультиплексирования сигналов (пространственного, временного, спектрального).

Волоконная оптика - это техническая основа реализации современных информационных технологий и сенсорики. Основные понятия, состав и структура волоконно-оптических систем связи и сенсорики описаны ниже. Здесь же даны и основные требования к элементам и блокам ВОЛС.