- •Мохунь і.І.
- •Інтегральна оптика в інформаційній техніці
- •1. Оптичний сигнал і його розповсюдження
- •1.2. Зміна фази хвилі при її розповсюдженні
- •1.2.1.Фазова затримка
- •1.2.2. Фазова затримка, що вноситься тонким оптичним елементом
- •1.2.3. Фазова затримка, що вноситься тонкою збираючою лінзою
- •1.3. Математичні основи аналогових оптичних процесорів
- •1.3.1. Перетворення Фур’є
- •1.3.3.1. Геометричне тлумачення згортки і кореляції
- •1.3.3.2. Фур’є-образ згортки і кореляції
- •1.4. Розповсюдження оптичної хвилі
- •1.4.1. Розповсюдження оптичної хвилі у вільному просторі
- •1.4.2. Реалізація фур’є-перетворення в оптиці і в інтегральній оптиці зокрема
- •2. Теорія оптичного хвилеводу
- •2.2. Оптико-геометричний підхід до фізики плоского хвилеводу
- •2.2.1. Дисперсійне рівняння хвилеводу
- •2.2.3. Ефективна товщина хвилеводу
- •2.2.4. Довжина оптичного “зигзагу”
- •2.2.5. Кількість мод, які можуть розповсюджуватися у хвилеводі
- •2.2.6. Різниця між коефіцієнтами заломлення хвилеводу та оточуючих шарів.
- •2.3. Реальний хвилевід
- •2.4. Дисперсія у хвилевідній системі
- •2.4.1. Хроматична дисперсія
- •2.4.2. Модова дисперсія
- •2.5. Розповсюдження хвиль у градієнтному хвилеводі
- •3. Базові елементи інтегральної оптики. Пасивні елементи
- •3.1. Елементи введення-виведення (інтегрально-оптичні елементи зв’язку)
- •3.1.1. Призмовий елемент введення-виведення
- •3.1.2. Решітчастий елемент введення-виведення
- •3.2. Планарні оптичні елементи
- •3.2.1. Лінзи Люнеберга
- •3.2.2. Геодезична лінза
- •3.2.3. Дифракційні лінзи
- •4. Активні елементи інтегральної оптики
- •4.1. Електрооптичні пристрої
- •4.1.1. Модулятори-перемикачі на основі ефекту тунельної перекачуванни світла, або модулятори-перемикачі на зв’язаних хвилеводах
- •4.1.2. Модулятори-перемикачі інтерференційного типу
- •4.1.3. Електрооптичні модулятори на основі ефекту Брега
- •4.1.4. Електроабсорбційні модулятори
- •4.2. Акустооптичні модулятори
- •4.3. Магнітно-оптичні модулятори
- •4.4. Генерація світла в системах інтегральної оптики
- •5. Інтегральна оптика в приладах і пристроях
- •5.1. Датчики фізичних величин та пристрої на основі решітчастих елементів введення-виведення
- •5.1.1. Кутовимірювальні датчики
- •5.1.2. Хвилевідні фільтри на основі явищ аномального відбивання пропускання
- •5.2. Інтегрально-оптичні пристрої обробки інформаційних сигналів. Принципи оптичної хвилевідної обробки сигналів. Методи побудови оіс для інформаційної техніки
- •5.2.1. Типи та основні класи оіс для обробки інформації
- •5.2.2. Оіс для обробки сигналів
- •5.2.2.1. Інтегрально-оптичні спектроаналізатори високочастотних сигналів
- •5.2.2.2. Інтегрально-оптичні корелят ори
- •5.3. Аналого-цифрові перетворювачі. Чотири розрядний ацп
- •5.4. ОІс для обчислювальної техніки
- •5.4.2. Приклади побудови логічних елементів
- •6. Нейронні і нейроподібні мережі та їх оптична реалізація.
- •6.1. Структура нейронних мереж.
- •6.2.Алгоритм роботи нейронної мережі. Алгоритм Хопфілда
- •6.3. Перспективи розвитку оптичних нейронних мереж.
- •6.4. Реалізація оптичних нейронних мереж
- •6.4.1 Оптична нейронна мережа з процесорним ядром у вигляді безопорнрої голограми.
- •6.4.2. Оптична нейронна мережа з процесорним ядром у вигляді узгодженого фільтра.
- •6.4.3. Недоліки і переваги обох систем.
- •7. Оптичний зв’язок відкритими каналами
- •7.1. Розповсюдження світла через атмосферу
- •7.1.1. Молекулярне поглинання
- •7.1.2. Поглинання та розсіювання рідкими або твердими частинками
- •7.1.3. Атмосферна турбулентність
- •7.2. Макрохвилеводи
- •Волоконно-оптичні лінії зв’язку. Пасивні та активні елементи восп
- •1. Фізичні характеристики оптичного волокна
- •1.1. Основні елементи оптичного волокна
- •1.2. Типи і характеристики оптичного волокна
- •1.2.1. Профілі показника заломлення
- •1.3. Властивості оптичних волокон як передаючого середовища
- •1.3.1. Поглинання в оптичних волокнах
- •1.3.2. Дисперсія
- •1.4. Геометричні параметри волокна
- •1.4.1. Відносна різниця показників заломлення ядра та оболонки
- •1.4.2. Числова апертура волокна
- •1.4.3. Нормована частота
- •1.4.4. Хвиля відсічки
- •1.4.5. Наближена оцінка міжмодової дисперсії багатомодового волокна
- •1.5. Характеристики оптичних волокон згідно з рекомендаціями itu-t
- •1.6. Нелінійні оптичні явища в одномодових волокнах
- •1.6.1. Фазова самомодуляція (фсм) та перехресна фазова модуляція (фкм)
- •1.6.2. Вимушене комбінаційне (Раманське) розсіяння вкр (srs) і розсіяння Мандельштама-Бриллюена врмб (sbs)
- •1.7. Одномодові волокна нових типів виробництва компаній lucent technologies cornigs.
- •2. Оптичні кабелі
- •2.1. Особливості конструкції оптичних кабелів
- •2.2. Монтаж оптичних кабелів
- •2.2.1. Аналіз втрат, які виникають у процесі монтажу оптичних кабелів зв’язку
- •2.2.2. Методи з’єднання оптичних волокон
- •2.2.3. Зварні з’єднання
- •2.2.4. Клейові з’єднання
- •2.2.4. Механічні з’єднувачі
- •2.2.5. Рознімні з’єднання
- •3. Пасивні оптичні елементи волз
- •3.1. Волоконно-оптичні відгалужувачі і розгалужувачі
- •3.1.1. Зварні відгалужувачі
- •3.1.2. Відгалужувачі із градієнтною циліндричною лінзою
- •3.1.3. Спектрально-селективні розгалужувачі (мультиплексори/демультиплексори)
- •3.2. Волоконно-оптичні перемикачі
- •3.2.1. Електромеханічні перемикачі
- •3.2.2. Термооптичні перемикачі
- •3.2.3. Електрооптичні перемикачі
- •3.2.4. Оптичні ізолятори
- •4. Активні елементи волз
- •4.1. Джерела випромінювання
- •4.1.1. Світлодіоди
- •4.1.2. Лазерні діоди (лд)
- •4.1.3. Фабрі-Перо-лазер
- •4.1.4. Лазери з розподіленим оберненим зв’язком (роз-лазери) і розподіленим брегівським відбиванням (рбв-лазери)
- •4.1.5. Лазерні діоди із зовнішнім резонатором
- •4.1.6. Найважливіші характеристики джерел випромінювання для волз
- •5.2. Складові елементи передавального оптоелектронного модуля
- •5. Приймальні оптоелектронні модулі. Ретранслятори, підсилювачі
- •5.1. Приймальні оптоелектронні модулі (пром)
- •5.1.1. Функціональний склад пром
- •5.1.3. Лавинні фотодіоди
- •5.1.4. Технічні характеристики фотоприймачів
- •5.2.5. Таймер
- •6. Повторювачі та оптичні підсилювачі
- •6.1. Типи ретрансляторів
- •6.1.1. Повторювачі
- •6.1.2. Оптичні підсилювачі
- •6.1.3. Підсилювачі Фабрі-Перо
- •6.1.4. Підсилювачі на волокні, які використовують бріллюенівське розсіювання
- •6.1.5. Підсилювачі на волокні, які використовують раманівське розсіювання
- •6.1.6. Напівпровідникові лазерні підсилювачі
- •6.2. Підсилювачі на домішковому волокні. Волоконно-оптичні підсилювачі
- •6.3. Інші характеристики ербієвих волоконних підсилювачів
- •6.4. Схеми накачування ербієвого волокна воп
- •Список літератури до частини іі
- •Волоконно-оптичні системи передавання
- •1. Сигнали та системи передавання інформації
- •1.1. Системи передавання цифрових сигналів
- •1.1.1. Основні поняття і термінологія
- •1.2. Структура систем зв’язку
- •1.3. Способи передавання сигналів
- •1.3.1. Послідовне і паралельне передавання сигналів
- •1.3.2. Синхронне та асинхронне передавання сигналів
- •1.3.3. Поелементне передавання сигналів
- •1.3.4. Передавання сигналів кодовими комбінаціями
- •1.4. Особливості каналів зв’язку
- •1.4.1. Особливості аналогових каналів зв’язку
- •1.4.2. Особливості цифрових каналів зв’язку
- •1.5. Параметри цифрової системи зв’язку
- •2. Волоконно-оптичні системи зв’язку
- •2.1. Структура волоконно-оптичної лінії зв’язку
- •2.2. Переваги використання оптичних волокон у системах зв’язку
- •3. Проектування (планування) волоконно- оптичної лінії зв’язку
- •3.1. Аналіз смуги пропускання волз
- •3.2. Втрати і обмеження в лініях зв’язку
- •4. Системи передавання інформації
- •4.1. Системи зв’язку плезіохронної цифрової цифрової ієрархії
- •4.1.1. Системи зв’язку для ліній зв’язку первинної цифрової ієрархії е1
- •4.1.2. Системи зв’язку для ліній зв’язку вторинної цифрової ієрархії е2
- •4.1.3. Системи зв’язку для ліній зв’язку третинної цифрової ієрархії е3
- •4.1.4. Системи зв’язку цифрової плезіохронної ієрархії е4
- •4.2. Системи і обладнання синхронної цифрової ієрархії
- •4.2.1. Синхронна цифрова ієрархія та мережі
- •4.2.2. Апаратура сці (sdh)
- •4.2.3. Апаратура sdh компанії Lucent technologies
- •4.2.4. Апаратура сці виробництва фірми siemens
- •5. Методи ущільнення інформаційних потоків
- •5.2. Метод часового ущільнення
- •5.3. Модове ущільнення
- •5.4. Ущільнення за поляризацією
- •5.6. Оптичне часове ущільнення (otdm)
- •5.7. Методи ущільнення каналів за полярністю
- •Список літератури до частини ііі:
- •8. Мохунь і.І, Полянський п.В. Інтегральна оптика в інформаційній техніці. Конспект лекцій. – Чернівці, Рута, 2002, – 79 с.
- •Задачі та практичні питання до курсів
- •І. Інтегральна оптика в інформаційній техніці
- •Іі. Волоконно-оптичні системи передавання.
- •Додаток 1 Розрахунок регенераційної ділянки волз
- •1.3. Втрати потужності на з’єднаннях:
- •1.2. Втрати потужності на введення-виведення .
- •1.3. Втрати потужності на з’єднаннях:
- •2. Зберігання форми переданого сигналу, можливість відновлення його початкової форми.
- •Перевід величини втрат з відсотків до дБ та навпаки
4.1.4. Системи зв’язку цифрової плезіохронної ієрархії е4
Для передавання інформаційного потоку цифрової плезіохронної ієрархії Е4 в СРСР вироблялася апаратура “Сопка-4”. Більш сучасну апаратуру STM-1 виробляє ОАО “Моріон” для передавання тієї ж самої кількості каналів (1920) по оптичному волокну зі швидкістю 155.52 Мбіт/с.
Серед зарубіжних компаній треба назвати компанію PHILIPS, яка згадувалася при опису апаратури рівня Е3. Це варіант тієї самої апаратури PLE2-140, призначений для передавання інформації зі швидкістю 140 Мбіт/с по одномодовому волокну.
4.2. Системи і обладнання синхронної цифрової ієрархії
4.2.1. Синхронна цифрова ієрархія та мережі
Недоліки плезіохронніх систем передавання та прогрес у технологіях волоконно-оптичних систем, які мають у порівнянні з електричними кабельними системами практично необмежену смугу пропускання та інші переваги ВОСП, стимулювали розробку та впровадження нових цифрових систем передавання інформації. Цьому також сприяла актуальність проблеми створення глобальної інтегрованої інформаційної мережі. Ці проблеми неможливо було вирішити на основі систем передавання плезіохронної ієрархії (ПЦІ або PDH). Тому в лютому 1988 р. на засіданні комісії МККТТ (зараз ITU-T) у Південній Кореї (Сеул) було підписано угоду про прийняття нового стандарту Синхронної Цифрової Ієрархії (СЦІ, або SDH) та єдиної глобальної оптичної мережі. Цей стандарт, узгоджений і прийнятий у Мельбурні (Австралія) в листопаді 1988 р. На основі SDH у різних країнах були розроблені системи передаванн. У США і Канаді це система SONET (Синхронна Оптична Мережа – Synchronous Optical Network), у Європі – SDH (Synchronous Digital Hierarchy). При прийнятті нового стандарту цифрового зв’язку – SDH – однією з вимог до нової системи було забезпечення сумісності з системами PDH. Це мало відношення, насамперед, до цифрового потоку рівня Е4 PDH (140 Мбіт/с). Для розв’язку цієї задачі в цифровий потік Е4 була введена надлишковість у вигляді додаткових бітів. Внаслідок цього швидкість передавання нового рівня підвищилася до 155.52 Мбіт/с. Така швидкість відповідає основному формату синхронного сигналу, який отримав назву синхронного транспортного модуля – STM-1. Враховуючи вимоги сумісності SDH-систем з мережами PDH, у США і Канаді було прийняте рішення перетворити американський стандарт PDH для швидкості 44.736 Мбіт/с у швидкість 51.84 Мбіт/с (це перший рівень SDH для США). Завдяки цьому за допомогою мультиплексування такого потоку з коефіцієнтом 3 досягається сумісність з Європейським транспортним модулем STM-1 (51.84х3=155.52). Нова американська синхронна система отримала назву SONET/SDH. У результаті міжнародних угод були встановлені швидкості передавання у вигляді синхронної цифрової ієрархії (СЦІ – SDH), що регламентуються рекомендаціями ITU-T (МККТТ) – G.707, структура сигналу в інтерфейсі мереженого вузлу – G.708, структура синхронного групоутворення – G.709. Так була прийнята така градація швидкостей для ієрархії синхронних сигналів:
STM-1 – 155.52 Мбіт/с;
STM-4 – 622.08 Мбіт/с;
STM-16 – 2488.32 Мбіт/с (2.488 Гбіт/с);
STM-64 – 9.953 Гбіт/с;
у перспективі STM-256 – 39813.12 Мбіт/с (39.813 Гбіт/с);
Зауважимо, що за винятком STM-1, швидкість STM-4, STM-16 і т.д. використовується лише у волоконно-оптичних системах передавання.
На відміну від плезіохронних у мережах синхронної цифрової ієрархії використовують центральний опорний генератор синхрочастоти (таймер). Внаслідок цього в SDH середня частота всіх місцевих задаючих генераторів синхронна з точністю не гірше 10-9. Жорстка синхронізація на всіх рівнях SDH дає можливість введення ідентифікаційних бітів, що дозволяє отримати низку переваг синхронних мереж. Основні переваги синхронних мереж такі:
Можливість виділення із загального групового потоку високого рівня ієрархії потоків більш низького рівня аж до потоків Е1 без повного демультиплексування (або, навпаки, введення такого потоку в груповий потік);
Спрощення загальної структурної схеми обладнання SDH завдяки тому, що всі функції введення-виведення виконує один мультиплексор, в тому числі він може вивести (ввести) цифровий потік Е1 РDH з потоку (фрейму) STM-1;
Можливість виведення (або введення) цифрових потоків будь-якого рівня з групового потоку більш високого рівня дозволяє здійснювати оперативне перемикання цифрових трактів у мережах, робити їх більш гнучкими в плані щодо їх конфігурації;
Швидкість передавання сигналів на стиках мережених вузлів збігається в системах SDH із лінійними швидкостями, завдяки чому відпадає необхідність використання додаткового перетворювача стикового коду в лінійний.
Гнучкість мереж SDH, використання їх сумісно з волоконно-оптичними системами, що мають дуже велику ширину смуги пропускання та високу швидкодію квантово-електронних модулів, дозволяє здійснити автоматичну комутацію цифрових потоків, а також комп’ютерне дистанційне мережею з одного центру. При цьому процес реконфігурації мережі займає час близько однієї декількох секунд.
Вищеперелічені переваги систем SDH на основі ВОСП дозволяє оптимально використовувати ємність каналів, здійснювати оперативну комутацію цифрових потоків і резервних ліній.