ОПТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

ОПТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

       

передача информации с помощью света. Простейшие (малоинформативные) виды О. с. использовались с кон. 18 в. (напр., семафорная азбука). С появлением лазеров возникла возможность перенести в оптич. диапазон средства и принципы получения, обработки и передачи информации, разработанные для радиодиапазона. Необходимость передачи всё большего объёма информации и вместе с тем практически полное исчерпание ёмкости радиодиапазона придают проблеме О. с. важное значение. Осн. принципиальные преимущества О. с. по сравнению с радиосвязью — высокая направленность излучения, обеспечивающая повышенную помехозащищённость и скрытность связи, и большая ширина полосы частот для передачи информации.

С целью введения информации излучение оптич. генератора модулируют по требуемому закону (см. МОДУЛЯЦИЯ СВЕТА). При помощи выходного оптич. узла излучение формируется в малорасходящийся пучок, достигающий входного оптич. узла, к-рый фокусирует его на фотоприёмник. С фотоприёмника электрич. сигналы поступают в узлы обработки информации. При выборе несущей частоты должны учитываться условия распространения оптич. излучения в среде передачи, техн. хар-ки лазеров, модуляторов, приёмников оптического излучения. В системах О. с. находят применение два способа приёма сигналов — прямое детектирование и гетеродинный приём (см. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СВЕТА).

Системы О. с. делятся на о т к р ы т ы е наземные системы и наземные системы, использующие з а к р ы т ы е световодные каналы для связи между АТС, ЭВМ, для внутриобъектовой и междугородной связи.

Работы с открытыми линиями О. с. в приземных слоях атмосферы с использованием лазеров показали, что надёжность связи сильно зависит от атм. условий, определяющих оптич. видимость на трассе распространения. Это ограничивает применение открытых линий О. с. относительно малыми расстояниями (неск. км). Однако открытые линии О. с. перспективны как средство связи между Землёй и космосом. Напр., с помощью лазерного луча можно передавать информацию на расстояние =108 км со скоростью до 105 бит/с, в то время как микроволн. техника при этих расстояниях обеспечивает скорость передачи только =10 бит/с. О. с. в космосе возможна на расстояниях до 1010 км, однако построение косм. линий О. с. технически весьма сложно.

В земных условиях наиб. перспективны системы О. с., использующие закрытые волоконные световоды с малыми оптич. потерями (затухание сигнала =1 дБ/км в ближней ИК области). Скорость передачи информации в многомодовых волоконных световодах ограничена по сравнению с открытыми линиями до 104 бит/с вследствие межмодовой дисперсии, а в одномодовых световодах — дисперсией материала световода. Применение кварцевого стекла, легированного Ge, P, В и др.

элементами, позволило свести почти к нулю дисперсию материала световодов в области длин волн 1,26—1,32 мкм и передавать по одномодовым световодам и световодам с оптим. профилем показателя преломления (см. СВЕТОВОД) информацию со скоростью 107—108 бит/с на расстоянии =100 км без применения ретрансляторов.

Волоконно-оптич. линии связи, помимо широкой полосы пропускания, обладают и др. преимуществами; они не требуют дефицитных цветных материалов, невосприимчивы к эл.-магн. помехам, имеют малый вес и габариты.

Разработка эфф. световодных структур и технологии изготовления световодов большой протяжённости, широкополосных высокочувствительных приёмных устройств, долгоживущих (>104 ч) источников излучения (лазерные диоды, светодиоды), по-видимому, сделают О. с. способной конкурировать со связью по существующим кабельным и релейным магистралям уже в ближайшем десятилетии. Во мн. странах успешно прошли испытания экспериментальных волоконно-оптич. систем связи в телефонной сети. В перспективе системы О. с. со световодными линиями по своим информативным возможностям и стоимости на ед. информации могут стать осн. видом магистральной и внутригородской связи.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ОПТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

- передача информациис помощью эл.-магн. воли оптич. диапазона. Идея О. с. известна человечествудавно (обыкновенные костры, с кон. 18 в. семафорная азбука), однако лишьс созданием лазеров появилась реальная возможность построения широкополосныхсистем О. с.
Особенностью оптич. ннформац. систем являетсябольшая пропускная способность, обусловленная высоким значением несущейчастоты, и, следовательно, возможность передачи больших объёмов информациис большой скоростью ( с). Малая угл. расходимость лазерного лучаобеспечивает пространств. скрытность и высокую энергетич. помехоустойчивостьпередачи информации по оптич. каналу связи при малых габаритах приёмопередающихустройств.

Физическая модель системы О. с. состоитв том, что информац. сигнал в кодирующем устройстве преобразуется в вид, <удобный для модуляции, затем поступает в подмодулятор-усилитель и далеев цепь возбуждения модулятора. С помощью внеш. или внутр. модулятора осуществляетсямодуляция амплитуды, интенсивности, частоты, фазы или поляризации сигналанесущей частоты в соответствии с информац. сигналом (см. Модуляция света). Затеммодулиров. лазерный луч коллимируется оптич. системой и посылается на объект. <С помощью приёмной оптич. системы сигнал фокусируется на фотоприёмник, <выходной электрич. сигнал к-рого обрабатывается далее с целью выделенияинформац. сигнала. Возможны два способа приёма оптич. сигнала - прямоедетектирование и гетеродинный приём. В гетеродинных приёмных системах ив системах связи на поднесущей частоте сигнал преобразуется или переноситсяв НЧ-область.
Оптич. системы связи делятся на открытые- наземные или космические, и закрытые - световодные. Оптич. линии связив атмосфере сильно зависят от метеоусловий, от наличия пыли, дыма и др. <включений. Турбулентные явления в атмосфере приводят к флуктуациям показателяпреломления среды и, следовательно, к искажениям луча и флуктуациям углаприхода излучения на фотоприёмник.
Высокая степень когерентности лазерногоизлучения позволяет использовать помехоустойчивые методы модуляции - частотную, <фазовую и поляризац. модуляцию. Известны системы О. с. с применением поляризац. <модуляции излучения непрерывных газовых лазеров (лазер Не - Ne с - 0,03 мкм и СО ₂ -лазер с - 10,6 мкм) для передачи как аналоговой, так и цифровой информации. Дляпередачи последней напб. удобна импульсная модуляция интенсивности полупроводниковыхлазеров током накачки.
Дальность действия линии О. с. в наземныхусловиях ограничена пределами прямой видимости. Однако можно осуществлятьзагоризонтнуго связь, используя рассеяние света атмосферой - лазерные линиисвязи с атм. каналом рассеяния.
Среди открытых линий связи перспективнылинии связи Земля - космос и космос - космос, где на больших расстояниях(напр., 1,6 х 10⁸ км до планеты Марс) необходимо передаватьбольшой объём информации с большой скоростью (10⁶ бит/с).

Закрытые линии связи. В земных условияхнаиб. перспективны закрытые волоконно-оптич. линии связи (ВОЛС). Малоезатухание оптич. сигналов в одномодовых волоконных световодах на основекварцевого стекла (см. Волоконная оптика )и ряд их принципиальныхпреимуществ перед проводной связью дают возможность широкого использованияих в протяжённых линиях связи.
Многомодовые ВОЛС имеют принципиальныеограничения по протяжённости и по скорости передачи цифровой информации, <определяемые затуханием и уширением импульсов оптич. сигналов. Последнееобусловлено модовой и хроматич. дисперсиями многомодового оптич. волокна. <Использование одномодовых волоконных световодов с малым затуханием (0,2дБ/км) совместно сполупроводниковыми лазерами, работающими с мин. <шириной спектра излучения, позволяет свести к минимуму влияние дисперсиина =1,3 мкм и передавать цифровую информацию с высокой скоростью и на большиерасстояния.
Параметром для оценки возможностей высокоскоростнойпередачи информации является произведение скорости передачи информациина расстояние. Для одномодовых ВОЛС на длине волны излучения 1,55 мкм этотпараметр может превышать 200 (Гбит/с)-км.
Специфич. особенностью систем О. с. всравнении с радиотехн. системами является ограниченная величина энергетич. <потенциала - отношение мощности источника излучения к мощности оптич. сигнала, <поступающей с выхода волоконной линии в фотоприёмник и необходимой длярегистрации сигнала с требуемой вероятностью ошибки (не более 10^-9).
Для выделения информац. сигнала на приёмникдолжно поступать определённое число фотонов. При увеличении скорости передачиинформации и сохранении при этом одной и той же вероятности ошибки должнавозрастать оптич. мощность, детектируемая фотоприёмником. Поэтому актуальнойзадачей является разработка волоконных световодов с малым затуханием иэфф. систем ввода и вывода излучения из световода.
Наряду с быстродействием и помехозащищённостьюволоконные линии передачи сигналов информации должны обладать достоверностьюи стабильностью метрологич. характеристик. Это практически исключает использованиев ВОЛС амплитудной модуляции, т. к. величина сигнала на выходе линии связизависит от обстановки в линии связи, в частности от затухания. Кроме того, <деградация со временем излучателей и приёмников, температурные эффектыи др. факторы могут приводить к ухудшению качества связи. Наиб. перспективнойявляется передача цифровой информации с помощью импульсных методов модуляции.
Разработка долгоживущих (~10⁴ ч) полупроводниковых лазеров с =1,3мкм и полосой частот модуляции до 10 ГГц, широкополосных высокочувствит. <фотоприёмных устройств, а также световодов с малыми потерями приведёт кдоминирующему положению О. с. уже в ближайшее время.
В наст. время (90-е гг.) построены и успешноэксплуатируются многочисл. волоконные линии О. с. Перспективно применениеВОЛС для кабельного телевидения, передачи информации в вычислит. техникеи системах спец. внутриобъектовой связи, межконтинентальных линиях связи.
Развитие линий О. с. связано с развитием интегральнойоптики. Использование пленарных волноводных модуляторов, переключателей, <ответвителей, фильтров и т. д. позволит создать быстродействующие, широкополосные, <эфф. линии О. с. для высокоскоростной передачи информации.

Лит.: Пратт В., Лазерные системысвязи, пер. с англ., М., 1972; Волоконно-оптическая связь. Приборы, схемыи системы, пер. с англ., М., 1982; Оптические системы передачи информациипо атмосферному каналу, М., 1985; Xинрикус X. В., Шумы в лазерных информационныхсистемах М., 1987; Техника оптической связи. Фотоприемники, пер. с англ.,М., 1988; Гауэр Д., Оптические системы сплин пер. с англ., М., 1989.

Ю. В. Попов, В. Б. Волконский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.