100 лет радио - Мигулина В.В.
ISBN 5-256-01228-2
Скачать (прямая ссылка):
Волоконно-оптические системы связи
Системы оптического диапазона, действовавшие в открытом пространстве
В первой половине 60-х гг. произошло крупное событие в области науки и техники: были разработаны теоретические основы монохроматического излучения и создана экспериментальная установка, генерирующая его в оптическом диапазоне. В последующем это событие послужило одним из решающих факторов ускорения развития средств электросвязи.
Нельзя сказать, что до этого времени специалистам не приходила в голову мысль о практическом использовании оптического диапазона для передачи информации. Можно отметить первые попытки применения некогерентных источников, предпринятые в НПО "Дальняя связь" в конце 50-х гг. Автору этих строк довелось видеть трофейный аналог радиорелейной установки, работавшей в инфракрасном диапазоне. Тем не менее основные достоинства монохроматического излучателя — высокая пространственная и временная когерентность излучения — создавали фантастические перспективы.
Практика оказалась значительно сложнее, чем представлялось. Пытаясь реализовать потенциальные возможности временной когерентности (иными словами, высокой стабильности частоты), разработчики быстро поняли, что трудности определяются, прежде всего, не степенью когерентности оптических излучателей, а уровнем развития электронной техники, обеспечивающей модуляцию оптической несущей.
Пространственная когерентность (высокая стабильность поверхности фазового фронта излучения) на практике оказалась "недостойна*' той направляющей среды (открытая атмосфера), по которой на первых порах осуществлялась организация трактов связи. Фазовый фронт излучения разрушался турбулентностью атмосферы, а интенсивность излучения быстро затухала в условиях тумана и осадков. Иными словами, создание открытых каналов передачи оптической энергии в наземных условиях оказывалось нецелесообразным. Решая проблемы помехоустойчивости, разработчики поняли, что в освоении нового диапазона их ждут некоторые разочарования: даже потенциальное ограничение помехоустойчивости в
© Е.А.Заркевич, 1995
Волоконно-оптические системы связи
187
оптическом диапазоне энергией фотонного шума п"9 Ш — постоянная Планка^— частота излучения) значительно выше, нежели в миллиметровом или сантиметровом диапазоне, где потенциальным ограничением является энергия теплового шума кТ (к — постоянная Больцмана, Т — температура в Кельвинах).
Результаты первых опытов по созданию средств связи в оптическом диапазоне были небольшими. Но значение этого этапа в развитии электросвязи огромно. За этот период были разработаны основы теории и практики создания квантовых передающих и приемных элементов, получила новый толчок микроэлектронная промышленность.
В нашей стране было создано несколько опытных линий передачи информации через открытую атмосферу. Разработанные ЦНИИС с привлечением ряда институтов Академии наук СССР, предприятий оборонной и электронной промышленности такие линии были построены в различных климатических условиях (Москва, Куйбышев, Ереван). На основе данных, полученных учеными АН, МГУ, метеорологических служб, были подробно изучены и статистически обработаны результаты наблюдений за распространением когерентного оптического излучения в видимом и инфракрасном диапазонах в различных погодных условиях.
В области фотоприема был проведен комплекс работ по теоретическому изучению и практической реализации приемных квантовых элементов для использования их в устройствах связи в диапазоне длин волн Л в 0,63...10,6 мкм. На базе фундаментальных исследований были разработаны модель оценки помехоустойчивости фотоприемных устройств, технология производства и созданы образцы электровакуумных и полупроводниковых кремниевых, германиевых р-1-п- и лавинно-пролетных фотодиодов с чувствительностью порядка 10~10... 10"10 Вт в полосе частот до 8 МГц.
В области передающих устройств на этом этапе практическое использование в системах связи получили главным образом газовые гелий-неоновые лазеры с внешней модуляцией.
Подводя итог работ первого этапа развития оптических средств связи, можно сказать, что, несмотря на большие успехи, решающего значения он не имел. Основной причиной, которая не позволила широко применять новые средства связи, было отсутствие той направляющей среды, по которой можно передавать оптическое излучение с малыми потерями.
И тогда начинаются активные поиски технических решений по созданию "закрытых" сред для передачи информации. Эти поиски становятся одним из определяющих факторов развития электросвязи в оптическом диапазоне.
В конце 60-х гг. специалисты интенсивно занимались исследованием возможностей создания линий передачи в трубах с пассивными корректорами. В качестве корректоров применялись стек-
188
Е.А.Заркевич
лянные или газовые линзы. Сооружение таких линий требовало больших затрат. Необходимы были дорогой опорный конструктив и системы автоматического регулирования положения пучка света. В конечном итоге они приближались по стоимости к волноводам миллиметрового диапазона. Исследовалась возможность использования стеклянных волокон для передачи сигналов, но результаты были неутешительными: коэффициент затухания практически составлял сотни децибел.
