Реферат: Использование лазеров в информационных технологиях
- системы передачи (через вакуум, воздух, специальные газы, стекловолокно);
- возможности демодуляции.
Принципиально система для оптической передачи информации состоит из шести компонентов (рис. 7).
Рис. 7. Схема системы для оптической передачи информации:
1 - источник света; 2 - модулятор света; 3 - линия передач; 4 - фотоприемник; 5 - сигнал.
При использовании полупроводниковых лазеров в качестве источников света внешний модулятор может быть исключен (напосредственная модуляция лазера с помощью возбуждающего тока в этом случае имеет преимущество).
Задача оптической передачи информации является передача излучения от передатчика к приемнику, и тем самым решающее значение приобретает среда распространения сигнала. Свойства среды в основном определяют конструкцию и размеры всей системы передачи, включая выбор источника света и приемника.
Передающие среды
Следует различать передачу информации в следующих средах: земной атмосфере, линзовых световодах, оптических волноводах.
Передача информации в земной атмосфере . Из-за геометрических потерь, обусловленных расходимостью излучения, при оптической передаче сигнала в вакууме принимаемая мощность на расстоянии R на длине волны l равна:
где PS и PE - излучаемая и принимаемая мощность; АS и АЕ - апертуры передающей и приемной систем.
Соответствующие потери называются потерями свободного пространства. К этим потерям следует добавить потери при распространении излучения через атмосферу за счет поглощения, рассеяния, рефракции.
При распространении светового пучка в передающей среде происходит уменьшение интенсивности I0 светового пучка. На расстоянии R имеем
,
где d - коэффициент затухания:
d = d1 + d2 + d3 .
d1 характеризует молекулярное поглощение, в оптической спектральной области в основном определяется парами воды, диоксидом углерода и озоном (рис. 8)
|
Рис. 8. Молекулярное поглощение в оптической области спектра. |
d2 характеризует потери, обусловленные рассеянием на молекулах, частицах дыма и пыли, испарениях, тумане, дожде и снеге.
d3 обуславливает сильно флуктуирующие во времени потери при передаче сигнала, что может привести к ограниченному во времени срыву передачи. Соответствующие потери можно уменьшить путем определенного выбора оптической системы, в частности с помощью расширения светового пучка.
Для определения суммарных потерь на затухание для выбранной линии передач необходимы обширные измерения в течение больших промежутков времени при самых разнообразных атмосферных условиях при использовании источников света различных длин волн (рис. 9)
|
Рис. 9. Частота занижения затухания света для определенного измеряемого участка (2,5 км) в атмосфере. |
Оптическая передача информации в земной атмосфере рассматривается только для относительно коротких расстояний, при этом должны допускаться определенные кратковременные сбои при передаче информации: надежность линии передачи не более 99%.
Линзовые световоды . Возможность исключения мешающего влияния атмосферы на распространение лазерного пучка состоит в том, чтобы провести свет в определенной атмосфере (газ с малым поглощением) внутри трубы, при этом необходимы линзовые и зеркальные системы для подфокусировки и отклонения излучения.
В качестве линз применяются стеклянные или даже газовые линзы.
Преимущество: малые потери на поглощение и рассеяние.