OPTINĖS PERDAVIMO LINIJOS
1.ĮVADAS
Esant dabartiniam kompiuterinės technikos lygiui labai svarbų vaidmenį
atlieka informacija. Jau kuris laikas informacijos perdavimui yra naudojami
kietų kūnų elektriniai reiškiniai ir puslaidininkiniai prietaisai. Kol kas
dažniausiai informacijos ir duomenų perdavimui yra naudojami variniai
kabeliai, kurie, nors ir labai tobulinami, turi daug trūkumų, kurie lemia,
kad tokiose sistemose neįmanoma panaudoti visų elektrinių reiškinių.
Kadangi dabartinė kompiuterinė technika praktiškai pasiekė informacijos
perdavimo greičio ir atminties tūrio teorines reikšmes, o apdorojamos
informacijos kiekis vis labiau didėja, tai, norint patenkinti reikmes,
reikia kloti vis daugiau ir vis didesnių informacijos perdavimo
magistralių, kas sukelia labai daug papildomų problemų. Viena atsirandančių
problemų yra masė. Pavyzdžiui šiuolaikiniame lėktuve kompiuterinė įranga
sveria 20 – 30 kg., komplekto laidai ir kabeliai, jungiantys šią įrangą su
įvairiais davikliais ir indikatoriais, – daugiau nei 5 tonas. Be to, esant
tokiam montažo tankiui labai sustiprėja tarpelementinis poveikis. Vieno
elemento izoliaciją nuo kito labai sunku garantuoti, ypač ten, kur galia
nuo vieno elemento iki kito keičiasi plačiose ribose. Pavyzdžiui,
elektroninis keitiklis turi valdymo schemą su loginėmis mikroschemomis ir
jėgos dalį, kuri tiesiogiai veikia apkrovą. Loginės mikroschemos yra
silpnai apsaugotos nuo trukdžių, o jėgos dalis yra stiprių trukdžių
šaltinis.
Labai didelių trukdžių yra ir gamyklų automatizuotose valdymo sistemose,
todėl ten būtina labai gera elektroninės aparatūros ir jungiančių linijų,
kuriose perduodami ryšio ir valdymo signalai, ekranizacija.
Trečia problema yra varis, kuris reikalauja daug lėšų laidams ir
kabeliams gaminti, taip pat požeminiams kolektoriams, kuriuose montuojami
kabeliai. Norint išspręsti šias problemas, kartu su elektroniniais
reiškiniais reikia panaudoti ir optinius, pereiti prie optoelektronikos.
Informacijos perdavimui šviesa naudojama buvo labai senai. Jau XIX amžiaus
pradžioje buvo naudojamos semaforinės optinės ryšio linijos, tačiau tada
jos negalėjo užtikrinti patikimo ir stabilaus ryšio. Vėliau atsiradus
radijo ryšiui optinės sistemos buvo primirštos, tačiau dabar, atsiradus
anksčiau paminėtoms problemoms ir išsprendus šviesos slopinimo ir kitas
ryšio problemas, optinis informacijos perdavimas sparčiai auga. Dabartiniu
metu JAV yra gaminama beveik po 1.6 mln. Kilometrų optinio kabelio per
metus, klojamos optinės ryšio linijos, kurių ilgis siekia iki 3000 km.
2. OPTINĖS PERDAVIMO LINIJOS ELEMENTŲ APIBENDRINTOS STRUKTŪRINĖS
SCHEMOS
2.1 Šviesos šaltiniai
Optinės perdavimo linijos šviesos šaltiniui galima pateikti šiuos
pagrindinius reikalavimus: jis turi turėti didelę išėjimo galią,
spinduliuojama šviesa turi turėti įvairių moduliacijų galimybę, šaltinis
turi būti nedidelis, nebrangus, turėti ilgą eksploatacijos laiką, be to
šviesa turi efektyviai pakliūti į optinį kabelį. Optinėms perdavimo
linijoms potencialiai tinkamiausi yra kieto kūno lazeriai, kuriuose
aktyviuoju elementu yra naudojamas itrio – aliuminio granatas, aktyvizuotas
niodmio jonais, kurio pagrindinis lazerinis perėjimas yra lydimas
spinduliavimo, kurio banga yra 1.064mm. Siaura kryptiškumo diagrama ir
galimybė dirbti vienmodžiu režimu su žemu triukšmų lygiu yra duoto tipo
šviesos šaltinių teigiamos pusės. Tačiau dideli gabaritai, menkas perdavimo
koeficientas, taip pat papildomas išorinis įrenginys lemia tai, jog tokio
tipo šviesos šaltiniai šiuolaikinėse optinėse perdavimo linijose nėra
naudojami. Praktiškai visuose dabartinėse plataus vartojimo optinėse
perdavimo sistemose šviesos šaltiniai yra puslaidininkiniai lazeriai ir
puslaidininkiniai diodai. Jiems, visų pirma, būdingi maži gabaritai, kurie
leidžia perduodantį įrenginį daryti integrinėse schemose. Be to,
puslaidininkiniai šviesos šaltiniai yra pakankamai nebrangūs, ir šių
šaltinių skleidžiama šviesa yra nesunkiai moduliuojama.
Pirmą kartą tokio tipo šviesos šaltiniai optinėse perdavimo linijose buvo
panaudoti 1975 metais. Pirmos kartos puslaidininkinio optinio šviesos
šaltinio pagrindą sudarė šviesos diodas, dirbęs 0.85mm bangos ilgiu
daugiamodžiame režime. Per tris metus atsirado antroji šviesos šaltinių
karta – vienmodžiai šviesos šaltiniai, diebantys 1.3mm bangos ilgiu. 1982
metais pradėta gaminti trečioji siųstuvų karta – diodiniai lazeriai,
skleidžiantys 1.55mm bangas. Dar vėliau laiko buvo sukurti ketvirtos kartos
optiniai siųstuvai, kurie davė pradžią koherentinėms ryšio sistemoms – tai
yra sistemoms, kuriose informacija perduodama moduoliuojant spinduliuojamos
šviesos fazę arba dažnį. Tokios ryšio sistemos garantuoja žymiai didesnį
signalų perdavimo optinėmis ryšio sistemomis atstumą. Pvz.: 1990 metais
sukurta NTT sistema STM-16 buvo pasiektas 2223 km atstumas ir perdavimo
greitis 2.5 Gb/s.
2.2 Optiniai kabeliai
Optiniai kebeliai, priklausomai nuo jų panaudojimo srities, gali būti
skirstomi į požeminius, orinius, povandeninius ir patalpose naudojamus
optinius kabelius. Kiekviena šių kabelių grupė turi savitą
konstrukciją,
jie yra savaip apsaugoti nuo specifinių poveikių. Galima išskirti tris
pagrindinius poveikius, kurie labiausiai keičia optinio kabelio struktūrą.
Tai temperatūra, mechaninis poveikis ir radiacija. Yra ir daugiau išorinių
veiksnių tokių kaip drėgmė ar išorinis elektromagnetinis poveikis, bet dėl
optinio kabelio konstrukcijos jie nėra tokie svarūs. Šiame skyriuje bus
plačiau aptartos svarbiausios kabelių rūšys ir jų apsauga nuo pagrindinių
išorinių poveikių bei optinio kabelio sujungimų įtaka optinio trakto
savybėms.
2.3 Optinių kabelių apžvalga
Pačią paprasčiausią konstrukciją turi patalpų vidaus kabeliai, kurių
nereikia saugoti nei nuo drėgmės, nei nuo tiesioginių saulės spindulių ar
labai didelio temperatūros skirtumo. Šio tipo kabeliams reikalingas
parametrų stabilumas daug kartų susukant ir išsukant kabelį (t.y., didelis
lankstumas) ir optinio kabelio parametrai turi nesikeisti lenkiant kabelį
įvairiais kampais. Tam įvedamos papildomos armuojančios gijos
Vienpluoštis optinis kabelis vidinei instaliacijai
1-optinė skaidula;2-dvisluoksnis apsauginis apvalkalas;3-armuojantys stiklo
siūlai;4-slopinantis užpildas;5-tvirti armuojantys sintetiniai siūlai;6-
polivinichloridinis apvalkalas
Požeminiai kabeliai yra skirti magistralinėms ir zoninėms linijoms. Juos
galima tiesti visų kategorijų grunte, kabeline kanalizacija, vamzdžiuose.
Tokio kabelio temperatūrinis darbo diapazonas yra nuo –40°C iki +55°C.