Optinis rysys
5 (100%) 1 vote

Optinis rysys

Optinis ryšys – laisvąja erdve

Laisvosios erdvės ryšiui naudojamas moduliuoto intensyvumo lazerio ar nekoherentinės spinduliuotės pluoštas, perduodantis informaciją per atmosferą (Free Space Optics, toliau – FSO). Šis ryšio principas buvo patikrintas dar 1880 metais. Tada Alexanderis Grahamas Bellas pademonstravo, kaip moduliuoto intensyvumo saulės šviesos spinduliu galima perduoti telefono ryšio signalus už 200 m esančiam imtuvui (1 ir 2 pav.).

Per pastaruosius penkerius metus laisvosios erdvės optinio ryšio vartotojų skaičius auga eksponentiškai, nes ši technologija, teikdama ypač sparčią interneto kreiptį (0,1-1 Gbit/s ir daugiau), milijonus vartotojų išvaduoja nuo vadinamosios „paskutiniosios mylios“ varžtų. Šio ryšio suvaržymo esmė paprasta: individualūs vartotojai ir organizacijos prie didelės pralaidos optinio skaidulinio tinklo yra dažnai prisijungę dvilaidėmis telefono ryšio linijomis, kurios yra mažos pralaidos. Ryšys stringa dėl „butelio kakliuko“ efekto. Bendraašių kabelių televizijos linijos yra didelės pralaidos (1 Gb/s), tačiau šia dažnių juosta dalijasi daugelis kaimynystėje esančių vartotojų.Neseniai IEEE buvo parengta belaidžio ryšio 802.11b standarto ryšio technologija, teikianti galimybę individualiems vartotojams prie bendrojo telktuvo (hub) prisijungti 11 Mb/s juostos pločio radijo bangomis. Tačiau, jei tuo pat metu kompiuteriais naudojasi daug vartotojų, ryšio linija būna perkrauta. Dauguma 802.11b belaidžio ryšio grandžių gali aptarnauti ne daugiau kaip 30 „lengvųjų“ vartotojų (kurie naudojasi elektroniniu paštu bei naršo po internetą). Ryšio linija tampa perkrauta, jei daugeliui vartotojų tuo pat metu tiekiami vaizdo, vaizdo įrašų duomenys, FTP failai ir pan.

Manoma, kad miestuose tendencija siekti plačiajuosčio ryšio stiprės. Optimaliausias techninis sprendimas galėtų būti FSO ryšys, nes individualiajam vartotojui tik optinis spektras gali pasiūlyti tokią plačią dažnių juostą. JAV Nacionalinės mokslų akademijos optikos ir inžinerijos komiteto pranešime buvo akcentuota: „artinasi informacinių technologijų Tb/s era… būtina plėtoti vietinio ryšio tinklus, kurie veiktų dešimčių Gb/s sparta ir turėtų sąsajų su beveik neriboto juostos pločio tinklais“.

Laisvosios erdvės optinio ryšio ištakos

Po to, kai septintajame dešimtmetyje buvo sukurti pirmieji lazeriai, pradėti intensyvūs jų spinduliuotės sąveikos su atmosfera tyrimai, ieškota galimybės juos pritaikyti telekomunikacijos reikmėms. Remiantis šių tyrimų rezultatais, aštuntajame ir devintajame dešimtmečiais buvo toliau tiriama galimybė juos panaudoti saugiam duomenų perdavimui; militaristinės struktūros skatino kurti elektrooptinius įrenginius bei lazerinių radarų sistemas. Devintajame dešimtmetyje buvo sukurtos kelios slaptojo FSO lazerinio ryšio laivas-laivas ir žemė-lėktuvas sistemos. Per pastarąjį dešimtmetį šioje srityje pasiekta naujų laimėjimų: sukurtos ir šiuo metu naudojamos slaptojo palydovinio ryšio žemė-palydovas ir palydovas-palydovas sistemos. Dauguma šių ankstyvųjų JAV gynybos departamento inicijuotų sistemų:

· buvo numatytos tolimajam ryšiui (50-1000 km);

· naudodavo didelės galios (1-200 W) 10 µm – Nd: YAG (neodimiu legiruoto aliuminio-itrio granato) lazerius, 0,85 µm – GaAs (galio arsenido) lazerius ir 1,5 µm – diodinius lazerius su Er (erbio) skaiduliniu stiprintuvu;

· atmosferos reiškiniams kompensuoti veikė išvien su sudėtingomis sekimo sistemomis, imtuvų detektorių rinkiniais ir adaptyviąja optika;

· dažnai nebuvo papildomos reikiamomis regėjimo saugos priemonėmis.

Šie JAV Gynybos departamento skatinami FSO ryšio sistemų ir lazerio pluošto sklidimo atmosferoje tyrimai padėjo lazerinio spinduliavimo fizikos, signalo apdorojimo bei detektavimo technologijų pagrindą, iš kurio išsivystė pirmosios komercinės FSO ryšio sistemos.

Rinkos platėjimo veiksniai

Šiuo metu komercinės FSO sistemos sparčiai plinta tose vietose, kur reikia plačiajuosčio ryšio su internetu, o optines skaidulines linijas tiesti per brangu. Jungtinėse Valstijose malonumas sujungti skaidula du miesto pastatus (po žeme) ar bent nutiesti ją per gatvę gali kainuoti apie 300 tūkst. dol. Leidimo ją tiesti galima susilaukti ir po 6 mėn. (tuo atveju, jei jis išvis gaunamas). Kita vertus, FSO rinkos augimą skatina šios sistemos technologiniai privalumai. Šiam ryšiui galima naudoti tiesioginio moduliavimo vidutinės galios diodinius lazerius ir nebrangius šviesos diodus. Šiuolaikinių trumpojo ir vidutiniojo nuotolio FSO sistemų kaina yra maža ir vidutinė.

Per pastaruosius penkerius metus didžiausią populiarumą įgavo ekonomiškiausios trumpojo nuotolio (100-500 m) FSO sistemos. Šiam ryšio nuotoliui naudojami vidutinės galios (10-100 mW) diodiniai lazeriai ir šviesos diodai. Šiandien savo FSO sistemas siūlo 15 JAV kompanijų; kaina svyruoja nuo 1000 dol. (10 Mb/s sistemoms) iki 20-100 tūkst. (1-10 Gb/s sistemoms). Kai kurios kompanijos jau yra pardavusios apie 5000 FSO sistemų, kitos – rengia tiesioginės daugiavietės (point-to-multipoint) ar mazginės (mesh) architektūros tinklus. FSO sistemų naudą ir paprastumą naudotis liudija toks faktas: po 2001 m. rugsėjo 11 d. pasaulinio prekybos centro antpuolio vos kelių dienų prireikė, kad būtų atnaujintos plačiajuosčio
ryšio grandys Niujorko Wall Streete.

Tipinė FSO sistema

Tipinę laisvosios erdvės optinio ryšio sistemą sudaro: nedidelės galios tiesioginio moduliavimo lazeris, siųstuvo teleskopas, kuris suformuoja pluoštą ir jį nukreipia imtuvo link, imtuvo optinis lęšis ar teleskopas, kuris spinduliuotės pluoštą surenka, sufokusuoja ir nukreipia į fotodetektorių, ir imtuvo stiprintuvas. Dalį lazerio spinduliavimo energijos atmosfera sugeria, o pluoštą išsklaido ir keičia jo sklidimo kryptį. Šie ryšio kliuviniai smarkiai priklauso nuo oro sąlygų ir lazerio generuojamos bangos linijos pločio.

FSO ryšio sistemos veikimui įtaką daro ne tik oro sąlygos, bet ir aukšti siūbuojantys pastatai. Jei ryšio nuotolis trumpesnis kaip 200-500 m, pastatų, prie kurių pritvirtinti siųstuvo ar imtuvo įrenginiai, svyravimai gali nukreipti pluoštą nuo imtuvo lęšio apertūros ir ryšys nutrūks. Šiuo atveju bei esant atmosferos sūkuriams, pluoštui į fotodetektorių nukreipti gali būti naudojami aktyvieji sekimo prietaisai. Aktyvioji pluošto koregavimo įranga nėra būtina, kai pluoštas yra pakankamai didelės skėsties arba kai vėjas yra silpnas ir pastatai nesiūbuoja.

Lazeriai ir kiti šviesos pluošto šaltiniai

Daugumoje šiuolaikinių FSO sistemų naudojami 0,8 µm šviesos diodai, 0,8 µm bei 1,5 µm diodiniai lazeriai. 0,8-0,9 µm bangos ilgio GaAsAl diodiniai lazeriai nenutrūkstamos veikos režimu generuoja 10-100 mW, o 1,5 µm InGaAsP lazeriai – dešimčių milivatų spinduliuotę. 1,5 µm diodinio lazerio spinduliuotė erbio skaiduliniu lazeriu gali būti sustiprinta iki 1-10 W, o specifinėms palydovinio ryšio užduotims – iki kelių šimtų vatų.

FSO sistemoms gali būti naudojami ir kitų tipų lazeriai, kurių pasirinkimas yra platus. Iš jų galima išskirti vertikalaus rezonatoriaus paviršiumi spinduliuojančius lazerius ir daugiapakopius lazerius. Dauguma šių puslaidininkinių lazerių yra tiesiogiai moduliuojami 10 Gbit/s sparta. Šviesos diodų moduliavimo sparta paprastai yra 1-10 MHz, bet naujausi jų tipai, įskaitant kvazirezonansinius, yra 100 MHz moduliavimo spartos.

Kai kurie lazeriai generuoja vieno dažnio (vieną išilginę rezonatoriaus modą) arba kelių dažnių spinduliuotę. Šviesos diodo nekoherentinės spinduliuotės spektras apima 50 nm (dažnis – apie 15 THz), tuo tarpu tipiškas daugiamodis diodinis lazeris generuoja kelias išilgines modas, esančias 3 nm intervale. Vienmodžių 1,55 µm paskirstyto grįžtamojo ryšio (distributed feedback) lazerio generuojamos linijos plotis yra vos 50 KHz. Visas šis charakteristikų rinkinys yra svarbus, nes lazerio bangos ilgis bei jo spinduliuotės linijos plotis lemia šviesos sugertį ir atmosferinės sklaidos savybes.

Šiuo metu Jūs matote 31% šio straipsnio.
Matomi 1190 žodžiai iš 3841 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.