Наиболее перспективными генераторами оптических сигналов являются светодиоды, люминесцентные диоды, инжекционные лазеры и лазеры на алюмонатриевом гранате с присадкой неодима и накачкой от светодиода.
Светодиоды излучают некогерентный свет. Для оптических линий наиболее пригодны светодиоды с малой излучающей поверхностью, но с высокой яркостью излучения (например, светодиод на арсениде галлия излучает 20—35 Вт/ср-см2 при токе 300 мА).
Принцип действия квантовых приборов основан на использовании когерентного вынужденного излучения атомов веществами под воздействием внешнего электромагнитного поля. Известны различные типы лазеров: твердотельные лазеры на основе рубина, сапфира, берилла и других материалов; газовые лазеры, полупроводниковые и другие. Лазерный луч, имея строго прямолинейное направление, распространяется на огромные расстояния с малой степенью расходимости. Он обеспечивает температуру нагрева до 7000° С и может пробивать отверстие в любом материале. Световая интенсивность луча является наибольшей среди всех источников света.
Оптическая связь с применением лазеров используется в атмосфере, открытом космосе и по световодам. Оптическая связь в атмосфере требует лазеров большой мощности и существенно зависит от метеорологических и климатических условий. Применение лазеров для связи в космическом пространстве более перспективно, чем в атмосфере, так как требуются лазеры небольшой мощности.
Характеристики лазеров и светодиодов приведены на рис. 7.22. У лазеров выходная мощность больше примерно в 10 раз, чем у светодиодов, выше когерентность и однородность состава излучения.
В заключение, обобщая изложенные в седьмой главе вопросы, можно отметить, что развитие волоконно-оптических линий связи зависит от решения ряда сложных проблем:
промышленного изготовления необходимых материалов, таких как: сверхчистые стекла и волокна; пластмассы, органические лаки и клеи; жидкие кристаллы; сегнетоэлектрики; поликристаллические, монокристаллические и аморфные полупроводники и др.;
применения современных методов системного анализа таких, как математическое моделирование элементов и систем, автоматизированное проектирование, позволяющее проводить оптимизацию параметров;
получения элементов волоконно-оптических линий связи малых геометрических размеров (миллиметры, микроны и субмикроны) и высокой чистоты поверхности многослойных структур, когда требуется осуществить соединение как однородных, так и разнородных материалов.
Отдельные проблемы в области создания элементов оптических линий развиваются различными темпами, и поэтому находятся на разных стадиях развития — от лабораторного получения до промышленного выпуска. От успешного решения перечисленных проблем зависит практическое создание волоконно-оптических линий связи.
Для реализации волоконно-оптических линий связи необходимы, наряду с традиционными, принципиально новые методы решения. Например, решение многих новых конструкторских и технологических задач позволит осуществить производство одномодовых и многомодовых волокон и оптических кабелей на их основе.
Развитие волоконно-оптических линий связи зависит, наряду с наличием специальных оптических материалов и способов их переработки, также и от качества таких элементов, как излучатели-лазеры и светоизлучающие диоды, фотоприемники — фоторезисторы и приборы с р — n-переходами, соединители и др. Решаются задачи создания одномодовых твердотельных лазеров и устройств сверхскоростной модуляции лазерного излучения, реализации одномодового режима передачи сигналов по световодам с большой числовой апертурой, а также задачи создания оконечных устройств. Кроме того, предстоит также решить важные вопросы наиболее оптимальных условий эксплуатации волоконно-оптических линий связи, от которых в значительной степени зависит качество, надежность и долговечность как отдельных элементов, так и волоконно- оптических линий и систем передачи.
Иван Ефимович Ефимов, Галина Арсеньевна Шермина
ВОЛНОВОДНЫЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
