Основные виды оптических систем связи

Основным назначением любого канала (системы) связи является получение и воспроизведение информации, и фундаментальным параметром, который наиболее полно характеризует такую систему служит информационная емкость. Независимо от природы системы будь то электрическая, оптическая или электрооптическая система она предназначена для обработки информационного сигнала, кото рый может быть либо полностью детерминированным, либо стати стическим. В детерминированном случае сигнал обычно задается в виде ряда или интеграла Фурье, т. е. он является периодической или затухающей волной, величина которой точно определена для всех значений переменной (время или пространство). С другой стороны, статистические сигналы для любых значений независимой переменной (время или пространство) не принимают определенных значений, а нам известны лишь их вероятности. Анализ и синтез информационного содержания этих статистических сигналов, обычно называемых случайными , проводят статистическими или вероятностными методами. В сущности случайные сигналы в бесконечных пределах не имеют фурье-образов, и приходится обращаться к статистическому анализу. Статистические методы можно применять и к детерминированным сигналам, однако наиболее широкое применение они нашли в анализе случайных процессов. В оптике такие методы используются как основной аппарат в построении классической теории частичной когерентности, при анализе шумов зернистости фотографических материалов и исследовании когерентных оптических шумов, называемых спеклами . [c.83]

Основным требованием для них является обеспечение определенной минимальной разрешающей способности, т. е. возможности для наблюдателя отличить друг от друга изображения двух точек или двух объектов определенного вида, находящихся друг от друга на некотором заданном линейном илн угловом расстоянии. Одно это требование уже определяет все. Из дифракционной теории изображения известно, что разрешающая сила связана с отверстием объектива и пропорциональна его диаметру следовательно, диаметр оказывается известным. Длина трубы является функцией отверстия объектива и зависит от сложности его конструкции. На этом простом примере выясняется, что для определения длины нужно знать величины, связанные со второй частью расчета, имеющей целью исправление аберраций системы. Чем сложнее, вообще говоря, конструкция объектива, тем большее относительное отверстие он может иметь и тем короче может быть длина оптической системы. [c.304]

Прямая модуляция является простейшим видом модуляции и часто может быть весьма эффективной. Основная трудность при ее реализации связана с необходимостью обеспечения весьма высокой степени линейности модуляционной характеристики при использовании в качестве источников излучения лазеров и светодиодов. Второй способ модуляции свободен от этого недостатка и позволяет использовать эти источники излучения без специальных мер линеаризации их модуляционных характеристик. Он применяется, например, в кабельном телевидении, где весьма существенно обеспечить малый уровень нелинейных и перекрестных искажений. При этом возможно использование стандарта частотной модуляции, который обычно применяется в электрических кабельных системах телевидения. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в гл. 17. И, наконец, третий, цифровой способ модуляции господствует в волоконно-оптических линиях связи, используемых в обычной телефонной сети, главным образом, на участках с высокой информационной пропускной способностью, а также во всех линиях передачи данных. [c.347]

Явление оптической бистабильности, по-видимому, может найти разнообразные применения в оптических устройствах важного прикладного значения. Поэтому мы остановимся на этом явлении и довольно подробно изложим его теорию. Рассмотрим экспериментальную схему, представленную на рис. 9.1. Когерентное световое излучение лазера (поле Е1) падает на зеркало, от зеркала частично отражается, а частично проходит в среду. Здесь оно распространяется в виде волны и достигает второго зеркала. Затем тоже частично отражается ( 2)1 з частично выходит из системы. Нас интересует, как связано поле Е прошедшей волны с полем Е1 на входе. В дальнейшем будем считать, что резонатор Фабри—Перо, изображенный на рис. 9.1, настроен в резонанс (или почти в резонанс) с полем Е, падающей волны. Если среда отсутствует, то мощность прошедшего света /7- пропорциональна входной мощности / , причем коэффициент пропорциональности зависит от расстройки резонатора и его резкости (ширины его резонансов). Качественно новые явления могут возникать, если резонатор заполнен веществом, для которого поле падающего света оказывается резонансным или почти резонансным. В отличие от обычного случая лазера, активное вещество которого некогерентно накачивается извне, в нашем случае в отсутствие когерентного поля Ес вещество находилось бы в основном состоянии. Такое вещество должно поглощать по- [c.231]

Мы ограничимся представлением о плоских волновых полях (монохроматических или немонохроматических). Предположим, что плоская волна распространяется в положительном направлении оси 2 выбранной нами пространственной системы координат (фиг. 9.1). Несколько оптических (поляризующих) приборов, соединенных последовательно (показанных на фиг. 9.1 в виде черного квадрата), воздействуют па приходящую плоскую волну, создавая затем выходящую плоскую волну. Прежде всего нам нужно найти такое представление плоской волны, которое было бы однозначно связано с ней. Тогда действие черного квадрата может быть охарактеризовано неким математическим оператором . Мы потребуем, чтобы оператор был линейным. Это согласуется с линейностью уравнений Максвелла, описывающих поле (и функцию взаимной когерентности Г1 ), распространяющееся в соответствии с принципом Гюйгенса. В современных методах исследования частичной поляризации, о которых мы собираемся говорить, рассматриваются в основном линейные задачи, а векторная природа света учитывается с помощью матриц. [c.197]

На рассмотренных примерах мы видим, что в процессе синтеза часто используется математический аппарат и методы оптимизации. С другой стороны, результат синтеза почти всегда требует последующей доводки универсальными программами оптимизации. Таким образом, процессы синтеза и оптимизации при проектировании оптических систем весьма тесно связаны. Особенностями оптимизации в процессе синтеза являются специфические параметры оптимизации, связанные с типом синтеза небольшое количество оптимизируемых функций (две—пять аберраций), но значительное количество ограничений (условий прохождения лучей, построения системы, конструктивных ограничений) аналитическая проба и проба производных, специфические для данного типа, как, например, при синтезе дублетов. Все это позволяет быстро просматривать множество вариантов, а также в широких пределах менять конструкцию для получения результата синтеза, удовлетворяющего небольшому количеству основных требований и пригодному для последующей оптимизации. [c.253]

Полный запас мощности оптических систем связи мал пс с авнеиию с электрической системой, одиако первые могут иметь пшрокую полосу пропускания. Таким образом, цифровая передача данных дает возможность реализовать основное преимущество оптических систем, состоящее в том, что для них требуется минимальное отношение сигнал-шум на входе приемника при более широкой полосе пропускания. При прямой аналоговой модуляции iio интенсивности это преимущество в значительной степени не реализуется. Использование частотно-модулированной поднесущей дает компромиссное решение в виде аналоговой оптической системы связи, которая особенно подходит для передачи телевизионных сигналов на расстояние до 10 км. [c.469]

Обобщенная структурная схема оптического приемника приведена на рис. 14.1. Как видно из нее, фотодиод преобразует принимаемый оптический сигнал в агпектрический ток, пропорциональный мощности оптического сигнала. Следующий за фотодиодом усилитель усиливает полученный токовый сигнал и преобразует его в напряжение. Как и в любой системе связи, отношение сигнал-шум на выходе оптической системы и ее характеристики определяются тем звеном оптического приемника, где принятый сигнал имеет наименьший уровень. Следовательно, характеристики этого звена являются основными при проектировании всей системы связи. В 14.2 будут рассмотрены различные источники шума в приемнике оптических сигналов. В последующих параграфах определяется зависимость отношения сигнал-шум от уровня принимаемого сигнала для различных схем усилителей. И, наконец, в заключительных главах будет найдено минимальное значение отношения сигнал-шум, необходимое для нормальной работы системы связи при использовании различных видов модуляции. [c.346]

После первоначального усиления принятый приемником сигнал поступает на решающее устройство, которое его стробирует в некоторой тoч ie в течение каждого тактового интервала и затем сравнивает полученное значение отсчета с некоторым заданным пороговым уровнем. Если амплитуда отсчета превышает порог, генерируется 1, если нет, предполагается, что передан 0. При наличии ошибок регенерированный сигнал будет отличиться от сигнала, переданного первоначально. Определение приемлемого значения коэффициента ошибок является существенной частью технических требований на любую систему связи. В соответствии с международным стандартом на цифровые телефонные каналы связи в линии протяженностью 2500 км допускается не более 2 ошибок при передаче 10 бит информации. Обычно это выражается в виде вероятности ошибки (РЕ) во всей линии, как 2-10 . Это означает, что для каждых 10 км линии связи средняя вероятность ошибки должна поддерживаться на уровне ниже (2-10 )-(10/2500) == 0,8-10 . Необходимо гюнять, что эта цифра представляет собой минимальные средние требования для каждых 10 км линии связи. На практике основная часть имеющихся ошибок относится только к очень малому числу из многих звеньев, входящих в состав протяженного канала связи. Более вероятно, что реальные характеристики системы связи будут определяться внешними возмущениями, или помехами в нашей терминологии, а не внутренними источниками шума, которые рассматриваются в гл. 14 и 15. Это часто вызывает появление пачек ошибок, а не нх стационарное случайное распределение. Одним из достоинств волоконно-оптических систем связи является, то что в отличие от электрических сама линия передачи обычно нечувствительна к таким помехам. Однако оконечная аппаратура чувствительнее к ним, так же, как и электрические схемы электропитания, которые могут составлять часть оптического волоконного кабеля. Имея это в виду, примем в качестве обычного требования на допустимую вероятность ошибки для типичной оптической линии связи значение, равное 10 . В других применениях допустимые значения вероятностей ошибок могут изменяться в пределах 10 . .. 10 , однако, как будет показано, при таких уровнях ошибок требуемая мощность сигнала на входе приемника относительно нечувствительна к точному значению вероятности ошибок, которое нужно обеспечить. [c.372]

Из данного примера было бы, однако, неправильно сделать заключение, что оптические свойства дисперсных систем не связаны закономерно с оптическими свойствами материалов. Наоборот, знание основной оптической характеристики материала, его комплексного показателя преломления необходимо для расчета оптических свойств дисперсных систем наряду с такими их характеристиками, как оптические свойства среды, размер частиц, порозность системы. Поэтому накопление фундаментальных олытных данных об оптических свойствах различных технических материалов в инфракрасной части спектра и пределах колебаний этих свойств в зависимости от количества различных примесей является важной задачей дальнейших исследований. Внешний вид материалов, как известно, не позволяет судить о их прозрачности для инфракрасных лучей, и мы лишены подобного простейшего ориентира, обычного для видимой части спектра. Так, привычно непрозрачный шлак оказывается хорошо прозрачным для инфракрасного излучения. [c.80]

В основу принципа действия оптического квантового генератора положено индуцированное излуче1гие, которое связано с поглощением электромагнитных волн или фотонов атомными системами. При поглощении фотона его энергия передается атому, который переходит в возбужденное квантовое состояние. Через некоторый промежуток времени атом может спонтанно излучить эту энергию в виде фотона и возвратиться в основное состояние. [c.231]

Обычно качество фотодетектора оценивают по нескольким параметрам. В основном они разрабатывались для приема инфракрасного излучения очень слабых стационарных или медленно меняющихся источников. Поэтому такие диоды оказались плохо соответствующимк требованиям, предъявляемым к детекторам в широкополосных системах оптической связи. Наиболее важны здесь три параметра эквивалентная шумовая мощность (NEP), чувствительность к обнаружению (D) и удельная чувствительность к обнаружению (D ). Покажем, как эти параметры связаны с длиной волны детектируемого излучения, квантовым выходом и темновым током детектора. Будем предполагать, что шумы детектора определяются тепловым шумом, связанным с темновым током и током сигнала. Эквивалентная шумовая мощность определяется как оптическая мощность (на конкретной длине волны или иа участке спектра), необходимая для получения тока, равного среднеквадратическому значению шумового тока в единичной полосе частот (А/ -- 1 Гц). Чтобы оценить МЕР на конкретной длине волны, перепишем формулу (12.1.2) в виде [c.325]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...