ВОЛС или волоконно-оптическая линия связи работает за счет светового преломления. Световые лучи отражаются от внутренних стенок кабеля. Они сделаны из тонкого и прозрачного материала.
Оптику сейчас прокладывают везде: для интернет-соединения, видеонаблюдения, телевидения, телефонии. Раньше максимальная скорость передачи данных ограничивалась 100 Мбит/с. Сейчас ее можно ускорить до 700 Мбит/с и даже до 100 Гбит/с.
В статье поговорим про передачу сигнала через оптоволокно и способы его усиления.
Принцип передачи сигнала
Оптоволокно выполнено в виде тонкой кварцевой трубки. По толщине как нить или человеческий волос. Внутри проходит световой луч с информацией. Он отражается от стенок.
У оптоволокна есть затухание сигнала. Происходит потеря мощности. Также при повреждении кабеля свет рассеивается, сигнал ослабевает. Чтобы этого не происходило, длинные оптоволоконные кабели оснащают усиливающими устройствами.
Усиление сигнала
Итак, на больших расстояниях сигнал ослабевает. Его усиливают с помощью ретрансляторов и усилителей.
При прокладке кабеля заранее просчитывают маршрут. На нем видны места, где сигнал будет ослабевать. В этих точках инженеры ВОЛС устанавливают ретрансляторы. Они повторяют мощность сигнала.
Ослабевающий свет проходит через ретранслятор. В нем он преобразуется в электронный сигнал, который далее превращается в свет с первоначальной мощностью. Другими словами, слабый луч света как бы подзаряжается и движется дальше.
Однако процесс преобразования отнимает время. Из-за этого происходит задержка сигнала. Поэтому вместе с ретрансляторами стали устанавливать усилители. Работает это так. На протяженном участке трассы есть 2 ретранслятора. Между ними прокладывают 5 усилителей.
В усилителях есть оптоволокно, которое покрыто специальными химикатами. Попадая в усилитель, слабый свет отражается с повышенной мощностью. Такие устройства помогают передать сигнал на большие расстояния. Рассмотрим, какими они бывают.
Виды усилителей
Все усилители можно разделить на электрические и оптические.
1) Электрические принимают сигнал из оптоволокна, затем преобразуют его в электрическую форму. В процессе работы восстанавливаются все исходные параметры сигнала. Затем он превращается в оптическую форму и передается дальше по линиям.
2) Оптические усилители повышают мощность сигнала. Они не восстанавливают исходные параметры. Работают с любыми протоколами передачи данных.
Есть 3 класса оптических усилителей:
- Полупроводниковые.
- Волоконные.
- Нелинейные.
Рассмотрим их подробнее.
Полупроводниковые
Их также делят на 2 вида: усилитель бегущей волны и резонансные.
Первые — рабочий полупроводниковый кристалл. Свет проходящий через него усиливается. Торцы такого кристалла изготавливают просветленными, чтобы от них свет не отражался внутрь кристалла.
Резонансные — полупроводниковые усилители, которые работают по принципу ретрансляторов.
Волоконные
Чаще всего сигнал в ВОЛС усиливают с помощью волоконно-оптических усилителей, например, таких https://lan-art.ru/catalog/televizionnoe-oborudovanie/usiliteli-opticheskie/. В нем используется волокно с содержанием редкоземельных элементов. Всего их 17 в Периодической таблице Менделеева.
Часть атомов кремния в оптоволокне заменяется атомами редкоземельных элементов. Например, эрбий, иттрий, иттербий. Их атомы усиливают излучение.
Волоконные усилители разделяют по содержанию редкоземельного элемента. Они бывают:
- иттербиевые;
- тулиевые;
- неодимовые;
- празеодимовые;
- эрбиевые.
Последние чаще остальных применяют для повышения мощности сигнала. Режим работы волоконных устройств можно настроить через соответствующее программное обеспечение.
Нелинейные
При повышенной мощности сигнала в оптоволокне проявляются нелинейные эффекты. Часть из них негативно сказывается на работе соединения. Однако есть ряд эффектов, которые позволяют усиливать электромагнитное излучение.
Усилители с нелинейными эффектами содержат обычное оптическое волокно. В нем отсутствуют примеси.
Есть 2 типа нелинейных эффектов: Рамановское рассеяние и Мандельштамма-Бриллюэна.
Рамановское меняет длину световой волны. Меняется траектория движения фотона. При таком эффекте мощность сначала возрастает, а затем снижается через определенное расстояние.
Эффект Мандельштамма-Бриллюэна наблюдается при встречной волне. То есть, вынужденное рассеяние происходит в противоположную сторону сигнала.
Популярные производители
Для усиления сигнала в ВОЛС обычно используют усилители от следующих производителей:
- RTM;
- Omron;
- Vermax.
Рассмотрим их подробнее.
RTM
Российская компания с 2001 г. изготавливает и продает оптические усилители, приемники и передатчики. Их используют для повышения мощности сигнала в видеонаблюдении, телевизионной техники и интернет-соединениях.
Производят в основном волоконные модели. В них излучение усиливается за счет редкоземельных элементов по типу эрбия или иттербия. Таким образом, предотвращается затухание ВОЛС.
Omron
Японский крупный производитель с 1948 г. изготавливает электронные устройства. У компании есть собственное производство. Оно полностью автоматизировано. Участие человека в создании устройств минимальное.
Основная деятельность компании — создание точного медицинского оборудования.
Vermax
Производитель из Китая изготавливает и продает оптические усилители. В основном это устройства волоконного типа с содержанием легированного эрбия. То есть, в составе волокна есть атомы эрбия, редкоземельного элемента.
Итак, увеличить мощность сигнала в ВОЛС можно с помощью ретрансляторов и усилителей. Первые восстанавливают все исходные параметры светового луча. Вторые повышают силу сигнала без восстановления первичных значений.
Усилители работают за счет полупроводникового кристалла или с добавлением примесей редкоземельных элементов. Чаще всего применяют эрбий, иттербий, неодим, тулий, празеодим.
