Дипломная на тему Разработка устройства управления лазерным диодом для передачи сигнала по одноволоконному оптическому кабелю со скоростью 2,048 Мбит/с

Автор: Сергей Пашков

Тип работы: Дипломная

Предмет: Физика

Страниц: 92

Год сдачи: 2004

ВУЗ, город: Санкт-Петербург

Выдержка

ВВЕДЕНИЕ

Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Волоконно-оптическая техника обеспечила современный революционный прогресс телекоммуникационных и информационных технологий, резко увеличив пропускную способность и экономическую эффективность не только сетей связи, но и специализированных вычислительных сетей, значительно расширив области применения систем передачи информации.
Используя оптическое волокно, можно обеспечивать передачу стремительно растущих объёмов информации на уровне сетевых магистралей, поэтому поставщики средств связи при построении современных информационных сетей используют волоконно-оптические кабельные системы наиболее часто. Это касается как построения протяженных телекоммуникационных магистралей, так и локальных вычислительных сетей. Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации как на короткие, так и на значительные расстояния.
Телекоммуникационные информационные сети постепенно превращаются в сети, у которых элементами между узлами являются волоконно-оптические линии связи.
Передача информации по ВОЛС имеет ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.
Традиционные технологии, основанные на применении медного кабеля или микроволновой передаче, имеют существенные недостатки и уступают по характеристикам волоконной оптике. Например, медные кабели характеризуются ограниченной скоростью передачи информации и подвержены влиянию внешних полей. Микроволновая передача, хотя и может обеспечить достаточно высокую скорость передачи информации, требует использования дорогостоящего оборудования и ограничивается зоной прямой видимости.
Волоконная оптика позволяет передавать информацию с существенно более высокими скоростями по сравнению с медными кабелями и имеет гораздо более приемлемую стоимость и меньше ограничений, чем микроволновая технология. Волоконно-оптические линии превосходят по своим характеристикам аналоги, основанные на медном кабеле; нужно учитывать, что технологические возможности медных кабелей имеют меньший потенциал развития, чем волоконно-оптическая технология.

Достоинства ВОЛС
Малый вес и объем волоконно-оптические кабели имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Наряду с стационарными ВОЛС, малый вес и объем волоконно-оптического кабеля упрощает прокладку кабеля в грунт, допускает подвеску на ЛЭП, позволяет организовывать мобильные нестационарные линии для альтернативной связи
Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014 Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в сек. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ над медной или любой другой средой передачи информации.
Малое затухание светового сигнала в волокне - выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0.2-0.3 дБ на длине волны 1.55 мкм в расчете на один км. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.
Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, и обеспечить высокую скорость передачи информации, без использования сложных помехоустойчивых кодов.
Высокая помехозащищенность поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущего многопарным медным кабелям.
Гальваническая развязка элементов сети данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических земельных петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземление в разных точках здания. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование, у волокна этой проблемы нет.
Взрыво - и пожаробезопасность - из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.
Удаленное электропитание - в некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется в России и за рубежом.
Длительный срок эксплуатации благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, процесс деградации (изменение затухания волокна во времени) значительно замедлен, и срок службы волоконно-оптического кабеля составляет примерно 25 лет.
Секретность перехват информации осуществляется либо путем подсоединения к проводу, или перехватом радиоволн, излучаемых работающим оборудованием или кабелем. Оптическое волокно является сверхбезопасной средой для передачи информации. Оно не излучает волны, которые могут быть получены близкорасположенной антенной, кроме того, подсоединиться к оптоволокну крайне тяжело.
Экономичность ВОК волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, - широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5 . При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК.
Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации, волоконно-оптические системы имеют также недостатки:
Стоимость интерфейсного оборудования - электрические сигналы должны преобразовываться в оптические и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линий связи также требуется высоконадежная специализированное пассивное коммутационное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсов на подключение- отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.
Монтаж и обслуживание оптических линий - стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же овреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АППАРАТУРА ОПЕРАТИВНОЙ ВОЛС 10
1.1. Назначение 10
1.2. Принцип работы и структурная схема 10
1.3. Конструкция полевой аппаратуры линейного тракта 13
1.4. Основные технические характеристики и состав полевой аппаратуры линейного тракта 14
ГЛАВА 2. ОБЗОР ПЕРЕДАЮЩИХ И ПРИЕМНЫХ ОПТИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ 16
2.1. Обзор организации ВОЛС 16
2.1.1. Пути повышения пропускной способности ВОСП 16
2.1.2. Основы WDM-систем 17
2.1.3. Волоконно-оптические циркуляторы 18
2.2. Обзор передающих оптоэлектронных модулей 20
2.2.1. Типы и характеристики источников излучения 20
2.2.2. Светоизлучающие диоды 21
2.2.3. Лазерные диоды 22
2.2.4. Другие характеристики 23
2.2.5. Основные элементы ПОМ 25
2.3. Обзор приемных оптоэлектронных модулей 26
2.3.1. Основные элементы приемных оптоэлектронных модулей 26
2.3.2. Принципы работы фотоприемника 28
2.3.3. Электронные элементы ПРОМ 29
ГЛАВА 3. КОНСТРУКЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ 32
3.1. Классификация оптических кабелей связи 32
3.2. Оптические волокна и особенности их изготовления 33
3.3. Конструкции оптических кабелей 36
3.4. Оптические кабели российского производства 40
3.5. Выбор оптического кабеля 45
ГЛАВА 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ВОЛС 47
4.1. Исходные данные 47
4.2. Расчет энергетических потерь 47
ГЛАВА 5. ЛАЗЕРНЫЕ ДИОДЫ 52
5.1. Многомодовые (MLM) лазеры, или лазеры с резонаторами ФабриПеро 52
5.2. Одномодовые (SLM) лазеры 54
5.3. Полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью 54
5.4. DFB-лазеры с внешним модулятором 56
5.5. Лазер с вертикальной резонаторной полостью и излучающей поверхностью (VCSEL) 59
ГЛАВА 6. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ДИОДОМ 61
6.1. Описание работы схем управления 61
6.2. Схема передающего оптического модуля 62
6.3. Схема передающего оптического модуля на базе микросхемы MAX 3668 64
6.4. Расчет потребляемых мощностей 66
6.4. Анализ полученных результатов 69
6.5. Расчет элементов схемы передающего модуля на базе MAX3668 70
ГЛАВА 7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 72
7.1. Схема передающего оптического модуля 72
7.1.1. Расчет сметы затрат на разработку 72
7.1.2. Расчет себестоимости изделия 77
7.2. Схема передающего оптического модуля на базе микросхемы MAX 3668 79
7.2.1. Расчет сметы затрат на разработку 79
7.2.2. Расчет себестоимости изделия 84
ГЛАВА 8. ОХРАНА БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИИ 86
8.1. Взаимодействие человека с разрабатываемой системой. 86
8.2. Вредные и опасные факторы 86
8.3. Анализ вредных и опасных факторов, возникающих при монтаже линии связи 87
8.3.1. Прокладка волоконно-оптического кабеля на открытом воздухе 87
8.3.2. Прокладка волоконно-оптического кабеля в грунт 87
8.3.3. Прокладка волоконно-оптического кабеля через водное пространство 88
8.4. Анализ вредных и опасных факторов, возникающих в процессе эксплуатации линии связи 88
8.4.1. Лазерная безопасность 88
8.4.2. Электробезопасность 89
8.4.3. Пожарная безопасность 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92

Литература

1. Вейко В.П. и др. Методические рекомендации по выполнению раздела «Охрана труда» в дипломных проектах. Л.: Редакционно-издательский отдел ЛИТМО, 1985.
2. Гауэр. Дж. Оптические системы связи. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989.
3. Грабовский Б. Краткий справочник по электронике. М.: ДМК Пресс, 2004.
4. Гребнев А.К. Оптоэлектронные элементы и устройства. - М.: Радио и связь 1998.
5. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. - М.: Радио и связь 1991.
6. Дмитриев С.А., Слепов Н.Н. Волоконно-оптическая техника: история, достижение, перспективы / Сборник статей. - М.: Издательство «Connect», 2000.
7. Дональд Дж. Волоконная оптика. Техническое руководство. Пер. с англ. М: Лори, 1999.
8. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. М: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999.
9. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. - М.: Эко-Трензд, 2000.
10. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи М.: Техносфера, 2003.