Transmiterea datelor cu laser. Comunicarea cu laser este o altă metodă de comunicare fără fir. Mai multe metode tipice de includere
Cercetarea activă a microundelor a început la mijlocul secolului al XX-lea. Fizicianul american Charles Townes a decis să mărească intensitatea fasciculului cu microunde. După ce a excitat moleculele de amoniac la niveluri ridicate de energie prin căldură sau stimulare electrică, omul de știință a trecut apoi un fascicul slab de microunde prin ele. Rezultatul a fost amplificator puternic radiația cu microunde, pe care Townes a numit-o „maser” în 1953. În 1958, Townes și Arthur Schawlow au făcut următorul pas: în loc să folosească cuptorul cu microunde, au încercat să amplifice lumina vizibilă. Pe baza acestor experimente, Maiman a creat primul laser în 1960.
Crearea laserului a făcut posibilă rezolvarea unei game largi de probleme care au contribuit la evoluții semnificative în știință și tehnologie. Ceea ce a făcut posibilă la sfârșitul secolului XX și începutul secolului XXI obținerea unor astfel de dezvoltări precum: linii de comunicație cu fibră optică, lasere medicale, prelucrare cu laser a materialelor (tratare termică, sudură, tăiere, gravare etc.), laser îndrumarea și desemnarea țintei, imprimante laser, cititoare de coduri de bare și multe altele. Toate aceste invenții au făcut viața mult mai ușoară, la fel ca viața. persoana normalași ne-a permis să dezvoltăm noi soluții tehnice.
Acest articol va răspunde la următoarele întrebări:
1) Ce este comunicarea laser fără fir? Cum a fost realizat?
2) Care sunt condițiile de utilizare a comunicațiilor laser în spațiu?
3) Ce echipament este necesar pentru implementarea comunicațiilor cu laser?
Definirea comunicației laser wireless, metode de implementare a acesteia.
Comunicare laser wireless - vizualizare comunicatii optice, folosind unde electromagnetice în domeniul optic (lumină) transmise prin atmosferă sau vid.
Comunicare cu laser conexiunea dintre două obiecte se realizează numai printr-o conexiune punct la punct. Tehnologia se bazează pe transmisia de date folosind radiații modulate în partea infraroșie a spectrului prin atmosferă. Emițătorul este o diodă laser semiconductoare puternică. Informațiile intră în modulul transceiver, în care sunt codificate cu diverse coduri rezistente la zgomot, modulate de un emițător optic laser și focalizate de sistemul optic al emițătorului într-un fascicul laser îngust colimat și transmis în atmosferă.
La capătul de recepție, sistemul optic concentrează semnalul optic pe o fotodiodă foarte sensibilă (sau fotodiodă de avalanșă), care transformă fasciculul optic într-un semnal electric. Mai mult, cu cât frecvența este mai mare (până la 1,5 GHz), cu atât mai mult volum informatiile transmise. Semnalul este apoi demodulat și convertit în semnale de interfață de ieșire.
Cea mai mare lungime de undă sisteme implementate variază între 700-950 nm sau 1550 nm, în funcție de aplicație dioda laser.
Din cele de mai sus rezultă că elementele cheie ale instrumentului pentru comunicarea cu laser sunt o diodă laser cu semiconductor și o fotodiodă foarte sensibilă (fotodiodă de avalanșă). Să ne uităm puțin mai detaliat la principiul funcționării lor.
Dioda laser este un laser semiconductor construit pe baza unei diode. Lucrarea sa se bazează pe apariția inversării populației în p-n zone tranziție la injectarea purtătorilor de sarcină. Un exemplu de diodă laser modernă este oferit în Figura 1.
Fotodiodele de avalanșă sunt dispozitive semiconductoare foarte sensibile care transformă lumina într-un semnal electric datorită efectului fotoelectric. Ele pot fi considerate fotodetectoare care asigură amplificare internă prin efectul de multiplicare a avalanșei. Din punct de vedere funcțional, aceștia sunt analogi în stare solidă ai fotomultiplicatorilor. Fotodiodele de avalanșă au o sensibilitate mai mare în comparație cu alte fotodetectoare cu semiconductor, ceea ce le permite să fie utilizate pentru înregistrarea puterilor luminoase scăzute (≲ 1 nW). Un exemplu de fotodiodă modernă pentru avalanșă este oferit în Figura 2.
Condiții de utilizare a comunicațiilor laser în spațiu.
Unul dintre direcții promițătoare dezvoltarea sistemelor de comunicații spațiale sunt sisteme bazate pe transmiterea de informații prin intermediul unui canal laser, deoarece aceste sisteme pot oferi un randament mai mare cu un consum mai mic de energie, dimensiunile per totalși greutatea echipamentului transceiver decât cele utilizate în acest moment sisteme de comunicații radio.
Potenţial, sistemele de comunicaţii laser spaţiale pot oferi excepţionale de mare viteză fluxul de informații – de la 10-100 Mbit/s la 1-10 Gbit/s și mai mult.
Cu toate acestea, există un număr probleme tehnice care trebuie rezolvate pentru a implementa canale de comunicare laser între nava spatiala(KA) și Pământ:
- necesar precizie ridicată ghidare și urmărire reciprocă la distanțe de la jumătate de mie la zeci de mii de kilometri și atunci când transportatorii se deplasează la viteze cosmice.
- Principiile de primire și transmitere a informațiilor prin intermediul unui canal laser devin semnificativ mai complicate.
- Echipamentele opto-electronice devin din ce în ce mai complexe: optică de precizie, mecanică de precizie, lasere cu semiconductor și fibră, receptoare foarte sensibile.
Experimente privind implementarea comunicațiilor laser spațiale
Experimentele privind implementarea sistemelor de comunicații cu laser pentru transmiterea unor cantități mari de informații sunt efectuate atât de Rusia, cât și de Statele Unite ale Americii.
Sistem de comunicații cu laser RF (SLS)
În 2013, a fost efectuat primul experiment rusesc pentru a transmite informații folosind sisteme laser de pe Pământ către segmentul rusesc al Stației Spațiale Internaționale (RS ISS) și înapoi.
Experimentul spațial „SLS” a fost realizat cu scopul de a testa și demonstra Tehnologia rusăși echipament pentru recepția și transmiterea informațiilor printr-o linie de comunicație laser spațială.
Obiectivele experimentului sunt:
- testarea, în condiții de zbor spațial pe ISS RS, a principalelor soluții tehnologice și de proiectare încorporate în dotarea standard a sistemului de transmisie a informațiilor laser intersatelit;
- dezvoltarea tehnologiei de recepție și transmitere a informațiilor folosind o linie de comunicație laser;
- studiul posibilității și condițiilor de funcționare a liniilor de comunicație laser „de la navă spațială până la stația de la sol” în diferite condiții atmosferice.
Experimentul este planificat să fie realizat în două etape.
În prima etapă, un sistem de recepție și transmitere a informațiilor circulă de-a lungul liniilor „la bordul RS ISS–Earth” (3, 125, 622 Mbit/s) și „Earth–on board RS ISS” (3 Mbit/s). ) este în curs de dezvoltare.
În a doua etapă, este planificată dezvoltarea unui sistem de ghidare de înaltă precizie și a unui sistem de transmitere a informațiilor de-a lungul liniei „la bordul satelitului ISS RS – releu”.
Sistemul de comunicare cu laser din prima etapă a experimentului SLS include două subsisteme principale:
- terminal de comunicații laser de bord (BTLS), instalat pe segmentul rusesc al Stației Spațiale Internaționale (Figura 3);
- terminal laser la sol (GLT) instalat la stația de observare optică Arkhyz din Caucazul de Nord (Figura 4).
Obiecte de studiu la etapa 1 a FE:
- echipamente terminale de comunicații laser la bord (BTLN);
- echipamente terminale de comunicații laser la sol (GLT);
- canal de propagare a radiației atmosferice.
Figura 4. Terminal laser la sol: pavilion astro cu unitate optic-mecanică și telescop de aliniere
Sistem de comunicare cu laser (LCS) - etapa 2.
A doua etapă a experimentului va fi efectuată după finalizarea cu succes a primei etape și pregătirea unei nave spațiale specializate de tip „Luch” pe GEO cu un terminal la bord al sistemului de transmitere a informațiilor laser inter-sateliți. Din păcate, informații despre dacă a doua etapă a fost efectuată sau nu nu au putut fi găsite în sursele deschise. Poate că rezultatele experimentului au fost clasificate sau a doua etapă nu a fost niciodată efectuată. Schema de transfer de informații este prezentată în Figura 5.
Proiect OPALS SUA
Aproape simultan, agenția spațială americană NASA începe să implementeze sistemul laser OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science).
„OPALS reprezintă primul loc experimental pentru dezvoltarea tehnologiilor de comunicații spațiale cu laser, iar Stația Spațială Internațională va servi drept loc de testare pentru OPALS”, a declarat Michael Kokorowski, manager de proiect OPALS și membru al Laboratorului de propulsie cu reacție (JPL) al NASA. Jet Propulsion Laboratory, JPL), - „Laser viitor sisteme de comunicații, care va fi dezvoltat pe baza tehnologiilor OPALS, va putea face schimb de volume mari de informatii, ceea ce va elimina blocaj, care în unele cazuri reține Cercetare științificăși întreprinderi comerciale”.
Sistemul OPALS este un container sigilat care conține componente electronice conectate printr-un cablu optic la un dispozitiv de transmitere și recepție laser (Figura 6). Acest dispozitiv include un colimator laser și o cameră de urmărire montată pe o platformă în mișcare. Instalația OPALS va fi trimisă la ISS la bordul navei spațiale Dragon, care va fi lansată în spațiu în decembrie anul acesta. Odată livrate, containerul și transmițătorul vor fi instalate în afara stației și va începe un program de testare pe teren de 90 de zile pentru sistem.
Principiul de funcționare al OPALS:
De pe Pământ, specialiștii de la Laboratorul Telescopului de Comunicații Optice vor trimite un fascicul de lumină laser către stația spațială, care va acționa ca un far. Echipamentul sistemului OPALS, care a captat acest semnal, folosind unități speciale, își va îndrepta emițătorul către un telescop de la sol, care va servi drept receptor și va transmite un semnal de răspuns. Dacă nu există interferențe în calea de propagare a fasciculelor de lumină laser canal de comunicare va fi instalat și va începe transmiterea informațiilor video și telemetrice, care pentru prima dată va dura aproximativ 100 de secunde.
European Data Relay System abreviat EDRS.
Sistemul European de Releu de Date (EDRS) este un proiect planificat de Agenția Spațială Europeană pentru a crea o constelație de sateliți geostaționari moderni care vor transfera informații între sateliți, nave spațiale, vehicule aeriene fără pilot (UAV) și stații terestre, furnizând mai rapid decât metode tradiționale viteza de transfer de date, chiar și în condiții de dezastre naturale și provocate de om.
EDRS va folosi noua tehnologie de comunicații laser Laser Communication Terminal (LCT). Terminalul laser va permite transmiterea informațiilor la o viteză de 1,8 Gbit/s. Tehnologia LCT va permite sateliților EDRS să transmită și să primească aproximativ 50 de terabytes de date pe zi aproape în timp real.
Primul satelit de comunicații EDRS este programat să se lanseze pe orbită geostaționară la începutul anului 2016 de la Cosmodromul Baikonur pe un vehicul rusesc de lansare Proton. Odată ajuns pe orbita geosincronă deasupra Europei, satelitul va efectua legături de comunicații laser între cei patru sateliți Sentinel-1 și Sentinel-2 fără pilot, care operează ca parte a programului spațial de observare a Pământului Copernicus. aeronave, precum și stații terestre din Europa, Africa, America Latină, Orientul Mijlociu și coasta de nord-est a Statelor Unite.
Un al doilea satelit similar va fi lansat în 2017, iar lansarea unui al treilea satelit este planificată pentru 2020. Împreună, acești trei sateliți vor putea acoperi întreaga planetă cu comunicații laser.
Perspective pentru dezvoltarea comunicațiilor laser în spațiu.
Avantajele comunicației cu laser în comparație cu comunicațiile radio:
- transmiterea de informații pe distanțe mari
- viteză mare de transfer
- compactitatea și ușurința echipamentelor de transmisie a datelor
- eficienta energetica
Dezavantajele comunicării cu laser:
- necesitatea punctării precise a dispozitivelor de recepție și transmisie
- probleme atmosferice (înnorire, praf etc.)
Comunicarea cu laser face posibilă transmiterea datelor pe distanțe mult mai mari în raport cu comunicația radio, viteza de transmisie datorită concentrației mari de energie și multe altele frecventa inalta purtător (după ordine de mărime) este de asemenea mai mare. Eficiența energetică, greutatea redusă și compactitatea sunt, de asemenea, de câteva ori sau ordine de mărime mai bune. Dificultățile sub forma necesității unei ghidări precise a dispozitivelor de recepție și de transmisie pot fi rezolvate cu mijloace moderne. mijloace tehnice. În plus, dispozitivele de recepție de la sol pot fi amplasate în zone ale Pământului în care numărul de zile înnorate este minim.
Pe lângă problemele prezentate mai sus, mai există o problemă - divergența și atenuarea fasciculului laser la trecerea prin atmosferă. Problema se agravează mai ales când fasciculul trece prin straturi cu densități diferite. Când trece prin interfața dintre medii, un fascicul de lumină, inclusiv un fascicul laser, experimentează refracții deosebit de puternice, împrăștiere și atenuare. În acest caz, putem observa un fel de spot luminos rezultat tocmai din trecerea unei astfel de interfețe între medii. Există mai multe astfel de granițe în atmosfera Pământului - la o altitudine de aproximativ 2 km (stratul atmosferic de vreme activă), la o altitudine de aproximativ 10 km și la o altitudine de aproximativ 80-100 km, adică deja la limita spațiului. . Înălțimile straturilor sunt date pentru latitudini medii vara. Pentru alte latitudini și alte anotimpuri, înălțimile și chiar numărul de interfețe dintre medii pot diferi foarte mult de cele descrise.
Astfel, la intrarea în atmosfera Pământului, un fascicul laser, care a parcurs cu calm milioane de kilometri fără pierderi (cu excepția poate o ușoară defocalizare), își pierde partea leului din puterea sa în câteva zeci de kilometri nefericite. Cu toate acestea, putem transforma acest fapt, rău la prima vedere, în avantajul nostru. Deoarece acest fapt ne permite să facem fără nicio țintire serioasă a fasciculului către receptor. Pentru că, ca atare receptor, sau mai degrabă un receptor primar, putem folosi tocmai aceste limite între straturi și media. Putem îndrepta telescopul spre punctul de lumină rezultat și putem citi informații din acesta. Desigur, acest lucru va crește semnificativ cantitatea de interferență și va reduce rata de transfer de date. Și va face totul imposibil în timpul zilei. Dar acest lucru va face posibilă reducerea costului navei spațiale prin economisirea sistemului de ghidare. Acest lucru este valabil mai ales pentru sateliții pe orbite non-staționare, precum și pentru navele spațiale pentru cercetarea în spațiul profund.
În momentul de față, dacă luăm în considerare comunicațiile Pământ-nave și nave spațiale-Pământ, soluția optimă este sinergia comunicațiilor laser și radio. Este destul de convenabil și promițător să transmiteți date de la navă spațială pe Pământ folosind comunicații laser și de la Pământ la navă spațială folosind comunicații radio. Acest lucru se datorează faptului că modulul de recepție laser este un sistem destul de voluminos (cel mai adesea un telescop) care captează radiația laser și o convertește în semnale electrice, care sunt apoi amplificate folosind metode cunoscute și convertite în informații utile. Un astfel de sistem nu este ușor de instalat pe o navă spațială, deoarece cel mai adesea cerințele sunt compactitatea și greutatea redusă. În același timp, transmițătorul de semnal laser este mic ca dimensiune și greutate în comparație cu antenele pentru transmiterea semnalelor radio.
Astăzi este imposibil să ne imaginăm viața fără computere și rețele bazate pe ele. Omenirea se află în pragul unei lumi noi în care un singur spațiu informațional. În această lume, comunicațiile nu vor mai fi îngreunate de granițele fizice, timp sau distanță.
Acum există peste tot în lume o cantitate mare rețelele performante diverse funcțiiși rezolvarea multor probleme diferite. Mai devreme sau mai târziu, dar întotdeauna vine un moment în care debitului rețeaua este epuizată și trebuie puse noi linii de comunicație. Acest lucru este relativ ușor de făcut în interiorul unei clădiri, dar dificultățile încep atunci când conectați două clădiri adiacente. Sunt necesare autorizații speciale, aprobări, licențe pentru efectuarea lucrărilor, precum și îndeplinirea unui număr de cerințe tehnice complexe și satisfacerea unor solicitări financiare considerabile din partea organizațiilor care gestionează terenuri sau canalizare. De regulă, devine imediat clar că cea mai scurtă cale dintre două clădiri nu este o linie dreaptă. Și nu este deloc necesar ca lungimea acestei căi să fie comparabilă cu distanța dintre aceste clădiri.
Desigur, toată lumea cunoaște o soluție wireless bazată pe diverse echipamente radio (modemuri radio, linii relee radio cu canale mici, transmițătoare digitale cu microunde). Dar numărul dificultăților nu scade. Undele sunt suprasaturate și obținerea permisiunii de utilizare a echipamentelor radio este foarte dificilă și uneori chiar imposibilă. Iar debitul acestui echipament depinde în mod semnificativ de costul acestuia.
Vă oferim să profitați de noua formă economică comunicații fără fir, care a apărut destul de recent, este comunicarea cu laser. Această tehnologie a primit cea mai mare dezvoltare în SUA, unde a fost dezvoltată. Comunicațiile cu laser oferă o soluție rentabilă la problema comunicațiilor fiabile, de mare viteză, pe distanță scurtă (1,2 km), care pot apărea la conectarea sistemelor de telecomunicații din diferite clădiri. Utilizarea sa va permite integrarea rețelelor locale cu cele globale, integrarea rețelelor locale la distanță unele de altele și, de asemenea, pentru a satisface nevoile telefonie digitală. Comunicarea laser acceptă toate interfețele necesare în aceste scopuri - de la RS-232 la ATM.
Cum funcționează comunicarea?
Comunicarea laser permite conexiuni punct la punct cu rate de transfer de informații de până la 155 Mbit/s. În rețelele de calculatoare și de telefonie, comunicarea cu laser asigură schimbul de informații în modul full duplex. Pentru aplicațiile care nu necesită viteze mari de transmisie (de exemplu, semnale video și de control în sistemele de televiziune de proces și cu circuit închis), este disponibilă o soluție specială, rentabilă, semi-duplex. Când trebuie să combinați nu numai computerul, ci și retelele telefonice, modelele de dispozitive laser cu multiplexor încorporat pot fi utilizate pentru transmiterea simultană a traficului LAN și a fluxurilor de telefonie de grup digital (E1/ICM30).
Dispozitivele laser pot transmite orice flux de rețea care le este livrat utilizând fibră optică sau cablu de cupru în direcțiile înainte și invers. Transmițătorul convertește semnalele electrice în radiații laser modulate în domeniul infraroșu, cu o lungime de undă de 820 nm și o putere de până la 40 mW. Comunicarea cu laser folosește atmosfera ca mediu de propagare. Raza laser lovește apoi un receptor care are o sensibilitate maximă în intervalul de lungimi de undă a radiației. Receptorul convertește radiația laser în semnale de la interfața electrică sau optică utilizată. Așa se realizează comunicarea folosind sisteme laser.
Familii, modele și caracteristicile lor
În această secțiune, dorim să vă prezentăm cele trei familii ale celor mai populare sisteme laser din SUA - LOO, OmniBeam 2000 și OmniBeam 4000 (Tabelul 1). Familia LOO este de bază și permite transmisia de date și voce pe distanțe de până la 1000 m Familia OmniBeam 2000 are capacități similare, dar funcționează la distanta mai mare(până la 1200 m) și poate transmite imagini video și o combinație de date și voce. Familia OmniBeam 4000 poate oferi transfer de date de mare viteză: de la 34 la 52 Mbit/s pe distanțe de până la 1200 m și de la 100 la 155 Mbit/s până la 1000 m Există și alte familii de sisteme laser pe piață fie acoperă distanțe mai scurte, fie acceptă mai puține protocoale.
Tabelul 1.
| Familie | LOO | OmniBeam 2000 | OmniBeam 4000 |
| Ethernet (10 Mbps) | + | + | - |
| Token Ring (416 Mbps) | + | + | - |
| E1 (2 Mbit/s) | + | + | - |
| Imagine video | - | + | - |
| Combinație de date și vorbire | - | + | - |
| Transfer de date de mare viteză (34-155 Mbps) | - | - | + |
| Posibilitate de modernizare | - | + | + |
Fiecare familie include un set de modele care suportă diferite protocoale de comunicare (Tabelul 2). Familia LOO include modele economice care asigură distanțe de transmisie de până la 200 m (litera „S” la sfârșitul numelui).
Masa 2.
Avantajul incontestabil al dispozitivelor de comunicații laser este compatibilitatea lor cu majoritatea echipamentelor de telecomunicații pentru diverse scopuri(hub-uri, routere, repetoare, poduri, multiplexoare și PBX-uri).
Instalarea sistemelor laser
O etapă importantă în crearea unui sistem este instalarea acestuia. Pornirea efectivă necesită un timp neglijabil în comparație cu instalarea și configurarea echipamentelor laser, care durează câteva ore dacă este efectuată de specialiști bine pregătiți și echipați. În același timp, calitatea funcționării sistemului în sine va depinde de calitatea acestor operațiuni. Prin urmare, înainte de a prezenta opțiuni tipice de includere, am dori să acordăm o oarecare atenție acestor probleme.
Atunci când sunt amplasate în aer liber, transceiver-urile pot fi instalate pe acoperiș sau pe suprafețele pereților. Laserul este montat pe un suport rigid special, de obicei metalic, care este atașat de peretele clădirii. Suportul oferă, de asemenea, posibilitatea de a regla unghiul de înclinare și azimutul fasciculului.
În acest caz, pentru ușurința instalării și întreținerii sistemului, conectarea acestuia se face prin cutii de distribuție (RK). Cablurile de conectare sunt de obicei fibră optică pentru circuitele de transmisie a datelor și cablu de cupru pentru circuitele de putere și control. Dacă echipamentul nu are o interfață optică de date, atunci este posibil să se utilizeze un model cu o interfață electrică sau un modem optic extern.
Unitatea de alimentare (PSU) a transceiver-ului este întotdeauna instalată în interior și poate fi montată pe un perete sau într-un rack care este utilizat pentru echipamente LAN sau sisteme de cablare structurată. Un monitor de stare poate fi, de asemenea, instalat în apropiere, care servește la telecomandă funcționarea transceiverelor din familiile OV2000 și OV4000. Utilizarea sa permite diagnosticarea canalului laser, indicarea mărimii semnalului, precum și buclarea semnalului pentru a-l verifica.
Când instalați transceiver-uri laser în interior, este necesar să rețineți că puterea radiației laser scade la trecerea prin sticlă (cel puțin 4% pe fiecare sticlă). O altă problemă o reprezintă picăturile de apă care curg pe exteriorul paharului când plouă. Acestea acționează ca lentile și pot provoca împrăștierea fasciculului. Pentru a reduce acest efect, se recomandă instalarea echipamentului lângă partea superioară a sticlei.
A furniza comunicare de calitate Trebuie luate în considerare unele cerințe de bază.
Cel mai important dintre ele, fără de care comunicarea va fi imposibilă, este că clădirile trebuie să fie în raza de vedere și să nu existe obstacole opace în calea de propagare a fasciculului. În plus, deoarece fasciculul laser din zona receptorului are un diametru de 2 m, este necesar ca transceiver-urile să fie amplasate deasupra pietonilor și traficului la o înălțime de cel puțin 5 m. Acest lucru se datorează respectării normelor de siguranță. Transportul este, de asemenea, o sursă de gaze și praf, care afectează fiabilitatea și calitatea transmisiei. Fasciculul nu trebuie proiectat în imediata apropiere sau încrucișat liniile electrice. Este necesar să se țină cont de posibila creștere a copacilor, de mișcarea coroanelor lor în timpul rafalelor de vânt, precum și de influența precipitațiilor și posibilele perturbări din cauza păsărilor zburătoare.
Alegerea corectă a transceiver-ului garantează funcționarea stabilă a canalului în întreaga gamă de condiții climatice din Rusia. De exemplu, un diametru al fasciculului mai mare reduce probabilitatea defecțiunilor cauzate de precipitații.
Echipamentul laser nu este o sursă de radiație electromagnetică (EMR). Cu toate acestea, dacă este plasat lângă dispozitive cu EMR, electronica laserului va capta această radiație, ceea ce poate provoca o schimbare a semnalului atât în receptor, cât și în transmițător. Acest lucru va afecta calitatea comunicației, așa că nu este recomandat să amplasați echipamente laser în apropierea surselor EMR, cum ar fi stații radio puternice, antene etc.
La instalarea unui laser, este recomandabil să evitați emițătoarele-receptoare laser orientate în direcția est-vest, deoarece în câteva zile pe an razele soarelui pot bloca radiația laser timp de câteva minute, iar transmisia va deveni imposibilă, chiar și cu filtre optice speciale în receptor. Știind cum se mișcă soarele pe cer într-o anumită zonă, puteți rezolva cu ușurință această problemă.
Vibrația poate determina deplasarea transceiver-ului laser. Pentru a evita acest lucru, nu este recomandat să instalați sisteme laser în apropierea motoarelor, compresoarelor etc.
Poza 1.
Amplasarea și conectarea transceiver-urilor laser.
Mai multe metode tipice de includere
Comunicarea cu laser va ajuta la rezolvarea problemei comunicării pe distanță scurtă în conexiunile punct la punct. Ca exemple, să ne uităm la câteva opțiuni sau metode tipice de includere. Deci, aveți un birou central (CO) și o sucursală (F), fiecare dintre ele având o rețea de calculatoare.
Figura 2 prezintă o variantă de organizare a unui canal de comunicație pentru cazul în care este necesară combinarea F și CO, folosind Ethernet ca protocol de rețea și mediu fizic- cablu coaxial (gros sau subțire). În CO există un server LAN, iar în F sunt computere care trebuie conectate la acest server. Cu sisteme laser precum modelele LOO-28/LOO-28S sau OB2000E, puteți rezolva cu ușurință această problemă. Puntea este instalată în centrul central, iar repetorul în F. Dacă puntea sau repetorul are o interfață optică, atunci nu este necesar un minimodem optic. Transceiverele laser sunt conectate prin fibră optică duală. Modelul LOO-28S vă va permite să comunicați la o distanță de până la 213 m, iar LOO-28 - până la 1000 m cu un unghi de recepție „încrezător” de 3 mrad. Modelul OB2000E acoperă o distanță de până la 1200 m cu un unghi de recepție „încrezător” de 5 mrad. Toate aceste modele funcționează în modul full duplex și oferă o viteză de transfer de 10 Mbit/s.
Figura 2.
Conectarea unui segment LAN Ethernet la distanță folosind un cablu coaxial.
O opțiune similară pentru a combina două Rețele Ethernet, folosind ca mediu fizic pereche răsucită(10BaseT) este prezentat în Figura 3. Diferența sa este că, în loc de o punte și un repetor, se folosesc concentratoare (hub-uri) care au numărul necesar de conectori 10BaseT și o interfață AUI sau FOIRL pentru conectarea transceiver-urilor laser. În acest caz, este necesar să instalați un transceiver laser LOO-38 sau LOO-38S, care oferă viteza de transmisie necesară în modul full duplex. Modelul LOO-38 poate suporta distante de comunicare de pana la 1000 m, iar modelul LOO-38S pana la 213 m.
Figura 3.
Conectarea unui segment LAN Ethernet la distanță bazat pe pereche răsucită.
Figura 4 prezintă o variantă de transmisie combinată de date între două rețele LAN (Ethernet) și un flux digital de grup E1 (PCM30) între două PBX-uri (în CO și F). Pentru a rezolva această problemă, este potrivit modelul OB2846, care oferă transmisie de date și voce la o viteză de 12 (10+2) Mbit/s pe o distanță de până la 1200 m LAN este conectat la transceiver folosind fibră optică duală printr-un conector SMA standard, iar traficul telefonic este transmis prin cablu coaxial de 75 Ohm prin conector BNC. Trebuie remarcat faptul că multiplexarea fluxurilor de date și de vorbire nu necesită echipamente suplimentare și este realizată de transceiver fără a reduce debitul fiecăruia dintre ele separat.
Figura 4.
Integrarea retelelor de calculatoare si telefonie.
O opțiune pentru transferul de date de mare viteză între două rețele LAN (LAN „A” în centrul central și LAN „B” în F) folosind comutatoare ATM și transceiver-uri laser este prezentată în Figura 5. Modelul OB4000 va rezolva problema -viteza comunicarea pe raza scurta de actiune intr-un mod optim. Veți avea posibilitatea de a transmite fluxuri E3, OC1, SONET1 și ATM52 la vitezele necesare pe o distanță de până la 1200 m și 100 Base-VG sau VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX sau Fast Ethernet(802.3), FDDI, TAXI 100/140, OC3, SONET3 și ATM155 cu vitezele necesare - pe o distanță de până la 1000 m Datele transmise sunt livrate la transceiver-ul laser folosind o fibră optică dublă conectată printr-un conector SMA. .
Figura 5.
Consolidarea rețelelor de telecomunicații de mare viteză.
Exemplele date nu epuizează toate aplicațiile posibile ale echipamentelor laser.
Care este mai profitabil?
Să încercăm să determinăm locul comunicării laser printre altele prin cablu și solutii wireless, evaluând pe scurt avantajele și dezavantajele acestora (Tabelul 3).
Tabelul 3.
| Cost estimat | Cablu de cupru | Fibra optica | Canal radio | Canal laser |
| de la 3 la 7 mii de dolari. pentru 1 km | până la 10 mii de dolari pentru 1 km | de la 7 la 100 de mii de dolari. pe set | 12-22 mii de dolari. pe set | |
| Timp de pregătire și instalare | Pregatirea lucrarilor si montajului - pana la 1 luna; instalarea modemurilor HDSL - câteva ore | Pregătirea lucrărilor și așezarea 1-2 luni | Pregătirea lucrărilor durează 2-3 luni, instalarea - câteva ore | Pregătirea lucrărilor 1-2 săptămâni, instalare - câteva ore |
| Debit maxim | Până la 2 Mbps folosind HDSL | Până la 155 Mbit/s | Până la 155 Mbit/s | Până la 155 Mbit/s |
| Raza maximă de comunicare fără repetoare | Până la 20 km folosind HDSL | Cel putin 50-70 km | Până la 80 km (în funcție de puterea semnalului) | Până la 1,2 km |
| BER | >1E-7 | 1E-10 | 1E-10...1E-9 |
Să începem cu binecunoscutul cablu obișnuit de cupru. Unele dintre caracteristicile sale vă permit să calculați aproape cu exactitate parametrii canalul creat comunicatii. Pentru un astfel de canal, nu contează care este direcția de transmisie și dacă obiectele sunt în vizibilitate directă, nu este nevoie să ne gândim la influența precipitațiilor și la mulți alți factori. Cu toate acestea, calitatea și viteza de transmisie oferite de acest cablu lasă mult de dorit. Rata de eroare de biți (BER) este de ordinul 1E-7 sau mai mare, ceea ce este semnificativ mai mare decât cea a fibrei optice sau a comunicațiilor fără fir. Cablurile de cupru sunt clasificate ca canale de viteză mică conexiuni, așa că înainte de a instala cabluri noi, luați în considerare dacă merită să le utilizați. Dacă aveți deja un cablu, atunci ar trebui să vă gândiți cum să-i creșteți capacitatea folosind tehnologia HDSL. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că este posibil să nu ofere calitatea necesară a comunicației din cauza stării nesatisfăcătoare a liniilor de cablu.
Cablurile de fibră optică au avantaje semnificative față de cablurile de cupru. Debit ridicat și calitate a transmisiei (BER)
În zilele noastre, comunicațiile radio sunt utilizate pe scară largă, în special liniile de relee radio și modemurile radio. De asemenea, au propriul set de avantaje și dezavantaje. Tehnologii existente comunicațiile radio la crearea unui canal pentru transmisia de date vă vor oferi o calitate mai bună (BER
Comunicare cu laser – rezolvă rapid și eficient, fiabil și eficient problema comunicării la distanță scurtă între două clădiri situate la o distanță de până la 1200 m și în vizibilitate directă. Fără îndeplinirea acestor condiții, comunicarea cu laser este imposibilă. Avantajele sale neîndoielnice sunt:
- „transparență” pentru majoritatea protocoale de rețea(Ethernet, Token Ring, Sonet/OC, ATM, FDDI etc.);
- viteză mare de transfer de date (până la 155 Mbit/s astăzi, până la 1 Gbit/s pentru echipamentele anunțate de producători);
- calitate înaltă a comunicării cu BER=1E-10...1E-9;
- conectarea traficului de rețea la transceiver-ul laser folosind dispozitive de interfață prin cablu și/sau fibră optică;
- nu este nevoie să obțineți permisiunea de utilizare;
- cost relativ scăzut al echipamentelor laser în comparație cu sistemele radio.
Transceiverele laser, din cauza puterii reduse a radiației lor, nu reprezintă un pericol pentru sănătate. Trebuie remarcat faptul că, deși fasciculul este sigur, păsările îl văd și încearcă să-l evite, ceea ce reduce semnificativ probabilitatea defecțiunilor. Dacă informațiile transmise sunt livrate către și de la transceiver-ul laser prin multimod standard cablu de fibra optica, atunci transmisia datelor este garantată fără unde radio și radiații electromagnetice. Acest lucru nu numai că asigură că nu există niciun impact asupra echipamentelor care funcționează în apropiere, dar face și imposibil accesul neautorizat la informații (aceasta poate fi obținută doar prin apropierea directă de transceiver).
Avantajele unui canal laser față de un canal radio sunt că, în primul rând, nu creează interferențe radio; în al doilea rând, este mai confidențial; în al treilea rând, poate fi utilizat în condiții de expunere la niveluri ridicate de radiații electromagnetice.
Schema schematică a transmițătorului este prezentată în Fig. 1. Transmițătorul constă dintr-un encoder de comandă realizat pe un microcontroler ATtiny2313 (DD1), un bloc de ieșire pe tranzistoare BC847V (VT1, VT2) și o interfață RS-232, care, la rândul său, constă dintr-un conector DB9-F (pentru cablu) (XP1) și convertor de nivel - pe MAX3232 (DD3).
Circuitul de resetare a microcontrolerului este format din elementele DD2 (CD4011B), R2, C7. Blocul de ieșire este un comutator electronic realizat pe tranzistorul VT1, în circuitul colector al căruia este conectat printr-un limitator de curent pe tranzistorul VT2 indicator laser. Emițătorul este alimentat de o tensiune stabilă constantă de 9 - 12 V. Microcircuitele DD1, DD2, DD3 sunt alimentate de o tensiune de 5V, care este determinată de stabilizatorul 78L05 (DA1).
Controlerul DD1 este programat în mediul BASCOM, ceea ce îi permite să trimită comenzi de la calculator personal(PC) prin interfața RS-232, de la terminalul Bascom, folosind funcția „echo”.
Microcontrolerul are o frecvență de ceas de 4 MHz de la un oscilator intern. Blocului de ieșire sunt furnizate pachete de impulsuri cu o frecvență de aproximativ 1,3 KHz de la ieșirea OS0A (PB2). Numărul de impulsuri dintr-un pachet este determinat de numărul comenzii primite de la PC.
Pentru a introduce o comandă, trebuie să apăsați orice tastă de pe tastatura computerului, apoi când apar cuvintele „Scrie comandă” și „Introduceți numărul 1...8”, introduceți un număr de la 1 la 8 și apăsați tasta „Enter” cheie.
Programul pentru microcontrolerul transmițător „TXlaser” constă dintr-o buclă principală (DO...LOOP) și două rutine de procesare a întreruperii: pentru recepție (Urxc) și pentru timer 0 overflow (Timer0).
Pentru a obține o frecvență de ieșire de 1,3 KHz, cronometrul este configurat cu un factor de divizare a frecvenței (Prescale) = 1024. În plus, numărarea începe de la valoarea inferioară Z = 253 (la un nivel ridicat pe PB2) și ajunge la 255. Un cronometru Întreruperea de depășire apare atunci când procesarea căreia comută ieșirea lui PB2, iar temporizatorul este din nou setat la valoarea Z = 253. Astfel, la ieșirea lui PB2 apare un semnal cu o frecvență de 1,3 KHz (vezi Fig. 2). În aceeași subrutină, numărul de impulsuri de pe PB2 este comparat cu cel specificat, iar dacă sunt egale, cronometrul se oprește.
În subprograma de procesare a întreruperii recepției, numărul de impulsuri care trebuie transmise este setat (1 – 8). Dacă acest număr este mai mare de 8, pe terminal este afișat mesajul „EROARE”.
În timp ce subprogramul rulează, există un nivel scăzut la pinul PD6 (LED-ul HL1 este stins), iar temporizatorul este oprit.
În bucla principală la pinul PD6 - nivel inalt, iar LED-ul HL1 este aprins.
Textul programului „TXlaser”:
$regfile = "attiny2313a.dat"
$cristal = 1000000
$hwstack = 40
$swstack = 16
$framesize = 32
Config Pind.0 = Intrare „UART - RxD
Config Portd.1 = Ieșire „UART - TxD
Config Portd.6 = Ieșire „LED HL1
Config Portb.2 = Ieșire „ieșire OC0A
„configurație timer 0-division factor=1024:
Config Timer0 = Timer, Prescale = 1024
Stop Timer0 "opriți cronometrul
Dim N As Byte „definiție variabilă”
Dim N0 ca octet
Const Z = 253 "limită inferioară a numărului de temporizator pentru frecvența de ieșire = 1,3 KHz
Timer0 = Z
Pe Urxc Rxd „subrutină de procesare a întreruperii recepției
On Timer0 Pulse "rutină de întrerupere depășire"
Activați Urxc
Activați Timer0
Faceți „bucla principală
Setați Portd.6 "porniți LED-ul HL1
Buclă
Rxd: „subrutină de procesare a întreruperii de primire
Stop Timer0
M1:
Tipăriți „Scrieți comanda”
Introduceți „Introduceți nr. 1...8:” , N0 „intrare comandă
Dacă N0 > 8, atunci „limitați numărul de comenzi
Tipăriți „Eroare”
Mergeți la M1
Încheiați dacă
N0 = N0 * 2
N0 = N0 - 1 "valoare setată a numărului de impulsuri dintr-un pachet
Comutați Portb.2
Start Timer0 "porniți cronometrul
Întoarcere
Puls: „rutina de procesare a întreruperii depășirii”
Stop Timer0
Comutați Portb.2
Reset Portd.6 "stinge LED-ul
Timer0 = Z
N = N + 1 "incrementare a numărului de impulsuri
Dacă N = N0 Atunci „dacă numărul de impulsuri = specificat
N=0
N0 = 0
Așteaptă 500 "întârziere 0,5 secunde
Altfel
Start Timer0 ", în caz contrar, continuați numărarea
Încheiați dacă
Întoarcere
Încheiați „încheierea programului
Transmițătorul este realizat pe o placă de circuit imprimat de 46x62 mm (vezi Fig. 3). Toate elementele, cu excepția microcontrolerului, sunt de tip SMD. Microcontrolerul ATtiny2313 este utilizat într-un pachet DIP. Se recomanda plasarea lui in panoul pentru cipuri DIP TRS (SCS) - 20 pentru a-l putea reprograma “fara durere”.
Placa de circuit al transmițătorului TXD.PCB se află în folderul „FILE PCAD”.
Schema schematică a receptorului canalului laser este prezentată în Fig. 4. La intrarea primului amplificator DA3.1 (LM358N), un filtru trece-jos format din elementele CE3, R8, R9 și având o frecvență de tăiere de 1 KHz atenuează zgomotul de fond de 50 -100 KHz de la corpurile de iluminat. Amplificatoarele DA3.2 și DA4.2 amplifică și măresc durata impulsurilor recepționate ale semnalului util. Comparatorul de pe DA4.1 generează un semnal de ieșire (unul), care este furnizat prin invertoarele chipului CD4011D (DD2) - DD2.1, DD2. Semnalul ajunge sincron la contactele microcontrolerului ATtiny2313 (DD1) – T0 (PB4) și PB3. Astfel, Timer0, care funcționează în modul de numărare a impulsurilor externe, și Timer1, care măsoară timpul acestei numărări, sunt lansate sincron. Controlerul DD1, îndeplinind funcția de decodor, afișează comenzile primite 1...8 prin setarea log.1 pe pinii PORTB, respectiv PB0...PB7, în timp ce sosirea unei comenzi ulterioare resetează pe cea anterioară. Când comanda „8” ajunge la PB7, apare log.1, care, folosind un comutator electronic de pe tranzistorul VT1, pornește releul K1.
Receptorul este alimentat tensiune constantă 9 -12V. Părțile analogice și digitale sunt alimentate cu tensiuni de 5V, care sunt determinate de stabilizatoarele de tip 78L05 DA5 și DA2.
În programul RXlaser, Timer0 este configurat ca un numărător de impulsuri externe, iar Timer1 ca un temporizator care numără perioada de trecere a numărului maxim posibil de impulsuri (comanda 8).
În ciclul principal (DO...LOOP), Timer1 este pornit la primirea primului impuls de comandă (K=0), condiția de activare a includerii temporizatorului Z=1 este resetată.
În subrutina de procesare a întreruperilor, când numărul Timer1 coincide cu valoarea numărului maxim posibil, numărul comenzii este citit și setat în PORTB. Condiția pentru activarea includerii Timer1 este de asemenea setată - Z=0.
Textul programului RXlaser:
$regfile = "attiny2313a.dat"
$cristal = 4000000
$hwstack = 40
$swstack = 16
$framesize = 32
Ddrb = 255 "PORTB - toate ieșirile
Portb = 0
Ddrd = 0 "INtrare PORTD
Portd = 255" pull-up PORTD
Config Timer0 = Counter, Prescale = 1, Edge = Falling "ca contor de impulsuri
Config Timer1 = Timer, Prescale = 1024, Clear Timer = 1" ca temporizator
Stop Timer1
Timer1 = 0
Counter0 = 0
„definiție variabilă:
Dim X ca octet
Dim Comm ca octet
Dim Z As Bit
Dim K As Bit
X =80
Compare1a = X „număr de impulsuri în registrul de potrivire
Z=0
Pe Compare1a Pulse „întrerupeți rutina prin coincidență
Activați întreruperi
Activați Compare1a
Faceți „bucla principală
Dacă Z = 0, atunci „prima condiție pentru pornirea temporizatorului
K = Portd.3
Dacă K = 0, atunci „a doua condiție pentru pornirea temporizatorului
Porniți cronometrul 1
Z=1
Încheiați dacă
Încheiați dacă
Buclă
Puls: „procesarea întreruperi a subrutinei prin coincidență
Stop Timer1
Comm = Counter0 "citire de la contorul extern de impulsuri
Comm = Comm - 1 "definiția numărului de biți din port
Portb = 0 "port zeroing
Setați Portb.comm „setați bitul corespunzător numărului comenzii
Z=0
Counter0 = 0
Timer1 = 0
Întoarcere
Încheiați „încheierea programului
Programele „TXlaser” și „RXlaser” se află în folderul Lazer_prog.
Receptorul este amplasat pe o placă de 46x62 mm (vezi Fig. 5). Toate componentele sunt de tip SMD, cu excepția microcontrolerului, care trebuie plasat într-un panou pentru cipuri DIP de tip TRS(SCS) - 20.
Configurarea receptorului se reduce la setarea coeficientului de transmisie de la capăt la capăt și a pragului de răspuns al comparatorului. Pentru a rezolva prima problemă, este necesar să conectați un osciloscop la pinul 7 al DA4.2 și prin selectarea valorii lui R18 pentru a seta un astfel de coeficient de transmisie end-to-end la care amplitudinea maximă a emisiilor de zgomot observată pe ecran nu va depăși 100 mV. Apoi osciloscopul comută la pinul 1 al DA4.1 și selectarea unui rezistor (R21) stabilește nivelul zero al comparatorului. Pornind transmițătorul și direcționând fasciculul laser către fotodiodă, trebuie să vă asigurați că la ieșirea comparatorului apar impulsuri dreptunghiulare.
Placa de circuite a receptorului RXD.PCB se află, de asemenea, în folderul FILE PCAD.
Este posibilă creșterea imunității la zgomot a canalului laser prin modularea semnalului cu o frecvență subpurtătoare de 30 – 36 KHz. Modularea trenurilor de impulsuri are loc în transmițător, în timp ce receptorul conține un filtru trece-bandă și un detector de amplitudine.
Diagrama unui astfel de transmițător (emițător 2) este prezentată în Fig. 6. Spre deosebire de transmițătorul 1 discutat mai sus, emițătorul 2 are un generator subpurtător reglat la o frecvență de 30 KHz și asamblat pe sloturile DD2.1, DD2.4.. Generatorul asigură modularea rafalelor de impulsuri pozitive.
Receptorul de canal laser cu o frecvență subpurtătoare (receptorul 2) este asamblat pe microcircuitul intern K1056UP1 (DA1). Circuitul receptorului este prezentat în Fig. 7. Pentru a izola impulsurile de comandă, un detector de amplitudine cu un filtru de frecvență joasă și un normalizator de impulsuri, asamblat pe elemente logice DD3.1, DD3.2, ansamblu diodă DA3 și C9, R24. În caz contrar, circuitul receptorului 2 coincide cu circuitul receptorului 1.
Săptămâna aceasta, NASA a lansat rezultatele de la Space Laser Communications Demonstrator (LLCD) privind Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (sau LADEE), lansat în septembrie a acestui an și care înconjoară în prezent planeta noastră. satelit natural. Potrivit agenției spațiale, sistemul LLCD a demonstrat o eficiență foarte mare a transmisiei de date pe o distanță de aproximativ 400 de mii de kilometri și este deja capabil să funcționeze mai rău, și poate chiar mai bine, decât transmițătoarele radio convenționale.
Pentru cei care nu știu, misiunea LLCD este de a demonstra utilizarea practică a laserelor pentru transmiterea mesajelor între obiecte foarte departe unul de altul și la viteze mult mai mari decât o pot oferi transmițătoarele radio standard. Demonstrând capacitatea de a transmite date pe Pământ la 622 Mb/s și de a primi la 20 Mb/s, LLCD a stabilit un record pentru vitezele de transfer de date de pe orbita lunară pe 20 octombrie. Datele transmise de raza laser au fost primite de principala stație de sol LLCD situată în New Mexico. Există trei stații similare în lume. Celelalte două se află în Spania și SUA.
Cel mai important avantajele laserelor transmițătoarele radio sunt că oferă un randament mult mai mare și, în plus, capacitatea de a transmite informații cu raze laser pe termen scurt, ceea ce va reduce în viitor costul total al consumului de energie atunci când se transmit informații pe distanțe foarte mari.
NASA notează că sistemul LLCD funcționează timp de 30 de zile modul de testare chiar mai bine decât ceea ce se aştepta de la ea. Laserul transmitea mesaje către stațiile terestre fără probleme când lumina zileiși chiar și atunci când unghiul de abatere al Lunii față de Soare era de patru grade. De asemenea, sistemul a funcționat fără erori atunci când Luna era foarte jos până la orizont, forțând astfel laserul să treacă prin straturi mai dense ale atmosferei și cu o anumită expunere la efectele turbulenței. De asemenea, astronomii au fost surprinși să afle că norii cirruși ușori nu au reprezentat o problemă pentru laser.
Pe lângă testarea erorilor, LLCD a demonstrat capacitatea de a comuta de la o stație la sol la alta, demonstrând capacitatea de a se bloca pe o anumită stație fără a fi nevoie de un semnal radio.
„Am programat LADEE să activeze și să direcționeze automat sistemul LLCD către locația dorită pentru a transmite un semnal laser către Pământ, fără a fi nevoie ca un semnal radio să fie trimis la sondă cu o comandă”, spune Don Cornwell, manager de proiect LLCD. de la Centrul de Zbor Spațial Goddard.
„Succesul acestei misiuni ne permite să fim optimiști cu privire la posibilitatea de a folosi sisteme similare ca sisteme de comunicații primare pentru viitoarele misiuni NASA.”
NASA notează nu numai succesul transmisiei semnalului, ci și viteza mare de transfer de informații de la sondă pe Pământ. Toate datele colectate în acest timp (și acestea, pentru un moment, sunt gigaocteți de informații) au fost transmise pe Pământ în mai puțin de cinci minute. De obicei, este nevoie de câteva zile pentru a transfera datele acestui volum.
Agenția spune că misiunea LLCD a fost finalizată și următoarea fază de testare va fi verificarea sistemului satelitului Laser Communications Relay Demonstration (LRCD), programat pentru lansare în 2017. În esență, sistemul va fi o versiune îmbunătățită a LLCD, capabilă să transfere date la viteze de până la 2880 Gb/s cu orbită geostaţionarăși va face parte dintr-un program de cinci ani de testare a sistemelor de comunicații de ultimă generație.
Categorii:// dinP uită-te la radioul tău. Veți vedea că în intervalul lung de undă transmisiile a două sau trei posturi de radio „se potrivesc” pe unde mai scurte (se numesc medii) puteți auzi deja cinci până la zece dintre ele; Și, în cele din urmă, în regiunea undelor scurte, literalmente fiecare milimetru al scalei radio sună: prin rotirea butonului de reglare, se aude scârțâitul codului Morse, semnale de far, vorbire multilingvă și muzică. Există atât de multe stații încât scara de unde scurte trebuie extinsă de câteva ori mai mult decât toate celelalte game de receptor. Acesta nu este un accident, ci un model: cu cât undele electromagnetice sunt mai scurte, cu atât mai multe dintre ele se pot potrivi, fără a interfera unele cu altele, pe o secțiune a scalei.
Dar lumina este aceeași vibratii electromagnetice, ca undele radio, doar mult mai scurte. Prin urmare, raza optică este de cincizeci de mii de ori mai largă decât raza radio. Aceasta înseamnă că, dacă utilizați lumina pentru comunicare, așa cum o facem cu radioul, puteți obține o densitate fără precedent mesajele transmise! Pentru a face acest lucru, este necesar ca emițătoarele să nu interfereze între ele. Acest lucru poate fi realizat dacă fiecare transmisie este efectuată la o lungime de undă strict definită.
Cu undele radio, totul este simplu: emițătorul poate emite unde electromagnetice de orice lungime. Este foarte ușor să „încarci” un mesaj pe ele. O undă care transportă un fel de semnal - vorbire, muzică - se numește modulată. Modulația este de două tipuri: frecvență (când se modifică lungimea de undă a radiației) și amplitudine (când se modifică intensitatea acesteia). Ar fi posibil să se moduleze lumina în același mod, dacă nu ar fi un amestec de unde electromagnetice diferite, ci dacă ar fi o undă de intensitate suficientă. Pe scurt, aveam nevoie de un laser. Și de îndată ce a apărut, semnalizatorii l-au apucat imediat. Deja în 1962, o linie de comunicație cu laser a început să funcționeze între districtul Kalininsky al capitalei și orașul Krasnogorsk, lângă Moscova. Comunicarea a fost printr-un fascicul deschis: laserul stătea pe unul dintre turnurile clădirii înalte din Moscova. universitate de stat pe Dealurile Lenin.
Bineînțeles că nu, trebuie să excludeți toate influențele meteorologice dăunătoare prin trimiterea luminii printr-un ghid de lumină cu fibră.
Raza laser intră în modulator - un dispozitiv care „suprapune” semnalul transmis (vorbire, muzică, imagine de televiziune) pe acesta - și intră în cablul de fibră. După ce a fost reflectat de nenumărate ori de pereții săi și a parcurs sute și sute de metri în el, fasciculul modulat intră într-un dispozitiv care îl transformă din nou într-un semnal electric familiar.
Același ghid de lumină poate fi folosit pentru a direcționa radiația de la un al doilea laser, cu o lungime de undă diferită, un al treilea, al patrulea. Fiecare dintre ele poate transporta propriul său semnal. O fibră, un fir de sticlă puțin mai subțire decât un păr, poate transmite simultan 32.000 convorbiri telefonice sau 60 colorate programe de televiziune! În zilele noastre au fost deja create ghidaje de lumină care pot funcționa în aceleași condiții ca firele convenționale. Ele pot rezista la fluctuații mari de temperatură, gheață și rafale de vânt. Ele pot fi așezate în pământ și întinse pe stâlpi. Capacitatea uriașă a ghidurilor de lumină vă va permite să creați o rețea televiziune prin cablu, care funcționează fără interferențe și distorsiuni, la fel cum funcționează astăzi transmisiunea radio. Ghidurile de lumină cu fibre și firele electrice convenționale sunt adesea combinate într-un singur pachet.
Există un alt aspect foarte important de care se ține cont atunci când se creează comunicații prin fibră optică. Două fire electrice, întinși unul lângă altul, pot interfera unul cu celălalt. Curent alternativ, care curge într-un fir, provoacă același curent, doar mai slab, în celălalt. Apare un semnal fals - zgomot, trosnet sau chiar muzică sau vorbire care interferează cu transmisia prin celălalt fir. Astfel de semnale de interferență se numesc interferență. Scânteile electrice și fulgerele produc interferențe primite de receptorul radio.
Interferența este deosebit de periculoasă pentru funcționarea computerelor electronice. A existat un caz în SUA când o rachetă spațială uriașă a trebuit să fie aruncată în aer la câteva secunde după lansare: din cauza unei singure erori de calcul, aceasta a ieșit din traiectorie și a amenințat că va cădea asupra orașului. Ancheta a arătat că micul releu a fost de vină: contactul său defectuos a declanșat, scânteia a provocat interferențe și asta, la rândul său, a provocat o defecțiune a mașinii. O mică scânteie i-a costat pe americani câteva milioane de dolari...
Pentru a evita blana, firul este îmbrăcat într-un „ecran” sau „armură” - un ciorap țesut din fire de cupru. Toate cablurile de înaltă frecvență trebuie să fie blindate, așa este proiectat cablul care merge de la antenă la televizor. Dar acest lucru, după cum am văzut deja, nu ajută întotdeauna.
Astfel de probleme nu se vor întâmpla cu un ghid de lumină cu fibre, un strat de vopsea opac pe suprafața sa este toată izolația. Prin urmare, se crede că laserele semiconductoare miniaturale și fibra optică vor înlocui în curând dispozitivele electronice și cablurile din tehnologia computerizată.
Laserele pot fi deja stinse, aprinse și modificate luminozitatea folosind un alt laser, la fel cum tuburile și tranzistoarele electronice pornesc, se opresc și amplifică curentul electric. Lumina înlocuiește electricitatea!
Și iată ce este interesant: natura a reușit să creeze chiar și un dispozitiv atât de complex, cum ar fi un ghid de lumină cu fibre, și chiar a fost reglat la o anumită lungime de undă. „Autorul” designului și proprietarul acestui dispozitiv este un urs polar. Oamenii de știință americani au reușit să stabilească că fiecare păr al pielii sale funcționează ca o fibră optică. Lumina soarelui încălzește blana, iar razele de căldură călătoresc de-a lungul blănii până la piele și încălzesc animalul.
Cablurile de fibră optică s-au dovedit a fi o completare atât de convenabilă la fasciculul laser, încât au fost adaptate rapid pentru a transmite fascicule puternice de lumină, cum ar fi cele utilizate în industrie. Nu a fost ușor, dar, în cele din urmă, nu cu mult timp în urmă a fost creat un ghid de lumină prin care este posibilă „pomparea” energiei de la un puternic laser pulsat sau continuu, de exemplu, cel situat în atelierul lui Likhachev. plantă.
