На магистральных линиях было бы хорошо использовать усилитель света. К со­жалению, такого у нас пока не имеется. Принцип усиления света (прежде всего это прин­цип лазера: вынужденное излучение при возбуждении) известен, но еще не готов к техни­ческому воплощению.

Таким образом, и в промежуточном усилителе остается задача преобразования и регенерации электрического сигнала (усиление или восстановление нужной формы им­пульса при двойных бинарных сигналах). Этот восстановленный электрический сигнал вторично используют для управления лазером или светоизлучающим диодом, который теперь излучает усиленный световой сигнал.

7.2 Фотодиоды используют внутренний фотоэффект

В оптических системах связи, в которых на выходе каждого отдельного световода должен быть установлен чувствительный фотоприемник, вводятся два прибора, которые могут быть выполнены методом микроэлектронной технологии. Речь идет о p-i-n фото­диоде и лавинном фотодиоде. Оба используют внутренний фотоэффект, который прояв­ляется в этом специальном случае непосредственно в окрестностях р-n перехода.

Глава восьмая

МНОГОЦЕЛЕВАЯ АБОНЕНТСКАЯ СЕТЬ

Абоненты — это не только мы сами или наши соседи, с которыми мы хотим об­щаться дома или на работе. Это все увеличивающееся число машин, выдающих и прини­мающих информацию.

В сети связи, только распределяющей информацию (например, радио- или телеви­зионной), абонент расположен на большой линии коллективного пользования, из которой он получает для себя необходимую информацию. В телефонной сети, которая передает разговоры, каждый абонент имеет до любого места (в основном до конечной коммута­ционной станции) свою собственную линию. Только после этого несколько, а затем мно­жество сигналов абонентов объединяются в пачку и передаются совместно, чтобы на конце вновь разъединиться на отдельные линии, которые ведут к желаемым собеседни­кам.

Еще в середине 70-х годов существовала уверенность в том, что эта часть сети, со­стоящая из отдельных проводников, должна остаться металлической из экономических соображений. Впоследствии это мнение изменилось.

Здесь, прежде всего, имеем дело с видом материала. Около 70% меди, расходуемой на кабели связи, приходится на абонентские сети, хотя диаметры проводников выбраны настолько малыми, насколько это возможно. Если бы в будущем отрезки линий, пере­дающих сигналы, выполнялись на оптических элементах, то можно было бы сэкономить только лишь треть затрат на медь, а абонентские сети необходимо было бы опять строить в каждом квартале новостроек.

Дальнейшим важным направлением являются постоянно растущие информацион­ные потоки в промышленности, хозяйстве, а также в быту.

Радио- и телевизионная связь станут в ближайшем будущем встречаться в каждом доме, и необходимость устройства абонентских вводов во многих странах превышает их экономические возможности. Только в учреждения и на заводы в ближайшие годы при­дут новые службы, польза и рентабельность которых сегодня общепризнанны: телекопи­рование, конторский телетайп, электронная почта, передача данных в самом широком смысле слова, телеметрия, телеуправление и мониторное оборудование для различных технических устройств. Для индивидуальных абонентов техника также движется вперед. Уже испытываются известные во многих странах мира способы, с помощью которых абонент сможет выбрать тексты, таблицы, диаграммы и воспроизвести их на собственном экране.

Абонентские линии, которые мы сегодня прокладываем, должны быть подготов­лены для многих потребностей последующего десятилетия. Нынешнюю систему электри­ческой связи можно использовать только в качестве речевого канала с небольшой поло­сой пропускания. Такая связь пригодна для конторского телетайпа, а также для передачи данных. Уже при телекопировании необходимо длительное время копирования — в луч­шем случае свыше одной минуты на каждую страницу форматаA4, и каждое повышение скорости требует увеличения полосы пропускания. До конца 80-х годов — таков прогноз британского ведомства связи — в Англии до 50 % почты должно передаваться электрон­ным образом.

Но окончательно необходимо будет отказаться от сегодняшнего абонентского симметричного кабеля с медными проводниками, если потребуется хотя бы одно­единственное движущееся изображение. Тогда будет необходим дорогой коаксиальный кабель или световод.

Такой прогноз развития в будущем является основой, которую учитывают при соз­дании широкополосной связи каждой квартиры, по крайней мере с близлежащей коммута­ционной станцией. Как должна выглядеть техника оптической связи будущего, в частно­сти упомянутая сеть оптической связи, какие и сколько различных сигналов должно быть в этой многоцелевой абонентской сети и как они должны будут передаваться, никто еще сегодня конкретно и окончательно сказать не может. Хотя некоторые рабочие положения сформулированы. Сообразно с ними телефонная связь (разговор и вызывной сигнал) должна осуществляться в обоих направлениях, а кроме того, должен передаваться и теле­визионный сигнал. В соответствии с этим каждый абонент получает отдельную оптиче­скую широкополосную линию, к которой, прежде всего, подключен его телефон и затем, возможно, видеотелефон и другие высокоскоростные устройства.

Ряд вопросов при этом останется открытым. Один из них — энергоснабжение ап­парата абонента. Телефон, питаемый сегодня через сигнальные проводники станционного источника питания, в дальнейшем не будет иметь электрической связи с коммутационной станцией. Таким образом, он должен будет получать энергию от местной силовой сети. К этой идее привыкли. Обычно электрическая передающая техника будущего ставит те же требования автономного электропитания, правда, по другим причинам. При этом элек­трическая развязка (абонентов и коммутационной станции), которая обусловлена приме­нением световодной техники, окажется целесообразной с экономической точки зрения.

Оптическая абонентская сеть, широкополосный аппарат абонента в каждой квар­тире более не являются утопией.

Приложение 1

Полное отражение

При прохождении света из оптически менее плотной среды в более плотную, например, из воздуха в стекло или воду, u1 > u2 и согласно закону преломления показатель преломления n > 1.

sin a / sin b = u1 / u2 = n

Поэтому a > b (рис. _): преломленный луч приближается к перпендикуляру к границе раздела сред. Если направить луч света в обратном направлении – из оптически более плотной среды в оптически менее плотную вдоль бывшего преломленного луча (рис. _), то закон преломления запишется так:

sin a / sin b = u2 / u1 = 1 / n

Преломленный луч по выходе из более плотной оптической среды пойдет по линии бывшего падающего луча, поэтому a < b, т. е. преломленный луч отклоняется от перпендикуляра. По мере увеличения угла a угол преломления b растет, оставаясь все время больше угла a. Наконец при некотором угле падения значение угла преломления приблизится к 90° и преломленный луч пойдет почти по границе раздела сред (рис. _). Наибольшему возможному углу преломления b = 90° соответствует угол падения a0. Попробуем сообразить, что произойдет при a > a0. При падении света на границу двух сред световой луч, как об этом уже упоминалось, частично преломляется, а частично отражается от нее. При a > a0 преломление света невозможно. Значит, луч должен полностью отразиться. Это явление и называется полным отражением света.