Fibrat optike dhe komunikimi me lazer. Komunikimi me lazer në hapësirë

Valët e radios nuk janë mjeti i vetëm i komunikimit me qytetërimet jashtëtokësore. Ka mënyra të tjera, si sinjalet e dritës. Meqenëse sinjali i dritës do të duhet të mbulojë një distancë të madhe, ai duhet të ketë vetitë e nevojshme: të ketë energji të mjaftueshme për të kapërcyer këtë rrugë. Është e lehtë të shihet se projektorët optikë nuk janë të përshtatshëm për të dërguar sinjale të tilla drite. Ata krijojnë rreze drite divergjente. Prandaj, sa më larg nga prozhektori, aq më i gjerë bëhet rrezja. Është gjithashtu shumë i madh në distanca të mëdha. Kjo do të thotë se energjia për njësi sipërfaqe është shumë e vogël.

Nëse përdorim prozhektuesin optik më modern, i cili krijon një rreze drite (rreze) vetëm gjysmë gradë e gjerë, atëherë tashmë në një distancë prej 50 kilometrash pika e dritës e krijuar nga prozhektori do të jetë 450 metra. Një prozhektor i tillë i instaluar në Tokë do të krijojë një pikë të ndritshme me një diametër prej 3000 kilometrash në Hënë! Është e qartë se në këtë rast energjia e dritës shpërndahet në një zonë të madhe dhe ndriçimi i sipërfaqes bëhet shumë më i vogël se sa nëse kjo pikë do të ishte vetëm 10 ose 100 metra. Një njollë e formuar nga një prozhektor tokësor në sipërfaqen hënore është e pamundur të zbulohet. Por hëna është pranë nesh. Çfarë do të mbetet nga dendësia e energjisë në distanca prej qindra vitesh dritë? Pothuajse asgjë. Prandaj, nuk ka kuptim të shqyrtohet më tej një burim kaq i parëndësishëm i sinjaleve të dritës. Por sinjalet e nevojshme optike mund të krijohen me ndihmën e lazerëve, të cilët ishin mishërimi i ideve të Alexei Tolstoy (hiperboloidi i inxhinierit Garin) dhe H. Wells (rrezja e nxehtësisë së marsianëve).

Sa i përket rrezatimit lazer si mjet komunikimi me alienët, këtu janë të rëndësishme dy nga vetitë e tij. E para është aftësia për të emetuar një rreze drite praktikisht jo divergjente (rreze), e cila, siç e pamë, nuk mund të bëhet me projektorët konvencionalë. E dyta është aftësia për të krijuar sinjale të fuqishme drite që janë të afta të arrijnë yjet që ndodhen në distanca prej qindra e mijëra vitesh dritë.

Një veti e rëndësishme e rrezatimit lazer është monokromatikiteti i tij (fjalë për fjalë "një ngjyrë"). Fizikisht, kjo do të thotë se rrezatimi ka një gjatësi vale rreptësisht konstante, dhe si rrjedhim edhe ngjyrën. Në të njëjtën kohë, ka lazer që lëshojnë një gjatësi vale të përcaktuar rreptësisht, vlera e së cilës përcaktohet nga "substanca e punës" e lazerit. Një substancë e tillë mund të jetë e gaztë, e lëngshme ose e ngurtë. Në fillim ata përdorën kryesisht një kristal sintetik rubin. Kur përdorni xhami të aktivizuar nga neodymium, gjatësia e valës së rrezatimit është 1.06 μm. Mjeti i punës është, në veçanti, dioksidi i karbonit CO2 dhe shumë substanca të tjera. Lazerët e lëngshëm ju lejojnë të emetoni në gjatësi vale të ndryshme (në një gamë të caktuar). Rrezatimi ndodh në mënyrë alternative, në çdo moment të kohës emetohet një gjatësi vale e përcaktuar rreptësisht.

Është gjithashtu e rëndësishme që instalimet lazer të lejojnë emetimin e pulseve shumë të shkurtra të dritës. Për transmetimin e informacionit (trenat e pulsit) kjo është shumë e rëndësishme. Gjatësia e impulsit mund të jetë aq e vogël sa mund të "paketohen" deri në një mijë miliardë impulse në një kohë prej një sekonde. Kur emetohen, pulset ndjekin njëri-tjetrin me një vonesë të caktuar. Lazerët modernë ofrojnë impulse me fuqi të lartë. Pra, edhe pulset aq të shkurtra sa ato të dhëna më sipër mund të kenë energji më të mëdha se 10 xhaul! Sa më e gjatë të jetë gjatësia e pulsit, aq më shumë energji përmban. Në modalitetin "prodhimi i lirë", kur vetë lazeri rregullon gjatësinë e pulseve të emetuara dhe është në rendin e një të mijtës së sekondës, energjia e çdo impulsi mund të arrijë disa mijëra xhaul. Laserët lejojnë emetimin jo vetëm të pulseve të shkurtra të dritës, por edhe të vazhdueshme. Për shembull, lazerët e gazit të dioksidit të karbonit mund të funksionojnë vazhdimisht. Në këtë rast, rrezatimi nuk karakterizohet nga energjia e secilit puls (pasi nuk ka impulse të veçanta), por nga energjia për njësi të kohës, ose, me fjalë të tjera, nga fuqia. Kështu, fuqia e lazerëve të dioksidit të karbonit arrin disa dhjetëra kilovat.

Rrezatimi lazer është gjithashtu i shpërndarë, por pakrahasueshëm më i vogël se ai i dritave të vëmendjes. Kjo përcaktohet nga madhësia e substancës së punës. Rrezatimi nga sipërfaqja e substancës punuese ndodh rreptësisht me të njëjtën fazë (në fazë) në të gjithë sipërfaqen e saj. Prandaj, gjerësia e rrezes së dërguar nga lazeri varet nga madhësia e bllokut të "substancës punuese", domethënë sa më e madhe të jetë sipërfaqja, aq më shumë rrezja e dritës së emetuar. Varësia e gjerësisë së rrezes nga gjatësia e valës është e drejtë: sa më e shkurtër të jetë gjatësia e valës, aq më e gjerë rrezja e dërguar nga lazeri. Por edhe për lazerët e zakonshëm, në të cilët dimensionet e substancës së punës janë në rendin e 1 centimetër, këndi i hapjes së rrezes së dritës është 200 herë më i vogël se ai i prozhektorit. Është 10 sekonda me hark. Ka, sigurisht, lazer me kënde shumë më të vogla të emetimit të dritës.

Për të hequr qafe divergjencën e rrezeve, është e nevojshme të përdoret një sistem optik siç është teleskopi, i cili udhëheq rrugën e rrezeve. Nëse një rreze lazer kalon përmes një lente, gjatësia fokale e së cilës është e barabartë me diametrin e saj, atëherë imazhi aktual i rrezes në planin fokal do të ketë dimensione të barabarta me gjatësinë e valës. Më pas, në vendin ku është marrë ky imazh aktual i rrezes, vendosim fokusin e një lente tjetër (ose pasqyre), diametri i së cilës është shumë më i madh se i pari. Për thjerrëzën e dytë, gjatësia fokale mund të jetë më e madhe se diametri i saj, por gjithashtu mund të jetë e barabartë me të (si me thjerrëzën e parë). Ky kombinim i dy thjerrëzave çon në faktin se një rreze do të dalë nga thjerrëza e dytë e madhe (pasqyra), në të cilën këndi i divergjencës do të ulet (krahasuar me atë fillestar që hyn në teleskop) aq herë sa diametri i thjerrëzës së dytë. (pasqyrë) është më e madhe se gjatësia e valës së emetuar. Kështu, është mjaft realiste të zvogëlohet këndi i divergjencës së rrezes lazer aq sa dëshironi.

Për komunikim me alienët, mund të përdoren të dy sistemet e komunikimit të ndërtuara në një lazer të vetëm dhe të ndërtuara mbi një sistem të tërë (bateri) lazerësh. Nëse përdorni një lazer që lëshon vazhdimisht me fuqi 10 kilovat dhe një pasqyrë shtesë të madhe me një diametër prej 5 metrash, atëherë mund të ngushtoni këndin e hapjes së rrezes në 0.02 nga harku.

Ju mund të përdorni jo një pasqyrë të madhe, por një numër të caktuar pasqyrash me një diametër të vogël (të themi, 10 centimetra). Atëherë sistemi duhet të përmbajë aq lazer sa ka pasqyra. E gjithë kjo duhet të jetë e orientuar në mënyrë shumë të ngurtë. Nëse merrni 25 lazer, mund të arrini një kënd hapjeje të rrezes të barabartë me një sekondë të harkut.

Avantazhi i sistemeve lazer (bateritë) për komunikimet hapësinore është se gjatë funksionimit të tij është e mundur të përjashtohet ndikimi i atmosferës së tokës. Nëse punojmë me një lazer, atëherë për shkak të shqetësimit të atmosferës, këndi i hapjes së rrezes bëhet shumë më i madh sesa në mungesë të një ndikimi të tillë. Ky ndikim mund të anashkalohet nëse sistemi lazer është i pozicionuar në mënyrë që rrezja lazer të mos kalojë nëpër atmosferë, domethënë të pozicionohet në një platformë satelitore artificiale. Në këtë rast, nuk ka nevojë të përdorni një bateri të pajisjeve lazer.

Për herë të parë, mundësia e komunikimit me qytetërimet jashtëtokësore duke përdorur një rreze lazer u analizua shkencërisht në vitin 1961 nga fituesi i çmimit Nobel Ch.Kh. Townsom dhe R.I. Schwartz. Që atëherë, teknologjia lazer në botë është përmirësuar dhe kushtet për zbatimin e komunikimit lazer janë bërë më të favorshme. Gjëja kryesore që duhet të sigurojë kjo teknikë është fuqia e mjaftueshme e rrezatimit dhe aftësia për të ndarë rrezatimin lazer që na dërgojnë alienët nga rrezatimi i yjeve. Si të veçojmë dritën lazer nga drita e yjeve? Kjo pyetje nuk është aspak e thjeshtë dhe mund të zgjidhet vetëm për shkak të vetive të veçanta të rrezatimit lazer - monokromatikitetit të tij të lartë. Një yll (si Dielli) lëshon dritë në gjatësi vale të ndryshme. Lazeri, nga ana tjetër, lëshon vetëm në një gjatësi vale të përcaktuar rreptësisht, le të themi 0,5 mikron. Në këtë gjatësi vale, dielli lëshon më shumë energji. Megjithatë, rrezatimi lazer është 25 herë më i madh se ai i Diellit ose i një ylli tjetër të ngjashëm. Sigurisht, kjo vlen vetëm për atë gjatësi vale të veçantë. Në gjatësi vale të tjera (për shembull, në rajonet ultravjollcë dhe infra të kuqe të spektrit), ky raport do të ishte edhe më i madh, pasi në këto gjatësi vale dielli lëshon më pak dritë sesa drita e gjelbër afër (0,5 mikron).

Kështu, edhe teknologjia moderne e lazerit bën të mundur krijimin e rrezatimit, intensiteti i të cilit në një gjatësi vale të caktuar është i mjaftueshëm për ta ndarë atë nga i gjithë rrezatimi i yjeve. Për të arritur një ndarje edhe më të mirë të rrezatimit lazer, është e nevojshme të "punoni" pranë linjave thithëse të Diellit (ose një ylli tjetër), pra në rangun ku një pjesë e rrezatimit të Diellit absorbohet dhe ndërhyn më pak me emetimi i rrezatimit lazer. Nëse lazeri vepron në një gjatësi vale prej 0,15 mikron, atëherë intensiteti i tij spektral mund të jetë dhjetëra mijëra herë më i lartë se intensiteti i rrezatimit diellor në këtë gjatësi vale, pasi është në rajonin e thithjes së rrezatimit diellor. Natyrisht, një instalim i tillë lazer duhet të jetë i vendosur jashtë atmosferës së tokës, përndryshe rrezatimi lazer do të absorbohet nga gazi atmosferik. Kështu, kur regjistrojmë dhe analizojmë dritën nga yjet e largët, duhet të kemi parasysh se rrezatimi lazer i dërguar nga qytetërimet jashtëtokësore mund të zbulohet në sfondin e këtij rrezatimi. Do të shfaqet si një vijë e ngushtë. Por për këtë është e nevojshme të analizohet rrezatimi i yjeve duke përdorur spektrografë me cilësi të lartë. Mund të përdoren gjithashtu filtra me brez shumë të ngushtë. Sigurisht, këto pajisje optike duhet të jenë të një cilësie shumë të lartë: rezolucioni i spektrografit duhet të jetë 0,03 A në mënyrë që të merret një kontrast 10% i linjës lazer mbi sfond. Teknologjia moderne optike e bën të mundur këtë. Prandaj, tashmë tani, ne mund të fillojmë të përdorim teleskopët më të fuqishëm për të kapur linjat e rrezatimit që i përkasin pajisjeve lazer të qytetërimeve jashtëtokësore.

Ne kemi diskutuar në mënyrë të përsëritur aspekte të ndryshme të efektit Doppler në rrezatimin e një burimi në lëvizje. Në këtë rast, ky efekt gjithashtu duhet të merret parasysh, pasi për shkak të lëvizjes së marrësve të rrezatimit në drejtim të vetë rrezatimit, duhet të ndodhë një zhvendosje (zhvendosje Doppler) e frekuencës së rrezatimit në një drejtim ose në një tjetër. Për të regjistruar këtë rrezatim me një frekuencë të zhvendosur, duhet të keni spektrografë me rezolucionin e duhur.

Kështu, edhe teknologjia moderne e lazerit bën të mundur marrjen e sinjaleve lazer nga yjet e afërt dhe dërgimin e tyre mbrapsht. Por një pyetje tjetër, ndoshta më e rëndësishmja, mbetet: ku të dërgoni sinjale dhe ku t'i merrni ato? Në secilin rast, ne duhet t'i drejtojmë teleskopët tanë diku, dhe me saktësi shumë të lartë. E njëjta gjë kërkohet nga korrespondentët tanë në hapësirë. Nëse ata janë në yjet më të afërt (planetet e tyre), atëherë ata do të vëzhgojnë orbitën e tokës në një kënd prej një sekonde harku. Në mënyrë që rrezja e tyre lazer të godasë Tokën, ata duhet ta drejtojnë atë me një rezolucion këndor prej 0,02 sekondash të harkut. Një saktësi e tillë është tashmë e disponueshme për astronomët tanë. Prandaj, ne besojmë se është e arritshme për qytetërimet jashtëtokësore që kërkojnë një lidhje me ne.

Është logjike të imagjinohet se alienët në kërkim të komunikimit me ne do të "përplasen" me një rreze lazer brenda sistemit diellor. Nëse e bëjnë gjerësinë e rrezes (rrezes) lazer më të madhe, atëherë ajo do të ndriçojë Tokën gjatë gjithë kohës dhe mund të regjistrohet relativisht lehtë. Por sa më i gjerë të jetë rrezja, aq më shumë është e nevojshme të lëshohet energji në mënyrë që të mjaftojë për të gjithë sipërfaqen e ndriçuar prej tij, në mënyrë që të mund të regjistrohet. Por mund të mendohet se kjo vështirësi për alienët nuk do të jetë e pakapërcyeshme. Të paktën në laboratorët tokësorë, rritja e fuqisë së rrezatimit lazer ndodh shumë shpejt.

Komunikimi me lazer mund të përdoret veçanërisht në mënyrë efektive brenda sistemit diellor. Duke përdorur një rreze lazer, ju mund të krijoni një pikë në Mars me një diametër 5-7 kilometra, e cila do të shkëlqejë rreth 10 herë më e ndritshme se Venusi kur shikohet nga Toka. Një rreze lazer mund të mbajë çdo informacion: intensiteti i saj mund të ndryshohet me kalimin e kohës sipas çdo ligji (me fjalë të tjera, rrezatimi lazer mund të modulohet në përputhje me rrethanat). Sipërfaqja e hënës u ndriçua nga një rreze lazer. Në anën e Hënës që nuk ndriçohet nga Dielli, fitohet një pikë e ndritshme me një diametër prej 40 metrash. Ndriçohet 100 herë më pak se në rastin e rrezeve të diellit direkte.

Që nga shfaqja e jetës në Tokë, aftësia për të transmetuar mesazhe me njëri-tjetrin (ose, siç thonë tani, informacion) ka zënë një nga vendet kryesore në komunikimin njerëzor. Në Greqinë e lashtë, për shembull, informacioni transmetohej duke përdorur valë të lehta, për të cilat u ndezën zjarre në kulla të veçanta, duke njoftuar banorët për çdo ngjarje të rëndësishme. Telegrafi optik u shpik në Francë. Shkencëtari rus Schelling propozoi një telegraf me tela elektrik, i cili më vonë u përmirësua nga kodi amerikan Morse. Kablloja elektrike lidhi Evropën me Amerikën. T. Edisson dyfishoi kapacitetin e linjës telegrafike. A. Popov zbuloi mundësinë e transmetimit të mesazheve telegrafike pa tela - duke përdorur lëkundjet elektromagnetike. Inxhinieria e radios është zhvilluar me shpejtësi. Ata filluan të transmetojnë në gjatësi vale të ndryshme: të gjata, të mesme, të shkurtra. Ajri u mbush me njerëz.

Me çfarë lidhet shpejtësia dhe sasia e informacionit të transmetuar? Dihet se shpejtësia kufizuese e transmetimit përcaktohet nga kohëzgjatja e një periudhe lëkundjeje të valëve të përdorura. Sa më e shkurtër të jetë periudha, aq më e lartë është shkalla e transmetimit të mesazhit. Kjo është gjithashtu e vërtetë për transmetimin e mesazheve duke përdorur kodin Morse, duke përdorur komunikime telefonike, komunikime radio, duke përdorur televizion. Kështu, kanali i komunikimit (transmetuesi, marrësi dhe linja që i lidh) mund të transmetojë mesazhe me një shpejtësi jo më të madhe se frekuenca natyrore e të gjithë kanalit. Por ky nuk është ende një kusht i mjaftueshëm. Për të karakterizuar kanalin e komunikimit, kërkohet një parametër më shumë - gjerësia e brezit të kanalit, domethënë diapazoni i frekuencës që përdoret në këtë kanal komunikimi. Sa më e lartë të jetë shpejtësia e transmetimit, aq më e gjerë është gjerësia e brezit që do të transmetohet. Të dy këta parametra e detyrojnë njeriun të zotërojë frekuenca gjithnjë e më të larta të lëkundjeve elektromagnetike. Në të vërtetë, me një rritje të frekuencës, rritet jo vetëm shpejtësia e transmetimit mbi një kanal, por edhe numri i kanaleve të komunikimit.

Teknologjia e komunikimit filloi të ngjitej në një rajon gjithnjë e më të valë të shkurtër, duke përdorur së pari valë decimetër, më pas metër dhe, në fund, valë centimetrash. Dhe më pas pati një ndalesë për faktin se nuk kishte

një burim i përshtatshëm i valëve elektromagnetike bartëse. Burimet para-ekzistuese dhanë një spektër të gjerë me fuqi shumë të ulët, që i atribuohet frekuencave të lëkundjeve individuale. Valët e dritës nuk ishin koherente, dhe kjo përjashtoi përdorimin e tyre për transmetimin e sinjaleve komplekse që kërkonin modulim të rrezatimit. Situata ndryshoi në mënyrë dramatike me ardhjen e lazerëve. Koherenca dhe monokromatikiteti i rrezatimit lazer lejon që rrezja të modulohet dhe të zbulohet në atë mënyrë që të përdoret e gjithë gjerësia e brezit optik. Pjesa optike e spektrit është shumë më e gjerë dhe më e madhe se vala e radios. Le ta tregojmë këtë me një llogaritje të thjeshtë. Le të llogarisim se sa informacion mund të transmetohet njëkohësisht nëpërmjet një kanali komunikimi optik me një gjatësi vale prej 0,5 μm (korrespondon me Hz). Për shembull, le të marrim një qytet si Moska. Le të ketë 1.500.000 telefona, 100 stacione radio transmetuese dhe 5 kanale televizive. Për llogaritjet, do të supozojmë se brezi i frekuencës së kanalit telefonik është Hz, kanali i radios, kanali televiziv është Hz. Le të marrim një faktor sigurie të barabartë me 100. Llogaritjet do t'i bëjmë sipas formulës

ku c është shpejtësia e dritës, K është gjatësia e valës së lëkundjes elektromagnetike, brezi i frekuencës i zënë nga një kanal televiziv, brezi i frekuencës së një stacioni transmetimi, brezi i frekuencës së një kanali telefonik, numri i kanaleve televizive, numri i kanaleve të radios, numri i telefonave, dhe k është faktori i sigurisë.

Duke zëvendësuar vlerat për shembullin tonë, marrim Nga kjo mund të konkludojmë se përbërësi me frekuencë të lartë të lëkundjes elektromagnetike, i barabartë me rreth Hz, lejon (në parim) në një rreze lazer të sigurojë njëkohësisht transmetimin e informacionit në një mijë qytete. siç është Moska. Megjithatë, për të realizuar këtë mundësi themelore, është e nevojshme të zgjidhen një sërë problemesh. Ato lidhen me modulimin, demodulimin dhe transmetimin e rrezatimit në atmosferë. Për ta kuptuar këtë, merrni parasysh një linjë komunikimi optik (Fig. 27).

Oriz. 27. Linja optike e komunikimit duke përdorur një lazer

Linja e komunikimit përbëhet nga një pajisje transmetuese dhe marrëse. Transmetuesi përfshin një lazer që gjeneron një bartës me frekuencë të lartë; një modulator që mbivendos informacionin e transmetuar në bartësin e dritës; një sistem optik i nevojshëm për fokusimin e rrezatimit në një rreze të ngushtë, e cila siguron një rreze të gjatë dhe imunitet të lartë zhurmash; mikrofoni përforcues dhe pajisja e synimit. Pajisja marrëse përbëhet nga një sistem optik hyrës, një marrës rrezatimi, një demodulator, një përforcues, një altoparlant dhe një pajisje për synimin (lidhjen) e marrësit me transmetuesin. Linja e komunikimit funksionon në këtë mënyrë. Një sinjal audio dërgohet në mikrofon. Këtu ai shndërrohet në elektrik dhe futet në modulator, përmes të cilit kalon rrezatimi lazer. Rezulton të modulohet në përputhje me mesazhin e të folurit. Rrezja e moduluar hyn në sistemin optik. Ky rrezatim me ndihmën e një aparati shikimi (shikues) përdoret për të rrezatuar vendin ku ndodhet sistemi marrës. Sistemi optik marrës mbledh fluksin e rrezatimit lazer dhe e drejton atë te marrësi dhe te amplifikatori. Pastaj shkon te demodulatori, detyra e të cilit është të nxjerrë frekuencën origjinale të audios nga frekuenca e bartësit. Ai kalon përforcuesin audio dhe shkon në altoparlant.

Tabela 15 (shih skanimin) Karakteristikat e modulatorit

Meqenëse frekuenca e modulimit gjatë transmetimit të një sinjali audio nuk kalon 104 Hz, shumica e modulatorëve dhe demoduluesve të zhvilluar deri më sot janë të përshtatshëm për zbatimin e tij. Më i përdoruri është modulimi i amplitudës. Për zbatimin e tij janë të përshtatshëm elementë optikë, të cilët ndryshojnë transparencën e tyre nën ndikimin e një tensioni të aplikuar ndaj tyre. Qeliza Kerr, e cila përbëhet nga një dielektrik i lëngshëm dhe pllaka metalike, i përket gjithashtu këtij lloji të modulatorit. Kur një fushë elektrike aplikohet në pllaka, lëngu dielektrik bëhet dythyes. Si rezultat, rrafshi i polarizimit të valës së dritës së transmetuar do të rrotullohet përmes një këndi

ku B është konstanta Kerr, është gjatësia e rrugës, forca e fushës. Në këtë rast, fusha e polarizuar nga aeroplani,

duke kaluar përmes analizatorit, ai ndryshon intensitetin e tij në përputhje me ligjin e fushës elektrike. Kështu, me ndihmën e një modulatori, një frekuencë akustike futet në rreze lazer. Le të shohim tabelën, e cila paraqet karakteristikat e llojeve të ndryshme të modulatorëve dhe të përpiqemi të zgjedhim atë që është i përshtatshëm për sistemin tonë të lidhur.

Supozoni se ne përdorim një lazer gazi helium-neoni si një burim rrezatimi. Për transmetimin e një mesazhi audio kërkohet një modulim deri në 20 kHz. Kjo plotësohet më së miri nga një kristal germanium (Tabela 15). Ka një thellësi të mirë modulimi prej 50%. Sidoqoftë, ky modulator nuk mund të përdoret, pasi transparenca e tij spektrale është në intervalin 1.8 ... 25 mikron, d.m.th., është i errët për rrezatim në 0.6328 mikron, i cili lëshon një lazer helium-neon. Një kristal ADP ose CDP do të përshtatet në diapazonin spektral dhe ka një diferencë të mirë të frekuencës së modulimit. Me një modulator të tillë, është e mundur të moduloni rrezatimin optik në disa seksione frekuencash, gjë që bën të mundur në parim futjen e disa kanaleve telefonike në një rreze. Por është e pamundur të futen disa kanale televizive në rreze lazer me ndihmën e një modulatori të tillë, pasi një brez frekuence prej Hz kërkohet për të transmetuar një imazh televiziv. Mund të transmetohet vetëm një program televiziv. Nevojiten modulatorë me një gamë shumë të madhe frekuence të modulimit. Ne shikojmë në tryezë. Moduluesi tejzanor ka një gamë nga 5 në 30 MHz. Kufiri i sipërm i tij është më i madhi; nuk ka modulatorë të tjerë. Le ta krahasojmë këtë gamë të frekuencës në Hz me diapazonin e frekuencës së një lazeri me gaz. Mund të shihet se ato ndryshojnë me shtatë rend të madhësisë, d.m.th., dhjetë milionë herë. Rrjedhimisht, transportuesi RF i lazerit nuk përdoret në potencialin e tij të plotë. Dhe nuk përdoret sepse ende nuk ka modulatorë me një gamë frekuence deri në Hz. Një pamje e ngjashme ndodh për detektorët e rrezatimit. Ato gjithashtu duhet të zgjidhen në bazë të diapazonit spektral në të cilin veprojnë. Dhe bazuar në diapazonin e frekuencës që ata janë në gjendje të perceptojnë. Më të preferuarit janë PMT-të që kanë një brez frekuence të rendit 100 MHz, por jo më shumë. Rrjedhimisht, këtu ka edhe një problem që duhet zgjidhur.

Oriz. 28. Diagrami funksional i instalimit të parë të televizionit lazer

Mënyra më e lehtë ishte ndërtimi i një linje komunikimi telefonik, sepse të gjithë elementët e nevojshëm ishin në dispozicion për të: një burim rrezatimi, një modulator dhe një marrës rrezatimi. Këto linja u krijuan për të vlerësuar efektivitetin e funksionimit të tyre. Njëri prej tyre lidhi centralin telefonik automatik të vendosur në sheshin Sholokhov me ndërtesën e Universitetit Shtetëror të Moskës në kodrat e Leninit. Një rreze lazer që lidh centralet telefonike mund të kryejë njëkohësisht disa dhjetëra biseda telefonike. Një linjë tjetër u krijua në Armeni. Ai lidhte Jerevanin dhe Observatorin Astrofizik Byurokan, i vendosur në një distancë prej 50 km në malin Aragats.

Përdorimi i lazerit në televizion

Kohët e fundit, janë zhvilluar disa sisteme në të cilat një imazh televiziv transmetohet përmes një kanali optik. Sistemi më i thjeshtë i televizionit ishte bërë nga montime dhe pjesë të gatshme. Diagrami funksional i këtij sistemi është paraqitur në Fig. 28. Ai përfshinte një lazer industrial, dy televizorë industrialë, një përforcues standard dhe një përforcues video. Për më tepër, u përdor një sistem optik marrës dhe transmetues, një modulator i rrezatimit optik dhe një filtër optik. Sinjalet televizive të marra nga televizori i parë përforcohen dhe futen në modulator (sinjalet video merren nga një nga kaskadat e kanalit video të marrësit televiziv). Modulator në daljen e rrezatimit

lazer, siguron modulim amplitudë të fluksit rrezatues. Ky rrezatim formohet në një rreze të ngushtë duke përdorur një sistem optik dhe drejtohet drejt pajisjes marrëse. Gjithashtu ka një sistem optik marrës të tipit pasqyrë (me dy pasqyra), një filtër optik me brez të ngushtë dhe një diafragmë. Pastaj rrezatimi hyn në PMT. Ky kombinim i tre elementëve të fundit siguron një përzgjedhje të mirë të sinjalit marrës, i cili lejon që sistemi të përdoret në kushtet e dritës së diellit. Sinjali në fotoshumëzues konvertohet nga optik në elektrik, kalon përmes amplifikatorit të videos dhe futet në kineskopin e televizorit të dytë. Pavarësisht pranisë së zhurmës lazer dhe sfondit intensiv të ditës kur përdorni televizorin në rrezet e diellit, imazhi në ekranin e dytë të televizorit ishte mjaft i kënaqshëm. Për më tepër, qartësia e imazhit ishte e lartë, gjë që bëri të mundur konkludimin për një karakteristikë të mirë të transferimit të modulatorit dhe pajisjeve elektronike të lidhura. Asnjë "reshje bore" nuk u zbulua në sistem, gjë që tregon një raport të mjaftueshëm sinjal-zhurmë.

Ne kemi vërejtur më herët se modulatori është elementi kryesor i sistemit të komunikimit televiziv. Këtu është përdorur një qelizë Pockels, në të cilën tensioni i modulimit aplikohet në kristal në drejtim të fluksit të dritës. Ky modulator siguron një thellësi të mirë modulimi dhe gjerësi të mjaftueshme bande, por ka dy të meta domethënëse: e para është se kërkohet një tension deri në disa kilovolt për të kontrolluar modulimin, dhe e dyta është për shkak të faktit se qeliza duhet të ftohet. .

Tashmë në modifikimet e mëvonshme të pajisjeve, u aplikuan zgjidhje për të eliminuar këto disavantazhe. Qeliza Pockels u zëvendësua nga një kristal CDP, i cili ka transparencë të mirë optike në këtë gamë të gjatësisë valore, dhe një ngushtim shtesë i rrezes duke përdorur një sistem kolimues u përdor për të reduktuar tensionin modulues. Kjo bëri të mundur ngushtimin e rrezes deri në 1 mm. Për të siguruar forcën mekanike, kristali u vendos në një kuti metalike. Këto përmirësime kanë reduktuar konsumin e energjisë me dy rend të madhësisë. Modulatori funksiononte me një tension prej 18 V dhe konsumonte një rrymë prej 50 mA.

Oriz. 29. Diagrami i një kamere transmetuese lazer

Pas një kohe, u shfaqën mostra të sistemeve televizive në të cilat pesë imazhe të ndryshme televizive u transmetuan nga një rreze lazer. Në këto sisteme, një lazer gazi që funksiononte në 0,6328 μm me një fuqi të emetuar prej vetëm 8 mW u përdor si burim rrezatimi. Një fotodiodë silikoni u përdor në pajisjen marrëse. Transmetimi i imazhit u krye në kanalet 66 ... 7B, 76 ... 82, 182 ... 186, 198..204, 210 ... 216 MHz.

Diagrami funksional i versionit të tretë të kamerës televizive që transmeton lazer është paraqitur në Fig. 29. Sistemi ishte në gjendje të transmetonte një program televiziv, si dhe një program muzikor dhe informacion dixhital nëpërmjet një rreze lazer. Elementet kryesore të pajisjes ishin: një lazer me gaz argon me një sistem fshirjeje rreze në hapësirë, një marrës i përbërë nga një filtër me brez të ngushtë me një brez kalimi prej 90 angstroms, një tub fotoshumësues dhe një parapërforcues. Blloku i tretë i ndërtimit ishte sistemi i sinkronizimit të linjës dhe kornizës. E veçanta qëndron në faktin se përdoret një rreze lazer me skanim të shpejtë, dhe në vend të një kamere televizive përdoret një fotoshumëzues. Një imazh televiziv përftohet duke rrezatuar një objekt me rrezatim të vazhdueshëm lazer, i cili shpaloset në hapësirë ​​përgjatë dy akseve pingul duke përdorur prizma rrotulluese. Skanimi horizontal sigurohet nga një prizëm 16-faqësh që rrotullohet me

shpejtësi 60,000 rpm. Në këtë rast, shpejtësia vertikale e rrezes sigurohet nga një prizëm 26 anësor që rrotullohet me një shpejtësi prej 150 rpm. Këto dy skanime japin 60 korniza për sekondë. Rrezatimi lazer, i reflektuar nga objekti, imazhi i të cilit do të merret, bie në pajisjen marrëse, nga dalja e së cilës sinjali i përforcuar futet në televizorin e kontrollit dhe imazhi i objektit rikrijohet në ekranin e tij. Për të sinkronizuar skanimin e televizorit të kontrollit me skanimin e rrezes lazer në hapësirë, sigurohen dy elementë. Njëri prej tyre kryen sinkronizimin e linjës, dhe tjetri - sinkronizimin e kornizës. Fotocelat e qarqeve të sinkronizimit horizontal dhe vertikal janë instaluar, përkatësisht, në rrugën e skanimit të rrezes lazer horizontalisht dhe vertikalisht. Sinjalet e daljes së fotocelave, të përforcuara në vlerën e kërkuar, ofrojnë sinkronizimin e nevojshëm. Avantazhi i një aparati të tillë televiziv lazer është cilësia e lartë e imazhit. Përveç kësaj, mund të funksionojë në errësirë ​​dhe është në gjendje të transmetojë imazhe përmes mjegullës shumë më mirë se çdo pajisje tjetër për qëllime të ngjashme. Disavantazhet e sistemit përfshijnë humbje të konsiderueshme të energjisë gjatë fshirjes së rrezes në hapësirë ​​dhe pranisë së elementëve që rrotullohen me shpejtësi.

E. N. Chepusov, S. G. Sharonin

Sot është e pamundur të imagjinohet jeta jonë pa kompjuterë dhe rrjete të bazuara në to. Njerëzimi është në pragun e një bote të re, në të cilën do të krijohet një hapësirë ​​e vetme informacioni. Në këtë botë, komunikimi nuk do të pengohet më nga kufijtë fizikë, koha ose distanca.

Tani në të gjithë botën ka një numër të madh rrjetesh që kryejnë funksione të ndryshme dhe zgjidhin shumë detyra të ndryshme. Herët a vonë, por gjithmonë vjen një moment kur gjerësia e brezit të rrjetit shterohet dhe duhet të vendosen linja të reja komunikimi. Është relativisht e lehtë ta bësh këtë brenda një ndërtese, por kur dy ndërtesa fqinje lidhen, fillojnë vështirësitë. Kërkohen leje të veçanta, miratime, licenca për kryerjen e punimeve, si dhe plotësimi i një sërë kërkesash komplekse teknike dhe plotësimi i kërkesave të konsiderueshme financiare të organizatave që administrojnë tokën ose sistemet e kanalizimeve. Si rregull, është menjëherë e qartë se rruga më e shkurtër midis dy ndërtesave nuk është një vijë e drejtë. Dhe nuk është aspak e nevojshme që gjatësia e kësaj rruge të jetë e krahasueshme me distancën midis këtyre ndërtesave.

Sigurisht, të gjithë e dinë një zgjidhje pa tel të bazuar në pajisje të ndryshme radio (modemët e radios, linjat e transmetimit të radios me kanal të ulët, transmetuesit dixhitalë me mikrovalë). Por numri i vështirësive nuk po zvogëlohet. Ajri është i mbingopur dhe është shumë e vështirë për të marrë leje për të përdorur pajisje radio, madje ndonjëherë edhe e pamundur. Dhe xhiroja e kësaj pajisje varet ndjeshëm nga kostoja e saj.

Ne propozojmë të përfitojmë nga një lloj i ri ekonomik i komunikimit pa tel që është shfaqur kohët e fundit - komunikimi me lazer. Kjo teknologji u zhvillua më së shumti në Shtetet e Bashkuara, ku u zhvillua. Komunikimi me lazer ofron një zgjidhje me kosto efektive për problemin e komunikimit me rreze të shkurtër të besueshme dhe me shpejtësi të lartë (1.2 km) që mund të lindë kur ndërlidhen sistemet e telekomunikacionit të ndërtesave të ndryshme. Përdorimi i tij do të lejojë integrimin e rrjeteve lokale me rrjetet globale, integrimin e rrjeteve lokale që janë të largëta nga njëra-tjetra, si dhe për të plotësuar nevojat e telefonisë dixhitale. Komunikimi me lazer mbështet të gjitha ndërfaqet e nevojshme për këto qëllime - nga RS-232 në ATM.

Si realizohet komunikimi me laser?

Komunikimi me lazer, ndryshe nga komunikimi GSM, lejon lidhje pikë-për-pikë me shpejtësi të transferimit të informacionit deri në 155 Mbit / s. Në rrjetet kompjuterike dhe telefonike, komunikimi lazer siguron shkëmbim informacioni në modalitetin full duplex. Për aplikacionet që nuk kërkojnë shpejtësi të larta transmetimi (për shembull, për transmetimin e sinjaleve video dhe sinjalet e kontrollit në sistemet industriale dhe CCTV), ekziston një zgjidhje e veçantë me kosto efektive me komunikim gjysmë dupleks. Kur kërkohet të kombinohen jo vetëm rrjetet kompjuterike, por edhe telefonike, modelet e pajisjeve lazer me një multipleks të integruar mund të përdoren për transmetimin e njëkohshëm të trafikut LAN dhe rrymave telefonike grupore dixhitale (E1 / PCM30).

Pajisjet lazer mund të transmetojnë çdo rrymë rrjeti që u dërgohet atyre duke përdorur fibër ose kabllo bakri në drejtimet përpara dhe prapa. Transmetuesi konverton sinjalet elektrike në rrezatim lazer të moduluar infra të kuqe me një gjatësi vale prej 820 nm dhe një fuqi deri në 40 mW. Komunikimi me laser përdor atmosferën si një mjet përhapjeje. Pastaj rrezja lazer godet marrësin, i cili ka ndjeshmërinë maksimale në intervalin e gjatësisë së valës së rrezatimit. Marrësi konverton rrezatimin lazer në sinjalet e ndërfaqes elektrike ose optike të përdorur. Kjo është mënyra se si komunikimi kryhet duke përdorur sisteme lazer.

Familjet, modelet dhe tiparet e tyre

Në këtë seksion, dëshirojmë t'ju prezantojmë tre familje të sistemeve lazer më të njohura në SHBA - LOO, OmniBeam 2000 dhe OmniBeam 4000 (Tabela 1). Familja LOO është bazë dhe mund të transmetojë të dhëna dhe mesazhe zanore në distanca deri në 1000 m. Familja OmniBeam 2000 ka aftësi të ngjashme, por operon në një distancë më të madhe (deri në 1200 m) dhe mund të transmetojë imazhe video dhe një kombinim të dhënash dhe të folurit. Familja OmniBeam 4000 mund të sigurojë transmetimin e të dhënave me shpejtësi të lartë: nga 34 në 52 Mbps për distanca deri në 1200 m dhe nga 100 në 155 Mbps - deri në 1000 m. Ka familje të tjera të sistemeve lazer në treg, por ato ose mbulojnë një distancë më të shkurtër, ose mbështesin më pak protokolle.

Tabela 1.

Secila prej familjeve përfshin një grup modelesh që mbështesin protokolle të ndryshme komunikimi (Tabela 2). Familja LOO përfshin modele ekonomike që ofrojnë distanca transmetimi deri në 200 m (shkronja "S" në fund të emrit).

Tabela 2.

Avantazhi i padyshimtë i pajisjeve të komunikimit me lazer është përputhshmëria e tyre me shumicën e pajisjeve të telekomunikacionit për qëllime të ndryshme (hubs, ruter, përsëritës, ura, multiplekse dhe centrale telefonike automatike).

Instalimi i sistemeve lazer

Një fazë e rëndësishme në krijimin e sistemit është instalimi i tij. Aktivizimi aktual kërkon një kohë të papërfillshme në krahasim me instalimin dhe rregullimin e pajisjeve lazer, të cilat zgjasin disa orë, me kusht që të kryhen nga specialistë të trajnuar dhe të pajisur mirë. Në të njëjtën kohë, cilësia e vetë sistemit do të varet nga cilësia e këtyre operacioneve. Prandaj, përpara se të paraqesim opsionet tipike të përfshirjes, do të donim t'u kushtonim pak vëmendje këtyre çështjeve.

Kur vendosen jashtë, transmetuesit mund të montohen në sipërfaqet e çatisë ose murit. Lazeri është montuar në një mbështetje të veçantë të ngurtë, zakonisht metalike, e cila është ngjitur në murin e ndërtesës. Mbështetja siguron gjithashtu aftësinë për të rregulluar animin dhe azimutin e rrezes.

Në këtë rast, për lehtësinë e instalimit dhe mirëmbajtjes së sistemit, lidhja e tij kryhet përmes kutive të kryqëzimit (RK). Kabllot me fibra optike për qarqet e të dhënave dhe kabllot e bakrit për qarqet e fuqisë dhe kontrollit përdoren zakonisht si kabllo ndërlidhëse. Nëse pajisja nuk ka një ndërfaqe optike të të dhënave, atëherë mund të përdoret një model me një ndërfaqe elektrike ose një modem optik të jashtëm.

Njësia e furnizimit me energji (PSU) e transmetuesit instalohet gjithmonë brenda dhe mund të montohet në një mur ose në një raft që përdoret për pajisje LAN ose seksion kryq të sistemeve të kabllove të strukturuara. Aty pranë mund të instalohet edhe një monitor i statusit, i cili shërben për kontrollin në distancë të funksionimit të transmetuesve të familjeve OV2000 dhe OV4000. Përdorimi i tij lejon diagnostikimin e kanalit lazer, treguesin e vlerës së sinjalit, si dhe kthimin e sinjalit për ta kontrolluar atë.

Kur instaloni transmetues lazer brenda, duhet mbajtur mend se fuqia e rrezatimit lazer zvogëlohet kur kalon nëpër xhami (të paktën 4% në secilën gotë). Një problem tjetër janë pikat e ujit që rrjedhin në pjesën e jashtme të xhamit kur bie shi. Ato veprojnë si lente dhe mund të çojnë në shpërndarjen e rrezeve. Për të reduktuar këtë efekt, rekomandohet instalimi i pajisjeve pranë majës së xhamit.

Për të siguruar komunikim të mirë, duhet të merren parasysh disa kërkesa themelore.

Më e rëndësishmja prej tyre, pa të cilën komunikimi do të jetë i pamundur, është që ndërtesat të jenë brenda vijës së shikimit dhe të mos ketë pengesa të errëta në rrugën e përhapjes së rrezes. Përveç kësaj, duke qenë se rrezja lazer në zonën e marrësit ka një diametër prej 2 m, është e nevojshme që marrës të jenë mbi këmbësorët dhe trafiku në një lartësi prej të paktën 5 m. Kjo është për shkak të sigurimit rregullat. Transporti është gjithashtu një burim i gazrave dhe pluhurit, të cilët ndikojnë në besueshmërinë dhe cilësinë e transmetimit. Rrezja nuk duhet të udhëtojë në afërsi ose të kryqëzojë linjat e energjisë. Është e nevojshme të merret parasysh rritja e mundshme e pemëve, lëvizja e kurorave të tyre gjatë shpërthimeve të erës, si dhe ndikimi i reshjeve atmosferike dhe ndërprerjet e mundshme në punë për shkak të zogjve fluturues.

Zgjedhja e saktë e marrësit garanton funksionimin e qëndrueshëm të kanalit në të gjithë gamën e kushteve klimatike në Rusi. Për shembull, një diametër i madh rreze zvogëlon gjasat e ndërprerjeve të lidhura me reshjet.

Pajisjet lazer nuk lëshojnë rrezatim elektromagnetik (EMI). Megjithatë, nëse vendoset pranë pajisjeve EMP, pajisja elektronike e lazerit do të marrë këtë rrezatim, i cili mund të shkaktojë ndryshime të sinjalit si në marrës ashtu edhe në transmetues. Kjo do të ndikojë në cilësinë e komunikimit, prandaj nuk rekomandohet vendosja e pajisjeve lazer pranë burimeve të tilla të EMP si stacione radio me fuqi të lartë, antena, etj.

Gjatë instalimit të lazerit, këshillohet që të shmanget orientimi i marrësve me laser në drejtimin lindje-perëndim, pasi për disa ditë në vit rrezet e diellit mund të bllokojnë rrezatimin lazer për disa minuta dhe transmetimi do të bëhet i pamundur edhe me filtra optikë të veçantë. në marrës. Duke ditur se si dielli lëviz nëpër qiell në një zonë të caktuar, ju mund ta zgjidhni lehtësisht këtë problem.

Dridhja mund të bëjë që transmetuesi lazer të zhvendoset. Për të shmangur këtë, nuk rekomandohet instalimi i sistemeve lazer pranë motorëve, kompresorëve, etj.

Figura 1. Vendosja dhe lidhja e transmetuesve lazer.

Disa metoda tipike të përfshirjes

Komunikimi me laser mund të ndihmojë në zgjidhjen e problemit të komunikimit me rreze të shkurtër në komunikimin pikë-për-pikë. Si shembuj, merrni parasysh disa opsione ose metoda tipike të përfshirjes. Pra, ju keni një zyrë qendrore (CO) dhe një degë (F), secila prej të cilave ka një rrjet kompjuterik.

Figura 2 tregon një variant të organizimit të një kanali komunikimi për rastin në të cilin kërkohet të kombinohen F dhe CO, duke përdorur Ethernet si një protokoll rrjeti dhe një kabllo koaksiale (të trashë ose të hollë) si një medium fizik. Në qendrën qendrore ka një server LAN, dhe në F - kompjuterët që duhet të lidhen me këtë server. Me ndihmën e sistemeve lazer, për shembull, modelet LOO-28 / LOO-28S ose ОВ2000Е, ju lehtë mund ta zgjidhni këtë problem. Ura është instaluar në qendrën qendrore, dhe përsëritësi është instaluar në F. Nëse ura ose përsëritësi ka një ndërfaqe optike, atëherë nuk kërkohet një modem minimal optik. Transmetuesit lazer janë të lidhur nëpërmjet fibrave optike të dyfishta. Modeli LOO-28S do t'ju lejojë të komunikoni në një distancë deri në 213 m, dhe LOO-28 - deri në 1000 m me një kënd pritjeje "të sigurt" prej 3 mrad. Modeli ОВ2000Е mbulon një distancë deri në 1200 m në një kënd të marrjes "të sigurt" prej 5 mrad. Të gjitha këto modele funksionojnë në modalitetin full duplex dhe ofrojnë shpejtësi transferimi prej 10 Mbps.

Figura 2. Lidhja e një segmenti të largët të një LAN Ethernet bazuar në një kabllo koaksiale.

Një variant i ngjashëm i kombinimit të dy rrjeteve Ethernet duke përdorur çiftin e përdredhur (10BaseT) si një medium fizik është paraqitur në Figurën 3. Dallimi i tij është se në vend të një ure dhe një përsëritës, përdoren shpërndarës (hubs) që kanë numrin e kërkuar të lidhësve 10BaseT. dhe një ndërfaqe AUI ose FOIRL për lidhjen e transmetuesve lazer. Në këtë rast, është e nevojshme të instaloni një transmetues lazer LOO-38 ose LOO-38S, i cili siguron shpejtësinë e kërkuar të transmetimit në modalitetin full duplex. Modeli LOO-38 mund të mbështesë komunikimin në një distancë deri në 1000 m, dhe modeli LOO-38S deri në 213 m.

Figura 3. Lidhja e një segmenti LAN Ethernet me çifte të përdredhur në distancë.

Figura 4 tregon një variant të transmetimit të kombinuar të të dhënave ndërmjet dy LAN-ve (Ethernet) dhe një transmetimi dixhital grupor E1 (PCM30) ndërmjet dy PBX-ve (në CO dhe F). Për të zgjidhur këtë problem është i përshtatshëm modeli ОВ2846, i cili siguron transmetimin e të dhënave dhe zërit me shpejtësi 12 (10 + 2) Mbit / s në një distancë deri në 1200 m kabllo koaksiale 75 Ohm përmes lidhësit BNC. Duhet të theksohet se multipleksimi i të dhënave dhe rrymave të të folurit nuk kërkon pajisje shtesë dhe kryhet nga transmetuesit pa reduktuar gjerësinë e brezit të secilit prej tyre veç e veç.

Figura 4. Kombinimi i rrjeteve kompjuterike dhe telefonike.

Një mishërim i transferimit të të dhënave me shpejtësi të lartë ndërmjet dy rrjeteve LAN (LAN "A" në CO dhe LAN "B" në F) duke përdorur çelsat ATM dhe transmetuesit lazer është paraqitur në Fig. 5. Modeli OB4000 do të zgjidhë problemin e nivelit të lartë përshpejtoni komunikimin me rreze të shkurtër në një mënyrë optimale. Ju do të jeni në gjendje të transmetoni rryma E3, OC1, SONET1 dhe ATM52 me shpejtësitë e kërkuara në një distancë prej 1200 m, dhe 100 Base-VG ose VG ANYLAN (802.12), 100 Base-FX ose Fast Ethernet (802.3), FDDI, TAXI 100 / 140, OC3, SONET3 dhe ATM155 me shpejtësitë e kërkuara - deri në 1000 m Të dhënat e transmetuara dërgohen në transmetuesin lazer duke përdorur fibër standarde të dyfishtë, të lidhur nëpërmjet një lidhësi SMA.

Figura 5. Konsolidimi i rrjeteve të telekomunikacionit me shpejtësi të lartë.

Shembujt e dhënë nuk shterojnë të gjitha aplikimet e mundshme të pajisjeve lazer.

Çfarë është më fitimprurëse?

Le të përpiqemi të përcaktojmë vendin e komunikimit lazer midis zgjidhjeve të tjera me tel dhe pa tel, duke vlerësuar shkurtimisht avantazhet dhe disavantazhet e tyre (Tabela 3).

Tabela 3.

Më 30 janar, sateliti Eutelsat 9B u hodh në orbitë. Ai u bë sateliti i parë që u pajis me EDRS (European Data System). Duke dashur të mësojë më shumë rreth teknologjisë së re, korrespondenti i Mediasat shkoi në zyrën e zhvilluesit të modulit EDRS, Tesat, i cili ndodhet në qytetin e vogël gjerman të Backnang. Shefi i departamentit të teknologjisë lazer, Mathias Mozigemba, na mori në një turne në ndërmarrje dhe foli për teknologjinë e komunikimit me lazer, e cila është ende pak e njohur në botë.

Me mbështetjen e Agjencisë Gjermane të Hapësirës, ​​Tesat ka zhvilluar Terminalin e Komunikimeve Laser (LCT), i cili mbështet transmetimin e të dhënave me shpejtësi të lartë midis satelitëve LEO dhe Orbitës Gjeostacionare të Tokës (GEO). Terminali bën të mundur transferimin e të dhënave me një shpejtësi prej 1.8 Gbit / s në një distancë prej 45,000 kilometrash. Këto terminale LCT duhet të bëhen baza e kanaleve kryesore të transmetimit të të dhënave në sistemin EDRS, i cili duhet të sigurojë transferimin e të dhënave midis satelitëve LEO dhe GEO.

Matthias Mozigemba: “Tani kemi mundësinë të ofrojmë shërbime me cilësi të lartë në kohë reale. Kjo bën një ndryshim të madh! Sateliti LEO merr një fotografi dhe ia dërgon satelitit GEO, i cili nga ana tjetër e dërgon atë në tokë në intervalin e frekuencave të radios. Një rreze lazer është një zgjidhje e shkëlqyer në vakum, megjithatë, në kushte atmosferike nuk është zgjidhja më e mirë pasi retë mund të ndërhyjnë. Për të mbrojtur sinjalin tuaj televiziv, mund të përdorni shpejtësi të lartë të të dhënave dhe teknologji optike pa ndërhyrje në linjën e furnizimit. Ardhja e teknologjisë së komunikimit lazer mund të krahasohet me përdorimin e fibrës optike në vend të bakrit.

Teleporti i vëzhgimit të tokës mund të jetë një shërbim i huaj duke përdorur linja tokësore të pasigurta.
Shërbimi optik i transmetimit të të dhënave (nga LEO në GEO dhe nga GEO në stacionin e transmetimit tokësor).
Stacioni tokësor mund të vendoset në vendin e tij në vijën e shikimit të një sateliti GEO.
S/C është sovraniteti i aseteve tuaja të informacionit.

Nevoja për të zhvilluar këtë teknologji u diktua nga kërkesa në rritje për kapacitetet e transmetimit të të dhënave për satelitët e vëzhgimit civil dhe ushtarak, misionet HALE. Ideja e krijimit të një sistemi EDRS u hodh nga Komisioni Evropian, i cili tashmë është i angazhuar në konstelacionin satelitor Sentinel, programin Copernicus. Hapi tjetër duhet të jetë krijimi i kanaleve të komunikimit ndër-satelitor. Eutelsat ka ofruar kapacitete për modulin e komunikimit në satelitin Eutelsat 9B. Pas shtatë vitesh zhvillimi të gjeneratës së parë dhe të dytë të LCT-ve, sistemi LCT në Alphasat u lançua në korrik 2013. Sistemi LCT në satelitin Sentinel-1A u integrua me sukses në dhjetor 2013. Në dhjetor 2014, sateliti Sentinel 1A u lëshua dhe u vu në punë. Në nëntor 2014, Agjencia Evropiane e Hapësirës dhe Tesat mbajtën një prezantim të përbashkët të drejtpërdrejtë që dërgoi një imazh radar pothuajse në kohë reale nga sateliti Sentinel-1A nëpërmjet Alphasat 41,700 kilometra larg në një stacion tokësor.

“Teknikisht, nuk ka asnjë ndryshim midis pajisjeve të komunikimit lazer të instaluar në Alphasat dhe pajisjeve të ngjashme në Eutelsat 9B. Alphasat demonstroi aftësitë teknike të projektit, ndërsa sistemi EDRS në satelitin Eutelsat 9 B është një shërbim komercial i ofruar nga Airbus Defense and Space. Në mënyrë tipike, një satelit vëzhgues i Tokës ka 10 minuta për të kontaktuar një stacion tokësor dhe 90 minuta për të bërë një revolucion rreth Tokës. Kjo do të thotë që ju mund të përdorni vetëm 10% të asetit hapësinor dhe në rast emergjence ose fatkeqësie natyrore, duhet shumë kohë për të pritur për kontakt me një stacion vëzhgimi tokësor. Tani, ndërsa vëzhgoni anijet detare, për shembull, mund të zbuloni një problem brenda 15 minutash " , thotë Mathias Mozigemba.

Një element kyç i linjës së produkteve është LCT-135 (teleskopi me rreze 135 mm) për lidhjen ndër-satelitore GEO / LEO. Ashtu si me modelin e mëparshëm, LCT-125, pajisja integron në një njësi të gjitha nën-modulet optike, mekanike dhe elektrike të terminalit, si sistemi i shpërndarjes së energjisë, procesori në bord, modulet e gjurmimit dhe marrjes së të dhënave, dhe sistemi i përpunimit të të dhënave. Të dhënat nga sensorët AOCS të satelitit transferohen lehtësisht në LCT përmes një ndërfaqe standarde - LIAU (Njësia e Përshtatjes së Ndërfaqes Laser).

Parametrat e LCT:

• Rrezja e veprimit është 45,000 km.
• Pesha: 53 kg.
• Shkalla e transferimit të të dhënave (dupleks i plotë):
  për EDRS - 1.8 Gbps, për misione të tjera - 5.65 Gbps.
• Fuqia transmetuese: 2.2 W
• Konsumi maksimal i energjisë: 160 W
• Përmasat: 0,6 x 0,6 x 0,7 m.

Fibrat optike dhe komunikimet me lazer

Që nga lashtësia, drita është përdorur për të përcjellë mesazhe. Në Kinë, Egjipt dhe Greqi, ata përdornin tym gjatë ditës dhe zjarr gjatë natës për të transmetuar sinjale. Ndër dëshmitë e para historike të komunikimit optik, mund të kujtojmë rrethimin e Trojës. Në tragjedinë e tij Agamemnon, Eskili jep një përshkrim të hollësishëm të zinxhirit të dritave sinjalizuese në majat e maleve Ida, Antos. Masisto, Egyptanto dhe Aracnea, si dhe në shkëmbinjtë e Lemnos dhe Kifara, për t'i transmetuar Argos lajmin e kapjes së Trojës nga akejtë.

Më vonë, por në kohët e lashta, perandori romak Tiberius, ndërsa ishte në Kapri, përdorte sinjale drite për të komunikuar me bregdetin.

Në Capri, ju mund të shihni ende rrënojat e "Faro" të lashtë (dritë) pranë vilës së perandorit Tiberius në malin Tiberio.

Në Amerikën e Veriut, një nga sistemet e para të komunikimit optik u instalua rreth 300 vjet më parë në koloninë e Francës së Re (tani provinca e Quebec në Kanada). Qeveria rajonale, nga frika e mundësisë së një sulmi nga flota britanike, ka vendosur një sërë pozicionesh fener në shumë fshatra përgjatë lumit St. Ishin të paktën 13 pika në këtë zinxhir, i cili fillonte nga Il Verte, në një distancë prej rreth 200 km nga Quebec në rrjedhën e poshtme. Që nga fillimi i viteve 1700. në secilin prej këtyre fshatrave, çdo natë të periudhës së lundrimit, kishte një roje, detyra e të cilit ishte të vëzhgonte sinjalin e dërguar nga fshati në rrjedhën e poshtme dhe ta transmetonte atë më tej. Me këtë sistem, lajmi për sulmin britanik në 1759 arriti në Quebec para se të ishte tepër vonë.

Në vitin 1790, një inxhinier francez, Claude Chappe, shpiku semaforë (telegraf optik), të vendosura në kulla të instaluara jashtë syve të njëra-tjetrës, të cilat bënë të mundur dërgimin e mesazheve nga një kullë në tjetrën. Në 1880, Alexander Graham Bell (1847-1922) mori një patentë për një pajisje "fotofon" që përdorte rrezet e diellit të reflektuara për të transmetuar tingullin në një marrës. Drita e reflektuar u modulua në intensitet duke vibruar një membranë reflektuese të vendosur në fund të tubit në të cilin foli Bell. Drita përshkoi një distancë prej rreth 200 m dhe goditi një qelizë seleniumi (fotodetektor) të lidhur me një telefon. Megjithëse Bell e konsideronte fotofonin si shpikjen e tij më të rëndësishme, përdorimi i tij ishte i kufizuar nga kushtet e motit. Sidoqoftë, kjo rrethanë nuk e pengoi Bell-in t'i shkruante babait të tij:

"Dëgjova një fjalim të kuptueshëm të prodhuar nga rrezet e diellit! ... Dikush mund të imagjinojë se kjo shpikje ka një të ardhme të garantuar! ... Ne do të jemi në gjendje të flasim me ndihmën e dritës në çdo distancë brenda shikimit, pa asnjë tel ... Në një luftë, një komunikim i tillë nuk mund të ndërpritet apo përgjohet”.

Shpikja e lazerit nxiti një interes në rritje për komunikimin optik. Megjithatë, shpejt u demonstrua se atmosfera e Tokës shtrembëroi përhapjen e dritës lazer në një mënyrë të padëshirueshme. Sisteme të ndryshme janë konsideruar, të tilla si tubat e lenteve të gazit dhe përcjellësit e valëve dielektrike, por të gjitha këto u braktisën në fund të viteve 1960 kur u zhvilluan fibrat optike me humbje të ulët.

Kuptimi se fibrat e hollë të qelqit mund të përcjellin dritën përmes reflektimit total të brendshëm ishte një ide e vjetër që daton që nga shekulli i 19-të. falë fizikanit anglez John Tyndall (1820-1893) dhe përdoret në instrumente dhe për ndriçim. Megjithatë, në vitet 1960. edhe syzet më të mira kishin një zbutje të madhe të dritës së transmetuar përmes fibrës, gjë që kufizoi rëndë gjatësinë e përhapjes. Në atë kohë, vlera tipike e zbutjes ishte një decibel për metër, që do të thotë se pas një kalimi 1 m, fuqia e transmetuar reduktohet në 80%. Prandaj, ishte e mundur të përhapej vetëm përgjatë një fije me një gjatësi prej disa dhjetëra metrash, dhe aplikimi i vetëm ishte mjekësia, për shembull, endoskopët. Në vitin 1966, Charles Cao dhe George Hockham i Laboratorit Standard të Telekomunikacionit (MB) publikuan një punim themelor në të cilin treguan se nëse papastërtitë eliminohen me kujdes në silicën e shkrirë dhe fibra rrethohet nga një veshje me një indeks më të ulët thyerjeje, atëherë dobësimi mund të të reduktohet në -20 dB / km. Kjo do të thotë që kur udhëtoni në një gjatësi prej 1 km, fuqia e rrezes zvogëlohet në një të qindtën e fuqisë hyrëse. Edhe pse kjo është një vlerë shumë e vogël, është e pranueshme për një numër aplikimesh.

Siç ndodh shpesh në situata të tilla, përpjekjet intensive kanë filluar në MB, Japoni dhe SHBA për të përftuar performancë të përmirësuar të fibrave. Suksesi i parë u arrit në 1970 nga E.P. Capron, Donald Keck dhe Robert Mayer të kompanisë së tyre Corning Glass. Ata bënë fibra që kishin një humbje prej 20 dB / km në një gjatësi vale prej 6328 A ° (gjatësia e valës së lazerit He-Ne). Në të njëjtin vit, I. Hayashi dhe bashkëpunëtorët e tij raportuan për një diodë lazer që funksiononte në temperaturën e dhomës.

Në vitin 1971, I. Jacobs u emërua Drejtor i Laboratorit të Komunikimeve Dixhitale në AT&T Bell Laboratories (Holmdel, NJ, SHBA) dhe u ngarkua me zhvillimin e sistemeve të transferimit të të dhënave me shpejtësi të lartë. Shefat e saj W. Danielson dhe R. Kompfner transferuan një pjesë të stafit në një laborator tjetër, me në krye S. Miller, me qëllim që të "mbanin një sy" në atë që po ndodhte në fushën e fibrave optike. Tre vjet më vonë, Danielson dhe Kompfner porositën Jacobs të formonte një grup kërkimor për të hetuar fizibilitetin e komunikimit me fibra. Ishte e qartë se aplikimi më ekonomik dhe fillestar i sistemeve të bazuara në dritë ishte komunikimi i centraleve telefonike në qytetet e mëdha. Më pas për këtë u përdorën kabllot dhe informacioni transmetohej në formë dixhitale, duke e koduar me një sërë pulsesh. Fibrat, me aftësinë e tyre për të transmetuar sasi të mëdha informacioni, mendohej se ishin zëvendësimi ideal për kabllot elektrike. Zyrat dhe centralet telefonike në qytetet e mëdha ndodhen në distanca disa kilometra nga njëra-tjetra, dhe tashmë në atë kohë ishte e mundur lidhja e tyre pa probleme, madje duke përdorur fibra me humbje relativisht të mëdha.

Pra, një eksperiment paraprak u bë në mesin e vitit 1976 në Atlanta me kabllot me fibra optike që vendoseshin në tubat e kabllove konvencionale. Suksesi fillestar i këtyre përpjekjeve çoi në krijimin e një sistemi që lidhte dy centrale telefonike në Çikago. Bazuar në këto rezultate të para, në vjeshtën e vitit 1977, Bell Labs vendosi të zhvillonte një sistem optik për përdorim të përgjithshëm. Në vitin 1983, u krijua komunikimi midis Uashingtonit dhe Bostonit, megjithëse kjo u shoqërua me shumë vështirësi. Ky sistem komunikimi funksiononte me një shpejtësi transmetimi prej 90 Mbps. Ai përdori fibër multimode në një gjatësi vale prej 825 nm.

Ndërkohë, NTTC (kompania japoneze e telegrafit dhe telefonit) ishte në gjendje të tërhiqte fibrat me humbje vetëm 0,5 dB/km në gjatësi vale 1,3 dhe 1,5 mikron, dhe Laboratori Lincoln në MIT demonstroi funksionimin e një diode lazeri InGaAsP të aftë për funksionim të vazhdueshëm në diapazoni midis 1.0 dhe 1.7 μm në temperaturën e dhomës. Përdorimi i fibrave me humbje të ulët 1.3 mikron ka bërë të mundur krijimin e sistemeve më të sofistikuara. Sistemet janë ndërtuar me 400 Mbps në Japoni dhe 560 Mbps në Evropë. Sistemi evropian mund të trajtonte 8000 kanale telefonike njëkohësisht. Më shumë se 3.5 milionë kilometra fibër janë prodhuar në Shtetet e Bashkuara. E vetmja pjesë që ende përdor tela bakri është lidhja midis shtëpisë dhe centralit telefonik. Ky "milje i fundit", siç është quajtur, po bëhet gjithashtu një lidhje fibër.

Kablloja e parë telegrafike transatlantike u vu në punë në vitin 1858. Pothuajse njëqind vjet më vonë, në vitin 1956, u vendos kablloja e parë telefonike, e quajtur TAT-1. Në vitin 1988, gjenerata e parë e kabllove transatlantike në fibra optike (ato u bënë të njohur si TAT-8) filloi të funksionojë. Ato operojnë në një gjatësi vale prej 1.3 mikron dhe lidhin Evropën, Amerikën e Veriut dhe Paqësorin Lindor. Në vitin 1991 filloi krijimi i gjeneratës së dytë të komunikimit me fibra optike, TAT-9, i cili funksionon në 1.3 mikron dhe lidh Shtetet e Bashkuara dhe Kanadanë me Mbretërinë e Bashkuar, Francën dhe Spanjën. Një linjë tjetër operon midis SHBA-së dhe Kanadasë dhe Japonisë.

Ka një sërë linjash të tjera të fibrave optike në mbarë botën. Për shembull, një lidhje optike nëndetëse midis Anglisë dhe Japonisë mbulon 27,300 km në Oqeanin Atlantik, Detin Mesdhe, Detin e Kuq, Oqeanin Indian, Oqeanin Paqësor dhe ka 120,000 amplifikatorë të ndërmjetëm për çift fibrash. Për krahasim, kablloja e parë telefonike transatlantike në vitin 1956 përdori 36 konvertues, ndërsa kablloja e parë optike përtej Atlantikut përdori 80,000.

Sot, pas 30 vitesh kërkime, fibrat optike kanë arritur kufijtë e tyre fizikë. Fijet kuarci mund të transmetojnë impulse infra të kuqe në një gjatësi vale prej 1.5 mikron me një humbje minimale prej 5% për kilometër. Është e pamundur të reduktohen këto humbje për shkak të ligjeve fizike të përhapjes së dritës (ligjet e Maxwell-it) dhe natyrës themelore të qelqit.

Megjithatë, ka një arritje që mund të përmirësojë në mënyrë drastike situatën. Kjo është aftësia për të përforcuar drejtpërdrejt sinjalet optike në fibër, d.m.th. pa qenë nevoja që më parë t'i hiqni ato nga fijet. Duke i shtuar materialit fibër papastërtitë e elementëve të përshtatshëm, për shembull erbiumin, dhe duke i ngacmuar ato me një dritë të përshtatshme pompe të kaluar përmes vetë fibrës, mund të arrihet një përmbysje e popullsisë midis dy niveleve të erbiumit me një kalim që korrespondon saktësisht me 1,5 µm. Si rezultat, një përforcim i një pulsi drite në këtë gjatësi vale mund të merret ndërsa ai përhapet nëpër fibër. Një pjesë e një fije të tillë aktive vendoset midis dy skajeve të fibrave përmes të cilave përhapet sinjali. Me ndihmën e një bashkuesi optik, rrezatimi i pompës drejtohet gjithashtu në këtë pjesë. Në dalje, pjesa e mbetur e rrezatimit të pompës del jashtë dhe sinjali i përforcuar vazhdon të përhapet në fibër. Me këtë qasje, amplifikatorët elektronikë të ndërmjetëm mund të eliminohen. Në sistemet e vjetra të amplifikatorëve elektronikë, drita lëshohej nga fibra, e zbuluar nga një detektor fotoelektrik, sinjali u përforcua dhe u shndërrua në dritë, e cila vazhdoi të përhapet në pjesën tjetër të fibrës.