Особенности оптической связи

Известно, что скорость распространения электрических импульсов в твердом теле относительно невелика. Прежде всего из-за наличия пассивных элементов (резисторов, конденсаторов) и электрического тракта. Чтобы зарядить и разрядить конденсатор, требуется немалое время. Передача электрических сигналов также связана с определенными трудностями.

Вот здесь и возникает проблема. В самом деле, каким путем повысить быстродействие схем, как избавиться от потерь электроэнергии при передаче и от различного рода помех и наводок?

оптоволокноУченые обратили внимание на два специфических свойства света, которыми не обладает электрический ток. Во-первых, оптический сигнал развернут не только во времени, но и в пространстве. Во-вторых, оптические связи бесконтактны. Получается, что оптический сигнал — «сам себе провод». По нему можно передавать энергию практически без потерь со скоростью около 300 тыс. км в секунду!

Совместное использование электрических и световых сигналов — главная идея оптоэлектроники.

Что же нового приносит науке это направление? Прежде чем ответить на этот вопрос, рассмотрим, как устроены оптоэлектронные устройства.

Любое, даже самое простое оптоэлектронное устройство состоит из источника света, среды, в которой распространяется свет, и приемника. В качестве источника света используются излучательные диоды на арсениде галлия — лазеры и светодиоды.

Светодиоды представляют собой крохотные диски из карбида кремния или арсенида галлия и по принципу действия аналогичны полупроводниковым приборам. При пропускании тока через светодиод он светится, причем излучение света можно получить как в видимой, так и в невидимой частях оптического спектра.

До определенного времени самыми распространенными индикаторами света являлись лампы накаливания, неоновые лампы, газоразрядные приборы и люминесцентные индикаторы. По сравнению с ними светодиоды более долговечны и потребляют в десятки раз меньшую мощность. В светодиодах яркость свечения пропорциональна величине тока, протекающего через прибор. Включив светодиод в цепь какого-либо устройства, можно контролировать его параметры по изменению яркости свечения. Помимо этого, они обладают высокой скоростью переключения, занимают малый объем и отличаются устойчивостью к различного рода механическим воздействиям.

Высокие качества светодиодов позволяют использовать их в индикаторных устройствах малогабаритной аппаратуры, а также совместно с микросхемами. Нужно отметить, что все компоненты, необходимые для построения оптоволокновой сети могут быть приобретены на сайте компании Fibertool.

Был освоен выпуск цифровых индикаторных панелей, на которых можно воспроизводить как цифровые знаки, так и буквы. Такие панели оказались весьма полезными в измерительных устройствах, вместо стрелочных приборов, устройствах вывода информации из ЭВМ, а также при работе с кинофотоаппаратурой.

Приемниками света служат кремниевые фотодиодные и фототранзисторные приборы. Обычно для передачи и приема применяются определенные сочетания оптоэлектронных приборов. Например, светодиод — фототранзистор, светодиод — фоторезистор, светодиод — фототиристор и т. п.

Преимущества оптической связи очень важны. Во-первых, это идеальная система развязки между входом и выходом устройств. Сигнал передается в одном направлении. Поэтому изменения режима нагрузочной цепи не отражаются на характеристиках входной цепи. Во-вторых, отсутствие отраженных сигналов от приемника к источнику, а также очень широкий диапазон частот (от нуля герц до гигагерц). Наконец, экономичность, огромное быстродействие, малый вес и габариты, высокая надежность. Перечисленные достоинства оптоэлектроники открыло перед разработчиками широкие перспективы.

Несомненно, большое практическое применение нашли оптические переключатели. В одном из вариантов такого переключателя используются два близкорасположенных полупроводниковых лазера. Сначала работает первый лазер. Когда включается второй лазер, его излучение гасит генерацию в первом лазере и выходит из другой грани полупроводника. Такое взаимное гашение генерации интересно тем, что оно выполняет роль оптического трансформатора постоянного или переменного тока и позволяет осуществлять надежную развязку цепей между различными устройствами.

Не менее интересны и так называемые оптоэлектронные ключевые устройства. Они служат для замены малонадежных электромеханических и электронных реле в различных электрических схемах. Здесь используется сочетание двух полупроводниковых приборов: светодиода и фототиристора.

Светодиод является источником света, а фототиристор выполняет роль практически идеального ключа, где переключение происходит под действием световых импульсов. Такие устройства отличаются высокой надежностью, позволяют производить до нескольких миллиардов переключений и более, имеют малые габариты и вес.

Похожие записи

Оставьте Ваш отзыв

Следи за нами в FaceBook.
Все новые статьи и много уникального!
Спасибо, не показывайте мне эту штуку больше!
Друг, не уходи!
Друг, не уходи!