ЎЗБЕКИСТОН АЛОҚА ВА АХБОРОТЛАШТИРИШ АГЕНТЛИГИ

ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ УНИВЕРСИТЕТИ

ОПТИК АЛОҚА АСОСЛАРИ

Маърузалар матни

Мазкур маърузалар матни, телекоммуникация узатиш тизимлари йўналиши бўйича таълим олувчи олий ўқув юртлари ўқувчилари, ўқитувчилари ва алоқа соҳаси ходимлари учун мўлжалланган.

Маърузалар матнида оптик алоқага оид асосий маълумотлар, очиқ оптик алоқа ва толали оптик алоқа, толали оптик алоқа тизимларининг тузилиш принциплари, ёруғлик узатгичлар, уларнинг турлари, тавсиф ва параметрлар, толали оптик алоқа тизимларининг элемент базаси, рақамли толали оптик алоқа тизимларининг линия тракти ва линия кодлари ҳақида тушунчалар берилган.

Кириш

Замонавий давр жамиятни ахборотлаштириш жараёнини кескин ривожланишга олиб кирмоқда. Бу жараён ахборот-коммуникациялар хизматларидан фойдаланувчиларни телекоммуникациялар тармоқларига юқори тезлик билан (кенг полосали) уланишга ундайди. Бундай талаб Интернетдан фойдаланувчиларнинг кескин ўсиб бориши ва мультимедия, видеоконференция, электр рақамли имзодан фойдаланиш, электрон тижорат, электрон хужжат айланиш ва бошқа бир қанча замонавий хизматларни хаётга кириб келишидан чиқиб келяпти.

Маълумки юқори тезликдаги сигналларни узатиш ва қабул қилиб олиш учун юқори даражада ў тказиш қобилиятига эга бўлган йўналтирувчи муҳит бўлиши керак. Бундай талабларга оптик алоқа воситаларига тенг келувчи воситалар ҳозирги кунда мавжуд эмас. Бундан ташқари оптик алоқа тизимлари орқали катта ҳажмдаги ахборотларни хохлаган масофаларга узатиш мумкин.

Шунинг учун оптик алоқа жамиятни ахборотлаштириш жараёнини ривожлантирувчи мукаммал ва истиқболли алоқа воситаси ҳисобланади.

Фотон технологияси асосидаги оптик алоқа (ОА), яъни тўлиқ оптик тармоқлар AON (All-optical Networks) телекоммуникация тармоқларини келажаги ҳисобланади. Тўлиқ оптик алоқа магистрал тармоқларни, шунингдек абонентларни тармоққа уланишини ҳам қамраб, мижозларни телекоммуникация тармоқларига кенг полосали уланишларни таъминлайди. Фотон технологияси асосидаги тўлиқ оптик алоқада коммутация, мультиплексорлаш ва регенерациялаш оптоэлектрон ёки электрооптик эмас, балки фақат оптик технология асосида амалга оширилади. Бу билан қурилмани техник иқтисодий кўрсаткичлари, ишончлилиги ва узатиш тезлиги бир неча мартага ошади. Фотон технологиясини алоқа тармоқларига тадбиқ этишда оптик коммутаторлар, оптик регенераторлар, кучайтиргичлар, фильтрлар, спектр бўйича зичлаштириш тизимлари қўлланилади.

Оптик алоқани ривожланиш тарихига назар ташласак, шуни айтиб ўтиш жоизки, цивилизациянинг бошланғич даврларида ҳам инсон ахборотларни узоқ масофаларга узатишда оптик сигналлардан фойдаланган. Бунинг учун кундуз куни у мисол учун тутунли сигналлардан ёки акс этган қуёш нуридан, тунда эса олов сигналларидан фойдаланган. Вақт ўтиши билан у қуруқликда машина телеграфи, денгизларда байроқли сигнализация ва сигнал лампалари билан алмашган. Ўз навбатида охири телефон ва телеграф радиоалоқаси билан алмашди.

1882 йил америкалик олим Александр Грехем Белл томонидан овозли ахборотни ёруғлик нури кўринишида узатиш имконини берувчи оптик телефон ишлаб чиқилди.

Фан-техника, квант физикаси, оптоэлектроника бўйича эришилган ютуқлар, оптик квант генераторларини (лазерларни) яратилиши билан оптик алоқани ривожланишини замонавий даври бошланди.

60 йиллар бошида биринчи лазер яратилди. Тракт сифатида ер усти атмосфера қатлами, яъни очиқ алоқа линияси ишлатилган. Ҳозирда бундай тизимлар космосда, баъзи хорижий мамлакатларда кўп қаватли баланд биноларда қўлланилмоқда.

70-йилларда кварц шиша материалидан олинган тола нурни ютувчи қў- шимчаларни олиб ташлаш йўли билан сўниш қийматларини камайтириш усули яратилди ва 1979 йилга келиб, оптик толани сўниш қийматларини 0,2 дБ/км гача камайтириш мумкинлиги аниқланди. Ҳозирги кунда нафақат сў- ниш қийматлари, балки спектр бўйича зичлаштирилган тизимларни бир неча тўлқин узунликларини битта тола орқали бир вақтда узатиш имконини берувчи, дисперсия қиймати минимал бўлган бир модали толалар ҳам яратилган. Бундай толалар Люсент Техноложиз, Корнинг каби кўплаб хорижий компаниялар томонидан ишлаб чиқарилмоқда.

Ҳар бири 20 Гбит/с тезликли 55 та канални мультиплексорлаб, битта тола орқали узатиш мумкин, бунда йиғинди тезлик 1,1 Тбит/с ни ташкил этади.

Ўзбекистон республикасида ҳам жамиятни ахборотлаштириш борасида кўпгина ишлар амалга оширилди ва бу ишлар давом этмоқда. Бу мақсадда 1995 йил 1 август Вазирлар Маҳкамаси томонидан қабул қилинган «2010 йилгача муддатда Ўзбекистон Республикаси телекоммуникация тармоқларини ривожлантириш ва реконструкция қилиш Миллий дастури» қабул қилинди. Ушбу дастурга мувофиқ 1995-1997 йилларда ТОО (Транс-Осиё-Овропа) магистралини жаҳон стандартларига мос келувчи, рақамли транспорт тармоғини Миллий сегментини қуриш бошланди ва узунлиги 830 км дан ошиқ магистрал ТОА (толали оптик алоқа) линияси фойдаланишга топширилди. ТОО Миллий сегментида Сименс (Германия) фирмасининг толали оптик кабелларидан фойдаланилди.

1995-2000 йилларда OECF (Япония) лойиҳаси доирасида 1080 км узунликли худудий ТОА линияси қурилди ва фойдаланишга топширилди.

1996-1997 йилларда Тошкент шаҳрида “Сименс” толали оптик кабелларини қў ллаб барча электрон АТСларни ва шунингдек тугунли аналог АТСларни бирлаштирувчи катта транспорт ҳалқа қурилди.

2001 йилда EDSF (Корея) лойиҳаси асосида Андижон ва Фарғона вилоятларини худудий телекоммуникация тармоқларини қайта таъмирлаш амалга оширилди. Лойиҳа натижасида умумий узунлиги 354 км бўлган худудий ТОА линияси қурилди.

Ҳозирда ташқи иқтисодий бирдамлик Япония банки кредити ҳисобига Фарғона водийсини учта вилоятини ҳалқали тармоқларини қуриш, Қашқадарё, Сирдарё вилоятларида ҳалқали худудий телекоммуникация тармоқларини қуриш, Бухоро-Нукус участкасида ТОА линиясини Бухоро-Навои-Зарафшон-Учқудуқ-Нукус ТОА линияси орқали резервлаш ишлари амалга оширилмоқда. Бу лойиҳа доирасида 2000 км магистрал, 700 км худудий ТОА линияларини қуриш назарда тутилган.

Бу лойиҳа ўз-ўзини тикловчи ҳалқа тузилиши ва рақамли узатиш тизимларини қўллаш асосида канал ва трактларни заҳирасини таъминлайди, натижада алоқа тармоқларини ишончлилиги янада ошади.

Ўзбекистон телекоммуникация тизимининг 28 та йўналиш бўйича дунёнинг 180 та мамлакатига чиқадиган тўғридан-тўғри халқаро каналлари мавжуд. Буларда хам толали оптик ва шунингдек сунъий йўлдошли тизимларидан фойдаланилмоқда. Бутун тармоқ нафақат ҳозирда, балки кейинчалик ҳам ҳозирдан кўпроқ ахборот ўтказиш қувватига эга.

Замонавий ахборот-коммуникация технологияларини хаётга тадбиқ этилиши, Фан техниканинг жадал ривожланиши билан билимларни тезда янгиланиши ўқувчилар олдига ана шу билимларни тизимли ва мустақил эгаллаш вазифасини қўяди.

1- МАЪРУЗА

Режа:

1. Оптик алоқага оид асосий тушунчалар. Оптик алоқа (ОА). Очиқ оптик алоқа (ООА) ва толали оптик алоқа (ТОА) тизимлари

2. ТОАнинг афзалликлари, камчиликлари ва қўлланиш соҳалари

3. ОА тизимларининг тузилиш принциплари. ОА тизимларининг умумлашган тузилиш схемаси. ТОА тизимларининг тузилиши

1.1. Оптик алоқага оид асосий тушунчалар

Оптик алоқа (ОА). Очиқ оптик алоқа (ООА) ва толали оптик алоқа (ТОА) тизимлари

Оптик алоқа (ОА) бу ахборот ёруғлик нури кўринишида оптик тола бўйлаб ёки очиқ фазо атмосферада узатиладиган алоқадир. Ахборот тола орқали узатилса, толали оптик алоқа (ТОА) тизими, очиқ атмосферада узатилса, очиқ оптик алоқа (ООА) тизими дейилади.

ООА тизимларида нурланиш манбалари электромагнит тўлқинларни очиқ фазога нурлантиради, бунда нурланишни тарқалиш йўналиши фақатгина антеннанинг йўналиш диаграммаси билан аниқланади. ООА тизимларининг узатувчи муҳити ўз навбатида уч турга бўлинади: атмосфера, космик ва сув ости алоқа муҳитлари.

Атмосфера ООА тизимларида тўлқинларни тарқалиш характеристикаси етарли даражада об-ҳаво шароитларига боғлиқ. Атмосфера ва сув ости узатиш муҳитларининг физик бир турда эмаслиги ва уларнинг таркибидаги бегона заррачаларни узатилаётган нурланиш тўлқини билан ўзаро таъсирда бўлишидан электромагнит тўлқинлар бузилади. Заррача ўлчамларининг тўлқин узунлиги билан таққосланадиган даражада ёки катта бўлиши бузилишларни оширади. Шу сабабли атмосфера бузилишлари оптик диапазонда турли характерга эга. Шу тарзда узатиш муҳитларини тахлил қилиш, алоқа тизимларини лойихалаштиришда юзага келадиган энг муҳим масала хисобланади. Тўлқинларни тарқалиш йўналишига тушиб қоладиган заррачалар асосан оптик нурланишни ютади ва сочади. Бу омилларни таъсир даражаси муҳит турига (сув ости, тоза ҳаво, турбулент атмосфера ва бошқалар) боғлиқ. Бу тизимларда бузилишларни камайтириш ва талаб этиладиган ишончлиликни таъминлаш учун ретрансляция участкаси узунлигини камайтириш керак бўлади.

Космик ООА тизимларида узатиш муҳити бу атмосферадан холи бўлган очиқ фазодир. Космик муҳитда атмосфера муҳитларига хос бўлган бузилишлар хосил бўлмайди, улар барқарор бўлиб, алоқанинг юқори ишончлилигини таъминлайди. Космик муҳитларда асосий йўқотишлар бу тарқалишда хосил бўладиган йўқотишлар хисобланади. Бу йўқотишлар сигнал L масофага тарқалганда нурланиш майдони қувватининг йўқотиш коэффициенти билан баҳоланади ва қуйидаги ифода орқали аниқланади:

(1.1)

Космик алоқа тизимларини лойихалаштиришда асосий масала бу узатиш ва қабул қилиш антенналарининг ўлчамларини мос равишда тўғри танлаш орқали йўқотишларни бартараф этиш хисобланади.

ОА тизимининг асосий йўналиши ТОА тизими ҳисобланади. Чунки хозирги вақтда юқори даражадаги узатиш характеристикаларига эга бўлган ёруғлик узатгичлар ишлаб чиқилган. Аммо ахборотларни очиқ фазода, атмосферада узатишга асосланган ООА тизимлари ҳам, радиоалоқа учун ажратилган частоталарни тўлдирувчи восита сифатида қизиқишларни намоён этади.

ТОА тизимларида электромагнит нурланишларни тарқалиш йўлини ташкил этиш учун махсус оптик ёруғлик узатгичлар-оптик толалар қўлланилади.

ТОА тармоғи бу тугунлар ораси оптик алоқа линиялари орқали боғланган алоқа тармоғидир.

1.2. ТОАнинг афзалликлари, камчиликлари ва қўлланиш соҳалари

Ахборотни ТОА линиялари орқали узатиш мис кабеллар ва бошқа узатиш муҳитларига қараганда бир қанча афзалликларга эга. Шу афзалликлари туфайли ТОА тизимидан нафақат телефон алоқасини ташкил этишда, балки телевидениеда, овоз эшиттиришларини узатишда, ҳисоблаш техникасида, транспорт воситаларида ва бошқа соҳаларда кенг фойдаланилмоқда.

ТОА тизимларида узатиш муҳити сифатида қўлланиладиган оптик толаларнинг афзалликлари қуйида келтирилган.

Ўтказиш оралиғининг кенглиги. Бу ташувчи частотасининг жуда юқорилиги 10^{14 _} 10¹⁵ Гц билан тушунтирилади. Битта оптик тола бўйлаб секундига бир неча терабит ахборотлар оқимини узатиш имконияти мавжуд. Ўтказиш оралиғининг кенглиги толали оптик алоқанинг мис ва бошқа ахборот узатиш муҳитларидан устун турувчи энг муҳим афзаллигидир.

Оптик толада ёруғлик сигналларининг кам сўниши.

Хозирги кунда кўплаб компаниялар томонидан ишлаб чиқарилаётган оптик толалар 1 канал километр ҳисобида 1,55 мкм тўлқин узунлигида 0,2-0,3 дБ/км сўнишга эга. Сўниш ва дисперсия қийматларининг кичиклиги оптик сигналларни ТОА линиялари бўйлаб ретрансляциясиз 100 км ва ундан узоқ масофаларга узатиш имконини беради.

Шовқин сатҳини кичиклиги оптик толанинг ўтказиш қобилиятини оширади.

Шовқиндан юқори даражада ҳимояланганлиги. Оптик тола диэлектрик материаллар – кварц, кўп таркибли шиша, полимерлардан тайёрланганлиги учун у электромагнит нурланишни индукциялаш хусусиятига эга атрофидаги мис кабелли тизим ва электр қурилмаларнинг (электр узатиш линиялари, электродвигателли ускуна ва бошқалар) ташқи электромагнит шовқинларига таъсирчан эмас. Шунингдек кўп толали оптик кабелларда кўп жуфтли мис кабелларга хос электромагнит нурланишларнинг ўзаро таъсири каби муаммолар юзага келмайди [1].

Бу афзаллиги туфайли оптик кабеллардан ишлаб чиқариш корхоналарида, бошқарув марказларида, самолёт ва кема каби транспорт воситаларида фойдаланган мақулдир. Чунки шу каби кичик жойларда ҳам энергетик қурилмалар, ҳам автоматика ва телебошқарув тизимлари, ҳам кўп сонли абонент қурилмаларидан иборат тармоқланган алоқа тармоқлари жойлашган бўлади [2]. Бундай холатда электромагнит ва ўзаро шовқинлар юзага келади. Оптик кабелларнинг эса бундай шовқинларга таъсирчан эмаслигини айтиб ўтдик.

Енгиллиги, хажми ва ўлчамларининг кичиклиги. Оптик кабеллар мис кабеллар билан солиштирилганда анча енгил ва хажми кичик. Масалан, 900 жуфтли 7,5 см диаметрли мис телефон кабели 0,1см диаметрли битта оптик тола билан алмаштирилиши мумкин. Агар оптик тола бир неча ҳимоя қобиқларидан иборат ва брон пўлат лента билан қопланган бўлса, бундай тола диаметри 1,5 см га тенг бўлади, бу эса кўрилаётган мис кабел диаметридан бир неча марта кичик.

Оптик толанинг бу афзаллиги оптик кабелли линия трактларини қуришда анча енгилликлар яратади. Енгиллиги ва ўлчамининг кичиклиги туфайли оптик толанинг самолёт, вертолёт ва бошқа транспорт воситаларида ишлатилиши толали оптик алоқанинг жуда муҳим ютуғидир. Масалан, ахборотларни йиғиш ва бошқариш вазифаларини бажариш учун махсус жиҳозланган самолётларда боғловчи кабеллар оғирлигини 1 тоннадан ошиққа камайтиради [2].

Алоқанинг махфийлиги. Толали оптик кабеллар радио тÿлқин диапазонида умуман нур узатмаслиги сабабли, ундан узатилаётган ахборотни узатиб-қабул қилишни бузмасдан рухсатсиз ташқи уланишларда эшитиш жуда қийин. Оптик алоқа линиясининг мониторинг тизими (узлуксиз назорат) толанинг юқори сезгирлик хусусиятини қўллаб, дархол руҳсатсиз ташқаридан эшитилаётган алоқа каналини ўчириши ва хавф (тревога) сигналини узатиши мумкин.

Тарқалувчи оптик сигналларнинг интерференция эффектини қўлловчи тизимлар тебранишларга, босимни озгина оғишларига сезувчанлиги жуда юқори. Хукумат, банк ва маълумотлар ҳимоясига юқори талаблар қўйиладиган бошқа махсус хизматларнинг алоқа линияларини ташкил этишда бундай тизимлар айниқса зарурдир [1].

Ёнғиндан ҳимояланганлиги. Оптик толада учқун ҳосил бўлмаслиги кимёвий, нефтни қайта ишловчи корхоналарда, портлаш ва ёнғин хавфи мавжуд бўлган биноларда хавфсизликни оширади.

Иқтисодий жиҳатдан самарадорлиги. Оптик тола кварцдан ишлаб чиқарилади. Унинг асосини табиатда кенг тарқалган кремний икки оксиди SiO₂ ташкил этади. Демак толали оптик кабелларни ишлаб чиқариш учун ноёб рангли метал сарфланмайди. Мис ва қўрғошиннинг дунёвий заҳиралари чегараланган хозирги вақтда ноёб бўлмаган махсулотга ўтиш кабелли алоқа техникасининг келгуси ривожланиши учун муҳим омил ҳисобланади. Натижада оптик кабелларнинг нархи мис кабелларга нисбатан арзонлашади.

Толали оптик кабеллар сигналларни узоқ масофаларга ретрансляциясиз узатиш имконини беради. Узоқ масофали ТОА линияларида оптик кабелларнинг қўлланилиши ретрансляторлар сонини қисқаришига олиб келади. Бунинг натижасида ҳам сарф ҳаражатлар камаяди.

Фойдаланиш муддатининг узоқлиги. Тола вақт ўтган сари эскиради, яъни ётказилган кабелларда сўниш аста секин ошиб боради. Бироқ, оптик тола ишлаб чиқаришнинг замонавий технологияларининг мукаммаллашуви бу жараённи секинлаштиради ва фойдаланиш муддатини узайтиради. Толали оптик кабеллардан фойдаланиш муддати тахминан 25 йилни ташкил этади.

Масофавий электр таъминотга эга эканлиги. Баъзи холларда тармоқ тугунларининг масофавий электр таъминоти талаб этилади. Буни оптик тола орқали амалга ошириб бўлмайди. Бу холда оптик тола билан биргаликда мис ўтказиш элементи билан жиҳозланган аралаш кабеллардан фойдаланиш мумкин. Бундай кабеллар кўпгина мамлакатларда кенг қўлланилади [1].

Хозирги кунда турли вазифали ва тузилишли оптик тола ва кабеллар ишлаб чиқарилмоқда. Кенг полосали узоқ алоқа тизимлари, жумладан магистрал алоқа учун толадан фақатгина асосий тўлқин тарқаладиган бир модали кабелларнинг янги турлари ишлаб чиқарилмоқда. Магистрал алоқа линияларида сигнал узатишда толанинг сўниш ва дисперсия параметрларига ҳам юқори талаблар қўйилади. Бундан ташқари оптик нурланиш қутбланишини сақланишини таъминловчи толалар ҳам ишлаб чиқарилмоқда.

Магистрал алоқада қўлланиладиган бундай кабелларни ишлаб чиқиш мураккаб ва қиммат. Бундай кабеллар қўлланилганда лазер нурланиш манбаларидан фойдаланилади. Лазер манбаларига ҳам нурланиш спектрининг тозалигига, нурланиш характеристикаларининг барқарорлигига юқори талаблар қўйилади.

Тезлиги 100 Мбит/с гача бўлган ва алоқа масофаси чегараланган (таҳминан 10 км гача) тизимларда нисбатан арзон ва охирги қурилмалар билан осон мослашадиган кўп модали кабеллардан фойдаланган маққул. Бунда нурланиш манбаи сифатида кўп модаларни нурлантирувчи оддий турдаги ярим ўтказгич ёруғлик диодларини ишлатиш мумкин.

Янги турдаги оптик толаларнинг (силжиган дисперсияси нолга тенг бўлмаган), кенг полосали квант оптик кучайтиргичларнинг яратилиши тўлиқ оптик тизим ва оптик трактларни қуриш имкониятини яратмоқда. Бундай технологиялардан 100 ва 1000 Гбит/с ўтказиш оралиқли тизимларни яратишда фойдаланилади.

ТОА кўплаб бир қанча афзалликларга эга бўлишига қарамай камчиликларга ҳам эга. Бу ТОА қурилмаларининг қимматлиги ва баъзи оптик технологияларнинг мукаммал даражага етмаганлиги билан тушунтирилади. Бунга боғлиқ ҳолда қуйидаги камчиликларни айтиш мумкин:

- элемент базасининг қимматлиги. Оптик узатгич ва қабул қилгичларнинг нархи қиммат. Айниқса лазер нурланиш манбаларининг нархи қиммат ва хизмат қилиш муддати чегараланган. Шунингдек пассив оптик қурилмаларни (мультиплексор, коммутатор, аттенюатор ва бошқалар) ишлаб чиқариш ҳам катта сарф-ҳаражатларга олиб келади;

- толали оптик алоқа линияларини монтаж қилиш ва хизмат кўрсатишнинг мураккаблиги. Электрик кабелли тизимларга нисбатан оптик кабелли тизимларни қуриш, ундан техник фойдаланиш, ўлчов ва монтаж ишлари мураккаб бўлиб, жуда юқори малакани талаб этади;

- толани махсус ҳимоялаш зарурияти. Микроёриқларда сигналларни йўқолмаслиги учун толани ортиқча юклаш ва букилишлардан ҳимоялаш керак. Махсус ҳимоялашни ташкил этиш, ишончлиликни ошириш мақсадида оптик толани ишлаб чиқариш жараёнида тола эпоксиакрилад асосидаги махсус лак билан қопланади. Бундан ташқари кабел махсус пўлат тросс ва шиша пластик стерженлар ҳисобига янада мустаҳкамланиши мумкин [1].

Буларнинг барчаси толали оптик кабел нархини оширади. Бу камчиликлар ТОА технологиясининг келгуси ривожланишида қисман ёки тўлик бартараф этилади.

1.3. ОА тизимларининг тузилиш принциплари. ОА тизимларининг умумлашган тузилиш схемаси. ТОА тизимларининг тузилиши

ОА да ахборотларни ёруғлик ёки оптик сигналлар кўринишида узатиш ва қайта ишлаш амалга оширилади. ОА учун ёруғлик нурланиши ва тўлқин узунлиги турини танлаш узатилаётган ахборот характерига, шунингдек нурланиш ҳосил қилиш имконияларига, ундан сигнал шаклланишига, ёруғлик тўлқинини узатиш ва қайта ишлашга ва нихоят, ахборотга эга сигнaлни қабул қилишга боғлиқ.

ОА тизимининг умумлашган тузилиш схемаси 1.1 – расмда келтирилган. Схема ОА нинг турлари ТОА ва ООА га хос стандарт блоклардан (элементлардан) ташкил топган [3].

1.1 – расм. ОА тизимининг умумлашган тузилиш схемаси:

1 – ахборотлар манбаи;

2 – оптик узатгич ва модулятор;

3 – оптик канал;

4 – оптик қабул қилгич

Ахборотлар манбаидан узлуксиз ёки рақамли сигналлар берилади. Сўнг сигналлар ёруғлик оқими-ташувчи частотанинг электромагнит тебранишларини модуляциялайди.

Сўнг ёруғлик нури кўринишидаги оптик сигналлар узатувчи муҳит - оптик канал орқали тарқалади. Узатувчи муҳит юқорида айтиб ўтилгандек очиқ фазо, атмосфера, яъни ООА линияси ёки ТОА линияси бўлиши мумкин. Узатилган ахборотлар оптик қабул қилгич демодуляторида демодуляцияланади. Демодуляторнинг асосий элементи оптик фотодетектор ҳисобланади. Сигналларни узоқ масофаларга узатишда, қачонки қабул қилгич киришида сигнал/шовқин нисбати талаб даражасидан паст бўлганда линияда ретрансляторлар ўрнатилади.

ТОА тизимининг тузилиш схемасини (1.2 – расм) тўлиқ кўриб чиқамиз.

1.2 – расм. ТОА тизимининг тузилиш схемаси

ТОА тизимининг тузилиш схемаси таркибига қуйидагилар киради [4]:

УТ – узатиш тизими;

МҚ – мослаштирувчи қурилма;

ОУз – оптик узатгич;

ОТ – оптик тола;

ОР – оптик регенератор;

КОК – квант оптик кучайтиргичи;

ОҚқ – оптик қабул қилгич.

УТ, МҚ, ОУз ва УТ, МҚ, ОҚқ мос равишда А ва Б охирги станцияларининг узатиш ва қабул қилиш трактларини ташкил этади. Оралиқ станцияларда ОР, КОК ўрнатилади. Толали оптик линия трактига ОУз, ОТ, ОР, КОК, ОҚқ киради.

1.2 – расмда кўрсатилганидек, узатувчи станциядан N бирламчи электрик сигналлар узатиш тизимига тушади. УТ чиқишидан кўп каналли электр сигнали мослаштирувчи қурилмага берилади. МҚ да бу сигнал толали оптик линия тракти бўйлаб узатиладиган кўринишга ўзгартирилади. Оптик узатгичда электр сигнали оптик ташувчини модуляциялаш йўли билан оптик сигналга айланади. Сўнг бу оптик сигнал оптик тола бўйлаб узатилади.

Оптик сигнал тола бўйлаб тарқалганда сўнади ва бузилади. Оптик сигналларни узоқ масофаларга узатиш мақсадида маълум оралиқларда сигналларни бузилиш даражасига қараб регенераторлар ёки квант оптик кучайтиргичлар ўрнатилади. Регенератор киришида оптик сигналлар электр сигналига, чиқишида эса электр сигналдан оптик сигналга айлантирилади, яъни регенераторларда электр сигналлар кучайтирилади, созланади ва бошланғич формаси тикланади. Квант оптик кучайтиргичлари қўлланилганда эса сўнган оптик сигналлар электр сигналига айлантириб ўтилмасдан кучайтирилади.

Қабул қулувчи Б охирги станцияда тескари жараён амалга оширилади. ОА да оптик ташувчини информацион сигнал билан модуляциялаш учун частота модуляцияси (ЧМ), фаза модуляцияси (ФМ), амплитуда модуляцияси (АМ), қутбланган модуляция (ҚМ), интенсивлик бўйича модуляциялаш ва модуляциянинг бошқа турларини қўллаш мумкин. Оптик нурланишнинг интенсивлик бўйича модуляциялаш тури кўпроқ қўлланилади. Бунга сабаб, бу модуляция тури кенг частота диапазонида оптик ÿтказгичларда қўлланиладиган оддий техник қурилмалар ярим ўтказгич нурланиш манбалари (ёруғлик диоди, лазер диодлар) учун бажарилади. Ярим ўтказгич манбанинг нурланиш жадаллигини бошқариш учун модуляциялайдиган сигнал билан мос холда инжекция токини ўзгартириш етарлидир. Бу ток кучайтиргич кўринишидаги электрон схема ёрдамида осон амалга оширилади. Оптик нурланишнинг интенсивлик бўйича модуляцияси тескари жараён оптик сигнални электр сигналига айланиш масаласини енгиллаштиради. Дархақиқат, фотоқабул қилгич таркибига кирувчи фотодетектор квадратик асбоб хисобланиб, унинг чиқишидаги ток оптик майдон амплитудасининг квадратига пропорционал.

Интенсивлик бўйича модуляцияланган оптик сигнални бевосита фотодетекторга бериб, осонгина уни бошланғич сигнал кўринишини сақлаган электр сигналига айлантириш мумкин. Оптик сигналларни қабул қилишнинг бу усули тўғридан-тўғри фотодетекторлаш усули дейилади.

Хозирги кунда ОА нинг охирги қурилмалари сифатида рақамли узатиш тизимлари (РУТ)дан фойдаланилмоқда. Чунки РУТ аналог узатиш тизимларига қараганда қуйидаги афзалликларга эга: шовқин бардошлилиги юқори, сигнални узатиш сифати линия тракти узунлигига кам боғлиқ, техник иқтисодий кўрсаткичлари юқори ва бошқалар. Каналлари частота бўйича бўлинган аналог узатиш тизимларининг бир қанча камчиликлари туфайли, уларнинг ОА да қўлланилиши чегараланган.

Назорат саволлари

1. Оптик сигналларнинг қандай хусусиятларини биласиз?

2. Оптик алоқани қўлланиш соҳаларини тушунтиринг.

3. ОА тизимлари электрик тизимлардан қандай хусусиятлари билан фарқланади?

4. ОА тизимларининг тузилиш принципини тушунтиринг.

5. ТОА тизимлари қандай тузилган?

2- МАЪРУЗА

Режа:

1. ОА тизимларининг таснифи. Рақамли ва аналог ТОА тизимлари. Магистрал, минтақавий ва маҳаллий ТОА тизимлари

2. Икки томонлама ТОА ни тузиш усуллари

3. ТОА линияларини зичлаштириш усуллари

2.1. ОА тизимларининг таснифи. Рақамли ва аналог ТОА тизимлари. Магистрал, минтақавий ва маҳаллий ТОА тизимлари

Қўлланиладиган модуляция турига қараб ТОА тизимлари аналог ва рақамлига бўлинади.

Аналог ТОА тизимларида модуляциянинг аналог усуллари: интенсивлик бўйича модуляциялаш, амплитуда, частота ва фаза модуляцияси турлари кўлланилади. Оптик нурланиш манбаларининг юқори ночизиқлилиги ва аналог узатиш учун талаб этиладиган шовқин бардошлиликни таъминлаш техник мураккаблиги сабабли аналог ТОА тизимларидан фойдаланиш чегараланган. Шунга қарамай бир қатор сохаларда қўлланилади (оптик кабелли телевидениеда, телеметрия, оператив ва хизмат алоқа тизимларида).

Рақамли ТОА тизимларида модуляциялашнинг дискрет усулларидан фойдаланилади. Бунда сигнал ташувчининг бирон-бир параметри дискрет ўзгаради, яьни бошланғич параметрнинг қийматлар соҳаси квантлаш сатҳларига бўлинади, хар бир квантлаш сатҳига мос равишда аниқ дискрет сигнал қўйилади.

Вазифаси ва сигналларни узатиш масофасига кўра ТОА тизимлари магистрал, минтақавий, махаллий-шахар ва қишлоқ алоқа тизимларига бўлинади. Магистрал ТОА тизимлари сигналларни 1000 км га, зона ТОА тизимлари сигналларнинг 600 км га узатиш, шахар ТОА тизимлари шахар телефон тармоғининг боғловчи линияларини зичлаштириш учун хизмат қилади.

2.2. Икки томонлама ТОА ни тузиш усуллари

ТОА тизимлари линия тракти тузилишига қараб қуйидагиларга бўлинади:

- икки толали бир полосали бир кабели (тўрт ўтказгичли бир полосали бир кабелли);

- биp толали бир полосали бир кабелли (икки ўтказгичли бир полосали бир кабелли);

- бир толали кўп полосали бир кабели ёки спектр бўйича зичлаштирилган тизимлар.

1.2 – расмда кўрсатилган ТОА нинг тузилиш схемаси фақат узатишнинг бир йўналишини кўрсатади.

Бундай тузилишда оптик сигналларни узатиш ва қабул қилиш икки тола бўйлаб (2.1 – расм), биттa тўлқин узунлигида амалга оширилади.

2.1-расм. Икки толали бир полосали бир кабелли ТОА схемаси

Хap бир оптик тола икки симли физик занжирга ўхшайди, чунки кабелнинг оптик толалари орасида ўзаро ўтишлар бўлмайди [4]. Шунинг учун ТОА нинг узатиш ва қабул қилиш трактлари битта кабел бўйлаб ташкил этилади, яъни ТОА бир кабелли ҳисобланади. Шу тарзда, берилган оптик линия трактини ташкил этиш схемаси икки толали бир полосали бир кабелли ҳисобланади.

Ушбу алоқа ташкил этиш схемасининг афзаллиги бу охирги ва оралиқ станцияларнинг узатиш ва қабул қилиш қурилмаларининг бир турдалигидир. Камчилиги эса оптик тола (ОТ)нинг ўтказиш қобилиятидан фойдаланиш коэффициенти жуда кичик.

Кабел қурилмаларига кетадиган харажатлар оптик алоқа тизимлари нархининг катта қисмини ташкил этишини, оптик кабел нархи етарли даражада қимматлигини ҳисобга олсак, оптик толадан бир вақтда катта ҳажмдаги информацияни узатиш ҳисобига унинг ўтказиш қобилиятидан фойдаланиш самарадорлигини ошириш масаласи юзага келади. Бунга масалан, битта оптик тола (ОТ) бўйлаб қарама-қарши йўналишдаги сигналларни узатиш ҳисобига эришиш мумкин.

Бир толали бир полосали бир кабелли оптик линия трактининг тузилиш схемаси 2.2 – расмда кўрсатилган. ОТ ни бир тўлқин узунлигида иккала йўналиш сигналлари учун қўлланилиши бу схеманинг хусусияти ҳисобланади [4].

2.2-расм. Бир толали бир полосали бир кабели ТОА схемаси

Қарама-қарши икки ёқлама сигналларни узатганда оқимлар орасида ўзаро ўтиш шовқинлари ҳосил бўлади. Ўтиш шовқинлари ОТ ва тармоқлагичлардаги тескари ютилишдан, ёруғликни уланган жойлардан ва линия охиридаги ажраладиган улагичлардан қайтиши натижасида вужудга келади.

Шовқин сатҳи ва унинг спектр таркиби узатилаётган сигналнинг узатиш тезлигига, импульс формасига ва линия тракти параметрлари (тола сўниши, тўлқин узунлиги, сонли апертура, синдириш кўрсаткичи)га боғлиқ.

Тўлқин узунлиги 1,55 мкм ва узатиш тезлиги 35 Мбит/с дан юқори бўлса, бир ОТдан қарама - қарши йўналишли сигналларни узатувчи ТОАда ўтиш шовқинлари кичик бўлиб, оптимал иш режимига эга бўлади.

Спектр бўйича зичлаштирилган (бир толали кўп поласали бир кабелли) ТОАда бир оптик тола бўйлаб бир вақтда спектр бўйича ажратилган бир неча оптик ташувчилар узатилади. Бундай тизимларни тузиш қўлланилладиган спектр оралиғида оптик кабелнинг сўниш коэффициентини оптик ташувчи частотасига (ёки тўлқин узунлигига) нисбатан кам боғлиқлигига асосланади. Шунинг учун бир оптик тола бўйлаб, ахборотларни узатишнинг натижавий тезлигини ошириб, бир неча кенг оралиқли оптик каналларни ташкил этиш мумкин.

Оптик каналлари спектр бўйича ажратилган ТОАнинг тузилиш схемаси 2.3-расмда кўрсатилган [5].

Қ

2.3-расм. Спектр бўйича ажратилган ТОАнинг тузилиш схемаси

Узатувчи станциянинг n тизимларидан сигналлар n оптик узатгич ОУз га узатилади. ОУз чиқишидаги ₁,₂,...,_n тўлқин узунликли турли оптик ташувчилар мультиплексор (МП) ёрдамида бир оптик толага киритилади. Қабул қилувчи станцияда демультиплексор (ДМ) ёрдамида ₁,₂,...,_n тўлқин узунликли турли оптик ташувчилар ажратилади ва оптик қабул қилгич (ОҚқ) га берилади. Шу тарзда, бир оптик тола орқали n спектр бўйича ажратилган оптик каналлар ташкил қилинади, яъни ўтказиш қобилиятидан фойдаланиш коэффициенти бошқа анъанавий тузилган оптик тизимларнинг линия трактига нисбатан n марта ошади.

Оптик ташувчиларни бирлаштириш ва ажратиш учун турли оптик спектрал қурилмалар қўлланилиши мумкин: мультиплексор ва демультиплексорлар. Уларнинг иши физик оптиканинг дисперсия, дифракция ва интерференция ходисаларига асосланган. Мультиплексор ва демультиплексорларнинг тузилиш асосида оптик призма, кўп қатламли диэлектрик, дифракцион панжара ва бошқалар бўлиши мумкин.

2.3. ТОА линияларини зичлаштириш усуллари

Толали оптик алоқа линияларини қуйидаги зичлаштириш усуллари мавжуд: вақт бўйича, частота ва спектр бўйича.

Вақт бўйича зичлаштириш. Бу усулда бир неча информацион оқимларни битта оқимга бирлаштириш назарда тутилади. Бирлаштириш электрик сигналлар ва оптик сигналлар даражасида амалга оширилиши мумкин. Электрик сигналлар даражасида вақт бўйича зичлаштирилган ТОА линия трактининг тузилиш схемаси 2.4-расмда кўрсатилган [4].

2.4-расм. Электрик сигналлар даражасида вақт бўйича зичлаштирилган ТОА нинг линия тракти

А ва В киришдан тушаётган электрик сигналларнинг икки қисм импульслари (N манба бўлиши мумкин) бирлаштирувчи қурилма (БҚ) ёрдамида вақт буйича аниқ кетма-кетликка эга гуруҳли сигналга бирлаштирилади. Гуруҳли сигнал оптик узатгич ОУз да оптик ташувчини модуляциялайди. Оптик нурланиш ОТ бўйлаб тарқалади ва оптик қабул қилгич OҚқ да қайтатдан электр сигналига ўзгартирилади. Сўнг бу сигнал ажратувчи қурилма (АҚ) ёрдамида А¹ ва В¹ чиқишларига бериладиган импульсларга ажратилади.

Оптик ва рақамли оқимларни бирлаштириш схемаси 2.5–расмда кўрсатилган [4].

2.5-расм. Оптик сигналлар даражасида вақт бўйича зичлаштирилган ТОАнинг линия тракти

N манбадан электрик рақамли оқимлар N оптик узатгич ОУз га тушади. ОУз да электр сигналлар оптик сигналларга ўзгартирилади. Оптик сигналларни бирлаштиришдан олдин уларни Δt;2Δt;3Δt;...( N -1) Δt га кечикиши рўй беради. Бундай кечикишдан кейин оптик силжитгич (ОС) чиқишида оптик импульслар кетма-кетлигига эга бўламиз. Қaбyл қилишда бунга тескари жараён амалга оширилади.

Вақт бўйича зичлаштиришда қисқа (10^-9С ва ундан кичик) ёруғлик импульсларини узатиш талаб этилади. Лекин субнаносекундли импульсларни узатиш ТОА узатиб қабул қилувчи аппаратураларининг оптоэлектрон қурилмаларининг охирги имкониятига яқин бўлган тезкорлигига жуда юқори талаблар қўяди. Бундан ташқари оптик толанинг дисперсия хусусиятлари туфайли узатиш тезлиги, ўтказиш оралиғи ҳам чегараланган.

Вақт бўйича зичлаштиришнинг асосий афзаллиги бу ОТ ўтказиш қобилиятидан фойдаланиш коэффициентининг ортиши ва тўлиқ оптик алоқа тармоқларини яратиш имкониятининг мавжудлиги ҳисобланади.

Частота бўйича зичлаштириш. Частота бўйича зичлаштириладиган ТОА линияларида турли ахборот манбаларининг бошланғич сигналларига аниқ частота оралиқлари ажратилади. Бу ҳолда гуруҳли линия сигналларини хосил қилиш учун яқин жойлашган стабил оптик ташувчилар талаб қилинади. Бироқ, айниқса юқори тезликли модуляциялашда ярим ўтказгич лазерларнинг нурланиш линияларининг ностабиллиги қўшни каналларнинг ишчи тўлқин узунликлари орасида спектр бўйича оралиқларини информацион сигнал оралиқларидан бир неча марта ошиб кетишига олиб келади. Шунинг учун ТОАда спектрал яқин жойлашган каналларни хосил қилиш учун турли манбаларнинг турли ташувчиларидан эмас, балки оптик ташувчиларни суриш ёрдамида битта манбанинг турли ташувчиларидан фойдаланилади.

Гурухли сигналларни шаклланиш схемаси 2.6-расмда тасвирланган [4].

Қатор n₁,n₂,...,n_n ташувчилардан иборат оптик нурланишлар лазер нурланиш манбаи (НМ) чиқишидан анализатор А₁ га тушади. Сўнг чорак тўлқинли λ/4 призмадан ўтиб биринчи каналнинг Ф₁ фильтрига узатилади. Бу фильтр биринчи каналнинг n₁ оптик ташувчисини ОМ₁ оптик модуляторига ўтказади ва бу ерда у ахборот манбаидан берилган сигнал билан модуляцияланади.

n₂,n₃,...,n_n (n₁, дан ташҳари) частотали оптик нурланиш фильтрдан акс этиб, у ҳам А₁ анализаторга қайтади. Йўли бўйлаб у иккинчи марта чорак тўлқинли λ/4 призмадан ўтиб, А₂ анализаторга тушади. ОМ₁ оптик модуляторда информацион сигнал билан модуляцияланган биринчи каналнинг оптик ташувчиси кўзгудан акс этиб, А₁ анализаторга қайтади.

Икки марталаб чорак тўлқинли λ/4 призмадан ўтган оптик сигналнинг қутбланиш юзаси бошланғич тебранишнинг қутбланиш юзасига нисбатан π/2 га бурилади.

2.6-расм. Частота бўйича (гетеродинли) зичлаштиришда гуруҳли оптик сигналларнинг шаклланиш схемаси

Натижада ёруғлик тўплами призмада бир томонга йўналади ва ундан чиқади. Сўнг умумий сигнал А₂ анализаторга тушади ва жараён қайтарилади, фақатгина фарқи бунда n₂ частотали оптик нурланиш модуляцияланади. Шу тарзда оптик линия трактида узатиладиган оптик гуруҳли сигнал шаклланади.

Қатор модуляцияланган оптик ташувчилардан иборат қабул қилинадиган оптик гуруҳли сигнал, А₁ анализаторга келиб тушади, сўнг эса чорак тўлқинли λ/4 призма ва биринчи каналнинг Ф₁ фильтри орқали ўтгач оптик силжитгичга (ОС) берилади (2.7-расм), Ф₁ фильтри n₁ частотали оптик сигналларни ўтказади, бошқа частотали сигналлар акс этиб, А₂ га келиб тушади. n₁ частотали модуляцияланган оптик ташувчи ОС да кўпаяди, сўнг n_ор оралиқ частота ОФ оралиқ фильтри ёрдамида ажратиб олинади ва ФД фотодетекторга берилади. ФД чиқишида электр ахборот сигнали шаклланади. Шу тариқа бошқа сигналларни қабул қилиш амалга оширилади [4].

Частота бўйича зичлаштириш усулининг афзаллиги шундаки, сигналларни бундай қабул қилиш ҳисобига регенерациялаш участкаси узунлиги 200 км гача узаяди ва оптик толанинг ўтказиш қобилиятидан фойдаланиш коэффициенти ортади.

2.7-расм. Частота бўйича (гетеродинли) зичлаштиришда гурухли оптик cигналларни қабул қилиш схемаси

Бу усулнинг камчилиги шундаки, бунда қутбланиши сақланадиган оптик узатиш ва қабул қилиш трактлари, шунингдек бир қатор қўшимча қурилмалар, частота сургичлар, оптик вентиллар, қутбланиш назоратгичлари, оптик кучайтиргичлар ва бошқа қурилмалар талаб этилади. Бу ТОАни мураккаблаштиради ва нархини оширади.

Спектр бўйича зичлаштириш. Оптик толанинг ўтказиш қобилиятидан фойдаланиш коэффициентини оширишнинг истиқболли йўналишларидан бири спектр бўйича (тўлқин бўйича) зичлаштиришдир. Спектр бўйича зичлаштириш усули 2.3-расмда тасвирланган эди. Бунда линия кабелидаги тола нархини камайиши хисобига сезиларли даражада иқтисодий самарадорликка эришилади. Бундан ташқари, бу усул қўшимча қурилиш ишларисиз тармоқ ривожланишини таъминлаш, шунингдек тармоқланган дарахтсимон ва халқали тармоқларни яратиш имконини беради. Бунда ҳар хил тезликли ва рақамли, аналог турли модуляцияли (телефон, телевидение, телеметрия, ЭХМ бошқариш сигналлари) сигналларни узатиш имконияти кенгаяди. Бу эса иқтисодни тежовчи кўп функцияли алоқа тизимларини ташкил этишни таъминлайди.

Оптик толанинг спектрал ўтказиш оралиқидан бир мунча тўлиқ фойдаланиш бу усулнинг энг муҳим афзалликларидан бири ҳисобланади. Хозирги кунда 0,8....1,8 мкм диапазон оралиғи ўрганилган. Агарда спектрал каналнинг кенглиги 10 нм ни ташкил этса, у ҳолда белгиланган диапазонда 100 тагача спектрал каналларни жойлаштириш мумкин.

Спектр бўйича зичлаштирилган ТОАда сўниш ва дисперсия қийматлари кичик бир моддали оптик толалардан, қуввати юқори лазер нурланиш манбаларидан фойдаланиш мақсадга мувофиқдир. Фойдаланиладиган бир модали оптик тола 1,5...1,6 мкм тўлқин узунлигида ишлаши ва кварц шишасидан тайёрланган бўлиши керак.

Оптик мультиплексор ва демультиплексорлар спектрал сезгир бўлиб, селектив ҳисобланади, яъни уларни характеристикалари оптик тўлқин узунлигига боғлиқ.

Оптик мультиплексорлар оптик каналларни турли тўлқин узунликларини бирлаштириб, битта оптик толага киритади. Мультиплексорларга дифракцион панжара, призмалар, фильтрлар таълуқлидир. 2.8,а-расмда дифракцион панжарали планар тўрт каналли мультиплексорни ва 2.8,б-расмда интерференцион фильтрли тўрт каналли мультиплексорни тузилиши кўрсатилган.

2.8-расм. Мультиплексорлар:

а-планар тўрт каналли дифракцион панжарали мультиплексор;

б-тўрт каналли интерференцион фильтрли мультиплексор

Мультиплексор ва демультиплексорларни иши тўлқин узунлигига сезгир бўлган уч омилга асосланган: бурчак дисперсияси, интерференция ва селектив ютилишига.

Демультиплексорлар битта толадан келаётган оптик сигналлар оқимидан турли тўлқин узунликли оптик каналларни ажратиш вазифасини бажаради. 2.9,а,б-расмларда кўрсатилган демультиплексорларда каналларни ажратиш учун мос равишда панжаранинг бурчак дисперсияси ва призма ишлатилинади. 2.9,в-расмда каналлар интерференцион фильтрлар ёрдамида ажратиб олинади. 2.9,г-расмда эса демультиплексор сифатида қўлланиладиган аниқ тўлқин узунликли ёруғликни ютувчи тузилиш кўрсатилган (2.9-расм)[10].

2.9-расм. Демультиплексорлар:

1-градиент цилиндрик линза; 2-дифракцион панжара; 3-хроматик фильтр; 4-призма; 5-акс эттирувчи қоплама; 6-селектив фотодиодлар

Ҳар бир ёруғликни ютувчи, маълум тўлқин узунлигига сезгир фотодиодлардан ташкил топган.

Панжара ва призмали қурилмалар (2.9а,б-расм) каналларни параллел ажратувчи, фильтрлар ва селектив фотодиодли қурилмалар (2.9,в,г-расм) эса каналларни кетма-кет ажратувчи ҳисобланади.

Спектр бўйича зичлаштириладиган тизимлар таркибига кирадиган демультиплексорларни тузилиши, нурни тескари йўналишда тарқалишида спектрал-сезгир мультиплексорларни тузилишига ўхшаш [4].

Мультиплексор ва демультиплексорлар сигналларни сўнишига сезиларли таъсир қилади. Шунинг учун улар оптик кучайтиргичлар билан биргаликда қўлланилади.

Назорат саволлари

1. 1. ОА тизимларини қандай таснифланади?

2. Икки томонлама ТОА тизимларини тузишнинг қандай усулларини биласиз?

3. Икки толали, бир полосали, бир кабелли ТОА тизимининг тузилиш схемасини тушинтиринг.

4. Бир толали, бир полосали, бир кабелли ТОА тизими қандай тузилади?

5. Спектр бўйича ажратилган ТОА тизимларнинг тузилиш схемаси қандай тузилган?

6. ТОА линияларини қандай асосий зичлаштириш усулларни биласиз?

7. ТОА линияларини вақт бўйича зичлаштириш усулини тушунтиринг.

8. ТОА линияларини частота бўйича зичлаштириш усулини тушунтиринг.

9. Спектр бўйича зичлаштириш усулини тушунтиринг.

10. ТОА линияларини зичлаштириш усулларидан қайси бири максимал ахборот сиғимига эга?

3-МАЪРУЗА

Режа:

1. Оптик ёруғлик узатгичлар, уларнинг турлари. Оптик толанинг тузилиши

2. Оптик тола бўйлаб ёруғлик нурининг тарқалиш назарияси. Бурчак апертураси

3. Оптик тола турлари ва уларнинг тавсифлари. Бир модали ва кўп модали оптик толалар. Поғонали, градиент ва махсус синдириш кўрсаткичли оптик толалар

3.1. Оптик ёруғлик узатгичлар, уларнинг турлари. Оптик толанинг тузилиши

Толали оптик алоқа (ТОА) тизимида оптик тебранишларни тарқалишини чегараловчи ва ёруғлик энергияси оқимини берилган йўналишда йўналтирувчи, узатиш ва қабул қилиш қисмларини боғлаб турувчи муҳит оптик ёруғлик узатгичлар дейилади. Оптик ёруғлик узатгичларнинг тавсифлари қисман алоқа тизимининг сифатини аниқлайди. Шунинг учун ТОА тизимларини лойиҳалаштиришда нурланиш тарқаладиган узатувчи муҳит - оптик ёруғлик узатгичларнинг тавсифларини ҳисобга олиш керак.

ТОА да махсус оптик ёруғлик узатгичлар қўлланилади.

Кичик сўниш коэффициентига эга бўлган оптик ёруғлик узатгичлар асосида оптик сигналларни узоқ масофаларга узатишни таъминловчи оптик кабеллар яратилмоқда.

Оптик ёруғлик узатгичлар икки турга бўлинади: ясси оптик ёруғлик узатгичлар ва ёруғлик узатувчи оптик толалар. Ясси оптик ёруғлик узатгичлар ўз навбатида плёнкали (3.1,а-расм) ва каналлига (3.1,б-расм) бўлинади. Ёруғлик узатувчи оптик толалар эса бир қатламли (3.2,а-расм), икки қатламли (3.2,б-расм), уч қатламли ( 3.2,в-расм) ва ҳ.к. бўлиши мумкин [4].

3.1-расм. Ясси оптик ёруғлик узатгичлар

Оптик ёруғлик узатгичларнинг синдириш кўрсаткичи:

(3.1)

бу ерда e×m-мос равишда нисбий диэлектрик ва магнит ўтказувчанлик.

n>n₀ бўлганда (n₀-атроф муҳитнинг синдириш кўрсаткичи) нур чегарадан тўлиқ ички қайтади.

Ясси оптик ёруғлик узатгичларда (3.1-расм) тўлиқ ички қайтиш бўлиши учун

n₁ > n₂ ≥ n₀,

шарт бажарилиши керак.

Бу ерда n₁-плёнканинг синдириш кўрсаткичи;

n₂ -тагликнинг синдириш кўрсаткичи;

n₀-ташқи муҳитнинг синдириш кўрсаткичи.

Плёнка қалинлигини танлаб, узатиладиган тўлқинлар сонини чегаралаш мумкин. Битта асосий тўлқинни узатиш учун плёнка қалинлиги 0,1 мкм бўлиши керак. Бундай плёнкани тайёрлаш мурраккабдир. Синдириш кўрсаткичларининг нисбий фарқини камайтириб, плёнканинг қалинлигини, яъни диаметрини оширишимиз мумкин. Кўпгина оптик қурилмалар: актив(генератор, модулятор, демодулятор ва б.қ.) қурилмалар ясси оптик ёруғлик узатгичларнинг қирқимлари асосида тайёрланади.

Ёруғлик узатувчи оптик толалар ўзак ва қобиқдан иборат бўлади. Улар қиймат бўйича бир-бирига яқин турли синдириш кўрсаткичларига эга. Ўзак узатувчи муҳит, қобиқ эса ўзи ва ўзак орасида чегара хосил қилувчи сифатида ишлатилади. Бу чегара ёруғликни йўналтирувчи физик канални шакллантириб, у орқали узатилган сигналнинг ташувчиси ёруғлик нури тарқалади.

Ёруғлик нурининг фақатгина ўзак бўйлаб тарқалишини таъминлаш учун (3.2-расм)

n₁>n₂>n₃>n₀,

шарт бажарилиши керак. Мос равишда бу ерда

n₁-ўзакнинг синдириш кўрсаткичи,

n₂, n₃-қобиқларнинг синдириш кўрсаткичлари,

n₀-ташқи мухитнинг синдириш кўрсаткичи [4].

3.2-расм. Ёруғлик узатувчи оптик толалар

ОТни таркибий қисмлари 3.3-расмда тасвирланган. Ўзак ва қобиқ учун асосий материал кварц шишаси (SiO₂) хисобланади. Керакли синдириш кўрсаткичларини олиш учун кварц шишасига бор, германий ва шунга ўхшаш бошқа қўшимчалар қўшилади [6]. Толани қўшимча қобиқлари ҳимоя қобиғи хисобланади. 3.3-расмда ташқи пластик қоплама кўрсатилган [6].

3.3-расм. Оптик толанинг тузилиши

3.2. Оптик тола бўйлаб ёруғлик нурининг тарқалиш назарияси. Бурчак апертураси

Оптик толада ёруғлик нурини узатиш геометрик оптика қонунларига асосланган. Бу қонунларга мувофиқ ёруғлик нури ўзак бўйлаб зигзаксимон линиялар ҳосил қилиб тарқалади. Ўзакнинг синдириш кўрсаткичи n₁ қобиқнинг синдириш қўрсаткичи n₂ дан катта бўлиши сабабли оптик нур фақат ўзак бўйлаб тарқалади. Бу нур синдириш кўрсаткичи катта муҳитдан синдириш кўрсаткичи кичик муҳитга ўтганда икки муҳит чегарасида синган нурни нормал нурдан оғиши билан тушунтирилади. Масалан: буни нур сувдан хавога ўтганда ҳам кузатиш мумкин. Икки муҳит чегарасига тушиш бурчаги Ө₁ ошган сари синган нурни нормал нурдан оғиши ҳам ошиб боради. Нормал нурга нисбатан синган нур бурчаги Ө₂ 90⁰ га етгач, синган нур чегара юзаси бўйлаб тарқала бошлайди. 3.4-расмда турли тушиш бурчакларида нурни тарқалиши кўрсатилган.

3.4-расм. Бир неча тушиш бурчаклари учун нурни тарқалиш йўли, n₁>n₂ , бу ерда n₁ ва n₂ икки турли муҳитларнинг синдириш кўрсаткичлари

3.4(а)-расмда тушиш бурчаги Ө₁ кичик бўлганда синган нур тўлиқ қобиққа ўтиб кетади. 3.4(б)-расмдагидек сигнал критик бурчак остида тушганда синган нур чегара бўйлаб тарқалади. 3.4(в)-расмда тушиш бурчаги критик тушиш бурчагидан ошганда тўлиқ ички қайтиш юзага келиши тасвирланган. «Ўзак-қобиқ» чегарасида сигнал энергияси тўлиқ қайтадиган бу бурчак тўлиқ ички қайтиш бурчаги Ө_{т.и.қ. .}дейилади.

Тўлиқ ички қайтиш бурчаги қуйидагича аниқланади:

Өт.и.қ. = arcsin

, (3.2)

бу ерда n₁-ўзакниниг синдириш кўрсаткичи;

n₂-қобиқниниг синдириш кўрсаткичи.

Ўзак ва қобиқ тайёрланадиган материалларнинг синдириш кўрсаткичлари нисбатини оптимал танлаш орқали ёруғлик нурининг ўзак ичида тўлиқ ички қайтиши рўй беради ва нурни фақатгина оптик тола ўзаги бўйлаб тарқалиши таъминланади.

Узатиш учун нур маълум бир бурчак остида оптик толага киритилади. Ёруғлик нурининг тола ўзагига максимал тушиш бурчаги бурчак апертураси Ө_а дейилади. Бурчак апертурасининг синуси сонли апертура дейилади ва NA харфлари билан белгиланади (N-number-сон, A-apеrture-тешик). Сонли апертура қуйидаги формула орқали аниқланади:

NA=sin Өа = n1^2 – n2^2 .

(3.2)

Келтирилган формуладан кўриниб турибдики, оптик толанинг сонли апертураси NA фақатгина ўзак ва қобиқнинг n₁ ва n₂ синдириш кўрсаткичларига боғлиқ. Бунда хар доим n₁>n₂ шарт бажарилади (3.5-расм) [7].

3.5-расм. Оптик толада ёруғлик нурининг тарқалиши. Оптик толанинг сонли апертураси

Оптик толада нурни тарқалиш тезлиги ўзакнинг синдириш кўрсаткичларига боғлиқ бўлиб, қуйидаги формуладан аниқланади:

, (3.3)

бу ерда С-вакуумда нурни тарқалиш тезлиги;

n₁-ўзакнинг синдириш кўрсаткичи.

Ўзак материалининг синдириш кўрсаткичи 1,45-1,55 оралиқда ётади [7].

Маълумки тўлқин узунлиги учун характерли бўлган оптик толанинг яна бир хусусияти бу нормаллаштирилган частота n бўлиб, у қуйидагича аниқланади [6]:

n = n1^2 – n2^2.

(3.4)

Бу ерда a -ўзак радиуси, n₂-қобиқсиз оптик тола учун 1 га тенг [6].

Нурни толада тарқалиш жараёнини таърифлаш учун бир неча асосий параметрлар қўлланилади. Бу муҳим параметрларга сўниш ва дисперсия киради.

Сўниш ва дисперсия оралиқпунктларсиз оптик алоқа линияси узунлигини ёки оралиқпунктлар орасидаги масофани қисқартириши мумкин.

Дисперсия асосан икки омил туфайли юзага келади. Улардан бири материал дисперсияси, бошқаси-мода дисперсияси.

Оптик тола орқали тарқала оладиган, рухсат этилган ёруғлик тўлқинлари модалар (ёки шахсий тўлқинлар) дейилади [7].

Материал дисперсияси материал синдириш кўрсаткичини частотага боғлиқхолда ўзгариши билан ҳосил бўлади. Мода дисперсияси тола орқали бир неча модаларни узатишдан ҳосил бўлади. Тола орқали турли модалар турли фаза ва гуруҳли тезликда узатилади, қабул қилувчи пунктларга хам турли вақтларда етиб келади. Натижада толада турли модаларни хар хил кечикиш билан тарқалишидан бузилишлар (дисперсия) юзага келади.

Модалар сонини ёруғлик узатгич оптик толанинг тузилиши ва ўлчамини ўзгартирган холда камайтириш мумкин. 3.4-формуладан келиб чиқадиган бўлсак, n₂/n₁ нисбатни амалий мумкин бўлган холда сақлаб, ўзак радиусини камайтириш йўли орқали модалар сонини чегаралаш мумкин.

Частота (n)га боғлиқхолда модалар сони:

. (3.5)

Агар, n=2,405 бўлса, у холда битта мода узатилади. Агар n>2,405 бўлса, унда биттадан ортиқмода узатилиши мумкин [6]. Узатиладиган модалар сонига қараб оптик тола бир модали ва кўп модалига бўлинади.

3.3. Оптик тола турлари ва уларнинг тавсифлари. Бир модали ва кўп модали оптик толалар. Поғонали, градиент ва махсус синдириш кўрсаткичли оптик толалар

Тўлқин узунлигига нисбатан ўзак диаметрига боғлиқ равишда оптик толалар бир модали ва кўп модалига бўлинади. Бир модали оптик толаларда кўпинча ўзак диаметри 7-10 мкм (3.6,а-расм), кўп модали оптик толаларда эса 50-62,5 мкм (3.6,б-расм) бўлади[6]. Иккала турда қобиқ диаметри 125 мкм ни ташкил этади. Амалиётда кўп модали ва бир модали оптик тола диаметрларининг бошқа қийматлари ҳам мавжуд. Бир модали оптик толадан фақат бир мода (ёруғлик ташувчи) узатилади. Кўп модали оптик толадан эса апертура бурчаги доирасида толага турли бурчаклар остида киритиладиган бир неча юзлаб рухсат этилган модаларни бир вақтда узатиш мумкин. Барча рухсат этилган модалар турли тарқалиш йўли ва вақтига эга.

Кўп модали оптик толалар синдириш кўрсаткичи n бўйича поғонали

( 3.7,а-расм ) ва градиент (3.7,б-расм) толаларга бўлинади[6].

Поғонали синдириш кўрсаткичли кўп модали оптик толалар икки муҳит чегарасида синдириш кўрсаткичларининг кескин (поғона кўринишида) ўзгариши (n₁ дан n₂ га) билан характерланади. Поғонали синдириш кўрсаткичли оптик толалар ўтказиш полосасини чегаралайди, лекин градиент синдириш кўрсаткичли оптик толаларга нисбатан арзон ҳисобланади.

3.6-расм.Бир модали (а) ва кўп модали (b) оптик толаларнинг кўндаланг кесими

3.7-расм. Поғонали (а) ва градиент (b) кўп модали оптик толаларнинг тузилиши ва синдириш кўрсаткичи кўринишлари.

Градиент синдириш кўрсаткичли кўп модали оптик толалар поғонали синдириш кўрсаткичли толаларга қараганда равон синдириш кўрсаткичига ва модалараро дисперсиянинг камайиши бўйича юқори техник кўрсаткичларга эга. Чунки градиент синдириш кўрсаткичли оптик толада модаларнинг тарқалиш тезлиги (дисперсияси) бир-биридан жуда ҳам каттага фарқ қилмайди. Дисперсия импульсларнинг кенгайиб кетишига, узатилаётган сигналларнинг бузилишига олиб келади. Шунинг учун хозирда градиент синдириш кўрсаткичли кўп модали оптик толалар кенг тарқалган. Градиент синдириш кўрсаткичли кўп модали оптик толаларнинг энг асосий камчилиги уларнинг қимматлиги ва ишлаб чиқаришни мураккаблигидир. Кўп модали оптик толаларда модалараро дисперсия ўтказиш полосаси ва алоқа масофасини чегаралайди. Шунинг учун кўп модали оптик толалар асосан локал тармоқларда ва плезиохрон рақамли иерархия сигналларини узатишда ишлатилади.

Бир модали оптик толалардан магистрал алоқа тармоқларида фойдаланилади. Чунки бир модали оптик толаларда сигналлар кўп модали режимга қараганда кам бузилиш билан узатилади. Турли толалар бўйлаб оптик сигналларнинг тарқалиши 3.8-расмда тасвирланган.

3.8-расм. Турли оптик толалардан ёруғлик нурининг тарқалиши ва

уларнинг синдириш кўрсаткичлари кўринишлари.

а) - кўп модали, поғонали синдириш кўрсаткичли оптик тола;

b) - кўп модали, градиент синдириш кўрсаткичли оптик тола;

d) - бир модали, поғонали синдириш кўрсаткичли оптик тола.

Бир модали оптик толаларда модалараро дисперсиянинг юзага келмаслиги сабабли улар юқори ўтказиш қобилиятига эга. Бироқ узатувчи қисмда бирмунча қиммат бўлган лазер диодлардан фойдаланиш талаб этилади.

Синдириш кўрсаткичларига қараб бир модали оптик толалар поғонали (тўғрибурчакли) ва махсус турдаги уч тишли, W кўринишдаги толаларга бўлинади (3.9-расм).

3.9-расм. Бир модали оптик толанинг синдириш кўрсаткичлари:

а) - поғонали синдириш кўрсаткичли бир модали стандарт SF оптик тола;

b) - махсус уч тишли, W кўринишга эга синдириш кўрсаткичли, дисперсияси нолга силжиган бир модали оптик тола.

Синдириш кўрсаткичлари сўнишга боғлиқ эмас, аммо хроматик дисперсия кўрсаткичларига таъсир қилади. Бир модали оптик толалар дисперсия қийматлари бўйича ушбу турларга бўлинади:

1. Стандарт тола SF (Standart Fiber).

2. Силжиган дисперсияли тола DSF (Dispersion-Shifted Fiber).

3. Нолга тенг бўлмаган силжиган дисперсияли тола NZDSF (Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber)[8].

Стандарт SF толалари поғонали синдириш кўрсаткичига эга. Статиcтик маълумотларга кўра энг кўп ётказилган кабеллар бир модали стандарт SF (Standart Fiber) толалардан иборат. Хозирда SF толаларининг сўниш қийматлари 0,18-0,19 дБ/км гача камайтирилган. Лекин, бу толаларда 1550 нм тўлқин узунлигида дисперсия қиймати катта 17-20 nс/нм*км ни ташкил этади. 1300 нм тўлқин узунлигида эса дисперсия қиймати минимал, лекин сўниш қийматлари катта 0,35-0,5 дБ/км ни ташкил этади (3.10-расм). Дисперсия қиймати кичик бўлгани учун 1300 нм тўлқин узунлиги дисперсияси нолга тенг l₀ тўлқин узунлиги деб аталади. Сўниш қийматлари кичик, яъни 0,2-0,25 дБ/км ни ташкил этадиган 1500 нм да (3.10-расм) дисперсия қийматларини ҳам камайтириш мақсадида l₀ тўлқин узунлигини 1550 нм га силжитиш орқали силжиган дисперсияли DSF толалари ишлаб чиқилган [6]. DSF толаларида l₀ =1550 нм тўлқин узунлиги нолинчи дисперсия нуқтаси деб олинган.

3.10-расм. Тўлқин узунлигига боғлиқ равишда оптик тола сўнишининг ўзгариши.

DSF ва NZDSF толалари махсус турдаги W кўринишдаги синдириш кўрсаткичларига эга. Аммо 1550 нм тўлқин узунлигида DSF толаларида спектр (тўлқин) бўйича зичлаштириш усулини амалга ошириб бўлмайди. Чунки, агарда 1550 нм тўлқин узунлигида спектр бўйича зичлаштириш усулини қўлласак, бу тўлқин узунлиги атрофида паразит оптик каналлар, яъни ночизиқли эффектлар ҳосил бўлади. Буни бартараф этиш ва спектр бўйича зичлаштириш усулини қўллаш учун нолинчи l₀ тўлқин узунлигини 1520 нм дан 1560 нм гача суриб, нолга тенг бўлмаган силжиган дисперсияли NZDSF толалари ҳосил қилинган. Нолинчи дисперсияли тўлқин узунлигини суриш махсус турдаги W кўринишдаги синдириш кўрсаткичларини, синдириш кўрсаткичлари турлича бўлган кўп қатламли қобиққа эга оптик толаларни қўллаш орқали ҳосил қилинади. Икки қатламли қобиқларни қўллаб DSF толалари, тўрт қатламли қобиқларни қўллаб, 1300 нм дан 1650 нм тўлқин узунлигида дисперсия қиймати |Д|=1-6 пс/нм×км бўлган NZDSF толалари ҳосил қилинади. Дисперсиянинг тўлқин узунлигига ва қобиқлар сонига боғлиқлиги 3.11-расмда тасвирланган[8].

Ҳозирги кунда “Corning”, “Lucent Technologies”, “Alkatel”, фирмаларининг стандарт бир модали толалари кенг тарқалган.

NZDSF толаларида эса l=1550 нм да дисперсия нолдан фарқли, ишораси бир хил ва 2-4 пс/нм×км дан кичик бўлмаслиги керак[7] .

Хозирги кунда “Corning’’ фирмаси SMF-LS, LEAF, “Lucent Technologies’’ True Wave деб белгиланган NZDSF толаларини ишлаб чиқармоқда. Дисперсия қиймати кичик бўлганлиги учун бу толалар спектр (тўлқин) бўйича зичлаштирилган узатиш тизимларида қўлланилади.

3.11-расм. Дисперсиянинг тўлқин узунлигига ва қобиқлар сонига боғлиқлиги: БҚ- бир қобиқ; ИҚ-икки қобиқ; ТҚ-тўрт қобиқ

Бир ташувчили DSF - нолга тенг бўлган силжиган дисперсияли толалардан SDH (асосан STM-16 ва ундан юқори) тизимларда фойдаланилади. “Фужикура” фирмасининг DSM 8/125, “Корнинг’’ фирмасининг SMF-DS шу турдаги толалари ишлаб чиқарилган.

Бир модали стандарт SF толалари қўлланилганда дисперсия қийматини камайтириш керак. Дисперсияни камайтириш, регенерациялаш секцияси узунлигини ошириш, 2,5 Гбит/с тезликдан юқори 10 Гбит/с тезликка ўтиш, шунингдек спектр бўйича зичлаштириш усулларидан фойдаланилганда дисперсияни компенсация қилувчи - DCF (Dispersion Compensating Fiber) толаларни ёки дисперсияни компенсация қилувчи модулларни DCM (Dispersion Compensating Module) қўллаш керак. Дисперсияни компенсация қилиш усуллари кейинги маърузаларда батафсил ёритилган.

Назорат саволлари

1. Оптик ёруғлик узатгичларнинг қандай турларини биласиз?

2. Ясси оптик ёруғлик узатгичлардан қандай мақсадларда фойдаланилади?

3. Оптик тола қандай тузилган?

4. Оптик тола қандай материаллардан тайёрланади?

5. Қайси ҳолатда ёруғлик нури фақатгина ўзак бўйлаб тарқалади?

6. Сонли апертура ва бурчак апертураси тушунчаларини таърифланг.

7. Кўп модали ва бир модали толаларни фарқи нимада?

8. Кўп модали толаларнинг қандай турларини биласиз?

9. Дисперсия бўйича бир модали оптик толалар қандай турларга бўлинади ва уларни қўлланиш соҳаларини тушунтиринг.

10. Дисперсияси силжиган толалар қандай ҳосил қилинади?

4-МАЪРУЗА

Режа:

1. Оптик толанинг асосий параметрлари. Сўниш

2. Толанинг хусусий йўқотишлари

3. Кабел йўқотишлари

4.1. Оптик толанинг асосий параметрлари. Сўниш

Оптик сигнал тола орқали узатилганда ёруғлик тўлқинларини тола муҳити билан чизиқли ва ночизиқли ўзаро таъсири натижасида сигнал қувватини йўқолишидан оптик сигнал сўнади. Сўниш толали оптик алоқа узатиш тизимларининг регенерациялаш участкаси узунлигини аниқловчи, оптик толанинг энг муҳим параметри ҳисобланади. Сўниш бу толада ёруғлик оқимларининг кучсизланишидир. Тола узунлиги бўйича сўнишни ўзгариш қонуни қуйидаги умумий кўринишга эга:

Р=Р₀ ехр(-α*L), (4.1)

бу ерда Р₀ – толага киритиладиган қувват;

L – тола узунлиги;

α - сўниш коэффициенти ёки толадаги йўқотишлар.

Бу формулани қўллаб солиштирма йўқотишларни баҳолашимиз мумкин:

a_{солиштирма} = - (10/L)*lg(P/P₀) = 4,343 a . (4.2)

Умумий ҳолда сўниш сигналларни сочилиши ва ютилишидан ҳосил бўлувчи йўқотишлар ва кабел йўқотишларидан юзага келади.

Ютилиш ва сочилишдан ҳосил бўладиган йўқотишлар хусусий йўқотишлар, кабел йўқотишлари эса қўшимча йўқотишлар дейилади.

	4.1-расм. Толадаги йўқотишларнинг асосий турлари.

Тола йўқотишларини тўлиқ уларнинг йиғиндиси кўринишида ёзишимиз мумкин:

a = a_х+a_к = a_ю + a_с + a_к, (дБ/км). (2.10)

4.2. Толанинг хусусий йўқотишлари

Хусусий йўқотишларга ютилиш ва сочилишдан ҳосил бўладиган йўқотишлар киради. Ютилишдан ҳосил бўладиган йўқотишлар ички ва ташқи бўлади. Ички ютилиш йўқотишларини тоза кремний материали хосил қилиши мумкин. Хар бир материал молекуляр тузилишига кўра маълум тўлқин узунликларида сигналларни ютиши мумкин. Масалан, SiO₂ ни ультра бинафша диапазонда λ<0,4 мкм тўлқин узунлигида электрон резонанслари мавжуд. Шунингдек, инфрақизил диапазонда λ>7 мкм тўлқин узунлигида тебранувчи резонанслари мавжуд. Демак бу резонанслар кўринадиган частота диапазонида ютиш полосаси кўринишида бўлади. Иккинчи ва учинчи ойналарда ютилишнинг бу тури 0,03 дБ/км дан кўп бўлмаган йўқотишларга олиб келади.

Ташқи ютилиш йўқотишлари ёруғликни тола қўшимчаларида ютилишидан хосил бўлади. Замонавий ишлаб чиқариш технологиялари бу йўқотишлар таъсирини жуда кичик даражага камайтирган. Бу йўқотишлар темир, мис , никел, магний, хром қўшимчаларини толага қўшиш натижасида хосил бўлади. Замонавий ишлаб чиқариш жараёнида бу металларни таркиби бир миллиард қисмгача камайтирилган. Шунинг учун улар умумий ташқи ютиш йўқотишларининг жуда кичик қисмини ташкил этади. Булардан фарқли равишда гидроксил ион (ОН) лар қолдиғини мавжудлиги, яъни ишлаб чиқариш жараёнида толада сув қолдиқларини қолиши ташқи ютиш йўқотишларини сезиларли даражада оширади. Оптик тола таркибида ОН ионлари бирни юз миллиондан кам қисмини ташкил этиш керак.

Замонавий оптик толаларда микроқўшимчалар миқдори жуда кичиклиги учун ташқи ютилиш шовқинлари минимал бўлиб, уларни хисобга олмаса хам бўлади. Лекин ОН концентрацияси бирдан миллион қисмни ташкил этганда, 1390 нм тўлқин узунлигида йўқотишлар 50 дБ бўлиши мумкин.

Нурни сочилишидан хосил бўладиган йўқотишлар ички йўқотишлар хисобланиб, оптик тола ўзагининг дефектлари: хаво пуффакчалари, ёриқлар, толани бир турда эмаслиги, яъни қўшимчалар қўшилишидан шиша зичлигини тасодифий ўзгариши туфайли юзага келади. Бу омиллар ёруғлик оқими йўналишини ўзгартириб, оғишига олиб келади, натижада синиш бурчаги ошиб, ёруғлик нури қобиқдан ташқарига сочилиб кетади.

Бундан ташкари оптик толани бир турда эмаслиги, яъни қўшимчалар мавжудлиги ёруғлик оқимини маълум қисмини тескари томонга акс этишига - тескари сочилишга олиб келади (4.2 - расм)[7].

1550 нм тўлқин узунлигида Релеевск сочилишлари умумий йўқотишларнинг асосийси ҳисобланади. Релеевск сочилиши тўлқин узунлигига тескари пропорционал бўлиб, тўлқин узунлиги ошиши билан йўқотишлар камаяди.

4.3. Кабел йўқотишлари

Кабел йўқотишлари микробукилишлар ва макробукилишлар ҳисобига ҳосил бўлади.

Микробукилишлар. Микробукилиш бу ишлаб чиқариш жараёнида тола ўзаги геометриясининг микроскопик ўзгариши, яъни толани мукаммал эмаслигидир. Микробукилишлар ишлаб чиқариш жараёнида толани етарли текис бўлмаган ташқи химоя қопламалари билан қопланиши натижасида ўзакни ўқмарказида жойлашмаслиги, ўққа нисбатан қийшиқжойлашишидан юзага келади. Микробукилишлар кабел йўқотишларини оширади. Бу йўқотишлар жуда катта бўлиши ва баъзи ҳолларда 100 дБ/км дан ҳам ошиши мумкин. Микробукилишлар 4.3,б–расмда кўрсатилган.

Макробукилишлар. Минимал рухсат этилган радиусдан ошган катта букилишларга макробукилишлар дейилади. Бир модали толаларни букишни рухсат этилган минимал радиуси 10 см ни ташкил этади. Бундай букилишда ёруғлик импульслари кучсиз бузилиш билан тарқалади. Букилиш радиусини камайиши, толани рухсат этилгандан ортиқ букиш оптик импульсларни тола қобиғи оркали сочилиш эффектини оширади.

Ишлаб чиқарувчилар томонидан кабелни минимал букиш радиуси кўрсатилган бўлиши керак. Кабел (катушка) ғалтакка ўралганда, албатта ғалтак радиуси бўйича букилади. Кабел биноларда ётказилганда, уни бино бурчакларида букиш керак бўлади. Кабелни ётказувчи букиш радиусини миниал рухсат этилган қийматдан камайтирмаслиги, ортиқча букмаслиги керак. Толали оптик кабелни рухсат этилган чегарадан кучли букиб, кабелни яроқсиз қилиши, хаттоки кабелда толаларни узилишига олиб келиши мумкин. Макробукилишлар 4.3,а-расмда кўрсатилган[6].

а) b)

Ишлаб чиқарилган оптик толани мукаммал эмаслиги, тола геометриясининг ўзгаришлари толаларни осон, тез ва сифатли пайвандланмаслигига олиб келади. Пайвандлашда, толаларни улашда йўқотишларга олиб олиб келадиган сабаблар қуйидагилар:

- тола ўзагини ўлчамларини мослашмаганлиги;

- толани синдириш кўрсаткичларини фарқланиши;

- толаларни улашда узунасига ўқларни чатишмаслиги;

- толаларни бурчак апертураларини фарқланиши;

- толаларни зич уламасликдан ҳаво пуффакчаларини ҳосил бўлиши.

Бу омилларни барчаси сўнишни, йўқотишларни оширади. Сўниш ва йўқотишларни камайтириш учун ишлаб чиқариш жараёнида тола геометриясининг юқори аниқбўлишига катта эътибор бериш керак. Бунинг учун ишлаб чиқаришда ўзакни қобиқшишасида марказлашган ҳолда жойлашишига, ишлаб чиқарилган толаларни диаметрларини бир хил бўлишига, толани шахсий букилишларига катта талаблар қўйилади.

Оптик толанинг тўлиқ сўниш коэффициентини аниқлаш учун юқорида айтиб ўтилган барча омиллар ҳисобга олиниши керак (4.4 - расм) [7] .

Оптик нурланишни берилган тўлқин узунлиги учун сўниш коэффициенти толага киритиладиган оптик қувватни толадан қабул қилинган оптик сигнал қувватига нисбати орқали аниқланади. Одатда сўниш коэффициенти децибелда (дБ) ўлчанади ва оптик тола параметрларига, шунингдек тўлқин узунлигига ҳам боғлиқ. Сўнишни тўлқин узунлигига боғлиқлиги ночизиқли характерга эга бўлиб, бу боғланиш графиги 3.10–расмда кўрсатилган эди. Сўниш коэффициенти тўлқин узунлигига боғлиқ бўлиб, турли тўлқин узунликлари учун сўниш қиймати 4.1-жадвалда берилган.

4.1 – жадвал

Турли тўлқин узунликлари учун сўниш қийматлари

Шаффофлик ойналари	Тўлқин узунлиги l, мкм	Сўниш a, дБ/км
1	0,85	2-3
2	1,3	0,4–1,0
3	1,55	0,2–0,3

Биринчи шаффофлик ойнаси 0,8-0,9 мкм тўлқин узунлиги кенг полосали ёруғлик нурланиш манбалари ва қисқа тўлқинли лазердан фойдаланиб, сигналларни яқин масофаларга узатишда қўлланилади.

Иккинчи шаффофлик ойнасининг 1,28-1,33 мкм тўлқин узунликлари телекоммуникацияда кўп қўлланилади. Бу ойна нисбатан кам сўниш коэффициентига эга бўлиб, бу диапазонда сигналларни узатиш учун кенг полосали оптик нурланиш манбалари ишлатилинади. Бунинг асосий сабаби ушбу диапазонда кварц шишаси минимал хроматик дисперсия қийматига эга бўлиб, у арзон нурланиш манбаларидан фойдаланиш имконини беради.

Учинчи ойна 1,525-1,575 мкм оралиғида бўлиб, бу ойнанинг асосий афзаллиги сўниш коэффициентини минималлиги ҳисобланади. Бироқюқори тезликли тизимларни оқимларини узатишда дисперсия қиймати ошиб кетади. Дисперсия қийматини камайтириш учун дисперсияни компенсация қилувчи қурилмаларни қўлланилиши талаб этилади, бу эса толали оптик алоқа тизимларини нархини оширади[7].

Назорат саволлари

1. Оптик толанинг сўниш бўйича бахоланиши нимага боғлиқ?

2. Толадаги йўқотишлар қандай омиллар туфайли юзага келади?

3. Оптик толанинг хусусий йўқотишлари қандай хосил бўлади?

4. Оптик толанинг кабел йўқотишлари қандай хосил бўлади?

5- МАЪРУЗА

Режа:

1. Дисперсия

2. Модалараро дисперсия

3. Хроматик дисперсия. Материал дисперсияси. Тўлқин узатиш билан боғлиқ дисперсия

4. Қутбланган мода дисперсияси

5. Дисперсияни камайтириш усуллари

6. Толали оптик кабеллар

5.1. Дисперсия

Оптик толада сигналларни узатиш сифатига таъсир қилувчи энг муҳим омиллардан бири дисперсия ҳисобланади. Дисперсия бу ёруғлик импульслари охирларини чўзилиши, яъни импульсларни кенгайишидир. Импульслар кенгайиб, бир бирини қоплайди, символлараро бузилишлар юзага келади ва қабул қилишда импульслар кетма-кетлигидан узатилган фойдали информацияни ажратиб бўлмай қолади (5.1-расм).

Дисперсия ўтказиш қобилиятини камайтириб, оптик тизимларни иш тезлигини чегаралайди. Дисперсия– импульсларни кенгайиши, L узунликли кабелни кириш ва чиқишидаги импульслар давомийлигини квадратик фарқи сифатида қуйидаги формуладан аниқланади:

(5.1)

Одатда дисперсия бир километр ҳисобида меъёрлаштирилади ва пс/км да ўлчанади. Дисперсияни қуйидаги турлари мавжуд.

5.2. Модалараро дисперсия

Модалараро дисперсия тола бўйлаб модаларни турли йўналишларда турли вақтда тарқалиши билан боғлиқ. Кўп модали толага сонли апертура бурчаги чегарасида бир неча рухсат этилган модалар киритилиши мумкин.

5.3-расм. Кўп модали оптик тола кесимида ёруғлик манбаидан берилаётган учта моданинг тарқалиши кўрсатилган (идеаллаштирилган расм).

Уларни ҳаммаси турли йўналишларда тарқалади ва узатувчи манбадан қабул қилгичга турли вақтларда етиб келади. 5.3-расмда қуйи тартибли мода 2 та қайтишга эга бўлса, юқори тартибли мода толанинг шу кесимида 7 та қайтишга эга. Натижада юқори тартибли мода энергияси қуйи тартибли мода энергиясига қараганда кечикади. Қабул қилинган импульслар йиғиндисида бир импульсни қўшни импульс интервалига тушишидан қўшни импульс хато қабул қилинади. Модалараро дисперсия кўп модали узатиш тизимларининг камчилиги ҳисобланади. Бу турдаги дисперсия бузилишларини бир модали толаларни қўллаш орқали бартараф этиш мумкин. Чунки ундан фақат битта асосий мода узатилади.

5.3. Хроматик дисперсия

Хроматик дисперсия ҳам дисперсиянинг бошқа турлари каби импульсларни кенгайиши туфайли ҳосил бўладиган бузилишларга олиб келади. Хроматик дисперсияни материал ва тўлқин узатувчи (тола) дисперсияларининг йиғиндиси ташкил этади:

D_x = D_м+ D_т. (5.2)

Хроматик дисперсия пикосекунд/нанометр*километр (пс/нм·км) да ўлчанади. (1 пс = 1·10^-12 с, 1 нм = 1·10^{-9 м )}. Бу 1нм кенгликдаги импульсни 1км узунликдаги тола орқали ўтгандаги пс да кенгайишидир. Масалан: бир модали стандарт толаларда 1550 нм тўлқин узунлигида хроматик дисперсия қиймати 17 пс/нм*км атрофида бўлади. Дисперсиянинг бу тури бир модали толаларга ҳам, кўп модали толаларга ҳам хос. Лекин бир модали толаларда кўпроқнамоён бўлади.

5.3.1. Материал дисперсияси

Материал дисперсияси тўлқин узунлигини тола материалининг синдириш кўрсаткичига боғлиқлиги билан аниқланади. Натижада тола материали орқали турли тўлқин узунликлари турли тезликларда узатилади. Синдириш кўрсаткичини аниқлаш формуласи:

n = c / c_{ш ,} (5.3)

бу ерда с- ёруғликнинг вакуумдаги тезлиги,

с_ш – тўлқиннинг тола материалидаги тезлиги.

Оптик тола асосан кварц шишасидан (SiO₂) ишлаб чиқарилади. Хар бир тўлқин тола материалидан турли тезликларда узатилади.

1-шаффофлик ойнасида катта тўлқин узунликлари катта тезликда, қисқа тўлқин узунликлари кичик тезликларда узатилади. Масалан: 865 нм тўлқин узунлиги 835 нм га нисбатан катта тезликда узатилади.

Бунга тескари 3-шаффофлик ойнасида қисқа тўлқин узунликлари катта тезликда, узун тўлқин узунликлари нисбатан кичик тезликда узатилади. Масалан: 1535 нм тўлқин узунлиги 1560 нм га қараганда тезроқузатилади.

2-шаффофлик ойнасининг 1310 нм тўлқин узунлиги нол дисперсияли тўлқин узунлиги дейилади. Чунки 1310 нм тўлқин узунлигида кварц шишасини синдириш кўрсаткичи минимал.

Материал дисперсияси бир модали толаларда дисперсияни асосий ташкил этувчиси ҳисобланади. Узатиш тизимларини тезликлари ошган сари битлар орасидаги интервал камаяди, натижада дисперсия ошади.

5.3.2 . Тўлқин узатиш билан боғлиқ дисперсия

Тўлқин узатиш билан боғлиқ (тола) дисперсия – бу импульсларни тарқалиш тезлигини тўлқин узунлигига боғлиқлигидир. Дисперcияни бу тури толани геометрик формасига ва синдириш кўрсаткичларини профилига боғлиқ.

Хар қандай реал нурланиш манбалари маълум частота полосасида тўлқин узунликларини нурлантиради десак, турли тўлқин узунлигига эга ёруғлик импульслари толадан турли вақт бўйича кечикиб келади. Натижада бошланғич импульслар бузилади. Сигналларни турли тўлқин узунлигида турли тезликларда узатилиши юқорида келтирилган эди.

Шунингдек юқорида айтиб ўтилгандек 1310 нм тўлқин узунлигида дисперсия қиймати минимал бўлиб, нолга тенг.

Дисперсияни нол қиймати сўниш қийматлари кичик бўлган 3-тиниқлик ойнасига сурилган. Бу кварц шишасини лигерлаш ёрдамида амалга оширилади. Бундай толалар силжиган дисперсияли толалар дейилади. Бу толалардан юқори тезликли тизимларда, шунигдек оралиқ пунклар сони кам бўлган сигналларни узоқ масофаларга узатишда қўлланилади. 5.4-расмда турли толалар учун хроматик дисперсия қийматларини тўлқин узунлигига боғлиқлиги келтирилган [7]. Узатиш линиясининг хроматик дисперсия қиймати қуйидагиларга сезгир:

· тандем боғланишлар сонини ва узатиш линияси узунлигини ошишига;

· узатиш тезлигини ошишига.

WDM тўлқин бўйича (спектр бўйича) зичлаштирилган тизимларда хроматик дисперсияга қуйидагилар таъсир қилади:

· каналлар орасида қадамни камайиши;

· каналлар сонини ошиши.

Хроматик дисперсияни камайтириш учун дисперсияни компенсациялаш усулларидан фойдаланилади.

5.4 – расм. Хроматик дисперсияни тўлқин узунлигига боғлиқлиги:

1 – тоза кварц шишасини хроматик дисперсия характеристикаси;

2 – силжиган дисперсияли толани хроматик дисперсия характеристикаси

5.4. Қутбланган мода дисперсияси

Бир модали оптик толаларда асосан битта асосий мода узатилади. Бироқ, қутбланишни ҳисобга олсак бир модали толаларда иккита мода узатилади. Улар бошланғич асосий моданинг ўзаро перпендикуляр қутбланган икки ташкил этувчиларидир. Бу ташкил этувчиларидан бири доминант ҳисобланиб, горизонтал Х ўқи бўйлаб, иккинчиси вертикал юзадан Y ўқи бўйлаб тарқалади. Х ўқидан узатилган мода Y ўқидан узатилган модага нисбатан тез етиб боргани учун Х ўқини “тез узатадиган ўқ”, Y ўқини “секин узатадиган ўқ” дейилади (5.5-расм) [7].

Сигнал идеал аниқ геометрияга эга толадан узатилганда эди, модалар қабул қилувчи пунктга бир хил тезликда, бир хил вақтда етиб борарди. Лекин, амалиётда толанинг геометрик ноидеаллиги, шунингдек турли механик ва оптик омиллар туфайли синдириш кўрсаткичларининг ассиметриясини юзага келиши сабабли икки ўзаро перпендикуляр қутбланган модалар вақт бўйича турлича кечикиши натижасида турли тезликларда тарқалади. Тола чиқишида бошланғич сигнални асосий модаси бузилган холда етиб келади. Икки ўзаро перпердикуляр қутбланган ташкил этувчи модаларни турли тезликларда тарқалишидан бошланғич сигнални бузилган холда қабул қилиниши қутбланган мода дисперсияси (ҚМД) ҳисобланади.

Қутбланган мода дисперсияси (ҚМД)ни ҳосил бўлишига асосий сабаб бу тола ўзагининг геометриясини бузилиши, ноидеаллигидир. Тола ўзагини ноидеаллиги (оваллигини бузилиши), тола геометриясининг ўзгариши ишлаб чиқариш ёки фойдаланиш жараёнларида юзага келади. Шунингдек, қутбланган мода дисперсиясини ҳосил бўлишига олиб келадиган тола геометриясининг ўзгаришига толани букилишлари, толани жўнатиш учун махсус ғалтакларга ўраш, сўнг уни ётказишдаги механик ҳаракатлар ҳам таъсир қилади. Бу ҳаракатлар тола деформациясига олиб келади ва толани профилини ёки ўзакни қобиқ марказида жойлашувини бузади.

Қутбланган мода дисперсияси пикосекундда (пс) да ўлчанади. Тола дефектларини қўшилиши ва қутбланган мода дисперсияси билан ўзаро таъсирда бўлиши натижасида секциядан секциягача сигнал етиб боргунча қутбланган мода дисперсияси ошиб боради. Толани характерловчи бундай холдаги қутбланган мода дисперсияси пс/нм^-1/2 да ўлчанади. Бир неча секциялардан иборат трасса учун ҳар бир участкаларга мос келувчи қутбланган мода дисперсияларини ўртача квадратик йиғиндисини қўллаш керак.

Толали оптик алоқа тизимларига қутбланган мода дисперсиясини таъсири ушбу холларда ошади:

· каналда узатиш тезлиги ошганда;

· регенераторлар орасидаги масофа узайтирилганда;

· каналлар сони ошганда (DWDM)- зич спектр бўйича зичлаштирилган технология қўлланилганда.

Толани ишлаб чиқариш жараёнини қатъий назоратга олиш билангина қутбланган мода дисперсияси қийматини камайтириш мумкин.

5.5 –расм. Қутбланган мода дисперсиясининг ҳосил бўлиши.

5.5. Дисперсияни камайтириш усуллари

Дисперсияси қийматлари минимал бў лган DSF, NZDSF толаларини қўллаш дисперсияни камайтириш усулларидан биридир. Лекин, юқорида айтиб ўтганимиздек энг кўп фойдаланиладиган бу SF - стандарт толаларидир. SF толаларида хроматик дисперсия катта бўлгани учун бу толалар қўлланилганда DСF (Dispersion Compensating Fibter) дисперсияни компенсация қилувчи толаллардан фойдаланиш керак.

DСF-дисперсияни компенсацияловчи толалардан асосан хроматик дисперсияни камайтиришда, регенерациялаш секцияси узунлигини оширишда, паст тезликдан юқори тезликли тизимларга ўтишда, спектр бўйича зичлаштириш усулида қўлланилади. DСF толаларида дисперсия қиймати манфий бўлиб, катта қийматларга эга бўлади. Хроматик дисперсияси мусбат ишчи толага дисперсияси манфий DСF толаларини улаш натижасида дисперсия нолга яқинлашади, яъни компенсация қилинади (5.6-расм).

DСF толалари “Corning”, “Lucent Тechnologies”, “Sumitomo Еlectric” компаниялари томонидан ишлаб чиқарилмокда.

DСF толаларини қўллаш бир қанча муаммоларни туғдиради:

· дисперсияси мусбат ва манфий турли толаларни улаш, монтаж ва таъмирлашни мураккаблаштиради;

· DСF толалари ишчи толага қараганда катта йўқотишларни юзага келтиради, бу йўқотишлар, сўнишлар l=0,4-1,0 дБ/км бўлиб, узатиш линиясининг умумий йўқотишларига қўшилади;

· 10-12 км ишчи толани дисперсиясини компенсациялаш учун 1 км атрофида DСF толалари талаб этилади;

· ночизиқли эффектларни ошишига олиб келади.

Компенсациялаш самарали бўлиши учун, ишчи толани умумий дисперсия қийматини ва DСF толасини дисперсия параметрларини ўлчаш керак.

Камчиликларни йўқотиш мақсадида DСF толалари махсус модулларга жойлаштирилиб, улар узатиш тизимларининг устунларига ёки оптик кучайтиргичларнинг 1 ва 2 каскадлари орасига қўйилади. Бу дисперсияни компенсацияловчи модуллар DCM (Dispersion Сompensating Module) дейилади. Дисперсияни компенсация қилувчи модулларнинг DCM ўлчамлари хар хил бўлиши мумкин. Масалан, ‘’Corning‘’ B турдаги модуллари 235х235х40 мм, Д турдаги 267х267х40 мм, С турдаги 278х432х44мм, ‘’Sumitomo’’ фирмасининг 228х202х41 мм. Лекин бунда ҳам камчиликлар мавжуд:

· қўшимча йўқотишга олиб келади;

· қутбланган мода дисперсияси ҚМД қиймати ошиб кетади.

WDM тизимларида ва юқори тезликли тизимларда ҚМД қутбланган мода дисперсияси 0,1-0,2 пс/км^-1/2 дан ошмаслиги керак.

DCM модуллари қўлланганда юқоридаги камчиликларни эътибога олиш зарур.

5.6 –расм. DСМ модули ёрдамида дисперсияни компенсациялаш

5.6. Толали оптик кабеллар

Вазифасига кўра оптик кабеллар (ОК) магистрал, худудий ва шаҳар кабелларига бўлинади. Ётказиш шароитларига боғлиқ холда станция ва линия ОКлари телефон канализацияси каналларида, грунтда, сув остида ётказиладиган; устунларга осиладиган турларга бўлинади.

Толаларни тузилишига кўра монотолали ва жгутли ОК га бўлинади. Алоқа техникасида фақат монотолали ОК қўлланилади. Оптик толани тайёрлаш учун ишлатилинган материалга боғлиқ холда, «кварц-кварц» (ОТни ўзак ва қобиғи кварцдан тайёрланган) ва «кварц-полимер» (ОТ ўзаги кварцдан, қобиқ эса полимердан тайёрланган) турдаги ОК бўлиши мумкин. Линия кабеллари учун фақат «кварц-кварц» турдаги ОТ қўлланилади. ОТ ни бирламчи мустаҳкамловчи ҳимоя қоплама материалига боғлиқ холда, полиэтилен, полиамид, селикон, эпиталоксиал ва эпоксиакрилат қопламали кабелларга бўлинади. Линия ОК да асосан эпоксиакрилат қопламали ОТ, станция кабелларда полиэтилен қопламали ОТ қўлланилади.

ОТ қайси тўлқин узунлигига мўлжалланганлигига боғлиқ равишда 0,85; 1,3 ва 1,55 мкм тўлқин узунликларида ишлайдиган ОК га бўлинади.

Назорат саволлари

1. Оптик сигнални узатиш сифатига қандай омиллар таъсир қилади?

2. Оптик толанинг дисперсия бўйича бахоланиши нимага боғлиқ?

3. Дисперсия тушунчасини таърифланг.

4. Дисперсияни қандай турларини биласиз? Уларни таърифланг.

5. Модалараро дисперсияни таърифланг.

6. Хроматик дисперсияни таърифланг.

7. Қутбланган мода дисперсиясини таърифланг.

8. Дисперсияни камайтириш мақсадида қайси усуллардан фойдаланилади?

9. Толали оптик кабеллар вазифаси, тузилиши, тайёрланган материалига боғлиқ равишда қандай турларга бўлинади?

6- МАЪРУЗА

Режа:

1. Оптик нурланиш манбаларига қўйиладиган талаблар

2. Оптик сигнални узатувчи когерент ва нокогерент нурланиш манбаларининг ишлаш принциплари

6.1. Оптик нурланиш манбаларига қўйиладиган талаблар

ОА тизимлари нурланиш манбаларига қўйиладиган умумий талаблар қуйидагилар:

- нурланиш манбасининг тўлқин узунлиги оптик толаларнинг йўқотишларининг минимум спектрал тақсимланишларидан бирига тўғри келиши керак;

- манба тузилиши чиқишда бир мунча юқори қувватли оптик сигналларни нурланишини ва уни оптик толага самарали киришини таъминлаши керак;

- манба юқори ишончликка эга бўлиши ва кўп муддатга хизмат қилиши керак;

- ўлчамлари, оғирлиги ва сарф қиладиган қуввати минимал бўлиши керак;

- технологияларнинг оддийлиги арзон нархларни ва юқори ишлаб чиқарувчанликни таъминлаши керак.

Муайян тизим хусусиятлари нурланиш манбалари тавсифларига бир қатор ўзига хос талаблар қўяди. Бу талаблар бир модали оптик толадан фойдаланиш билан ахборотларни узоқмасофаларга узатадиган юқори тезликли тизимларда жуда қатъий ҳисобланади. Биринчи навбатда гап нурланишнинг спектрал тавсифлари хақида кетади. Бир модали оптик толада дисперсия туфайли нурланиш импульсларининг кенгайиши нурланишни спектр кенглигига ва сигналлларни узатиш тезлигига пропорционалдир.

Когерент усулли замонавий ОА тизимларида нафақат қисқа спектрли, балки λ₀ тўлқин узунлиги узоқмуддатга барқарор бўлган манбалар зарур. Агарда қўшни каналлар ўртасидаги спектр оралиғи катта бўлмаса, λ₀ тўлқин узунлигининг юқори барқарорлиги спектр бўйича ажратилган тизимларда ҳам зарур.

Табиийки, юқори тезликли тизимларда нурланиш манбаларининг динамик тавсифларига ҳам муҳим талаблар қўйилади. Бошқа параметрларини (мода таркиби, йўналиш диаграммаси ва бошқалар) жиддий ўзгаришисиз нурланиш фазаси, частотаси ёки жадаллигининг тўғридан-тўғри модуляцияланишига имкон берувчи оптик нурланиш манбаларидан фойдаланиш жуда қулай.

Нисбатан паст тезликда сигналларни яқин масофаларга узатувчи тизимларда: шаҳар, зона, бинолар ичида ва бошқа ОА тизимларда қўлланиладиган нурланиш манбаларининг тавсифларига нисбатан пастроқталаблар қўйилади. Бу тизимларда поғонали синдириш кўрсаткичли оптик толалардан фойдаланилади. Ўтказишни частота полосаси оптик толаларнинг модалараро дисперсияси орқали аниқланади. Шунинг учун юқорида айтиб ўтилган ОА тизимларида когерент манбалардан фойдаланиш ўз маъносини йўқотади.

ОА тизимлари учун оптик нурланиш манбаларининг уч синфи маълум: ярим ўтказгичли, толали ва хажмли микрооптик манбалар (микролазерлар). Уларнинг ҳаммаси у ёки бу даражада юқорида кўрсатилган талабларга жавоб беради, лекин фақат ярим ўтказгичли манбалар, яъни ёруғлик диодлари ва лазерлардан кенг фойдаланилади. Ярим ўтказгич нурланиш манбаларининг жадал ривожланиши биринчи навбатда юқори самарадорлик билан электр токи энергиясини бевосита оптик нурланишга айлантириши, юқори тезликда ток билан куч берилишидан нурланиш параметрларини тўғридан-тўғри ўзгартириш имкониятини мавжудлиги, оғирлик ва ўлчамларини кичиклиги каби ОА тизимлари учун муҳим бўлган ижобий хусусиятларнинг бирикувига боғлиқ.

6.2. Оптик сигнални узатувчи когерент ва нокогерент нурланиш манбаларининг ишлаш принциплари

Квант механикасидан маълумки, электронлар томонидан эгалланган энергиянинг қиймати узлуксиз хисобланмайди, балки дискрет ҳусусиятга эга. Энергетик холатларнинг дискретлиги электрон у ёки бу энергетик сатҳда жойлашган деб гапиришга асос бўлади. Ярим ўтказгичларда (6.1-расм) электронларнинг зичлиги нисбатан кўп ва шунинг учун кўплаб энергетик сатҳлар зона ташкил қилган ҳолда зич жойлашган. [4]

6.1-расм. Ярим ўтказгичларнинг энергетик сатҳлари.

Бундай зоналарнинг икки тури мавжуд: юқори-Е_с энергияли ўтказувчанлик зонаси, қуйи-Е_v валент электронлар зонаси. Бу зоналар орасида Е_q энергияли тақиқланган зона жойлашган.

Валент электронлар зонаси базавий (минимал) энергетик сатҳга мос келади деб ҳисобланади. Иссиқлик мувозанатида деярли ҳамма электронлар айнан шу зонада жойлашади, яъни электронлар ярим ўтказгич кристалл панжарасининг аниқжойларида тўпланади ва сақланиб қолинади. Агар электронларга ташқаридан энергия берилса, нима юз беради?- деган савол пайдо бўлади. Агар ярим ўтказгичнинг p-n ўтишига тўғри йўналишдаги силжитувчи кучланиш берилса, унда ўтиш жойи орқали электр токи ўта бошлайди. Агар ташқаридан бериладиган энергия миқдори кўп бўлса, унда паст энергетик сатҳда жойлашган баъзи электронлар қўшимча энергияни эгаллаган ҳолда юқори сатҳларга ўтади, яъни валент зонада тўпланган электронларнинг бир қисми ўтказувчанлик зонасига ўтади. Бу ярим ўтказгич ичида кўчиб юриб, жойлаша оладиган эркин электронларнинг пайдо бўлишига олиб келади. Бунда валент электронлар зонасининг бўшатилган жойларида мусбат зарядланган коваклар пайдо бўлади. Коваклар ва эркин электронлар яримўтказгичда токнинг ташувчилари ҳисобланади. Ярим ўтказгичдаги эркин электронлар кристалл панжара тугунлари ёки бошқа электронлар билан тўқнашиб, валент электронлар зонасига «қайтиб тушади» ва «электрон-ковак» жуфтлиги йўқолади.

Агар паст энергетик сатҳга ёки валент электронлар зонасига «қайтиб тушиш» тўқнашувсиз юз берса, ундай ҳолатларда электронлар томонидан йўқотилган энергия фотон кўринишда ажралиб чиқади. Нурланишнинг бундай жараёни спонтан нурланиш деб номланади.

n частота Е энергетик сатҳларнинг фарқи (Е_с-Е_v га тенг), яъни тақиқланган энергетик зона кенглиги билан аниқланади:

n=C/λ=E_q/h , (6.1)

бу ерда C-ёруғлик тезлиги, с=3х10⁸ м/сек;

λ-тўлқин узунлиги, мкм;

E_q-тақиқланган зона кенглиги;

h- Планк доимийси, h=6,626x10^-34 Дж.сек.

Бу формула Борнинг частота шарти дейилади. Ёруғлик жадаллиги «электрон-ковак» жуфтликлари сонига боғлиқ.

Спонтан оптик нурланиш ҳар қандай электроннинг бир энергетик сатҳдан бошқасига ўтишидан пайдо бўлади. Лекин ҳамма электронларнинг ўтиш вақти бир-бирига мос келмаганлиги учун нурланишнинг устма-уст тушиши юз беради ва амплитуда, фазалари ҳар хил бўлган оптик тўлқинлар пайдо бўлади. Бунинг натижасида эса частота бўйича ҳам бир турда эмаслик кузатилади. Бундан ташқари E_q энергиясининг энг кичик тебранишлари шундай даражада бўлмаса ҳам нурланишни частотавий ёйилиб кетишига таъсир қилади.

Шундай қилиб, оптик нурланиш электрон майдонини кучланганлиги вақт бўйича қуйидаги қонун бўйича ўзгаради (6.2, а-расм):

E(t)=(A+a(t) sin [2 ft+ φ(t)] , (6.2)

бу ерда a(t)-амплитуда тебраниши (амплитуда модуляцияси шовқинлари),

φ(t)-частота тебраниши (частота модуляцияси шовқинлари).

Ушбу нурланишни спектри 6.2, б-расмда кўрсатилган.

6.2-расм. Нокогерент ёруғлик тўлқинларининг тавсифлари:

а)-электр майдон кучланганлигининг вақт бўйича ўзгариши; b)-нурланиш спектри.

Агар ҳамма тебранишлар синфаз синусоидлардан иборат ва частота оғишлари йўқ бўлганда эди, спектр f частотали ягона линиядан ташкил топган бўлар эди. Мадомики, юқорида айтиб ўтилган ҳолатда частота титрашларига эга бўлинганлиги учун спектр бу титрашлар билан аниқланувчи Δf кенгликни эгаллайди. Спектр кенглиги нурланиш манбаининг монохроматиклигини тавсифловчи параметр сифатида қўлланилади. Спонтан нурланиш кам монохроматикликка эга бўлгани учун у нокогерент ёруғлик дейилади. Спонтан нурланишли нокогерент манбаларга ёруғлик диоди (ЁД) мисол бўлади.

Юқорида айтиб ўтилганлардан фарқли равишда синфаз оптик тўлқинларни нурлантирувчи манбаларга ёруғликнинг когерент манбалари дейилади. Уларнинг иши асосини ҳажмли резонатор билан эгалланган, ярим ўтказгичнинг спонтан нурланиши ташкил этади. Фабри-Перо резонаторлари кенг тарқалган бўлиб, Z ўқига перпендикуляр ўрнатилган иккита кўзгудан иборат (6.3, а-расм)[4]. Кўзгу мусбат тескари алоқа ролини бажаради. Ушбу конструкция Z ўқи бўйлаб нурларнинг тарқалишига тўсқинлик қилади. Шу тарзда кÿндаланг модалар сони камаяди.

6.3, б-расмда Z ўқи бўйлаб электр майдониинг тақсимланиши кўрсатилган[4].

6.3.-расм. Фабри-Перо резонаторининг умумий тузилиши

(а) ва Z ўқи бўйлаб электр майдонининг тақсимланиши (b)

Z ўқи бўйлаб электр майдонининг тақсимланишини кўриб чиқамиз. Электр майдон эгри тақсимланишининг Z ўқи билан кесишишлар сони N₂ жуда кўп деб ҳисоблаймиз. Бунда турғун тўлқинларининг мавжудлик шартидан келиб чиққан холда қуйидаги ифодага эга бўламиз:

(6.3)

бу ерда n – муҳитнинг синдириш коэффициенти; L – резонатор узунлиги;

ва мос равишда резонатордаги турғун тўлқинларнинг узунлиги ва частотаси.

(6.3) га мос равишда, стабил шароитлар фақат тўлқин узунликли ва частотали ёруғлик учун мавжуд бўлади. N₂ участкага бўлинган электр майдон ўзида N₂ тартибли бўйлама модани намоён этади. Nx ва Ny кўндаланг модалар ҳам мавжуд. Тўлиқ ҳолда N_x –, N_y – ва N_z – тартибли модалар мавжудлигини ҳам таъкидлаш мумкин.

Шу тарзда, резонаторда X, Y, Z ўқларининг иккала томонига йўналган, турли модалар қанча бўлмаслин, стабил шароит (резонанс шарти) фақат юқорида айтиб ўтилган электромагнетизм қонунларини қониқтирувчи ёруғлик учун ўрнатилади ва бу ёруғлик Nx –, Ny – ва Nz – тартибли модалар кўринишида қолишни давом эттиради.

Агар Nz қийматни фақат +1 га ўзгартирсак, унда (6.3) га мувофиқ ва N₂>>1 ни ҳисобга олиб, қуйидаги ифодани оламиз:

; (6.4)

(6.4) дан кўриниб турибдики, бўйлама модалар частотаси частота ўқида, га тенг бўлган бир хил интервалда жойлашган (6.4.–расм). Бўйлама модаларнинг бу интерваллари частота интерваллари дейилади.

6.4. - расм. Бўйлама модалар спектри.

Резонаторнинг мавжудлиги синфаз оптик тўлқинлар юзага келиш шароитини яратади. Натижада нурланиш спектри дискрет ёки когерент бўлади. Квант механикаси қонунларига кўра мусбат тескари алоқага эга резонаторларнинг бундай тузилишида нафақат спонтан нурланиш, балки индукцияланган (мажбурий) нурланиш деб ном олган жараён ҳам юз беради. Индукцияланган нурланишнинг моҳияти шундаки, агар ўтказувчанлик зонасида жойлашган электронга 6.1 - формуладан аниқланадиган f частотаси га тахминан тенг бўлган f_о частотали ёруғлик тушса, f_о частотали ва тушаётган ёруғлик йўналишидаги нурланиш пайдо бўлади. Шу усулда спонтан нурланишга индукцияланган нурланиш қўшилади. Кўзгулар орасида ҳосил бўлган индукцияланган нурланишни ҳар бир ўтишда у ярим ўтказгич муҳити билан кучайтирилади. Чунки янгидан-янги индукцияланган нурланишли ташувчилар рекомбинациясини чақиради.

Агар бундай тузилишда умумий йўқотишлар кучайишларга қараганда камроқ бўлса, унда мажбурий нурланиш генерациясини юзага келиши билан тавсифланувчи лазер эффекти ҳосил бўлади. Мусбат тескари алоқани таъминловчи кўзгуларни олиб ташлаш билан генерация тўхтайди, лекин спонтан нурланиш аввалгидек давом этиши мумкин. Спонтан ва индукцияланган (мажбурий) нурланиш принциплари ЛД-лазер диодларда ишлатилинади.

Мажбурий ёки индукцияланган нурланиш нурланадиган бўйлама модалар сонини камайтиради. Буни мисолда кўриб чиқамиз. Лазерда генерация спонтан нурланиш тури сифатида пайдо бўлгани учун лазерни нурланиш қуввати ва унинг частотаси спонтан нурланиш спектрига боғлиқбўлади. 6.5-расмда бўйлама модаларни спонтан (а), когерент (б) нурланишларининг спектрлари ва лазер генерацияси спектри кўрсатилган[4].

6.5-расм. Лазер тебранишларини спектри: а) - спонтан нурланиш спектри; b) - когерент нурланиш спектри; d) - лазер генерацияси спектри.

Лазерда тебранишларни қўзғалиш даражасини акс эттирувчи спонтан нурланиш спектрини бу тебранишларни кучайиш характеристикаси (кучайиш спектри) деб ҳисоблаш мумкин.

Лазерда тебранишларни ҳосил қилиш учун резонатордаги йўқотишларни компенсация қилиш ва оптик нурланишни кучайтириш учун керакли бўлган энергияни ташқи манбадан нурлантирувчи муҳитга киритиш керак. Генерация учун керак бўлган минимал кучайиш коэффициенти S_min ёки чегаравий кучайиш коэффициенти деб аталувчи йўқотишларни а мувозанатловчи қуйидагича ифодаланади:

S_min=а .

Бунда лазер генерацияси резонаторнинг бўйлама модаларини n_N частотасида пайдо бўлади. n_N частота Δn сохага киради. Шу тариқа, генерация бир ёки бир неча бўйлама модаларда бир вақтда юзага келиши мумкин. Бизни мисолимизда генерация икки модада (n₁; n_{2 )} ҳосил бўлган[4].

Генерация асосидаги спонтан нурланишнинг амплитуда тебранишлари ва частота титрашлари бу ерда сезиларли даражада бўлмай, лазер ёруғлигининг амплитуда ва частота модуляцияларининг шовқин сатҳини чегаралайди. Лазер нурланишининг спектр кенглиги ана шу шовқинлар билан аниқлайди, бироқ у нокогерент ёруғлик манбаининг нурланиш спектри кенглиги дан анча кичик.

Назорат саволлари

1. Оптик сигналларни узатувчи нурланиш манбаларига қандай талаблар қўйилади?

2. Спонтан нурланишнинг хосил бўлишини тушунтиринг.

3. Индукцияланган (мажбурий) нурланишни хосил бўлиш шартларини тавсифланг.

7-МАЪРУЗА

Режа:

Ёруғлик диоди (ЁД). Нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ва нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁДлари. ЁДларининг тавсиф ва параметрлари

7.1. Ёруғлик диоди (ЁД). Нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ва нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁДлари. ЁДларининг тавсиф ва параметрлари

Юқорида қайд этилганидек, ёруғлик диоди нокогерент оптик нурланишга мисол бўла олади. Бундай манбаларнинг асоси бўлиб, тўғри ўтишли ярим ўтказгич хизмат қилади (GaAs ва бошқалар). Унда ўтказувчанлик зонасидаги электронлар кристалл панжара тугунлари билан тўқнашмайди, яъни энергия миқдорини сақлаб валент электронлар зонасига ўтади ва коваклар билан қайтадан боғланади. Бундай ўтишда спонтан нурланиш вужудга келади.

GaAs ва бошқа бирикмалар асосидаги икки ёки ундан ортиқ элементлардан ташкил топган ярим ўтказгичлар кўпинча тўғри ўтишли ярим ўтказгичлар ҳисобланади ва ёруғлик осон нурлантирилади. Агар 3-4 турдаги элементлардан фойдаланилса (аралашма ярим ўтказгичлар), компонентларнинг ўзаро нисбатига мос ҳолда тақиқланган зона Е_q энергияси ўзгаради. Бу билан турли тўлқин узунликларини нурлантирувчи манбаларни яратишга имкон туғилади. Компонентларнинг ўзаро нисбатини ўзгаришидан синдириш коэффициенти ҳам ўзгаради. 7.1-жадвалда кимёвий бирикмалар асосида олинган ярим ўтказгичларнинг бир неча турлари берилган ва уларнинг оптик нурланиш диапазони кўрсатилган [4].

7.1-жадвал

Турли кимёвий бирикмалар

асосидаги ярим ўтказгич лазерларнинг нурланиш

соҳалари

AI, In, P ва Sb қўшимчаларга эга GaAs кристалларидан ташкил топган уч элементли кимёвий бирикмалар кенг тарқалган. Улар қуйидагича тасвирланиши мумкин:

Al_xGa_1-xAs, 0£x£1,

бу ерда х – компонент қисм (моляр масса).

Кўрсатилиб ўтилган бирикмалар λ<1 мкм ёруғликни нурлантиради. Агар InP асосида тўрт валентли кимёвий бирикма, масалан ln_x Ga_1-x As_y P_1-y тайёрланса, х ва у қисмлари нисбатидан келиб чиққан ҳолда нурланиш 1,0 дан 1,6 мкм тўлқин узунлиги оралиғида ўзгаради.

p-n ўтишли оддий ёруғлик диодининг ишлаш принципини кўриб чиқамиз (7.1-расм) [4].

7.1-расм. p-n - ўтишли ёруғлик нурлантирувчи диод

1-электрод.

Мувозанат ҳолатига қараганда, электрон ва коваклар концентрацияси юқори бўлганда нурланиш ҳосил бўлади. Бу ҳолатнинг қўзғалиши юқори ўтказувчанлик йўналишида p-n ўтиш орқали ташувчилар инжекцияси билан таъминланади.

n-соҳадан p-соҳага электронларни инжекциясида нурланишнинг юқори самарадорлигини таъминлаш мақсадида n-соҳани юқори легирлаш билан ва p ва n соҳалари хусусиятлари ўзгаргунча легирланган.

Инжекцияланган электронларни фақатгина маълум қисмигина нурлантириб рекомбинациялайди. Қолганлари нурланишсиз рекомбинацияларда йўқолади. Спонтан нурланиш бевосита ўтиш йўлида ҳамма йўналишлар бўйлаб p-соҳага боради. Бироқ, p-соҳада нурланишни маълум қисмигина ишлатилинади, устки юзада эса тушиш бурчагига боғлиқ ҳолда қисман ёки тўлиқ акс этади. p-n ўтишли турли материаллардан тузилган бундай ярим ўтказгичлар гетеротузилиш ёки гетероўтиш дейилади.

Нурланиш жадаллиги кучсиз холда узатиш бурчаги Ө га боғлиқ ва Ламберт қонуни орқали аниқланади:

J (Ө)=J₀ cos Ө ,

бу ерда J-нурлантирувчи юзага нормал йўналишдаги нурланиш жадаллиги.

Яъни бундай нурлантирувчи деярли йўналишга эга эмас. Уни йўналганлик диаграммаси кенглиги

ΔF(Ө)= J (Ө)/J₀ ,

нормал орқали юзага ўтувчи, ҳамма юза текислигида қувват ярим сатҳи бўйича, 120⁰ ни ташкил этади (7.2-расм)

7.2-расм. Ёруғлик диодининг йўналганлик диаграммаси.

Бундай манба учун тўлиқ нурланиш қуввати Р_о J(Ө) дан интеграл орқали аниқланади:

Р_о= J₀

Бунда оптик толага киритиш мумкин бўлган максимал қувват Р_с, сонли апертурадан аниқланади ва қуйидаги формуладан хисобланади:

Р_с= J₀ (NA)² = P_o (NA)². (7.1)

(7.1) формуладан кўриниб турибдики, ёруғлик диоди (ЁД)дан оптик толага киритиладиган қувват, унинг сонли апертураси квадратига пропорционал. NA қиймати 0,15...0,24 оралиқда танланади. Агар NA=0,2 га тенг бўлса, унда толага киритиш самарадорлиги 4% дан ошмайди, бу қувватни 14 дБга йўқотилишига мос келади.

Шу тариқа ЁДдан фойдаланиш нурланишни толага самарали киритиш муаммосини юзага келтиради. Бу муаммо нурланишни толага киритишни юқори коэффициентини таъминловчи махсус ёруғлик диодларини қайта ишлаш, шунингдек микролинзаларни қўллаш ёрдамида ҳал қилинади.

ЁДни асосий икки тури мавжуд: нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ЁД ва нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁДлари. Нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ЁД тузилиши 7.3-расмда кўрсатилган[4].

7.3-расм. Нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ЁД тузилиши: 1-оптик тола; 2-ёпиштирувчи таркиб; 3-электрод.

Оптик тола билан физик мослашув ва ёруғликни кучли ютилишини олдини олиш учун GaAs ли сохага чуқурча ўйилади. Нурлантирувчи сохани ўлчамлари металл контакт ўлчамлари билан аниқланади ва оптик тола диаметрига мос равишда танланади. Нурни оптик толага киритишдаги йўқотишлар мослаштирувчи қурилма қўлланилмаган холда толани NA сонли апертурасига боғлиқ бўлади ва 14...20 дБ ни ташкил этади. Мослаштирувчи қурилмаларни қўллаш бу йўқотишларни камайтиришга имкон беради.

Нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД тузилиши 7.4-расмда кўрсатилган. Нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД ларда иккиталик гетеротузилиш ишлатилади.

7.5 а ва b расмларда мос равишда бир томонлама чегарали гетеротузилиш БГТ ва икки томонлама чегарали гетеротузилиш ИГТ кўрсатилган. БГТли ЁД ларда тўғри силжитиш таъсирида электронлар р-n ўтиш орқали инжекцияланади, сўнг р(GaAs)-p(Al_xGa_1-xAs) ўтишни потенциал барьери билан тутиб қолинади.

4.4-расм. Нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД нинг тузилиши.

Нурланиш рекомбинацияси кўпинча d қалинликли актив сохада рўй беради. Хосил бўлган нурланиш тузилиш қатламларини турли синдириш кўрсаткичларидан ташкил топган тўлқин ўтказгичда тарқалади.

ИГТ анча юқори хусусиятларга эга. Бундай тузилишда актив нурланиш рекомбинацияси (7.5-расм) ўнг ва чапдаги потенциал барьерлар эвазига р-соҳада (GaAs) кузатилади. Хосил бўлган ясси симметрик тўлқин ўтказгич нурланишни амалда d соҳа доирасида юзага келишига ёрдам беради[4].

7.5-расм. Бир (а) ва икки томонлама (b) чегарали

гетеротузилишлар.

Нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) БГТ ва ИГТларни ишлатиш нурланишни юзада тарқалишини камайтиради. Нормал p-n ўтишда тахминан 30⁰ гача камайтиради. Ўтишга параллел юзада тўлқин ўтказиш самараси бўлмаган ҳолда нурланиш манбалари Ламберт қонунларига бўйсунади ва йўналганлик диаграммаси Ө=120⁰ кенглигича қолади. Нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ЁД ларга нисбатан нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД ларни нурланиш қуввати 2-5 марта кичик бўлади. Бироқ, нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД да тарқалиш бурчагининг кичиклиги, яъни йўналганлик диаграммасининг торлиги эвазига нурни оптик толага киритишда йўқотишлар кам бўлади ва NAга боғлиқ равишда 10...16 дБни ташкил этади.

ЁД ларнинг тавсифлари. Ёруғлик диодларининг хусусиятлари уларни ишлатиш нуқтаи назаридан нурланишни тўлқин узунлиги λ, нурланиш спектрини кенглиги Δλ, нурланиш қуввати Р, ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақти t ва нурланиш қувватининг йўналганлик диаграммаси Ө билан характерланади. Тузилиши ва ишлаб чиқарувчиларга боғлиқ ҳолда нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ЁД ларнинг нурланиш қуввати I_и инжекция токининг 100...200 мА қийматида бир нечадан 100 мВт оралиқгача ÿзгаради. Нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД ларда нурланиш қуввати 1...3 мВт га тенг.

7.6-расмда нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ва нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД ни нурланиш спектри берилган. Нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ЁД да λ=0,85 мкм да нурланиш спектри кенглиги Δλ=40 нм га, нурлантирувчи кесимли ЁД да λ=1,3 мкм да нурланиш спектри кенглиги Δλ=90 нм га тенг.

7.6-расм. Нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ва нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД нинг нурланиш спектрлари.

Алоқа тизимларида ЁД қÿлланиганда фақатгина инжекция токи I_и ни ÿзгартириш ёрдами билан нурланиш интенсивлигининг тÿгри модуляцияси ишлатилади. Инжекция токининг синусоидал ÿзгаришда оптик сигналнинг ÿзгарувчан ташкил этувчиси қуйидаги кÿринишга эга бÿлади:

Р=h·n·η_ички· I_и /е^(1+jwt), (7.2)

бу ерда η_ички – ички квант самарадорлиги; t-ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақти. t қиймати қуйидагича аниқланади:

1/t=1/t_н+1/t_н-_сиз,

бу ерда t_н ва t_н-сиз мос равишда нурланишли ва нурланишсиз ÿтишлар билан аниқланадиган, ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақти.

Материалнинг ички квант самарадорлиги қуйидаги ифода орқали аниқланади:

(7.3)

7.7-расм. ЁД учун нурланиш қувватининг частотага боғлиқлиги:

1-нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ЁД учун; 2-нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД учун.

7.7–расмда кўрсатилган, нурланиш қувватининг модуляция частотасига боғлиқлигини қўллаган холда, нурланиш частотасининг максимал қийматини аниқлаймиз.

7.7–расмда кўрсатилгандек, нурланиш қуввати n_max гача доимий ҳисобланади (тахминан 25 МГц гача) ва n_max=1/(2πτ) ёки

n_max=1/τ

сифатида аниқлайди.

n_max дан юқори частоталарда нурланиш манбаининг самарадорлиги камаяди. τ қийматни камайиши чегаравий частотанинг ортишига олиб келади. Лекин нурланишсиз рекомбинацияларда яшаш вақти - τ_н-сиз нинг камайиши ҳисобигам ни камайиши, юқори частоталарда оптик қувватнинг ортишига олиб келмайди чунки мадомики, ички квант самарадорлик камаяди. Буни (7.5) дан аниқлаш мумкин, чунки

n_max=1/(2pτ)=1/(2p·η_ички· τ_н).

Имкон қадар нурланишларда яшаш вақти τ_н ни камайтириш керак. Бунда қуйи частота модуляциясидаги квант самарадорлиги каби юқори частота чегараси ҳам ортиб боради. Легирлаш даражасини ошириш ва инжекция сатҳини ошириш йўли билан τ_н қийматини камайтириш мумкин. Демак, икки томонлама чегарали гетеротузилишили ИГТ нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД да самарадорликни камайтирмасдан 4 марта катта модуляция полосасини (100 МГц) олиш мумкин (7.7–расм).

Шу тарзда, ЁД лар аналог узатиш тизимларининг ҳамма чизиқли сигналлари билан модуляцияланиши мумкин.

ЁД ни энг муҳим параметрлари бу унинг ишончлилиги ва хизмат қилиш муддатларидир. Ёруғлик диодларидан узоқ вақт фойдаланиш натижасида нурланиш қуввати камаяди. Харорат 10-20⁰ С га ошса, хизмат муддати икки баробар қисқаради. Алоқа тизимларида фойдаланиш учун хизмат муддати ер алоқа линиялари учун 10⁵ соатни ва сув ости алоқа линиялари учун 10⁶ соатни ташкил этиши керак.

Ярим ўтказгич ЁД лар кичик кириш қаршиликли асбоб ҳисобланади ва катта ток сарфлайд, шунинг учун уларни қўзғатиш учун, катта ток ва талаб этиладиган чизиқлиликни таъминловчи, кичик омли транзисторларни қўлланиши керак. 7.8 – расмда ЁД ларни транзисторларнинг коллектор занжирига улаш мумкин бўлган схемалардан бири келтирилган.

7.8-расм. ЁД ни транзисторнинг коллектор занжирига улаш схемаси

7.8 – расм. ЁД ни транзисторнинг коллектор занжирига улаш схемаси. Модуляциялайдиган сигнал транзистор базасига тушади ва коллектор токини бошқаради. Коллектор токи бир вақтда ёруғлик диодининг инжекция токи ҳисобланади. R1 ва R2 қаршиликлар ёрдамида ёруғлик диоди орқали оқиб ўтадиган, бошланғич токнинг керакли қийматини танлаш мумкин. Модуляциянинг реал схемалари, қоида бўйича, стабиллаштириш режими занжири ва тескари алоқа занжирларини улайди. У ЁД ларнинг ватт ампер тавсифларининг ночизиқлилигини камайтиради.

ЁД лар учта тиниқлик ойналари 850, 1310 ва 1550 нм да ишлатиш учун ишлаб чиқарилади. Лекин, улар кўпроқ 850 ва 1310 нм да қўлланилади. ЁД ларни ишлаб чиқариш лазер диодларига қараганда арзон.

Тузилишининиг таққосий соддалиги, юқори ишончлилиги ва нурланиш тавсифларининг температурага кучсиз боғлиқлиги, нурланиш спектрининг кенглиги (60 нм гача), нурлантирувчи частота оралиғининг торлиги (100-200 МГц) ва тезкор эмаслиги сабабли ЁД лар асосан паст тезликли тизимларда ахборотларни яқин масофага узатишда қўлланилади.

ЁД ларнинг асосий параметрларининг ÿртача қийматлари 7.2-жадвалда берилган

7.2-жадвал

ЁД ларнинг асосий параметрлари

Параметрлари	Бирлиги	850 нм	1310 нм	1310 нм	1550нм
Нурланиш линиясининг кенглиги	нм	40	50	40	60
Чиқишдаги қувват	мкВт	50	60	20	40
Оптик тола ÿзагининг диаметри	мкм	50	50	9	9
Сонли апертура	б/р	0,2	0,2	0,16	0,16

Назорат саволлари

1. ЁД нинг қандай турларини биласизлар ва уларнинг фарқи нимада?

2. ЁД ва унинг иш принципини тушунтиринг.

3. Нурлантирувчи юзали (сиртдан нурлантирувчи) ЁДнинг тузилиши ва хусусиятларини тавсифланг.

4. Нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД нинг тузилиши ва хусусиятларини тавсифланг.

5. ЁДнинг ватт-ампер, вольт-ампер, ва спектрал характеристикаларини тушунтиринг.

6. ЁД нурланишининг йўналганлик диаграммаси ва уни яхшилаш усулларини таърифланг.

7. Нима сабабли гетеротузилишлар қўлланилади?

8. ИГТ – икки томонлама чегарали гетеротузилиш қандай хусусиятларга эга?

8-МАЪРУЗА

Режа:

1. Лазер диоди (ЛД), унинг тавсиф ва параметрлари.

2. ЛДнинг турлари: кўп модали ёки Фабри-Перо резонаторли лазерлар, бир модали лазерлар, тақсимланган тескари алоқали ярим ўтказгич лазерлар, тақсимланган Брэгг кÿзгули лазерлар, ташқи резонаторли лазерлар

3. Оптик сигнални узатувчи модул

8.1. Лазер диоди (ЛД), унинг тавсиф ва параметрлари

Лазер диодлар (ЛД) одатда узоқ масофали ва юқори тезликли (155 Мбит/с дан юқори) оптик тизимларида қўлланнилади.

ЛДларнинг тавсифлари. ЛДлар хизмат муддати, нурланиш қуввати ва уни ташқи инжекция токига боғлиқлиги, нурланишни йўналганлик диаграммаси Ө ва нурланиш спектри, хизмат муддати билан тавсифланади. ЛД ЁД га қараганда ташқи инжекция токини катта қийматларида ишлайди. Ташқи инжекция токи I_u ошиб, чегаравий I_ч қийматга етгач, генерация, қачонки тузилишдаги йÿқотишлар кучайишларга тенг бÿлганда ёки лазер эффекти юзага келади, яъни индуцияланган (мажбурий) нурланиш ҳосил бўлади. Бу нурланиш юқори когерент бўлгани учун, ЛДни нурланиш спектри кенглиги ЁД га нисбатан тор. ЛДни нурланиш спектри 1-2 нм, ЁД ни нурланиш спектри эса 30-50 нм. Нурланиш қувватини ташқи инжекция токига боғлиқлигини ЛДни ватт-ампер характеристикасидан кўриш мумкин. 8.1-расмда ЛД ва ЁД ларни ватт-ампер характеристикалари кўрсатилган. Кичик ток қийматларида ЛДда кучсиз спонтан нурланиш юзага келади, у самарасиз ёруғлик диоди сифатида ишлайди. Юқорида айтиб ўтилгандек, ток қиймати чегаравий ток I_ч қийматидан ошганда нурланиш қуввати Р_нур кескин ошиб, когерент мажбурий нурланиш ҳосил бўлади.ЛДнинг нурланиш қуввати 1-100 мВтни ташкил этади[11].

8.1-расм. Ватт-ампер характеристикалар: 1 - лазер диоди учун; 2 - ёруғлик диоди учун.

Расмдан кўриниб турибдики ватт – ампер тавсифи ночизиқдир. Шу сабабли, ватт – ампер тавсифини чизиқлаштиришнинг махсус чораларини қўлламасдан, лазернинг инжекция токини аналог сигнал билан ўзгартириш йўли билан чиқиш нурланишини модуляциялаш амалий қўлланилмайди.

Одатда инжекция токини ва мос равишда лазернинг чиқиш оптик қувватини модуляциялашнинг қўлланилади. Шуни алоҳида айтиш керакли, лазер чегараланган пик қувватли нурланиш манбаи ҳисобланади. Бу накачка токининг катта қийматларида қувватни камайиб бориши билан боғлиқ. ЛД га хос яна бир муҳим хусусиятни айтиб ўтамиз: атроф муҳит температураси ўзгарса, ватт – ампер характеристикаси сурилади (8.2 – расм).

8.2-расм. Лазер диоднинг ватт-ампер характеристикасининг температурага боғлиқ равишда ÿзгариши.

Бу чегаравий ток ва чиқиш қуввати қийматларининг ўзгаришига олиб келади.

Бу камчиликни бартараф этиш учун компенсациялашнинг электр схемалари, шунингдек микросовутгичнинг ишини бошқарувчи, термокомпенсациялаш схемаларидан фойдаланилади.

8.3 – расмда ЛД оптик нурланишининг йўналганлик диаграммаси кўрсатилган.

Расмдан кўриниб турибдики, лазер нурланишининг диаграммаси носимметрик. қувватнинг ярим сатҳида ўлчанганда унинг кенглиги ўтишга параллел юзада 20⁰ дан кичик ва перпендикуляр юзада 40⁰ дан катта (8.3,а–расм). 8.3,б–расмда ўзаро перпендикуляр йўналишларда нурланиш қувватининг бурчакка боғлиқлиги кўрсатилган.

8.3-расм. Оптик нурнинг лазер диоддаги йÿналганлик диаграммаси: а) параллел ва перпендикуляр юзалардаги нурланиш кенглиги; b) ÿзаро перпендикуляр йÿналишларда нурланиш қувватининг бурчакка боғлиқлиги.

Йўналганлик диаграммаси эллипс конус кўринишига эга. Генерацияланадиган нурланишнинг етарли катта ёйилганлиги, уни кичик сонли апературали оптик толага самарали киритишга тўсқинлик қилади. Бунинг учун махсус мослаштирувчи қурилмаларни қўллаш талаб этилади.

Магистрал ТОА линияларида асосан сигналлар 1,3 ва 1,55 мкм тўлқин узунликларида узатилади. 1,55 мкм тўлқин узунлигида сўниш қийматлари кичик бўлгани учун ретрансляциясиз (L=100км) узун участкаларда ана шу тўлқин узунликдаги оптик узатиш манбаларидан фойдаланиш самаралидир. Магистрал алоқа линиялари кабеллари бир модали толалардан иборат бўлгани учун ҳам ЛДдан фойдаланиш керак. Чунки ЁД га қараганда ЛДнинг нурланишини йўналганлик диаграммаси тор. Бу нурланишни толага киритишни осонлаштиради[1].

Россиянинг «Нолатех» компанияси томонидан ишлаб чиқарилаётган ЛДларнинг асосий параметрлари 8.1-жадвалда берилган. 8.2-жадвалда эса 1шаффофлик ойнасида қўлланиладиган ЛДларнинг асосий параметрлари келтирилган (11).

8.1-жадвал

Лазер диодларнинг параметрлари

ЛД турлари	Р0,мВт	Iч,мA	Iишчи,мA	Тÿқин узунлиги, нм
ЛД- 1064- 10	10	20	50	1064
ЛД- 1064-20	20	20	70	1064
ЛД- 1064-30	30	20	100	1064
ЛД- 1064-40	40	20	130	1064
ЛД- 1064-50	50	20	150	1064
ЛД-1064-100 импульсли режимда	100	30	500	1064
ВД- 1300-5	5	10	35	1310
ЛД- 1300- 10	10	10	40	1310
ЛД- 1300-20	20	10	60	1310
ЛД- 1300-30	30	10	90	1310
ЛД- 1300-30	30	10	90	1310
ЛД- 1300-40	40	10	150	1310
ЛД- 1300-50	50	20	200	1310
ЛД-1300-100, импульсли режимда	100	30	700	1310
ЛД-1550-5	5	15	50	1550
ЛД- 1550- 10	10	15	70	1550
ЛД- 1550-20	20	15	100	1550
ЛД-1550-30	30	30	150	1550
ЛД-1550-100, импульсли режимда	100	30	700	1550

8.2-жадвал

Биринчи шаффофлик ойнаси учун ЛДларининг асосий параметрлари

Модель	Тÿлқин узунлиги, нм	Чиқишдаги қуввати, мкВт	Ишчи ток, мА	ишчи кучланиш, В	Чегаравий ток, мА	Спектр узунлиги, нм	Ишчи температура, ^0С
ИЛПН-780А	770-800	30-35	60-80	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-780Б	770-800	40-45	70-100	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-780В	770-800	30-35	90-140	1,8-2,4"	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-820А	800-870	30-35	60-80	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-820Б	800-870	40-45	70-100	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-820В	800-870	30-35	90-140	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-820-80	800-870	80-85	120-160	1,8-2,4'	15-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-820-100	800-870	30-35	90-140	1.8-2,4	15-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-1 12-250	808-812	250-300	650-800	1,9-2.2	250-350	0,1-3	-40…+50
ИЛПН-1 12-500	808-812	500-600	900-1000	1,9-2,2	250-350	0,1-3	-40…+50
ИЛПН-И2-1000	808-812	1000-1100	1450-1650	1,9-2,2	250-350	0,1-3	-40…+50
ИЛПН-900А	930-970	40-45	70-90	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-900Б	930-970	60-65	100-120	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-900В	930-970	80-85	110-150	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-900-100	930-970	100-105	160-200	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-980А	975-985	50-55	80-100	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50
ИЛПН-980Б	975-985	100-105	140-200	1,8-2,4	20-40	0,1-2	-40…+50

8.2. ЛДнинг турлари

ЛДнинг бир неча турлари мавжуд:

- кўп модали ёки Фабри-Перо резонаторли лазерлар;

- бир модали лазерлар;

- бир модали тақсимланган тескари алоқали (DFB) лазерлар;

- тақсимланган Брэгг акс этишли лазерлар;

- ташқи резонаторли лазерлар.

8.2.1. Кўп модали ёки Фабри-Перо

резонаторли лазерлар

GaAs ёки InP ярим ўтказгич турларидан бири асосида тайёрланган, кристаллнинг икки қарама-қарши кўндаланг кесимига перпендикуляр бўлган p-n ўтишли параллелепипед кўринишидаги оддий ЛД тузилиши 8.4-расмда тасвирланган.

8.4-расм. p-n ўтишли, Фабри-Перо резонаторли

лазер диоди.

Акс эттирувчи параллел, кўндаланг юзалар Фабри-Перо резонаторларини ташкил этади. Ташувчилар рекомбинацияси ўтиш текислиги яқинида амалга ошади ва Фабри-Перо резонаторлари ҳисобига мусбат тескари алоқа ҳосил қилинади. Кўндаланг юзалардан акс этиш хавонинг ва ярим ўтказгичнинг n синдириш кўрсаткичларини фарқланиши билан тушунтирилади. Номақбул йўналишларда генерация юзага келмаслиги учун нурлантирмайдиган юзаларнинг ғадир-будирлиги таъминланиб, уларнинг дағаллашувига эришилади [4].

8.1-расмда кўрсатилгандек нурланиш манбаларининг ватт – ампер тавсифида инжекция токи қиймати чегаравий қийматга етиб генерация, яъни лазер эффекти ҳосил бўлганда тузилишда тўлиқ оптик кучайиш тўлиқ йўқотишларга тенглашади.

Тўлиқ йўқотишлар узунлик бирлигида α коеффициент билан тавсифланадиган ички йўқотишлардан ва кўзгудан акс этиш коэффициентлари р₁ ва р₂ билан аниқланадиган, резонатор охирларидаги йўқотишлардан иборат. Резонаторнинг L узунлигида генерациянинг юзага келиши учун, муҳит узунлик бирлигида қуйидаги шарт билан аниқланадиган S кучайишга эга бўлиши керак:

Одатда Ga As асосидаги инжекцион лазер учун р₁=р₂ =0,3. Токнинг чегаравий зичлигини қуйидаги ифода орқали бахолаш мумкин, А/см²

бу ерда DЕ – спонтан нурланиш линиясининг энергияси; d-актив соҳа қалинлиги;

DЕ_q - ярим ўтказгич таъқиқланган зонасининг энергияси; g - муҳитнинг кучайиш коэффициентини температуравий боғланишини ҳисобга олувчи, кўпайтувчи.

Гомолазер учун, уй температурасида генерация чегарасига эришиш учун, I_ч нинг чегаравий зичлиги 30 ... 100 А/см² бўлиши керак. Бу қуйидаги сабаблар билан тушунтирилади:

1) n турдаги ярим ўтказгичдан р-п ўтишга инжекцияланадиган электронларни бир қисми, ўзининг катта диффузия узунлигидан актив сохага сакраб ўтади ва индукцияланган (мажбурий) нурланишнинг ҳосил бўлиш жараёнида қатнашмайди;

2) актив сохадаги рекомбинация натижасида ҳосил бўлган нурланиш, ўлчамлари актив сохадан ошадиган қуйи сифатли ёруғлик ўтказгичда тарқалади. Актив сохадан ташқарида эгалланганлик инверсияси (инверсия населенности) шарти бажарилмайди ва нурланиш интенсив ютилади.

Ток зичлигининг жуда катталиги кристаллнинг ортиқ қизиб кетишига ва унинг тезда бузилишига олиб келади. Кристалл температураси суюқ азот температурасигача камайтирилганда лазер узоқ муддат хизмат қилиши мумкин.

Гомолазер мисолида фақатгина мажбурий нурланиш механизминигина кўриб чиқиш мумкин, лекин уни ТОА тизимларида қўллаш амалий мумкин эмас. ТОА тизимлари учун лазер диоди нормал ташқи шароитларда модуляциялайдиган ток билан барқарор, мустаҳкам ишлаши керак. Ток зичлигининг ташқи совитишни талаб этмай, камайиши ва бошқа тавсифларни яхшиланиши кўп қатламли ярим ўтказгичлар – гетеротузилишлар ҳисобига эришилган. ИГТ ли ЛДда I_ч қийматини 1...2 А/см² гача камайишига эришилади.

Агар ҳамма юзаси бўйлаб кенг контактли БГТ ли ва ИГТ ли ЛД да ток зичлиги оширилса, у ҳолда генерация аввал 3...5 мкм кенгликли кичик сохада юзага келади. Ток оширилиши билан бундай сохалар кўпайиб боради, улардан ҳар бири мустақил генерацияланадигандек ҳисобланади. Бу шовқинларнинг ортишига, нурланишни ностабиллигига ва ёйилиб кетишига олиб келади.

Амалиётда битта генерация каналига эга бўлиш мақсадга мувофиқ. Бунга резонатор бўйлаб актив сохани ингичка полоскадай чегаралаш ҳисобига эришиш мумкин. Бундай ЛД I_ч лар полоска геометрияли лазерлар дейилади. Уларда I_ч ток 500 мА/см² гача камаяди, нурлантирувчи юзани кичик сонли апертура – NA ли га оптик толага нурланиши самарали киритишни таъминловчи ўлчамларгача тайёрлаш мумкин ва нурланиш стабиллигини ошириш мумкин. Полоскали контактни бир неча усуллар ёрдамида тайёрлаш мумкин. 8.5 – расмда полоскали контактни тайёрлаш мисоллари келтирилган.

8.5-расм. Полоскали контактни тайёрлаш усуллари: а- мезаполоска тузилишли лазер; в- протон портлатиш билан ҳосил қилинган контакт; д)чўктирилган структурали лазер.

Расмда кўрсатилган тузилишларнинг ҳаммаси n ва р турдаги Ga As актив қатламга эга, Ga As ли актив қатлам бир томондан р турдаги AlGa As

қатлам билан чегараланган. р- турдаги AlGa As қатлам бошқа n турдаги чегараловчи қатламдан инжекцияланадиган электронлар учун потенциал тўсиқ ҳосил қилади. р ва n турдаги Ga As қатламлар омик ва иссиқлик контактларини яхшилаш учун мўлжалланган. 8.5,а – расм да мезаполоска тузилишли лазер тасвирланган. Бундай тузилиш бир неча қатламларни емириш (стравление), сўнг уларни изоляциялаш ва металл контактни чангитиб юбориш билан ҳосил қилинади. 8.5,б – расмда, полоскадан ташқарида актив сохани бузадиган, протонли портлатиш билан ҳосил қилинган полоскали контакт тасвирланган. 8.5,в – расмда чўктирилган (погруженный) тузилишли полоскали контакт кўрсатилган. Бундай тузилиш n турдаги қатламга мезотузилишларни чўктириш йўли билан яратилади. Чўктирилган тузилишли ЛД ларда чегаравий токнинг кичик қийматлари (Iч = 5…10 мА/см2) ва кичик чиқиш қувватлари (Pчиқ = 0,5…2 мВт) кузатилади. Бундай кичик қийматлар нурлантирувчи юза ўлчамларининг кичиклиги, 1...2 мкм дан ошмаслигидандир.

Фабри-Перо резонаторли ЛДлар кўп модали лазерлар ҳам дейилади. Чунки улар бир неча модаларни нурлантиради (8.6,а-расм).

8.6,а-расмдаги катта амплитудали мода – бу тўлқин узунлигининг асосий модаси, кичик амплитудали модалар – ён модалари ҳисобланади. Ён модалар ораси тахминан 1 нм га тенг. Лазер нурланиш модуляциясида нафақат асосий мода, шунингдек ён модалар ҳам модуляцияланади. Бундай лазерларда оптик нурланишнинг тўлиқ спектр кенглигини ярми 4-5 нм га тенг [6].

8.6-расм. Лазер диодларнинг нурланиш спектрлари: а) - кўп модали ЛД нурланиш спектри; b) - бир модали ЛД нурланиш спектри.

Спектрнинг кенглиги дисперсияни ошишига олиб келади. Фабри-Перо резонаторли, кўп модали лазерлар жуда юқори техник тавсифларга эга эмас. Лекин тузилиши содда бўлгани учун нарх-самарадорлик нуқтаи назаридан, бундай лазерлар жуда юқори тезликлар талаб этилмайдиган ОА тизимларида қўлланилади.

Айтиб ўтиш жоизки, бир модали нурланиш режимида бўлиб, Δλ кичик бўлса ҳам узатиш тезлиги ошиши билан Фабри-Перо резонаторли ЛД модаларида қувватни қайтатдан тақсимланиши кузатилади [1]. Бунда ҳар бир алоҳида модани қуввати сезиларли даражада ўзгариши мумкин. Лазер сигнали тола бўйлаб узатилганда, тўлқин узунлигига боғлиқ бўлган гуруҳли кечикиш (хроматик дисперсия)ни ҳисобга олсак, модалар бўйлаб қувватни тақсимланиши чиқишда шовқин сатҳини ошишига [6] ва Δλ спектрни динамик кенгайишига (1-2 ГГц частота модуляциясида 10 нм гача) [1] олиб келади. Юқори тезликли тизимларида бу секция узунлигини чегараловчи асосий омил бўлиши мумкин [6].

Оптик резонаторларни ташкил қилиш усули билан фарқланувчи, маълум даражада оддий Фабри-Перо резонаторларининг такомиллашуви ҳисобланган бошқа мукаммал ЛДларда бу камчиликлар мавжуд эмас[1].

8.2.2. Бир модали лазерлар

Юқорида айтиб ўтилганидек, кўп модали лазерларда нурланиш спектрининг кенглиги дисперсия қийматини ошишига олиб келади. Бу камчиликни бартараф этиш учун бир модали лазерлардан фойдаланиш талаб этилади. Бир модали лазерларда модани ўзини нурланиш спектри тор бўлиб, Δλ=0,1-0,4 нм ни ташкил этади (4.13,б-расм). Бундан ташқари, агар бир модали лазер тўғри созланган бўлса, унда биринчи ён мода асосий модадан жуда бўлмаганда 30 дБ га паст бўлиши мумкин [6].

8.2.2.1. Тақсимланган тескари алоқали

ярим ўтказгич лазерлар

Тақсимланган тескари алоқали ярим ўтказгич лазер диоди (ТТА-ЛД, DFB) Фабри-Перо ясси резонаторининг такомиллашган тури бўлиб, уларнинг икки қатлами ўртасида (одатда n-InP ва n-InGaAsP қатламлари ўртасида) даврий дифракцион панжара жойлашган бўлади (8.7-расм).

Бу билан синдириш кўрсаткичларининг даврий бир турда эмаслиги ҳосил қилинади, бу эса тўлқин тарқаладиган актив соҳа қалинлигини даврий ўзгаришига олиб келади.

Инжекция токи

8.7-расм. Тақсимланган тескари алоқали ярим ўтказгич лазер.

Тескари алоқа резонаторлар юзаси узунлиги бўйича тақсимланган бўлади. Бу турдаги лазерларни тузилиши тескари алоқа механизми эвазига тўлқин узунлигини танлаш имконини яратади. Дифракцион панжара қадами билан аниқланадиган, қайд этилган тўлқин узунликларидагина тескари алоқа ҳосил бўлади, яъни фақатгина панжара давридан қисқа бўлган тўлқин узунликлар қолади [4]. Бу билан резонаторларда қўзғаладиган модалар сони камаяди ва фақатгина юқори қувватли, қисқа спектрли асосий модали сигналнигина узатишга имконият яратилади.

Дифракцион панжара диод ичида жойлашган бу турдаги лазерларни ишлаб чиқариш технологияси мураккабдир.

8.2.2.2. Тақсимланган Брэгг кÿзгули лазерлар

Тақсимланган Брэгг кÿзгули лазерларда (TБК-ЛД, DBRлазерлар) дифракцион панжара актив соҳадан ташқарида жойлаштирилади (8.8-расм) [1].

8.8–расм. Тақсимланган Брэгг кÿзгули лазер.

Тақсимланган тескари алоқали ярим ўтказгич лазерларга нисбатан бундай лазерларда ягона асосий модани генерацияси одатий холдир. Бундай тузилишли лазерларда хаттоки юқори тезликли модуляцияда ҳам модаларни бирдан ўзгариши кузатилмайди, аксинча фақатгина битта асосий мода ҳосил бўлади. Бу эса тақсимланган Брэгг кÿзгули лазерларни бир модали оптик толаларда ва каналлари спектр бўйича зичлаштирилган узатиш тизимларда нурланиш манбаи сифатида ишлатилишига қулайлик яратади [4].

8.2.2.3. Ташқи резонаторли лазерлар

Ташқи резонаторли лазерларда бир ёки иккала кўндаланг ёни акс эттиришни камайтирувчи, махсус қатлам билан қопланади ва мос равишда ярим ўтказгич актив соҳасини атрофида битта ёки иккита ойна қўйилади. 8.9-расмда битта ташқи резонаторли лазер кўрсатилган.

8.9–расм. Битта ташқи резонаторли лазер.

Акс этишни камайтирувчи қоплама акс этиш коэффициентини тахминан тўрт тартибга камайтиради, актив қатламни бошқа кўндаланг ёни эса 30% гача ёруғлик оқимини акс эттиради. Акс эттирувчи дифракцион панжара ойна ва дифракцион панжарадан ташкил топган.

Ойна дифракцион панжара вазифасини тўлдиради. Ойна ва актив элемент ўртасида тескари алоқани яхшилаш учун линза ўрнатилади.

Акс эттирувчи дифракцион панжарагача бўлган масофани ошириб ёки камайтириб, шунингдек панжарани буриш ҳисобига панжара қадамини ўзгартириш орқали нурланиш тўлқин узунлигини бир текисда ўзгартириш мумкин. Шунинг учун бундай лазерлар созланувчан лазерлар дейилади. Бу лазерларда тўлқин узунлигини 30 нм оралиқгача ўзгартириш мумкин. Ташқи резонаторли лазерлар спектр бўйича зичлаштириш аппаратураларини ва ТОА учун ўлчов қурилмаларини яратишда жуда керакли ҳисобланади [1].

8.3. Оптик сигнални узатувчи модул

Оптик сигнални узатишни ташкил қилиш учун фақатгина нурланиш манбасининг ўзи етарли эмас. Бунинг учун оптик сигнални узатувчи модул (ОУзМ) ишлатилинади. ОУзМнинг асосий вазифаси нурланадиган ёруғликни модуляциялаш ҳисобланади.

ОУзМнинг асосий тавсифлари қуйидагилар ҳисобланади: ишчи температура диапазони, нурланиш қуввати, нурланиш тÿлқин узунлигининг энг катта қиймати, спектрал поласа кенглиги, импулснинг ўсиш вақти, ҳизмат муддати, манба занжиридаги кучланиш, чиқишдаги нурланиш қувватининг мухитли тахсимланиши.

Кўпгина ОУзМ 0-80⁰С температурада ишлайди, аммо -40—+70⁰ Температурада ишлашга мўлжалланган модуллар ҳам бор. Шуни айтиб ўтиш жойизки, оптик нурланиш тўлқин узунлигининг энг катта қиймати одатда 25⁰ С температура учун белгиланади.

Температура ошганда тўлқин узунлиги ортади. Шунингдек, ОУзМ чиқишидаги меёрлаштирилган нурланиш қуввати, яни 25⁰даги қувват 100% деб олинади.

Оптик узатувчи модул (ОУзМ)ни асосий таркибий элементлари бу нурланиш манбаи, ток билан куч бериш занжири, ҳароратни назорат қилиш тизимлари, шунингдек электрик интерфейслар тугуни ва тола билан мослашиш жойи ҳисобланади. Баъзан тола билан оптимал боғланиш учун қўшимча ички элементлар (аттенюаторлар) талаб этилади. Совутгич ва ҳарорат мониторинги ОУзМ ички ҳароратини стабил ушлаб туради. Мураккаб лазерли тизимлар учун оптик сигнални чиқиш мониторинги қўшилади. ОУзМни умумий тузилиш схемаси 8.10-расмда кўрсатилган [1].

ОУзМнинг турлари ва параметрлари.

ОУзМ бир неча хорижий компаниялар томонидан ишлаб чиқарилмоқда.

Кичик ва ўрта масофали ТОА тизимлари учун Россиянинг «Нолатех» ва «Телаз» компаниялари томонидан нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД асосидаги ОУзМ лар яратилди ва ишлаб чиқарилмоқда. Бу модулларнинг асосий параметрлари 8.3- жадвалда берилган.

8.3 - жадвал

Нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД асосидаги ОУзМларнинг асосий параметрлари

Модул тури	ТСД-1300	ТСД-1550	ПОМ-460М	ПОМ-470	ИЛПН-360
Ишлаб чиқарувчи	Нолатех	«Нолатех	Телаз	Телаз	Телаз
Максимал узатиш тезлиги	160	160	34	155	80
Қувват, мкВт	15-40	15-40	60 (КМ) 20 (БМ)	25 (КМ) 4 (БМ)	25 (КМ) 4 (БМ)
Тÿлқин узунлиги, нм	1270-1330	1510-1560	1250-1350	1250-1350	1250-1350
Ярим қувват сатҳида линия кенглиги, нм	30-70	30-70	50	---	---
Фронт/кесим давомийлиги, нс	---	---	2-3	---	---
Ишчи ток, мА	30-50	30-70	35-70	---	50-70
Ишчи кучланиш қиймати	1,3-1.7	1,-1,7	4,5-5,5	---	4,5-5,5
Тескари алоқа фототоки, мкА	40	---	---	---	---

8.3-жадвалда берилган модуллар совитишсиз (ИЛПНдан ташқари) узлуксиз ва шунингдек импульс иш режимига эга ва ЁД ни ОТ билан уланишни таъминлайди.

ОУзМ-460М, ОУзМ-470М ва ИЛПН-360 модуллари таркибига шунингдек импульс модулятор ива нурланиш қувватининг параметрик температура стабилизацияси схемалари киради.

Нурлантирувчи кесимли (ёнидан нурлантирувчи) ЁД ли (НК ЁД ) узатувчи модуллар кўп модали (КМ) ва бир модали (БМ) оптик толалар орқали ахборотларни 10-20 км масофага узатини таъминлайди.

Ишлаб чиқарилаётган ЛДларнинг ОУзМларнинг тўлқин узунликлари диапазони 650 нм дан 1650 нм гача, модуляция тезлиги эса 5 ГГц гача. Асосан Фабри-Перо(ФП) резанаторли ва тақсимланган тескари алоқали(ТТА, ёки DFB) схемалар қўлланилади.Шунингдек, янги турлари тақсимланган Брэгг кўзгули —ТБК (DBR лазерлари) ОУзМлар ишлаб чиқарилган. Фойдаланиш шароитларига боғлиқ равишда ОУзМлар микросовитгич билан ва тескари алоқа фотодиодлари билан ёки уларсиз ишлаб чиқарилиши мумкин.

ОУзМлар халқаро стандартларга мос келувчи корпусларга жойлаштирилади. Модуллар турли манба кучланишларига эга бўлишлари мумкин.

«Нолатех» ва «Телаз», «Дилаз» Россия компаниялари томонидан ишлаб чиқарилган ОУзМнинг турлари ва параметирлари мос равишда 8.4 ва 8.5-жадвалларда келтирилган.

8.4-жадвал

«Нолатех»нинг ЛД асосидаги ОУзМ турлари

Модул тури (Резонатор тури)	ОУзМ(ФП)	ОУзМ(ФП)	ОУзМ(ФП)	ОУзМ(ФП)	ОУзМ- (DFB)	ОУзМ(ФП)	ОУзМ(ФП)	ОУзМ (DBR)	ОУзМ (DBR)	ОУзМ (DBR)
Модели рақами	1060	14-1	14М	14-2К	13	18	18-2К	21	22	23
Қуввати, мВт	10-50	1-30	3-10	1-2	1-10	1-30	1-2	3-5	3-5	1-5
Номинал тÿлқин узунлиги, нм	1060	1300	850	1300	1550	1550	1550	1060	1300	1550
Ярим қувват сатҳида линия кенглиги, нм	3	3	3	3	0,1	3	3	0,01	0,01	0,005
Чегаравий ток, мА	12	12	15	10-15	12	15	11-20	50-70	50-70	20-40
Ишчи ток, мА	100	50	50	20-30	35	50	20-40	150	150	50- 100
Ишчи кучланиш, В	2	2	2	2	2	2	2	2	2	1,7
Тескари алоқа фототоки, мкА	40	40	40	40-300	40	40	40	40	40	40
Фотодиод кучланиш, мкА,	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5
Термосовитгич, мА	300	300	300	---	---	300	---	500	500	500
Совитгич кучланиши,В	3	3	3	---	---	3	---	4	4	4

8.5-жадвал

«Телаз», «Дилаз» ишлаб чиқарган ЛД асосидаги ОУзМлар

Модул (резона-тор) тури	ОУзМ(ФП))	ОУзМ(ФП)	ОУзМ(ФП)П)	ОУзМ(ФП)П)	ОУзМ(ФП)П)	ОУзМ(ФП)	ОУзМ(ФП)ФП)	ОУзМ(ФП)	ОУзМ (DFB)	ОУзМ (DFB)	ИЛПО 1300	ИЛПО 1550	ДМПО 131Н8	ДМПО 155Н8	ДМПО 131-23
Ишлаб чиқарув-чи	Телаз	Телаз	Телаз	Телаз	Телаз	Телаз	Телаз	Телаз	Телаз	Телаз	Дилаз	Дилаз	Дилаз	Дилаз	Дилаз
Модел рақами	460Л -1,3	460Л -1,55	661	662	671	672	663	665	675	676	1300	1550	1300	1550	1300
Узатиш тезлиги, Мбит/с	34	34	155	155	155	155	622	622	622	622	---	---	200	200	12000
Қуввати, мВт	0,2-2	0,2-2	0,2-2	0,2-2	0,2-2	0,2-2	0,2-2	0,2-2	0,2-2	0,2-2	5-40	5-40	1,5	1,5	4-9
Номинал тÿлқин узунлиги, нм	1300	1550	1300	1300	1550	1550	1300	1300	1550	1550	1300	1550	1300	1550	1300
Линия кенглиги (FWHM),HM	5	5	5	5	5	5	3	3	1	1	4-8	4-8	3-6	3-6	<6
Фронт/ кесим давомийлиги, нс	2-3	2-3	0,7-1	'0,7-1	0,7-1	0,7-1	0,4-0,7	0,4-0,7	0,4-0,7	0,4-0,7	---	---	---	---	---
Чегаравий ток, мА	т/э	т/э	т/э	т/э	т/э	т/э	т/э	т/э	т/э	т/э	12-30	12-30	30	30	60-90
Максимум ишчи ток, мА	35	35	120	120	120	120	120	120	120	120	140	140	---	---	---
Ишчи кучла-ниш, В	5	5	5	3,3	5	3,3	5	3,3	5	3,3	1,1 – 1,8	1,1- 1,8	1,1 - 1,8	1,1 - 1,8	4,5- 5,5

Эслатма: ҳамма модуллар -40⁰дан +55⁰ гача температура диапазонида ишлашга мўлжалланган .

т/э- таалуқли эмас

Nortel Networks хорижий компанияси томонидан ишлаб чиқарилган, ЛД нурланиш манбаи асосидаги узатиш модулларининг турлари ва уларнинг параметлари 8.6-жадвалда келтирилган (11)

8.6-жадвал

Nortel Networks компаниясининг ОУзМнинг параметрлари

Модул тури	Тÿлқин узунлиги, нм	Уза-тиш тез-лиги, Мбит/с	Кор-пус тури	Чиқ-иш қувва-ти, мВт/дБм	Спек-тр кенг-лиги (FWHM), нм	Импульснинг сиш/ камайиш тезлиги,нс	Чега-равий ток. мА	Максимал ишчи ток, мА	Макси-мал ишчи кучла-ниш, В	Ишчи температура, °С
LC148-20	1480	10/50	14-butterfly	1/0	0,4	5	30	37	2	-40…+70
LC151-20	1510	10/50	14-butterfly	1/0	0,4	5	30	37	2	-40…+70
LCV75 CA/B/C	1310	50-1250	8 mini DIL	0,1…1/-10...0	2,5	0,5	50	45	1,6	-40…+85
LCV132 CA/B/C	1310	1250-2500	8 mini OIL	0,1...0,5/-10...-3	2,5	0,2	55	55	2	-40...+85
LC131 GC-20A	1310	622-2500	14-butterfly	2/3	1	0,125	35	150	1,8	-20...+70
LCM 155-64N	1550	2500-10000	12-butterfly	0,9/0	0,16	0,05	40	275	3,7	-20...+70
LC155 W-20A	1528-1563	622-2500	14-butterfly	1/0	0,6	0,125	35	150	1,8	-40...+80
LC155CD	1525- 1565	1250-10000	14-butterfly	20/13	0,16	0,120	40	220	2,7	0...+70
LCM155 W-64	1549- 1560	2500-10000	12-butterfly	0,9/0	0,16	0,05	40	275	3,7	0...+70
LCM155 EW-64	1527- 1563	622-10000	12-butterfly	0,9/0	0,16	0,05	40	275	3,7	0...+70

Эслатма: Модулларнинг биринчи 2 тури DFB, 3-4-ФП, 5-10-DFB синфига таълуқли. Модулларнинг охирги 4 тури спектр бўйича зичлаштириш тизимларида қўлланилади.

8mini DIL— корпус тури 8(2 х 4) штирли, мос равишда корпус туридаги 12, 14 штирлар сонини билдиради.

Назорат саволлари

1. Оптик сигнални узатувчи модул (ОУзМ)нинг вазифаси нимадан иборат?

2. Оптик сигнални узатувчи модул(ОУзМ)нинг тузилиши ва блоклари вазифасини тушунтиринг.

3. Оптик сигнални узатувчи модул(ОУзМ)да ҳарорат мўтадиллигини таъминлаш учун қайси блоклар қўлланилади?

4. Ярим ўтказгичли ёруғлик диоди ва лазер диоди характеристика ва иш принциплари билан бир-биридан қандай фарқланади?

5. ЛДнинг иш принципини тушунтиринг.

6. ЛДнинг қандай турлари мавжуд, улар қандай хусусиятларга эга?

7. Нима учун юқори тезликли ОА тизимларида ЛД ишлатилади?

8. Кўп модали ва бир модали ЛД нурланиш спектрларининг фарқи нимада?

9. Бир модали ЛДдан қачон фойдаланилади?

9- МАЪРУЗА

Режа:

Фотоқабулқилгичлар. Фотоқабулқилгичларнинг асосий тавсиф ва параметрлари

9.1. Фотоқабулқилгичлар. Фотоқабулқилгичларнинг асосий тавсиф ва параметрлари

Кириш оптик сигналларни электр сигналларига айлантириш учун фотоқабулқилгичлар қўлланилади. Сўнг бу сигналлар фотоқабулқилгични электр қурилмаларида кучайтирилади ва қайта ишланади. Бу мақсадлар учун қўлланиладиган фотоқабулқилгичлар талаб этиладиган полоса кенглигига, динамик диапазонга, сезгирликка, тола билан пухта боғланиш учун етарли ўлчамга эга бўлиши, ташқи муҳит ўзгаришларига сезгир бўлмаслиги, хизмат муддати эса юқори бўлиши керак. Бу талабларга ярим ўтказгич фотодиодлар (ФД) тўлиқроқ жавоб беради.

Ярим ўтказгич ФД иши ички фотоэффектга асосланган бўлиб, бунда ёруғлик фотонини ютилишидан янги заряд ташувчи жуфтликлари-электрон ва коваклар ҳосил бўлади. Яъни фотон атом бўлиб ютилиб, электронларни қўзғатади ва электронларни валентлик зонасидан ўтказувчанлик зонасига (шахсий ютилиш) ёки аралашмали сатҳдан ўтказувчанлик эонасига (аралашмали ютилиш) ўтказади. Бу ўтишлар электр сигналларни шаклланишига шароит яратиб, ярим ўтказгичнинг электрик характеристикаларини ўзгартиради. Юқори тезкорлик ва тушаётган нурни самарали ютилиши аралашмали ютилиш самараси билан боғлиқ. Шу сабабли ҳозирда ОА тизимлари учун фотодиодлар аралашмали материаллар асосида тайёрланади.

Агар аралашма материалли р- ва n-турдаги ярим ўтказгичлар бирлаштирилса, электрон ва коваклар концентрациясининг ҳар хиллиги туфайли электронлар диффузияси р-турдаги ярим ўтказгичда, коваклар диффузияси эса n-турдаги ярим ўтказгичда юз беради. Натижада р-ярим ўтказгич томонидаги контакт яқинидаги соҳа манфий зарядланади, n-ярим ўтказгич томонидаги соҳа эса мусбат зарядланади. Бунда контакт майдон вужудга келиб, у асосий бўлмаган ташувчиларнинг келгуси диффузиясини тўхтатади, контакт ўрнида ташувчилар заряд ташувчилардан камбағаллашган жуда ингичка қатлам ҳосил бўлади. Ярим ўтказгичларга (9.1-расм) контакт диффузион майдон Е_диф йўналишига мос келадиган ташқи электр майдон Е_таш берилганда заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳа кенгаяди. Бу p-n ÿтишнинг тескари силжиш ҳолатига мос келади[4].

Тескари силжишли р-n-ўтишга Р қувватли ва n частотали ёруғлик оқими таъсир қилишини кўриб чиқамиз. Ёруғлик оқимлари тушганда, h×n энергияли фотонлар уч ҳолатда ютилиб, электрон-ковак жуфтлигини ҳосил қилиши мумкин:

1. заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳада ютилиш;

2. р-соҳада ютилиш;

3. n-соҳада ютилиш.

9.1-расм. Ярим ўтказгич фотодиоднинг ишлаш принципи.

Биринчи ҳолатда электрон-ковак жуфтлиги заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳада ҳосил бўлади ва кучли электр майдон таъсири натижасида жуфтликлар бўлиниб, ўзларини электродларига, яъни электронлар n-соҳага, коваклар р-соҳага ҳаракат қилади. Ташувчиларни ҳосил бўлиши ва ҳаракати тузилишдаги ўрнатилган мувозанатни бузади. Уни тиклаш учун ташқи ёпиқ занжир орқали R_ю-юклама қаршилигидан электр токи оқиб ўтади.

Иккинчи ва учинчи ҳолатларда электрон-ковак жуфтлиги р-ва n-соҳаларда ҳосил бўлади. Бу соҳаларда электр майдон амалда мавжуд эмас, натижада ташувчиларни ўтишга ҳаракати асосан фақатгина диффузия ҳисобига бўлиши мумкин. Агар p-n-ўтишгача бўлган масофа диффузия узунлигидан катта бўлса, унда заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳага боришга улгуриб етмай, ҳосил бўлган жуфтликлар рекомбинацияланиб бўлади. Агар бу масофа кичик бўлса, катта эҳтимоллик билан жуфтликлар заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳага етиб боради ва кучли электр майдон таъсирида электрон (ёки ковак) тезда заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳа орқали бошқа соҳага қараб ҳаракат қилади, ковак (ёки электрон) p-(ёки n-) соҳада қолади. Ташувчилар p-n- ўтишни кесиб ўтганда ҳам мувозанат бузилади, оқибатда R_ю орқали оқиб ўтувчи электр токи ҳосил бўлади.

Шу тарзда h·n энергияли ёруғлик квантининг ютилишидан диодни ташқи занжири бўйлаб электр токи импульси оқиб ўтади. Агар ҳар бир ютиладиган квант электрон-ковак жуфтлигини ҳосил қилса ва ток ташувчилари p-n-ўтиш текислигини кесиб ўтса, R_ю орқали оқиб ўтувчи I электр токининг ўртача қиймати қуйидагича аниқланади:

I=q·N=q (P/ h×n) , (9.1)

бу ерда q-ташувчи электрон заряди, q=1,6 × 10^-19 Кл;

N-ташувчилар сони;

P-оптик нурланиш қуввати, Вт;

h×n-квант энергияси, Вт×с ёки кВт×соатда ўлчанади.

Электронларни валент зонадан ўтказувчанлик зонага ўтиши учун ютилаётган квант энергияси етарлича бўлиши керак, яъни h×n квант энергияси тақиқланган соҳа кенглигидан катта h×n ≥ Е_q бўлиши керак.

Ютиладиган ёруғлик квантларининг ҳаммаси ҳам электр токи импульсларини ҳосил қилмайди. Шунинг учун фотодиодлар, фотонларни электр токига айланиш самарадорлигини характерловчи η-квант самарадорлиги коэффициенти билан бахоланади [4].

Квант самарадорлигини ҳисоблаш формуласи:

η =1,24×10⁵ S/l , %, (9.2)

бу ерда S-сезгирлик, А/Вт;

l-оптик сигнал тўлқин узунлиги, нм.

Шу тарзда умумий холда R_ю орқали ўтаётган электр токининг ўртача қиймати қуйидаги формуладан топилади:

I= η q (P/h×f)=S×P. (9.3)

Юқори сифатли кремний фотодиодларини квант самарадорлиги 80 % етиши мумкин. Лекин фотодиодларни квант самарадорлигини 100% бўлишига эришиб бўлмайди[6]. Турли ярим ўтказгич ФД материаллари учун максимум квант самарадорлигига эришиладиган тўлқин узунликлари 9.1-жадвалда берилган [1].

9.1-жадвал

Турли тўлқин узунликлари фотоқабулқилгичларини яратиш

учун қўлланиладиган элементлар ва материаллар

Материал	Қабул қилинадиган тўлқин узунликлар диапазони l, нм
Кремний Германий GaAs lnGaAs lnGaAsP*	400-1000 600-1600 800-1000 1000-1700 1100-1600

9.2-расмда эса квант самарадорлигини тўлқин узунлигига боғланиши кўрсатилган [1].

*-аралашмалар қўшиш, легирлаш даражасига боғлиқ

9.2-расм. Турли материаллар учун квант самарадорлигининг тўлқин узунлигига боғланиши.

Квант самарадорлиги билан бир қаторда сезгирлик ва вақт доимийси фотоқабулқилгичларнинг асосий характеристикалари ҳисобланади.

Фотодиод сезгирлиги - S бу ёруғлик қувватини электр токига айланишдаги тўлиқ фойдали иш коэффициентидир (ФИК), яъни фототок I ўртача қийматининг оптик қувват Р ўртача қийматига нисбатидир, А/Вт [4]:

S= I/Р , (9.4)

ёки (9.4) ни ҳисобга олганда

S= η (q/h×f).

Бундан кўриниб турибдики, актив соҳада ютиладиган ёруғлик оқимлари қанча кўп бўлса, яъни η-квант самарадорлиги қанча юқори бўлса, сезгирлик ҳам шунча юқори бўлади.

Вақт доимийси -фото қабул қилгичнинг тезкорлигини характерлайди ва у кўпгина параметрларга: заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳа кенглигига, тўлқин узунлигига, шунингдек ташувчилар диффузия оқибатидами ёки электр майдон таъсирида ҳаракат қиляптими, шуларга боғлиқ.

билган ҳолда ФД ўтказиш полосаси кенглигини Df_ўт. аниқлаш мумкин

Df_ўт =0,4 / . (9.5)

Демак, қанча кам бўлса, ўтказиш полосаси шунча юқори бўлади,

ФД вақт доимийси диффузия вақтига ва заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳадан ўтиш вақтига боғлиқ. Шунинг учун p- ва n-соҳаларнинг, шунингдек заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳанинг ўлчамлари муҳим ҳисобланади. Келаётган нурни заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳада тўлиқ ютилиши, квант самарадорлигини ошириш мақсадида p-ва n-соҳалар ингичкароқ, заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳа эса кенгроқ қилиб ишлаб чиқарилади. Бу p- ва n-соҳаларга аралашмаларни кўпроқ қўшиш, яъни юқори легирлаш, заряд ташувчилардан камбағаллашган соҳани эса камроқ легирлаш ёрдамида амалга оширилади[1]. p- ва n- соҳаларга фотонлар тушганда диффузия токи ҳосил бўлади, бу эса ФД тезкорлигини камайтиради. Лекин, заряд ташувчилардан камбағаллашган сохани ўлчамини кенглиги, бу сохадан ташувчиларни ўтиш вақтини оширади. p-i-n турдаги диодларда заряд ташувчилардан камбағаллашган соха кенглиги 20 мкм атрофида бўлади [6].

ФД ни характерловчи энг муҳим кўрсаткичлардан бири бу шахсий шовқинлар сатҳи ҳисобланади. Шовқинлар регенерациялаш пунктлари орасидаги масофага таъсир қилади. ФД да доимий оқиб ўтадиган ток қиймати I₀ билан шартланадиган дроб шовқинлари асосий шовқин омили ҳисобланади. Дроб шовқинларининг токи:

I _др.ш=Ö2×q×I₀×Dn=Ö2×q×I₀×B , (9.6)

бу ерда q-электрон заряди;

I_0- ФДдан доимий оқиб ўтувчи ток қиймати;

Dn-частота полосаси кенглиги;

B-узатиш тезлиги.

ОА тизимларида p-i-n ФД ва кўчкисимон ФДлар кенг тарқалган.

Назорат саволлари

1. Фотоқабулқилгичларига қандай талаблар қўйилади?

2. Ярим ўтказгичли ФДнинг иш принципини тушунтиринг.

3. Фотоқабулқилгичлар қандай ярим ўтказгич материаллардан тайёрланади?

4. Фотодиод қандай асосий параметрлар билан тавсифланади?

10- МАЪРУЗА

Режа:

1. p-i-n фотодиодлар

2. Кўчкисимон фотодиодлар

10.1. p-i-n фотодиодлар

p-i-n ФД тезкорлиги ва параметрларининг барқарорлиги билан ажралиб туради. p-i-n ФД тузилиши (10.1-расм) одатдаги p-n ФД дан фарқ қилади. p-i-n ФДда p⁺- ва n⁺- соҳаларни аралашмалар билан легирланиши жуда юқори (+юқори легирланишни билдиради), бу p⁺ ва n⁺ соҳаларни ўтказувчанлигини оширади. i-соҳага эса аралашмалар камроқ қўшилади.

Электр майдоннинг максимал қиймати i –соҳада ҳосил бўлади. p-i-n тузилишга тескари силжишли U₀ кучланиш берилади. Ёруғлик i –соҳага тушганда, унда электрон-ковак жуфтлиги ҳосил бўлади. Электр майдон таъсирида улар тезда бўлиниб ва қарама-қарши йўналишларда ўзларини электродларига қараб ҳаракатланишади. Электродларни эгаллаб, электр токи ҳосил бўлади. p-i-n ФД тузилиши i –соҳадан ташқарида нурланиш ютилишини кескин камайтиради (10.1-расм)[4].

10.1-расм. p-i-n турдаги фотодиод ва электр майдон кучланганлигининг тақсимланиши.

10.2. Кўчкисимон фотодиодлар

Кўчкисимон фотодиодларни одатий ФДдан асосий фарқи кўчкисимон электрон кўпайишга асосланган холда сигналларни ички кучайиши ҳисобланади. Кўчкисимон ФДда p⁺-i-n⁺ тузилишга p-соҳа (p⁺-i-p-n⁺) қўшилади (10.2-расм)[4].

10.2-расм. Кўчкисимон ФД тузилиши ва электр майдонининг

тақсимланиши.

p-соҳа энг юқори қаршилик, шунингдек энг юқори электр майдон кучланганлигига эга бўлиши керак. i-соҳага ёруғлик таъсир қилганда электрон-ковак жуфтликлари ҳосил бўлади ва улар бўлиниб, электродларга тамон ҳаракат қилади. Эркин электронлар i-соҳадан p-соҳага тушганда, p-соҳадаги юқори электр майдон кучланганлиги туфайли улар тезлашади. p-соҳани ўтказувчанлик зонасида тезлашган ва етарлича энергияга эга бўлган бу дастлабки электронларни атомлар билан урилишидан, яъни зарб ионланиш туфайли янги электрон-ковак жуфтликлари ҳосил бўлади. Натижада дастлабки электрон-ковак жуфтлиги ҳосил қилган электр токи кў чкисимон тарзда ошади. Шунинг учун бу жараён бирламчи фототокни кўчкисимон кўпайиши ёки кучайиши дейилади [1]. Фототокни бундай ошиши М-кўчкисимон кўпайиш коэффициенти билан характерланади. У ҳолда кўчкисимон ФД чиқишидаги ток қиймати (9.4) дан аниқланган қийматдан юқори бўлади [4].

I_К.ФД=М Р. (10.1)

Кўчкисимон ФДларда М га пропорционал ҳолда кучаядиган, фойдали сигналдан фарқли равишда шовқин тезроқкучаяди. Шунинг учун кўчкисимон кўпайиш коэффиценти М қиймати оптимал, одатда 30 дан 100 гача оралиқда танланади. М ошган сари, кўчкисимон ФД тезкорлиги камаяди[1]. Кремнийли кўчкисимон ФД ларда М=100 да вақт доимийси тахминан 3 мартага ошади, яъни тезкорлиги камаяди, шунчага ўтказиш полосаси камаяди. Бу камчиликни i-соҳани кучсиз легирланган, бир неча микрометрли π-соҳа билан алмаштириш орқали бартараф этиш мумкин (10.3-расм)[4].

10.3-расм. π-соҳали кўчкисимон ФД тузилиши ва электр майдоннинг тақсимланиши.

10.3-расмда π-соҳали кўчкисимон ФД да электр майдони қуйидагича тақсимланган:

1- эгри чизиқэлектр майдон ўтиш доирасида ва кўчкисимон кўпайиш юзага келган холатга мос келади;

2- эгри чизиқэлектр майдон p-соҳа чеккасига етган холатни билдиради;

3- эгри чизиқэлектр майдон π-соҳага кирганлигини кўрсатади ва шу соҳада генерацияланадиган ташувчиларни ажратадиган майдон яратилади.

Бундай π-соҳали кўчкисимон ФД лар p-i-n ФД лардака вақт доимийсига ва кўчкисимон ФД лардака ички кучайишга эга [4]. Кўчкисимон ФД ларни сезгирлиги p-i-n ФД лардан анча юқори бўлиб, ишчи диапазонда 20-60 А/Вт ни ташкил этади. Кўчкисимон ФД ларни сезгирлиги юқори бўлганлиги учун улар 2,5 ва 10 Гбит/с юқори тезликли тизимларда қўлланилади. p-i-n ФД лардан эса кичик тезликли (< 622 Мбит/с) тизимларда фойдаланилади.

2,5 Гбит/с ли ТОА тизимларида JnGaAs/JnP кўчкисимон ФД лардан фойдаланиш p-i-n ФД лардан фойдаланишга нисбатан 7 дБ ва 10 Гбит/с тезликда эса 5-6 дБ ютуққа олиб келиши мумкин [6].

Кўчкисимон ФД p-i-n ФД га қараганда юқори ишчи кучланишни талаб этади ва кўпайиш коэффициентини ҳароратга сезгирлиги юқори. Бу эса керакли ишчи кучланишни ишлаб чиқарувчи махсус электр занжирларни, шунингдек ҳарорат барқарорлигини таъминловчи тизимларни қўлланилишини талаб этади [1].

Назорат саволлари

1. p-i-n ФДлар қандай параметр ва хусусиятлар билан характерланади?

2. p-i-n ФДнинг тезкорлиги ва сезгирлигини таърифланг.

3. Кўчкисимон ФД қандай алоҳида хусусиятлар билан характерланади?

11-МАЪРУЗА

Режа:

Оптик сигнални қабул қилувчи модул

Оптик сигнални қабул қилувчи модул

Оптик сигнални қабул қилувчи модул (ОҚҚМ) ТОА тизимининг муҳим элементи ҳисобланади. Унинг вазифаси толадан қабул қилинган оптик сигнални электр сигналига айлантириш бўлиб, сўнг бу сигналларга электр қурилмалар ёрдамида ишлов берилади.

ОҚҚМни соддалаштирилган блок схемаси 11.1-расмда кўрсатилган. Унинг асосий элементлари:

- фото қабул қилгич (p-i-n ФД ёки кўчкисимон ФД) қабул қилинган оптик сигналларни электр сигналларига айлантиради;

- электр кучайтиргичлар каскади, сигнални кучайтиради ва унга ишлов бериш учун керакли кўринишга ўзгартиради. Сигналлар бир ёки бир неча босқичларда кучайтирилади. Биринчи босқичдаги кучайтиргич, дастлабки кучайтиргич дейилади. Берадиган шовқин сатҳининг кичиклиги унинг хусусияти ҳисобланади;

- асосий кучайтиргич. Дастлабки кучайтиргичдан cўнг сигнал юқори қувватли асосий кучайтиргичда кучайтирилади;

- фильтр сигнал шовқин нисбатини ошириб, шовқинларни камайтиради;

- қабул қабул қилувчи занжир. Дисперсия туфайли қабул қилинган импуьс охирлари чизилиб бошланғич тўғри бурчакли кўринишни йўқотиш мумкин. Тўғри бурчакли бошланғич кўринишни тиклаш учун қарор қабул қилувчи занжир ёки дискреминатор ўрнатилади. У чегарага эга бўлиб, агар унга тушган сигнал амплитудаси чегарадан кичик бўлса, унда сигнал ҳал бўлмайди, агар чегарадан ошса, унда чиқишида маълум амплитудали сигнал ҳосил бўлади. Бунда импульс узунлиги бузилиши, шовқинни фойдали сигнал деб хато қарор қабул қилиши каби камчиликлар бўлиши мумкин. Бу камчиликларни бартараф этиш учун дискреминатор импульслар кетма-кетлиги частотаси ҳақидаги ахборотга эга бўлиши керак;

- таймер, юқоридаги камчиликларни бартараф этиб, синхронизацияни, яъни оптик узатувчи ва қабул қилувчи модулларни синхрон ишлашини таъминланади [1].

Назорат саволлари

1. Оптик сигнални қабул қилувчи модул қандай тузилган?

2. Оптик сигнални қабул қилувчи модулнинг вазифаси нимадан иборат?

12- МАЪРУЗА

Режа:

1. Рақамли толали оптик алоқа тизимларининг линия тракти.

2. Ретрансляторлар, уларнинг турлари: регенератор ва оптик кучайтиргичлар.

3. Оптик сигналларни регенерациялаш. Регенераторнинг тузилиши ва иш принципи.

12.1. Рақамли толали оптик алоқа тизимларининг линия тракти

Оптик нурланишни берилган тўлқин узунлигида узатувчи ва кабелдаги сўнишларни йўқотишни, дисперcия туфайли бузилган сигналларни тўғрилашни, берилган шовқиндан ҳимояланганликни таъминловчи оптик алоқа линиясининг техник қурилмалар йиғиндиси оптик линия тракти дейилади.

Оптик сигналлар тола бўйлаб узатилганда ёруғлик нурини оптик тола материалида ютилиши ва сочилиб кетишидан сўнади. Дисперсия эса сигналнинг спектрал ва мода ташкил этувчиларини вақт бўйича сочилиб кетишига, яъни уларни турли вақтларда тарқалишига олиб келади. Дисперсия туфайли оптик сигнал импульсларини давомийлиги ва кўриниши ўзгаради, импульслар кенгайиб кетади.

Бу ҳолатларни ҳаммаси оптик толали узатиш тизимларининг ретрансляторсиз участкасининг максимал узунлигини чегаралайди. Агар узатгич ва қабул қилгич орасидаги рухсат этилган максимал узунлик оширилса, у ҳолда линия трактининг оралиқ станцияларида бир ёки бир неча ретрансляторларни жойлаштириш керак.

ТОА линиялари бўйлаб сигналларни узатиш сифати минимал рухсат этилган сигнал-шовқин нисбати ёки шовқиндан ҳимояланганлик билан баҳоланади. Рақамли узатиш тизимларини аналог узатиш тизимларига қараганда бир қанча афзалликларга эгалиги сабабли рақамли ТОА тизимларини шовқиндан ҳимояланганлиги 20-25 дБқ дан, аналог узатиш тизимлари учун эса 50-60 дБқ дан кам бўлмаслиги талаб этилади.

Электр кабелли тизимларнинг линия трактидан фарқли равишда оптик тизимларнинг частота оралиғи (ёки узатиш тезлиги) бир неча марта катта. Бу оптик ташувчиларни жуда ҳам юқори частотага (10¹⁵Гц гача) эгалиги билан тушунтирилади. Оптик кабелларда сўниш жуда кичиклиги ( l=1,55 мкм да a=0,2 дБ/км гача) сабабли регенераторлар орасидаги масофа 100 км гача бўлиши мумкин. Бу ҳам оптик линия трактининг аҳамиятли томонидир.

12.2. Ретрансляторлар, уларнинг турлари: регенератор ва оптик кучайтиргичлар

Талаб этиладиган сигнал-шовқин нисбатини, яъни шовқиндан ҳимояланганликни таъминлаш мақсадида рақамли ТОА линияларида ретрансляторлар жойлаштирилади. Ретрансляторлар икки турга бўлинади:

1. Регенераторлар; 2. Оптик кучайтиргичлар.

Дисперсия таъсири унча катта бўлмаган, “0” ни “1” дан фарқласа бўладиган холатлардагина оптик кучайтиргичларидан фойдаланилади. Кучайтиргичлар сигнал шаклини тикламайди, фақат сўнган сигналларни кучайтиради ва қабул қилинган сигналга қўшимча шовқинлар беради. Шунинг учун уларни сони берилган шовқиндан ҳимояланганлик (хатолик коэффициенти) ва дисперсиянинг рухсат этилган қийматларини ҳисобга олган ҳолда чегараланади.

Рақамли регенераторларда сигналлар нафақат кучайтирилади, балки тўғриланади ҳам. Сигналларни кучайтириш, бошланғич шаклини тиклаш, тўғрилаш, шовқинларни бартараф этиш регенерациялаш дейилади. Регенерациялаш регенераторларда амалга оширилади. Регенераторни узатувчи ва қабул қилувчи оптик модуллар ва регенерациялаш блоки йиғиндиси сифатида кўриш мумкин.

Спектр (тўлқин) бўйича зичлаштириш усулида оптик кучайтиргичларнинг вазифаси кескин ортади. Чунки оптик кучайтиргичлар турли оптик ташувчили бир неча оптик сигналларни бир вақтда кучайтиради. Хаттоки бу ҳолларда ҳам, дисперсия туфайли сигналларни бузилишига ва шовқинларга қўйиладиган талаблар бажарилмайдиган оралиқ станцияларда ва охирги станцияларда регенераторларни ўрнатиш шарт.

Регенератор ва оптик кучайтиргичларнинг таққосий характеристикалари 12.1-жадвалда берилган.

12.1-жадвал

Регенератор ва оптик кучайтиргичларнинг қиёсий характеристикалари

Характерисикаси	Регенератор	Оптик кучайтиргич
Тузилиши	Мураккаб	Оддий
Нархи	Арзон	Қиммат, аммо тушаяпти
Пухталиги	Юқори	Жуда юқори
Сигнални регенерациялаш	Бажарилади	Бажарилмайди
Узатиш тезлигига боғлиқлиги	Боғлиқ	Боғлиқ эмас
Бир вақтда бир неча сигналларни узатиш имконияти	Мавжуд эмас	Мавжуд
Сигнал/ шовқин нисбати	Юқори	Қуйи
Қўлланиш соҳаси	Локал, регионал ва регионлараро тармоқлар	Регионал ва рагионлараро тармоқлар

Оптик кучайтиргичлар кам элементлардан таркиб топгани учун унинг тузилиши оддий. Лекин нархи анча қиммат. Эҳтиёжни ошиши билан нархи арзонлашиши мумкин. Оптик кучайтиргичларнинг ишончлилиги регенераторларга қараганда юқори. Бу унинг энг муҳим афзаллиги бўлиб, сув остида оптик кабелларни ётказганда ретрансляторларни ташкил этишда эътиборга олинади. Оптик кучайтиргичларни иши сигналларни узатиш тезлигига боғлиқ эмас, регенераторларда эса аксинча. Регенераторлар битта сигнал билан ишлайди. Оптик кучайтиргичлар эса кучайтириш зонасининг берилган оралиқ чегарасида турли тўлқин узунликли (WDM сигнал) бир неча оптик сигналларни бир вақтда кучайтиради.

Ретранслятор – регенераторнинг умумий тузилиш схемаси 12.1-расмда келтирилган.

12.1-расм. Рақамли ретрансляторнинг умумлашган

тузилиш схемаси.

Схемада:

ОК – оптик кабел (станция ёки линия кабели);

ОЭЎ – оптоэлектрон ўзгартиргич. Оптик сигнални электр сигналига ўзгартиради. ОЭЎ сифатида p-i-n фотодиод ёки лавин фотодиод ишлатилади;

ДК – дастлабки кучайтиргич;

АК – амплитуда корректори, оптик кабелда биринчи навбатда дисперсия туфайли ҳосил бўладиган бузилишларни қисман бартараф этади;

ҚҚФ – қабул қилувчи фильтр, фойдали частота оралиғидан ташқаридаги шовқин ва бузилишларни бартараф этиш мақсадида сигнал спектрига боғлиқ равишда частота оралиғини чегаралайди;

САБ – сатҳни автоматик бошқарувчи қурилма, элементларнинг эскириши, харорат натижасида кабел ва ОЭЎ хусусиятларини ўзгаришидан қурилма киришидаги сигналлар ўзгарганда регенератор киришидаги кириш сигналлари сатҳини доимийлигини таъминлайди;

БҚ – бошқарувчи қурилма, САБ қурилмасидан берилаётган сигналлар таъсирида ОЭЎ узатиш параметрлари ўзгаришини таъминлайди;

Рег – регенератор, электр импульслари шаклини тиклайди;

ЭОЎ – электрон оптик ўзгартиргич, электр импульслари кетма-кетлигини оптик импульслар кетма-кетлигига ўзгартиради. ЭОЎ сифатида ёруғлик ёки лазер диодлари қўлланилади.

Рақамли ретрансляторнинг асосий элементи регенератор ҳисобланади.

12.3. Оптик сигналларни регенерациялаш.

Регенераторнинг тузилиши ва иш принципи

Регенераторнинг умумлашган тузилиш схемаси 12.2- расмда тасвирланган.

12.2-расм. Регенераторнинг умумлашган тузилиш схемаси

Схемада:

ЧК – чегараловчи кучайтиргич;

КАБ – кучайишни автоматик бошқарувчи қурилма;

ЧҚ – чегараловчи қурилма;

ХҚҚ – ҳал қилувчи қурилма;

ТЧА – тактли частота ажратгич;

ШҚ – шакллантирувчи қурилма.

Бу элементларнинг вазифаларини регенератор ишининг вақт диаграммасидан кўриш мумкин (12.3-расм). Бу расмдаги 1-6 сигналлар 7.2-расмда тасвирланган регенераторнинг 1-6 нуқталаридаги сигнал кў ринишларидир.

Регенератор ишини кўриб чиқамиз.

ҚҚФ чиқишидан (12.1-расм) сигналлар чегараловчи кучайтиргичга (1) тушади. ЧК КАБ схемасидан ҳам бошқарилади. КАБ ҲҚҚ ёрдамида «1» ва «0» импульсларни тўғри ҳал қилиш учун сигнал сатҳини доимийлигини қў шимча равишда сақлаб туради. ЧКда сигналлар кучайтирилади ва бузилишларни маълум бир қисмини бартараф этиш мақсадида сигналларни амплитудалари чегараланади (2). ЧК чиқишидан сигнал ЧҚ ва ТЧА киришига тушади. Сигнал сатҳи U_чег дан ошсагина ЧҚ чиқишида сигнал ҳосил бўлади (3). ТЧА чиқишидан ҲҚҚ киришига (4) f_T=1/T тактли частота импульсларининг даврий кетма-кетлиги узатилади, бу ерда Т-импульслар кетма-кетлиги даври.

12.3-расм. Регенератор ишининг вақт диаграммаси.

Агар ҲҚҚнинг биринчи киришига ЧҚ чиқишидан ахборот сигналлари кетма-кетлиги (3), иккинчи киришига тактли импульслар кетма-кетлиги (4) берилса ва улар бир-бири билан мос тушса, ҲҚҚ чиқишида маълум амплитуда ва даврийликка эга импульслар ҳосил бўлади (5). Бу импульслар ШҚга узатилади. ШҚда импульслар шакли тўлиқ регенерацияланиб, бошланғич сигналларга мос келувчи импульслар шаклланади. Сўнг бу импульслар ЭОЎ да (12.1-расм) оптик нурланиш импульслари кетма-кетлигига ўзгартирилади.

Шуни белгилаб ўтиш керакки, ТЧА ишининг хатоликлари туфайли ҳосил бўладиган фазалар титрашини камайтириш мақсадида ТЧА чиқишидаги импульларнинг даврий кетма-кетлиги (4) ЧҚ чиқишидаги тўғриланган импульслар билан албатта фазалаштирилади.

Чегараловчи қурилма ва чегараловчи кучайтиргич регенераторнинг асосий элементлари ҳисобланиб, унинг шовқиндан ҳимояланганлигини таъминлайди, чегаравий кучланиш ва мустаҳкам кучайтиришни аниқўрнатилишини талаб этади.

Чегаравий кучланишни ўзгариши регенераторнинг шовқинбардошлилигини камайтиради, бу чегараловчи кучайтиргич (ЧК) чиқишидаги тўғриланган импульсларнинг максимал қиймати ва чегараловчи қурилманинг чегаравий кучланиши орасидаги оптимал нисбатни бузилишига олиб келади. Бундай оптимал нисбатни доимий ушлаб туриш учун регенераторларда КАБ қурилмаси қўлланилади.

Регенераторларнинг юқорида айтиб ўтилган имкониятлари туфайли сигналлар тўлиқ қайта тикланади, шовқинларнинг таъсир қилиши йўқолади, алоқа сифати яхшиланади, шовқиндан ҳимояланганлик ошади.

Назорат саволлари

1. Оптик линия трактини таърифланг.

2. Оптик линия трактда регенератор ва кучайтиргичларни қўллашда қандай фарқ бор?

3. Оптик регенераторлар қандай алохида хусусиятларга эга?

4. Оптик сигналларни регенерациялаш жараёнини тушунтиринг

5. Оптик регенератор қандай тузилган?

6. Оптик регенераторни иш принципини вақт диаграммалари асосида тушунтиринг.

13- МАЪРУЗА

Режа:

13.1. Оптик кучайтиргичлар. Ярим ўтказгичли оптик кучайтиргичлар. Аралашма толали оптик кучайтиргичлар. Уларнинг тузилиши ва иш принципи.

13.2. Кремний ва фтор-цирконат асосидаги EDFA кучайтиргичлари, уларнинг характеристикалари

13.3. Оптик кучайтиргичларнинг параметрлари

13.1. Оптик кучайтиргичлар. Ярим ўтказгичли оптик кучайтиргичлар. Аралашма толали оптик кучайтиргичлар. Уларнинг тузилиши ва иш принципи

Кўп каналли оптик тизимларни тузиш, шунингдек регенераторлар орасидаги масофани узайтиришга уриниш оптик кучайтиргичларни ривожланишига сабаб бўлди. Оптик кучайтиргичлар нолга тенг бўлмаган сижиган дисперсияли бир модали NZDSF толаларининг афзалликлари туфайли қиммат регенерациялаш тизимларини қўлламаслик имконини яратади ва оптик тола бўйлаб узатиладиган ахборот хажмини кескин оширади.

Регенераторлардан фарқли равишда оптик кучайтиргичлар оптик сигналларни электрик сигналларга айлантириб ўтирмай, кучайтиради. Кучайтиргичлар оптик сигналларни шаклини тикламайди, фақатгина кучайтиради, бунинг устига сигнал таркибига қўшимча шовқинлар қўшади. Кўп каналли оптик тизимларда ҳар бир пунктда ҳар бир оптик канал учун алоҳида талаб қилинса, бир неча оптик каналлар учун битта оптик кучайтиргич керак бў лади. Оддийлиги ва ишончлилигини юқорилиги бу оптик кучайтиргичларни афзаллигидир.Шунингдек, оптик кучайтиргичларни иши узатиш тезлигига боғлиқ эмас, регенераторларда эса аксинча.

Оптик кучайтиргичларни қуйидаги асосларда ишлаб чиқариш мумкин:

-ярим ў тказгичли p-n ў тиш асосида;

-аралашма оптик толалар асосида.

Ярим ў тказгичли лазер кучайтиргичлар икки камчилиги туфайли кенг тарқалмаган. Уларни ёруғлик нурлантирувчи актив қатлами 1 мкм қалинликка эга, бу эса ёруғлик оқимларининг катта қисмини кириш толасидан актив қатламга тушишини чегаралайди (бир модали толаларнинг диаметри 9 мкм). Натижида оқимлар йўқолади ва фойдали кучайтириш коэффициенти камаяди. Киришдаги тола билан актив қатлам орасида линзалар жойлаштириб, кучайтиргичнинг фойдали кучайтириш коэффициентини ошириш мумкин. Лекин, бу кучайтиргич тузилишини янада мураккаблаштиради.

Шунингдек, ярим ўтказгичли кучайтиргичларнинг кучайтириши нурланиш қутбланишини йў налишига боғлиқ. Оптик толада қутбланишни назорат қилишнинг иложи йўқлиги, бундай кучайтиргичларда 4-8 дБ гача йўқотишларга олиб келади. Шунинг учун ярим ўтказгичли кучайтиргичларни ёруғлик нурланиш манбалари билан биргаликда ишлаб чиқарилгандагина қўллаш керак. Бу нурланиш қувватини ошириш мақсадида қилинади.

Аралашма оптик толали кучайтиргичлар оптик сигналларни кенг спектр оралиғида кучайтирганлиги учун кў проқ қў лланилади.

Бундай кучайтиргичлар асосини ерда кам тарқалган элементларнинг (асосан эрбий) аралашмалари билан легирланган бир модали толалар ташкил этади. Бунда тола ў заги аралашмалар (эрбий) билан легирланади. Оптик толани ўзи кремний ёки фтор-цирконат элементлари асосида тайёрланган бўлиши мумкин.

Аралашма толали оптик кучайтиргичнинг тузилиши 13.1-расмда кўрсатилган[1].

13.1-расм. Аралашма толали оптик

кучайтиргичнинг тузилиши.

Аралашма толали оптик кучайтиргичнинг ишлаш принципи қуйидагича: кучсиз, сўнган оптик сигналлар фақат бир йўналишда (чапдан-ўнгга) узатишни таъминловчи (тескари йўналишда узатмайдиган) оптик изолятор орқали (2) оптик фильтрлар блокига келиб тушади(3). Фильтрлар лазерга ташқи оптик куч бериш (накачка) частотасида ёруғлик тарқалишини олдини олади. Сўнг оптик сигналлар катушка кўринишида ишланган тахминан 25-100 метрли аралашма толали кабел кесимига келиб тушади (4). Толанинг бу участкаси қарама-қарши томонга ўрнатилган ярим ўтказгич лазернинг (5) кучли узлуксиз нурланишига учрайди. Ташқи оптик куч берувчи лазердан ёруғлик - ташқи оптик куч тўлқини (6) аралашмали толага узатилади. Ташқи оптик куч тўлқини аралашма атомларини қўзғатади. Киришдаги сигналлар кучсиз бўлгани учун аралашма атомларини қўзғалган ҳолатдан ёруғлик нурланиши билан асосий ҳолатга индуцияланган (мажбурий) ўтиши рўй беради. Селектив тармоқлагич (7) кучайтирилган фойдали сигнални (8) чиқиш толасига (9) йўналтиради. Чиқишдаги қўшимча оптик изолятор (10) чиқишдан тескари, тарқоқ сигналларни оптик кучайтиргичнинг актив соҳасига тушишини олдини олади.

Кучайтиргичнинг актив соҳаси ўзаги аралашмалар билан легирланган бир модали тола ҳисобланади. Актив соҳага ташқи лазер орқали оптик куч берилишидан эрбий аралашмасининг уч сатҳли атом тизими ҳосил бўлади (13.2-расм) [1].

13.2-расм. Аралашма толали оптик кучайтиргичнинг уч сатҳли атом тизимининг энергетик диаграммаси.

Ташқи оптик куч натижасида атомлар асосий А сатҳдан қўзғалган В сатҳга ўтади. Ташқи оптик куч бериш энергияси

ΔW=hf (А*В), (13.1)

ташқи лазернинг λ=980 нм тўлқин узунлигига мос келади. Сўнг электронлар В сатҳдан оралиқ С сатҳга ўтади. С сатҳда электронлар етарли даражада кўп жойлашганда, тескари жараён С сатҳдан А сатҳга ўтиш бошланади. Бундай тизим маълум тўлқин узунлиги диапазонидаги кириш оптик сигналларини мажбурий кучайтириш қобилиятига эга. Кучайтиргич ишининг хусусиятлари кўпроқ аралашма турига ва сигналларни кучайтириши керак бўлган тўлқин узунлиги диапазонига боғлиқ.

13.2. Кремний ва фтор-цирконат асосидаги EDFA кучайтиргичлари, уларнинг характеристикалари

Кремнийдан тайёрланган, ўзаги эрбий билан легирланган бир модали толадан иборат кучайтиргичлар кенг тарқалган. Бундай кучайтиргичлар EDFA кучайтиргичлари дейилади. EDFA кучайтиргичларнинг кучайтириш соҳаси кенг 1530 нм дан 1560 нм гача. Бу hv_cA ўтишга мос келади.

Кучайтириш коэффициенти кириш сигналларини амплитудасига ва тўлқин узунлигига боғлиқ. Кириш сигналларининг амплитудаси ошиши билан кучайтириш пасаяди ва чиқишдаги сигнал тўйинишга интилади (13.3-расм).

13.3-расм. Кириш оптик сигналлари қувватининг турли қийматларида кремний асосидаги EDFA кучайтиргичларининг кучайтириш коэффициенти.

Кучайтиришни тўлқин узунлигига боғлиқлиги оптик канал амплитудаларини тўғриловчи эквалайзерларни ўрнатишни талаб этади.

Оптик кучайтиргичларда шахсий шовқинларнинг қуввати юқори. Бу кириш оптик сигналлари бўлмаганда спонтан (тасодифий) нурланишнинг мавжудлиги билан боғлиқ (13.4-расм).

Оптик кучайтиргичлар кучайтирилаётган сигналларга қўшимча шовқин киритади. Натижада сигнал/шовқин нисбати пасаяди, оптик кучайтиргичли оралиқ пунктлар сони чегараланади. Шунинг учун кучайтиргичлар билан биргаликда регенераторларни ҳам қўллаш керак.

Хозирги кунда кремний ва фтор-цирконат асосидаги EDFA кучайтиргичлари мавжуд. Кремний асосидаги кучайтиргичларнинг кучайтириши коэффициенти турли тўлқин узунликларида бир текис эмас. Кучайтиришнинг бир меъёрда эмаслиги бир оптик каналнинг бошқасига қараганда сигнал/шовқин нисбатини ёмонлашувига олиб келади (13.5-расм).

Кремний асосидаги кучайтиргичларнинг сигнал/шовқин нисбати баъзи каналларда юқори (13.6,а-расм), лекин айниқса 1540 нм тўлқин узунликдаги каналларда сигнал/шовқин нисбати кичик.

3.4-расм. EDFA кучайтиргичларнинг шовқин ва чиқиш сигналлари қуввати.

13.5-расм. Киришда сигнал бўлмаганда кириш шовқинлари қувватини акс эттирувчи чиқиш қувватларини эгрилиги.

Спектр бўйича зичлаштириладиган узатиш тизимларининг 1545 нм дан юқоридаги каналларининг шовқиндан ҳимояланганлиги юқори, бошқа 1540 нм даги каналларнинг шовқиндан ҳимояланганлиги кичик бўлади. Шовқиндан ҳимояланганлик, сигнал/шовқин нисбати бир меъёрда ўзгаришини таъминлаш учун фтор-цирконат асосидаги кучайтиргичлардан фойдаланиш керак. Фтор-цирконат асосидаги оптик кучайтиргичларнинг кучайтиришини тўлқин узунлигига боғлиқлик характеристикаси текис ўзгаради.

Хозирги кунда ишлаб чиқарувчилар камчиликларни йўқотиш, бундай кучайтиргичларни келгусида янада такомиллаштириш, шовқин сатҳи кичик, юқори пухталиликка эга EDFA кучайтиргичларини ишлаб чиқариш устида иш олиб бормоқдалар.

13.3. Оптик кучайтиргичларнинг параметрлари

Оптик кучайтиргичлар қуйидагича белгиланади:

13.7-расм. Оптик кучайтиргичларнинг белгиланиши.

Оптик кучайтиргичлар сигналлар фақат оптик технологиялар асосида қайта ишланадиган тўлиқ оптик тизим ва оптик тармоқларда қўллашга мўлжалланган.

Тўлқин (спектр) бўйича мультиплексорлаш WDM (Wfvelength Division Multiplexing) ва зич тўлқин бўйича мультиплексорлаш DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) технологиялари кўп каналли оптик тизимларни ҳосил қилиш имкониятини яратмоқда. DWDM технологиясида сигналлар кучайтириш соҳаси 1530-1560 нм бўлган оралиқда узатилади. Оптик каналлар ўртасидаги оралиқ масофа 3,2/1,6/0,8/0,4 нм бўлади. Бундай оралиқ масофада бир неча ўнлаб оптик каналларни (80 гача) жойлаштириш мумкин.

Бундай тизимларда қўлланиладиган оптик кучайтиргичлар қуйидаги параметрлар орқали аниқланади:

1. Тўйиниш қуввати Р_т.чиқ-максимал чиқиш қувватини аниқлайди.

Максимал қувват 36дБқ (4 Вт)дан ошиши мумкин.

2. Кучайиш коэффициенти:

g=10lg P_{с. чиқ}.P_{с. кир}, (7.2)

бу ерда, P_c.чиқ- чиқиш сигналининг қуввати;

P_{c. кир-} кириш сигналининг қуввати

Кучайиш »40дБ гача етиши мумкин.

3. Шовқин-фактор NF кучайтиргич киришидаги сигнал/шовқин нисбатини чиқишдаги сигнал/шовқин нисбати орқали аниқланади:

NF=(P_c.кир/P_{шов.кир})/(P_c.чиқ/P_{шов.чиқ}). (7.3)

NF=5-6 дБ.

Оптик кучайтиргичлар вазифасига қараб дастлабки, линия ва қувват кучайтиргичларига бў линади.

Дастлабки кучайтиргичлар регенератор киришида ўрнатилади ва сигнал/шовқин нисбатини оширишга ёрдам беради.

Линия кучайтиргичлари сигнал бузилишларини бартараф этиш зарурияти бўлмаса, регенераторлар ўрнини босиши мумкин.

Қувват кучайтиргичлари лазер ÿтказгичларнинг чиқишида ўрнатилади ва оралиқ кучайтириш пунктлари орасидаги масофани узайтиришга ёрдам беради.

Назорат саволлари

1. Оптик кучайтиргичлар нима мақсадда қўлланилади?

2.Оптик кучайтиргичларнинг қандай турларини биласиз?

3. Аралашма толали оптик кучайтиргичларнинг тузилиши ва иш прннципини тушунтиринг.

4. Нега ярим ўтказгичли оптик кучайтиргичлар кенг қўлланилади?

5. Оптик кучайтиргичлар қандай асосий параметрлар билан тавсифланади?

6. Оптик кучайтиргичлар вазифасига кўра қандай турларга бўлинади?

14- МАЪРУЗА

Режа:

1. Рақамли толали оптик алоқа тизимларининг линия кодлари. Линия кодларига қўйиладиган талаблар

2. Линия кодларининг турлари ва уларнинг шаклланиши

14.1. Рақамли толали оптик алоқа тизимларининг линия кодлари. Линия кодларига қўйиладиган талаблар

Линия кодининг параметрлари оптик тола параметрлари билан мослашган бўлиши керак. Рақамли электр импульслар оптик нурланиш (оптик ташувчи) жадаллиги ёки қувватини модуляциялаб, рақамли оптик сигналларнинг линия кодини шакллантиради. Оптик линия коди электр линия кодларидан фарқли равишда бир қутбли бўлади.

Оптик линия кодларига бир қатор талаблар қўйилади:

1. Рақамли ТОА тизимлари линия кодларининг тузилиши тактли синхронизация импульсларини шакллантириш учун рақамли сигнал таркибидан тактли частотани осонгина ажратиб олишни таъминлаши керак.

2. Линия кодининг тузилиши алоқани узмасдан линия тракти қурилмалари созлигини назорат қилишни, узатиш сифатини ва юкори шовқин бардошлиликни таъминлаши керак.

3. Шовқин ва дисперсия бузилишларини камайтириш учун оптик линия кодининг энергетик спектри иложи борича тор бўлиши керак. Спектр оралиғи қанча кенг бўлса, шоқин сатҳи шунча ортади ва аксинча.

4. Линия кодининг энергетик спектри таркибида доимий ташкил топувчилар бўлмаслиги керак. Бу ТОА тизимлари линия тракти қурилмаларининг кучланиш таъминотини юқори аниқликда ўрнатиш кераклиги билан тушинтирилади. Символлараро халақитларни камайтириш мақсадида паст частотали соҳаларда чатота оралиғи чегараланган бўлиши керак.

5. Шунингдек, символлараро халақитларни камайтириш учун энергетик спектри юқоридан чегараланган бўлиши зарур.

6. Оптик линия коди кодер ва декодер қурилмалари соддалашувини таъминлаши керак.

Юқорида келтирилган талабларнинг тўлиқ ҳажмдаги йиғиндисига ҳеч қайси код жавоб бермайди. Шунинг учун қўйиладиган талабларга боғлиқ ҳолда ТОА тизимларида турли кодлардан фойдаланилади.

14.2. Линия кодларининг турлари ва уларнинг шаклланиши

ТОА тизимлари аппаратураларида қўлланиладиган бошланғич код NRZ (non return to zero – нолга қайтмаслик) коди ҳисобланади. NRZ кодининг спектрида тактли частотанинг дискрет ташкил этувчиларини бўлмаслиги сабабли тактли частота ажратгич қурилмаси мураккаблашади ва регенераторнинг қабул қилиш қурилмаларини синхронизацияси қийинлашади.

Барча оптик кодлар блок кўринишида бўлиб, уларда бошланғич NRZ кодининг ҳар бир “m” импульсидан линия оптик кодининг “n” импульси шаклланади. Бунда ҳар доим n>m бў либ, ортиқча импульслар линияга узатилади. Бу линия кодида ортиқлик дейилади. Бундай код mВnВ деб белгиланади, бу ерда “В” (Binary – иккилик) бошланғич ва линияга узатиладиган кодларни иккилик коди эканлигини билдиради. Линия коди бошланғич кодни узатишга кетадиган вақтда узатилиши керак. Сигналларни линияга узатиш тезлиги

, (14.1)

бу ерда f– линия коди импульсларининг кетма – кетлик частотаси;

f_m-бошланғич код импульсларининг кетма–кетлик частотаси.

Бунда шуни алоҳида белгилаб ўтиш керакки, узатиш тезлиги ошиши билан линия коди n импульсларининг ортиқлиги камайиши керак. Чунки узатиш тезлиги ортиши билан аппаратуралар мураккаблашади ва линияда дисперсия ошади. Турли оптик кодларни кўриб чиқамиз.

1В2В кодлар. Бу синфдаги кодлар содда бўлиб, бошланғич кодларга нисбатан линияга узатиладиган импульслар сони 2 марта ошиқ. BI-L (абсолют биимпульс) коди ҳам 1В2В синфидаги кодларга киради. BI-L кодининг шаклланиши 14.1–расмда кў рсатилган.

14.1-расм. NRZ дан BI-L кодига ўзгартириш.

Расмдан кўриниб турибдики, бошланғич NRZ кодидаги ноллар ўрнига BI-L кодида бир ва ноллар алмашиниб, кетма – кет узатилади. Бу билан шовқиндан ҳимояланганлик ортади.

1В2В кодларидан энг кўп қўлланиладигани CMI кодидир. CMI коди фильтр ёрдамида тактли частотани ажратиш имкониятига эга бўлган оддий коддир. Бундай имконият ярим тактли 1,5*f_m чатотада энергетик спектрнинг максимал эканлигига боғлиқ. Бундай кодларда бошланғич «1» символи 11 ва 00 блоки кўринишида, бошланғич «0» символи эса 01 (ёки 10) кўринишида кодланади. 11 ва 00 навбатма – навбат ўзгариши хатоликларни аниқлашга ёрдам беради.

2В4В кодлари. Бу синфдаги кодга ПИМ позицион – импульс модуляцияли код киради. Бунда бошланғич 00, 01, 10, 11 кодлардан мос равишда 1000, 0100, 0010, 0001 линия кодлари шаклланади

(14.1-жадвал).

14.1-жадвал

2В4В кодининг шаклланиши

Бошланғич код	Линия коди
00	1000
01	0100
10	0010
11	0001

ПИМ кодининг шаклланиши 14.2 – расмда берилган.

14.2-расм. ПИМ кодининг шаклланиши.

1В2В синфидаги кодлардан ПИМ кодининг афзаллиги шундаки, унда «1» символларининг сони 2 марта кам ва мос равишда линияга узатишнинг ўртача қуввати камаяди. Бундан биринчи навбатда нурланиш манбаларининг ишончлилиги ошади ва қувват кам сарф этилади.

Тўртта узатилаётган символлардан фақат биттаси «1» символи бўлганлиги сабабли синхронизация мукаммаллашади. 1В2В, 2В4В синфдаги кодларда m импульсга қараганда n импульслари 2 марта кўплиги сабабли бундай кодлар тезлиги 100 Мбит/с дан ошмайдиган тизимларда қўлланилади.

3В4В, 5В6В кодлари. Бу кодларда битта ортиқча разряднинг киритилиши, кам разрядлар сонидан иборат бошланғич комбинацияларни кўп разрядлар сонидан иборат синхронизация учун қулай нол ва бирларнинг бирикмаси кўринишидаги комбинациялар билан алмаштириш имконини яратади. Буни 5В6В коди мисолида кўриб чиқамиз. Бошланғич блоки 5 разряддан ташкил топган. Битта разряддан мумкин бўлган комбинациялар сони 2⁵=32 га тенг. Бу комбинациялар ичида синхронизация учун унчалик самарали бўлмаган нол ёки бирлар серияси кетма–кет келувчи (масалан 00000, 00001, 11111 ва бошқа) комбинациялар ҳам мавжуд. Агар уларни 6 разрядли блокка алмаштирсак, мумкин бўлган комбинациялар 2⁶=64 та бўлади ва улардан синхронизацияни таъминлаш нуқтаи назаридан бир ва ноллар сони қулай бў лган 32 та комбинацияни ажратиб олиш мумкин.

14.2-жадвалдан кўриниб турибдики, бир ва ноллар сони тенг бўлган, 6 разрядли 20 та комбинация мавжуд, қолган 12 комбинация иккита бир ва тўртта нолдан ёки тўртта бир ва иккита нолдан иборат комбинациялар навбатма-навбат узатилади.

14.2-жадвал

5В6В синфини кодли комбинациялари

Чиқиш блоки	код 5В6В	Чиқиш блоки	код 5В6В
00000 00001 00010 00011 00100 00101 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111	101011 100010 101010 101001 111000(+) 101000 110010 111010 001010 001011 011010 100110 101110 100100 101100 110100 110110 000110 001110 010110 011110 010100	10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 111000 11101 11110 11111	100011 110101 000101 111001 001001 001101 110011 010001 010101 110001 011101 011000 100111 100001 100101 011001 101101 001100 010011 010111 010111(-) 011011 010010 011100

Бу билан бирлар зичлигининг доимийлиги таъминланади. Бу кодларда хатоликларни топиш, 5В6В кодига таълуқли бўлмаган 6 разрядли комбинацияларни аниқлаш билан боғлиқ.

1В2В, 2В4В кодларига нисбатан 5В6В кодининг энергетик спектри тор, бу унинг энг муҳим афзаллиги ҳисобланади. 5В6В, ПИМ, NRZ кодларининг энергетик спектрлари 14.3-расмда тасвирланган.

5В6В

14.3-расм. Турли оптик линия кодларининг спектрлари.

10В12В, 40В48В кодлари. Бу кодларда ортиқча разрядлар синхронизацияни таъминлаш ва хатоликларни текшириш мақсадида киритилади (14.4-расм).

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

a)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P

b)

14.4-расм. 10В 1R 1Р турдаги линия кодини шаклланиш схемаси:

а) - бошланғич NRZ коди; b) - 10В 1R 1Р линия коди.

Хатоликлар мавжудлиги Р разради ёрдамида текширилади. Бу назорат символи бошланғич блокни жуфтликка текшириш учун хизмат қилади. Агар NRZ коди бошланғич блокининг йиғиндиси жуфт сонни берса, Р разрядига «0» символи, аксинча бўлса «1» символи берилади. Шу тарзда узатишда бирламчи хатоликни аниқлаш имконияти юзага келади. Қўшимча R символи 1 кўринишида синхронизация учун киритилади ва шунингдек у орқали берилган блокнинг чегарасини аниқлаш мумкин. 10В 12В коди баъзан 10В 1R 1Р деб белгиланади.

Скремблерлаш – бу янги кодни яратишни яна бир имкониятидир. Бунда линия коди символларни бошланғич код символларига нисбатан ортиқ бўлишига зарурият мавжуд эмас. Албатта, бундай кодлаш ўзининг тежамкорлиги туфайли юқори тезликли тизимларда, асосан STM-N тизимларида қўлланилади.

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

14.5-расм. Скремблерлаш қурилмасининг иши.

Скремблерлашда бошланғич код, бир ва нолларнинг узатиш зичлиги тахминан тенг бўлган кодларга алмаштирилади, бу қабул қилишда синхронизация мувозанатини таъминлайди. Узатишда хатоликларни аниқлашга келсак, бундай мақсадлар учун цикл сарлавҳаси (фрейм) қўлланилади. Бунда циклдаги барча ахборот скремблерланади. Скремблерлаш қурилмасининг иши асосида бир ва ноллар квазитасодифий кетма–кетлигининг генератори сингари сурувчи регистрни қўллаш ётади. Квазитасодифий кетма– кетликларни олиш учун сурувчи регистрда икки модули бўйича алоҳида ячейкаларни қўшиш қўлланилади. Биринчидан бунда ҳар бир циклда сурувчи регистрга киритилган ҳар қандай кетма – кетликдан («0» дан ташқари) тактдан тактга ўзгарувчи нол ва бирлар кетма – кетлиги шаклланади. Бу сигналлар бошланғич сигнал билан қўшилганда, линияга скремблерланган сигнални бериш ва худди шундай скремблерлаш қурилмасида, худди шундай сурувчи регистрда бир хил лахзада кўчирилган бошланғич кетма– кетликлардан (линия тракти бўйлаб узатиладиган сигнални вақт бўйича кечикишини назарда тутган ҳолда) қабул қилувчи қисмда бошланғич сигнални қайта тиклаш имконини беради.

Скремблерлашнинг яна қўшимча афзаллиги шундаки, узатиладиган ахборотларнинг махфийлиги сақланади.

Назорат саволлари

1. Оптик линия кодларининг электр кодлардан асосий фарқи нимада?

2. Рақамли ТОА тизимларининг оптик линия кодларига қандай талаблар қўйилади?

3. 1В2В синфидаги кодлар қандай шаклланади?

4. 2В4В синфидаги кодлар қандай шаклланади ва бу кодлар қандай афзалликларга эга?

5. 3В4В, 5В6В синфидаги кодлар қандай шаклланади ва улар қандай афзалликларга эга?

6. Юқори тезликли ТОА тизимларида қайси линия кодлардан фойдаланилади?

7. 10В1Р1R кодлар қандай хусусиятларга эга?

8. Скрембрлаш нима?

15-МАЪРУЗА

Режа:

1. Пассив оптик қурилмаларнинг асосий параметрлари

2. Нурланишни киритиш ва чиқариш қурилмалари

3. Ажраладиган ва ажралмайдиган оптик улагичлар

3.1. Ажраладиган оптик улагичларнинг тузилиши

3.2. Оптик толаларни ажралмайдиган улашлар

15.1. Пассив оптик қурилмаларнинг асосий параметрлари

ТОА тизимларини нормал ишлаши учун уларни таркибига, турли хил пассив оптик қурилмалар киритилади. Пассив оптик қурилмаларга қуйидагилар киради: оптик сигнални киритиш ва чиқариш қурилмалари, улагичлар, изоляторлар, тармоқлагичлар, фильтрлар, аттенюатор ва бошқалар. Бу қурилмалар учун қуйидаги параметрлар умумий ҳисобланади: турғун тў лқин коэффициенти, киритилувчи шовқин, тў лқин узунлигини ишчи диапазони, рухсат этиладиган қувват сатҳи.

1. Турғун тÿлқин коэффициенти k_тт ва югурувчи k_ют тўлқин коэффициентлари қурилмани оптик тракт билан мослашиш даражасини аниқлайди, Улар акс этиш коэффициенти r билан боғлиқ:

k_тт=1/ k_ют= ( 1+ғrғ)/( 1-ғrғ), (15.1)

бу ерда ғrғ=√P_{акс. э}/P_{туш ;}

P_акс.э ва P_туш – мос равишда акс этган ва тушаётган тўлқин қувватлари. Идеал мослашишда акс этган тўлқинлар мавжуд бўлмайди, яъни P_акс.э.=0, r=0 ва k_тт= k_ют=1

Мослашмаганлик узатилган сигнални бузилишига ва қўшимча йўқотишларга олиб келади. Импульсларни такрорий акс этиш туфайли бузилиши 15.1-расмда кўрсатилган [4].

5.1-расм. Такрорий акс этиш натижасида импульсларнинг бузилиши

а) мослашмаган оптик қурилма тўлқинлари;

b) вақт диаграммалари.

Оптик қурилма чиқишида, тўғри тўрт бурчак кўринишида кўрсатилган, такрорий акс этиш натижасида E йиғинди сигнал бошланғич тўғри бурчакли сигнални такрорламайди. 3.1–расмдан кўриниб турибдики, ушбу холда импульс кенгаяди.

2. Киритилувчи сўниш (йўқотиш)лар a, дБ қиймати, оптик қурилманинг кириш P_кир ва чиқиш P_чиқ қувватлари нисбатини логарифми орқали аниқланади:

a =10 lg(P_кир/P_чиқ). (3.2)

Киритилувчи сўниш оптик тўлқинларни ёки ёруғликни ютилиши, сочилиши ва акс этиши билан шартланади.

3. Қурилманинг асосий параметларини берилган техник нормалар доирасидан чиқмайдиган тўлқин узунлиги диапазони l_мин.......l_макс ёки частота диапазони ¦_мин...¦_макс ишчи дейилади.

4. Асосий параметрлари берилган техник нормалар доирасидан чиқмайдиган қувват сатҳи рухсат этиладиган ҳисобланади. Рухсат этилган сатҳдан юқори қуввати сигнал ўтганда, қурилмани куйиши истисно этилмайди. Бошқа параметрлар муайян қурилмаларни бажарадиган вазифадан келиб чиққан ҳолда аниқланади.

15.2. Нурланишни киритиш ва чиқариш қурилмалари

Нурланишни киритиш ва чиқариш қурилмалари максимал мумкин бўлган қувватни мос равишда манбадан толага ва толадан фотоқабулқилгичга узатишни таъминлаши керак. Бу қурилмани тузилиши, нурланиш манбалари, фотоқабулқилгичлар ва оптик тола характеристикалари билан аниқланади.

Ёруғлик диодлари кам ёрқинли ва катта нурланиш майдонли (тўғри келадиган қийматлар S=0,2. . .5,6 мм²) ва тескари, юқори ёрқинли ва кичик нурлантирувчи юзали бўлиши мумкин. Охиргиларни (шунингдек, инжекцион лазерларни) бевосита туташадиган жойида оптик толага улаш мумкин.

Кўп модали толада нурланишни киритишдаги йўқотишлар:

a_нк»h+А_акс.э+А_нур , (15.3)

бу ерда h=10lg(Р_н.м/Р_от)-киритиш самарадорлиги, дБқ;

Р_н.м.-нурланиш манбаини қуввати, Вт;

Р_от-оптик толага киритилган қувват, Вт;

А_акс.э-акс этиш ҳисобига йўқотишлар, дБқ;

А_нур-модаларни стационар холати ўрнатиладиган тўлқинда нурланиш йўқотишлари, дБқ.

Нурланиш манбаини кўп модали тола билан энг яхши ва барқарор мослашуви, нурланиш манбаи юзасини тўрт тўлқинли қатлам n_т=Ön_н.м × n_от билан қоплаш ва тирқишни n_от ли иммерсион суюқлик билан тўлдириш ҳисобига эришилади. Бунда акс этиш йўқотишлари кам.

Нурланишни бир модали толага киритишдаги муаммолардан бири лазер нурлантирган тўлқин ва ёруғлик диодини асосий модалари НЕ₁₁ майдонларини тақсимланишини мос келмаслиги ҳисобланади. Бу мос тушмаслик, оптик сигналларни киритиш қурилмаларни жуда катта аниқликда тайёрланишини талаб этади.

Oптик сигналларни киритиш қурилмаларидан бири конус шаклидаги қурилма (15.2-расм) ҳисобланади. Конус кўндаланг юзасини катта диаметрларида (1...2 мм) юқори тартибли модалар ҳосил бўлиши мумкин. Буни бартараф этиш мақсадида конусни кўндаланг ёни ва лазер ўртасига фаза коррекцияловчи элемент-сферик линза киритилади. Бундай қурилма 1,6...2,2 дБ самарадорликка эга[4].

15.2-расм. Нурланишни киритиш қурилмаси: А - нурланиш манбаи; БМОТ - бир модали оптик тола; 1- сферик линза; 2 - бир модали оптик конус;

3 - ў зак.

15.3. Ажраладиган ва ажралмайдиган оптик улагичлар

ТОА линиялари бўйлаб ахборотни узатишни энг муҳим масалаларидан бири оптик толаларни ишончли уланишини таъминлаш ҳисобланади. Оптик улагич – бу нурланишни киритиш ва чиқариш жойида, толали оптик алоқа линия трактининг турли компонентларини улаш учун мўлжалланган қурилма. Улагичлар оптоэлектрон модулларни (қабул қилгич ва ÿтказгичларни) кабел толалари билан улайди, кабелнинг қурилиш узунликларини

бир-бири ёки бошқа компонентлар билан улайди. Улагичлар ажраладиган ва ажралмайдиганга бўлинади. Ажралмайдиган улагичлар кабел тизимларини доимий монтаж жойларида қўлланилади. Ажралмайдиган уланишни таъминловчи, асосий монтаж усули пайвандлаш ҳисобланади. Ажраладиган улагичлар (коннектор, connectors термини кенг қўлланилади) кўп марталаб улаш/ ажратиш имконини беради [1].

Амалиётда ажраладиган оптик улагичлар кабелни иккала охирида ва ажралмайдиган оптик улагичлар оралиқ секцияларни улашда қўлланилади. Бунга қуйидагилар сабабдир: ажралмайдиган улагичлар киритувчи йўқотишлар сатҳи минимал бўлиб,1 та улагичда 0,04 дБни ташкил этади. Ажраладиган оптик улагичлар киритувчи йўқотишлар эса катта. Бундан ташқари ажралмайдиган улагичлар аниқ доимийликни таъминлайди, бу ажраладиган оптик улагичларни юқорида айтиб ўтилгандек бир неча ва кўплаб улаш ажратиш кутиладиган жойларда, масалан, коммутацион панелларда ёки уланишли кроссларда ишлатишни талаб этади.

Агар биз қурилмани алмаштиришни истасак, унда буни ажралмайдиган оптик улагичларга қараганда ажраладиган оптик улагичлар орқали амалга ошириш қулай [6].

15.3.1. Ажраладиган оптик улагичларнинг тузилиши

15.3-расмда штекерли ажраладиган оптик улагич кўрсатилган. Бу улагичда уя ва штир қисмлари уланади. Уланишдан сўнг гайка билан мустаҳкамланади. 3.3-расмда улагични уяли қисмини юзасида резба ва гайка кўрсатилмаган [4].

Улагичларга қуйидаги талаблар қўйилади: киритувчи йўқотишлари тескари ва тескари акс этишлари кам, ташқи механик, климатик ва бошқа таъсирларга бардошли, юқори ишончли тузилиши содда ва кўп марталаб такрорий уланишлардан сўнг характеристикалари бир озгина ёмонлашиши керак.

15.3.2. Оптик толаларни ажралмайдиган улашлар

Ажралмайдиган оптик улашни кенг тарқалган усулларидан бири шишадан тайёрланган трубка ёрдамида улаш ҳисобланади (15.4-расм). Бундай улашда киритилувчи сўниш қиймати 0,29 дБни ташкил этади.

Думалоқ ариқчали–пластина ёрдамида толаларни улаш (15.5-расм) усулида киритиладиган сўниш сатҳи 0,5 дБ ни ташкил этади [4]. Тола охирлари аниқ марказлаштирилиб, сўнг ёпиштирилади ёки пайвандланади.

/

Оптик толаларни доимий улаш учун пайвандлашдан кенг фойдаланилади. ҳозирда пайвандлаш қурилмалари, амалиёти такомиллашиб бормоқда. Натижада пайвандлашли улаш усули қўлланилганда киритилувчи сўниш қийматлари бир модали ва кўп модали толалар учун 0,04-0,1 дБ ни ташкил этади.

Кўп модали толаларда пайвандлашли улаш сифатига таъсир қилувчи, толани ўзига боғлиқ бўлган омиллар мавжуд. Бу омилларга тола диаметрларини, сонли апертураларини ва синдириш кўрсаткичларини мос келмаслиги, ўзакни қобиқ марказида жойлашмаслиги киради.

Бир модали толаларда (дисперсияси силжимаган ҳолда) пайвандлаш сифатига таъсир қилувчи асосий омил бу толаларни мода майдони диаметрларини мос келмаслиги ҳисобланади.

Шунингдек, бўйлама ва бурчакли силжишлар, ўзакни ифлосланиши ва деформацияси ҳам пайвандлаш сифатига таъсир қилувчи омиллардир. Бу омилларни таъсири малакали техниклар, толани автоматик тенглаштирувчи қурилмаларни ва замонавий пайвандлаш қурилмаларни ишлатиш ҳисобига минимумга етказилиши мумкин [6].

Назорат саволлари

1. Пассив оптик қурилмалар қандай параметрлар билан характерланади?

2. Нурланишни киритиш қурилмаси қандай тузилган?

3. Қисмларга ажраладиган ва ажралмайдиган оптик улагичлар қачон қўлланилади?

4. Штекерли оптик улагич қандай тузилган?

5. Оптик толаларни ажралмайдиган улашнинг қандай усулларини биласиз?

16-МАЪРУЗА

Режа:

Оптик тармоқлагичлар: дарахтсимон ва юлдузсимон тармоқлагичлар, шахоблантиргич.

16.1. Оптик тармоқлагичлар: дарахтсимон ва юлдузсимон тармоқлагичлар, шахоблантиргич

ТОА тизимларини энг муҳим пассив элементларидан бири оптик тармоқлагич (coupler) ҳисобланади. Тармоқлагичлар кабелли телевидениенинг тақсимланган толали-коаксиал тармоқларини қуришда, шунингдек давлатлараро тўлиқ оптик тармоқларни лойихалаштиришда кенг қўлланилади. Иккала ҳолда ҳам тармоқлагичлар қўлланилмаганда, тармоқ жуда қимматга тушарди [1]. Тармоқлагичлар ёруғлик оқимларни бир неча йўналишларга ажратади ёки бир неча оқимларни битта йўналишга бирлаштиради.

Сплиттер (cplitter)-одатда бир кириш ва бир неча чиқишдан иборат қурилма. У сигналларни икки йўналишда узатиш учун ёки оқимни икки ёки ундан ортиқ қурилмаларга ва фойдаланувчиларга тақсимлаш учун ишлатилиниши мумкин.

Комбайнер (combiner)-одатда битта чиқиш ва икки ёки ундан ортиқ киришига эга қурилма. У бир йўналишли ёки икки йўналишли операцияларни бажариш учун қўлланилиши мумкин [6].

Тармоқлагични-асосий турлари қуйидагилардир: дарахтсимон тармоқлагич; юлдузсимон тармоқлагич; шахоблантиргич.

Дарахтсимон тармоқлагич (tree coupler) сигнал оқимини битта киришга қабул қилиб, уни бир неча чиқишларга тақсимловчи ва бунга тескари вазифани бажарувчи қурилма. У сигнални манбадан бир неча фойдаланувчиларга тақсимлаш учун қўлланилади (16.1,а-расм). Одатда дарахтсимон тармоқлагичларда қувват ҳамма чиқишларга тенг тақсимланади. Дарахтсимон тармоқлагични ҳозирги моделида чиқишлар сони 2 дан 32 гача бўлиши мумкин. Кўпгина дарахтсимон тармоқлагичлар сигналларни бирлаштириш вазифасини ҳам бажариши мумкин.

Юлдузсимон тармоқлагичда (star coupler) кириш ва чиқишлар сони бир хил. Оптик сигнал n киришлардан бирига тушади ва n чиқишлар ўртасида тенг тақсимланади. 2х2 ва 4х4 юлдузсимон тармоқлагичлар кенг тарқалган. Аралаштириб юбормаслик учун киришлар лотин харфлари ва чиқишлар сон билан белгиланган (16.1,б-расм). Юлдузсимон тармоқлагичлар барча чиқишлар ўртасида қувватни тенг даражада тақсимлайди.

Шахоблантиргич (ответвител) (tap)-бу чиқишларига қувват тенг тақсимланмайдиган, дарахтсимон тармоқлагични умумлашганидир (16.1,в-расм). Улар 1х2, 1х3, 1х4, 1х5, 1х6, 1х8, 1х16, 1х32 тузилишли бўлиши мумкин. Чиқиш қувватини маълум бир қисми (50% дан кам) шахоблантиргич каналига (каналларига) боради, катта қисми эса магистрал каналда қолади. Чиқишлари қувватни камайиши тартибида рақамланади [1].

Оптик тармоқлагичлар cелектив (тўлқин узунлигига сезгир) ва носелектив (тўлқин узунлигига сезгир бўлмаган)га бўлинади. Юқорида кўриб чиқилган оптик тармоқлагичлар носелектив элементларга киради.

16.1- расм. Тармоқлагич турлари: а) - дарахтсимон тармоқлагич; b) - юлдузсимон тармоқлагич; d) – шахоблантиргич.

Назорат саволлари

1. Оптик тармоқлагичларнинг турлари ва уларнинг вазифаларини тушунтиринг.

17- МАЪРУЗА

Режа:

1. Оптик аттенюаторлар.

2. Оптик изоляторлар, уларнинг тузилиши ва ишлаш принципи.

3. Оптик фильтрлар

17.1. Оптик аттенюаторлар

Оптик аттенюаторлар кириш оптик сигналларни қувватини камайтириш мақсадида ишлатилинади. Рақамли сигналларни узатишда ҳам, аналог сигналларни узатишда ҳам бунга зарурият вужудга келиши мумкин. Катта сатҳли рақамли сигналларни узатишда қабул қилувчи оптоэлектрон модулни тўйинишига олиб келиши мумкин. Аналог сигналларни узатганда хаддан ташқари катта сатҳ ночизиқли бузилишларга ва тасвирни ёмонлашишига олиб келади [1].

Аттенюаторлар кўпинча лазер узатгичдан кейин жойлаштирилади. Аттенюаторлар лазерни чиқиш қувватини, ундан кейинги EDFA кучайтиргичлари каби қурилмалар талаб этадиган сатҳ билан мослаштиради.

Ёруғлик жадаллиги фотодиодни динамик диапазони доирасидан чиқадиган даражада катта бўлган, қисқа оптик толали секцияларда аттенюатор ўрнатиш мумкин. Улар интенсивликни қабул қилгични динамик диапазонига мос келадиган сатҳгача камайтиради [6].

Ишлаш принципи бўйича аттенюаторлар cўниш қиймати бўйича ўзгарувчан ва сўниш

қиймати қайд этилган турларга бўлинади.

Ўзгарувчан аттенюаторлар сўниш қийматини 0-20 дБ оралиқгача ўзгариш имконини беради.

Қайд этилган аттенюаторларда сўниш қиймати ишлаб чиқарувчи томонидан ўрнатилган бўлади. Уларни қиймати 0, 5, 10, 15 ёки 20 дБни ташкил этиши мумкин [1].

Аттенюаторлар томонидан киритиладиган сўниш ±15 % дан ошиқ бўлмаслиги керак. Оптик акс этиш қобилияти максимал -40 дБ сатҳда бўлиши керак. Аттенюаторларни ишчи тўлқин узунликлари диапазони максимал 1360 нм дан 1580 нм гачани, минимал 1200 нм дан 1480 нм гачани ташкил этиши керак. Типик ишчи тўлқин узунлиги кенглиги 1310-1580 нм. Аттенюаторларда ҚМДга боғлиқ бўлган йўқотишлар 0,3 дБ дан юқори бўлмаслиги керак [6].

17.2. Оптик изоляторлар, уларнинг тузилиши ва ишлаш принципи

Оптик сигнал тола бўйлаб тарқалиб, турли бир турда эмасликлардан, айниқса оптик уланган жойлардан акс этади. Бундай акс этиш натижасида энергиянинг қандайдир бир қисми тескари томонга қайтади. Агар лазер нурланиш манбаларидан фойдаланилса, акс этган сигнал лазерни резонаторига тушиб, мажбурий (индуцияланган) кучайиш қобилиятига эга бў либ, паразит сигналларни ҳосил қилади. Айниқса, манба рақамли ва кенг полосали сигналларни нурлантирганда бундай акс этишлар камроқ бў лиши керак. Кў проқ коннектор уланишларига ва бошқа оптик қурилмаларга (тармоқлагич, спектр бў йича зичлаштириш қурилмалари, оптик кучайтиргичлар) эга мураккаб кенг полосали тармоқларда бундай тескари алоқа кучаяди ва нурланиш манбаини шовқин сатҳини ошишига олиб келади. Тескари оқимларни бартараф этиш оптик изоляторларни қў ллашга асосланган. Оптик изоляторлар деярли йў қотишларсиз ёруғликни бир йў налишда узатишни, бошқа (тескари) йў налишда эса катта сў ниш билан узатишни таъминлайди. Хозирги кунда оптик изоляторлар кў пгина лазерли тизимлар ва оптик кучайтиргичларнинг асосий элементи ҳисобланади, шунингдек оптик алоқа линиясининг алоҳида элементи сифатида ҳам қў лланилади.

Оптик изоляторнинг иши Фарадей эффекти бў йлама магнит майдон таъсирида оптик ноактив мода билан ёруғлик қутбланиши текислигини бузилишига асосланган. Қутбланиш текислигини бурилиш бурчаги q=VB_zd га тенг, бу ерда V-Верде доимийси (verdet)-моддани табиати, ҳарорати ва ёруғликни тў лқин узунлигига боғлиқ бў лган, солиштирма магнит бурилиши;

B_z -магнит майдон индукциясини бў йлама ташкил этувчиси;

d - моддада ёруғлик йў лини узунлиги-Фарадей ячейкаси ў лчами.

Бурилиш йў налиши фақатгина модда табиати ва магнит майдон йў налишига боғлиқ. Қутбланиш текислигини магнит бурилиши, магнит майдон таъсирида модданинг оптик хусусиятларини асимметриясини юзага келиши билан шартланади.

Қутбланиш текислиги бурилишини тў лқин узунлига боғлиқлиги айланма дисперсия дейилади.

Оптик изоляторнинг ишлаш принципи. Оптик изолятор уч элементдан ташкил топган: қутблантиргич (1), Фарадей ячейкаси (2) ва анализатор (3) чиқиш қутблантиргичи (17.1-расм).

17.1-расм. Оптик изолятор схемаси: а) - тўғри йў налишдаги фойдали сигнал эркин ўтади; b) - тескари йўналишдаги сигнал қутблантиргичда ютилади.

Фарадей ячейкасини параметрлари шундай танланадики, ундан ўтадиган ёруғликни қутбланиш ў қи 45⁰ га буриладиган бў лиши керак. Қутблантиргични ў қи ҳам шундай бурчак остида ў рнатилади.

Фойдали кириш сигнали қутблантиргич (1) орқали ў тиб, горизонтал ташкил этувчисини бартараф этиб, ў зини вертикал ташкил этувчисини ўзгаришсиз қолдиради.

Сўнг вертикал қутбланган ёруғлик Фарадей ячейкаси (2) орқали ўтади, қутбланиш текислигини 45⁰ га буради ва анализатор (3) орқали қаршиликсиз ў тади.

Ёруғликни тескари йў налишда тарқалишида (3.9-расм) у яна анализатор (3) текислигида қутбланади, сўнг Фарадей ячейкаси (2) орқали ўтиб, горизонтал қутбланган холга келади. Шу тариқа, ёруғликни қутбланиш ва қутблантиргич (1) ўқлари 90⁰ бурчакни ташкил этади, шунинг учун қутблантиргич (1) тескари нурланишни ўтказмайди[1].

17.3. Оптик фильтрлар

Оптик фильтрлар умумий узатилаётган оптик спектрдан оптик каналларни ажратиш учун қў лланилади. Фильтрлар қўшни оптик каналларни бартараф этиш имкониятига эга, чунки фотоқабулқилгичлар спектрал танлашга эга эмас. Оптик фильтрлар сифатида демультиплексорлар ҳам қўлланилиши мумкин.

Алоҳида оптик фильтрлар кўп қатламли диэлектрик тузилиш ва дифракцион панжарадан иборат бўлади.

Кўп қатламли диэлектрик тузилишли оптик фильтрларнинг ишлаш принципи қуйидаги расмда тасвирланган (17.2-расм).

17.2-расм. Кўп қатламли диэлектрик фильтрнинг ишлаш принципи: а) - кўп қатламли диэлектрик тузилиш;

b) - акс этиш коэффициентининг спектрал боғлиқлиги.

Кўп қатламли тузилишда турли синдириш кўрсаткичли икки турдаги диэлектриклар ўзаро кетма-кетликка эга. Қатламнинг қалинлиги a (1/4) l да (танланган оптик каналнинг тўлқин узунлиги) тушиш бурчагини a {(1/4) l cos a } тўғрилашни ҳисобга олсак, тушаётган нур кетма-кет қатламлар чегарасида қисман қайтади. l тўлқин узунликли нурланиш синфаз қайтади ва йиғилади, қолган нурланиш кучсиз қайтади ва ютилади. Қатламларни қалинлигини ўзгартириб, фильтрларнинг ўтказиш полосасини ўзгартириш мумкин.

Хозирги кунда қўшни оптик каналлар орасидаги масофа 100 ГГц ни ташкил этади (Dl=0,8 нм) ва 50 ГГц (Dl=0,4 нм) да қўшни каналлар орасидаги масофа ўтиш тахмин қилинади.

Назорат саволлари

1. Оптик аттенюаторлар қандай мақсадларда қўлланилади?

2. Оптик изоляторларнинг вазифаси ва уларнинг ишлаш принципини тушунтиринг.

3. Оптик фильтрларни вазифаси нимадан иборат?

4. Оптик фильтрларнинг ишлаш принципини тушунтиринг.

АДАБИЁТЛАР

1. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно–оптические сети-М.: Эко– Трендз, 2000.

2. Волоконно – оптические системы передачи: учебник для высших учебных заведений / М.М. Бутусов, С.М. Верник, С.Л. Галкин, В.Н. Гомзин, Б.М. Машковцев, К.Н. Щелкунов; Под ред. В.Н. Гомзина.–М.: Радио и связь, 1992.

3. Гальярди Р.М., Карп Ш. Оптическая связь: Перевод с английского С.М. Бабия под ред. А.Т. Шереметьева.–М.: Связь, 1978.

4. Оптические системы передачи: Учебник для вузов/Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крухмалев и др.; Под ред. В.И. Иванова.-М.: Радио и связь, 1994.

5. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/ В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова.- 2-е изд. –М.: Горячая линия – Телеком, 2003.

6. Фриман Р. Волоконно–оптические системы связи: Перевод с английского под ред. Н.Н. Слепова.–М.: Техносфера, 2003.

7. Власов И.И., Птичников М.М. Измерения в цифровых сетях связи. М.: Постмаркет, 2004.

8. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи:-М.: Радио и связь, 2000.

9. Васильев В.Н. Волоконно–оптические световоды: учебное пособие, ТУИТ, Ташкент, 2002.

10. Вишневецкий А.Г. Телекоммуникационные системы передачи (часть вторая); конспект лекций, ТУИТ, Ташкент, 2004.

МУНДАРИЖА

КИРИШ.............................................................................................................3

1. ОПТИК АЛОҚА ХАҚИДА АСОСИЙ ТУШУНЧАЛАР.....................6

1.1 Оптик алоқа, унинг афзалликлари ва қўлланиш соҳалари..........6

1.2. ОА тизимларининг тузилиш принциплари......................................9

1.3. ОА тизимларининг классификацияси ва икки томонлама ТОА ни тузиш усуллари.......................................................................................12

1.4. ТОА линияларини зичлаштириш усуллари...................................15

2. ОПТИК ТОЛА ВА ТОЛАЛИ ОПТИК КАБЕЛЛАР...........................20

2.1. Оптик алоқа узатиш каналлари.......................................................20

2.2. Оптик ёруғлик ÿтказгичлар ва уларни турлари.................................21

2.3. Оптик тола бўйлаб ёруђлик нурининг тарқалиши.......................23

2.4. Оптик тола турлари ва уларнинг тавсифлари...............................26

2.5. Оптик толани асосий параметрлари................................................32

2.5.1. Сўниш...................................................................................................32

2.5.1.1. Толанинг шахсий йўқотишлари..................................................33

2.5.1.2. Кабел йўқотишлари........................................................................34

Микробукилишлар.......................................................................................34

Макробукилишлар.......................................................................................35

2.5.2. Дисперсия............................................................................................37

2.5.2.1. Модалараро дисперсия..................................................................38

2.5.2.2. Хроматик дисперсия......................................................................39

2.2.3. Материал дисперсияси.....................................................................39

2.5.2.3. Тўлқин узатувчи тола дисперсияси..........................................40

2.5.2.4. Қутбланган мода дисперсияси.....................................................41

2.5.3. Дисперсияни камайтириш усуллари.............................................43

2.6. Толали оптик кабеллар........................................................................44

3. ПАССИВ ОПТИК ҚУРИЛМАЛАР

3.1. Пассив оптик қурилмалар ва уларнинг асосий параметрлари..46

3.2. Нурланишни киритиш ва чиқариш қурилмалари.........................47

3.3. Ажраладиган ва ажралмайдиган оптик улагичлар........................48

3.3.1. Ажраладиган оптик улагичларни тузилиши................................49

3.3.2. Оптик толаларни ажралмайдиган улашлар.................................50

3.4. Оптик тармоқлагичлар........................................................................51

3.5. Оптик аттенюаторлар..........................................................................54

3.6. Оптик изоляторлар..............................................................................55

3.7. Оптик фильтрлар..................................................................................57

4. ОПТИК СИГНАЛНИ УЗАТУВЧИ НУРЛАНИШ МАНБАЛАРИ

4.1. Оптик нурланиш манбаларига қўйиладиган талаблар.................59

4.2. Оптик сигнални узатувчи когерент ва нокогерент нурланиш манбаларининг ишлаш принциплари......................................................60

4.3. Ёруғлик нурлантирувчи диодлар, уларнинг турлари ва тавсифлари....................................................................................................65

4.4. Лазер диодлар........................................................................................71

4.4.1. Кўп модали ёки Фабри-Перо резонаторли лазерлар...............72

4.4.2. Бир модали лазерлар.........................................................................74

4.4.3. Тақсимланган тескари алоқали ярим ўтказгич лазерлар.........74

4.4.4. Тақсимланган брэгг акс этишли лазерлар...................................75

4.4.5. Ташқи резонаторли лазерлар..........................................................75

4.5. Оптик сигнални узатувчи модуллар.................................................76

5. ОПТИК СИГНАЛНИ ФОТО ҚАБУЛ ҚИЛГИЧЛАРИ

5.1. Фото қабул қилгичлар ва уларнинг асосий параметрлари.........78

5.1.1. p-i-n фотодиодлар.............................................................................82

5.1.2. Кўчкисимон фотодиодлар................................................................83

5.2. Оптик сигнални қабул қилувчи модуллар......................................85

6. ОПТИК НУРЛАНИШНИ МОДУЛЯЦИЯ ВА ДЕМОДУЛЯЦИЯСИ

6.1. Оптик нурланишни модуляциялаш усуллари................................87

6.2. Тўђри модуляция ва демодуляция.....................................................88

7. ТОЛАЛИ ОПТИК РАҚАМЛИ АЛОҚА ТИЗИМЛАРИНИНГ ЛИНИЯ ТРАКТИ

7.1. Рақамли тизимларнинг толали оптик линия тракти.....................98

7.2. Ретрансляторлар ва уларни турлари. Оптик сигналларни регенерациялаш............................................................................................98

7.3. Оптик кучайтиргичлар......................................................................103

7.4. Толали оптик алоқа рақамли тизимларининг линия

кодлари........................................................................................................110

АДАБИЁТЛАР............................................................................................ 118