1-ma’ruza. Optik aloqa tizimlari. Asosiy ta’rif va tushunchalar. Reja

1-ma’ruza. Optik aloqa tizimlari. Asosiy ta’rif va tushunchalar.


Reja
1. Optik aloqa rivojining qisqacha tarixi
2. Optik aloqaning afzalliklari


Tayanch so’zlar: optic tola, tizim, tarmoq, asosiy tushunchalar.

1. 
   Optik aloqa rivojining qisqacha tarixi
   

Insoniyat taraqqiyotida aloqaning, xususan optik aloqa (OA)ning roli katta bÿlgan, bunga sabab yorug‘lik nurining tarqalish tezligini juda yuqoriligi (3*10⁸ m/s), to‘g‘ri chiziqli tarqalishi va boshqa xususiyatlaridir.

Axborotlarni uzatish uchun yorug‘lik nurining qÿllanilishi uzoq tarixga ega. Dengizchilar axborotlarni uzatish uchun signal lampalarini qÿllaganlar, mayoqlar esa kÿp asrlar davomida dengizchilarni xavf-xatardan ogohlantirgan.
XVIII asrning 90 yillarida I.P. Kulibin (Rossiyada) va K. Shapp (Fransiyada) bir-biriga bog‘liq bÿlmagan holda, optik telegraf ixtiro qilishgan. Bu optik telegraf quyosh nurini ko‘zgular yordamida qaytarish asosida ishlagan. Axborotlarni masofaga uzatishda yorug‘lik nurining qulayligini sezgan amerikalik ixtirochi Aleksandr Grexem Bell 1882 yilda fokuslantirilgan quyosh nurini qÿllab, Vashingtonda ikki bino tomi ÿrtasida optik telefon (fotofon) aloqasini ÿrnatgan. U o‘zining qurilmasi yordamida ovozni nur orqali 200 metr masofaga uzatdi. Bu tizimlar atmosfera orqali tÿg‘ri uzatishni ishlatgan.
Axborotlarni ochiq atmosferada uzatish yaxshi natija bermadi. Bunga sabab atmosferadagi temperatura, havo oqimi, changlar, tuman va hakozolar tinimsiz o‘zgarib turganligi uchun ochiq havo yorug‘lik uzatuvchi muhit sifatida ishlashga yaroqsizligi va bu muammoning yechimi - axborotlarni yorug‘lik uzatgich bÿylab uzatish g‘oyasi olimlar tomonidan 20 asrning 60-yillarida aniqlandi. Bu g‘oya yaratilgunga qadar olimlar bu borada tinimsiz izlanishlar olib bordilar.
Birinchi yorug‘lik uzatgichlar - 19 asrning 70 yillarida (1874-76y.) Rossiyada yaratilgan. Rus elektrotexnigi V.N. Chikolev bir necha xonalarni bitta lampa bilan yoritish uchun ichi oynali metall trubalarni ishlatgan.
1905 yilda R. Vud «fizik optikada» shisha yoki eng yaxshisi kvars tayoqcha devorlaridan «ichki qaytishni» qÿllab, yorug‘lik energiyasini katta yÿqotishlarsiz bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga ÿtkazish mumkin deb yozgan.
1920-30 yillar Germaniyada elektromagnit tÿlqinlarni shaffof yorug‘lik ÿtkazgichlar orqali uzatish bÿyicha ishlar olib borildi (O. Shriver, U. Bregg).
1927 yil Bayrd (Angliyada) va Xanzell (AQShda) tasvirlarni uzatish uchun televideniyada juda kÿp tolalar ishlatish kerak degan g‘oyaga keldilar. Shu tarzda, 50-yillargacha, tasvirlarni ingichka yorug‘lik uzatgich orqali uzatish g‘oyasi, tolali optika g‘oyasi rivojlanib bordi.
1951 yilda tolali optik aloqa rivojlanishining yangi bosqichi boshlandi: Van Xiil (Gollandiyada), Kapani va Xopkins (Angliyada) bir-biriga bog‘liq bÿlmagan holda, tasvirlarni uzatish uchun shisha tolalarning mustahkam sozlanuvchan jgutlarini yaratish va ular yordamida tasvirlarni uzatish qonuniyatlarini tadqiq etish bÿyicha ishlarni boshladilar.
Bunday uzatishda juda kÿp ingichka tolalar talab etilgan, ularni zich joylashtirish esa yorug‘likni bir toladan boshqasiga ÿtib ketishiga olib kelgan. Bunday yorug‘lik uzatuvchi tolalarning yorug‘lik izolyatsiyasi masalalarini hal etishida Van Xiilning xizmatlari katta.
1953 yil Van Xiil plastikadan tayyorlangan sindirish kÿrsatkichi 1,47 bÿlgan yorug‘likni izolyatsiyalovchi qobiqli shisha tolani yaratdi (shishaning sindirish kÿrsatkichi 1,5-1,7). Uning g‘oyasi shundan iborat ediki, yorug‘lik uzatgich ÿzagining sindirish kÿrsatkichi qobiqnikidan katta bÿlishi kerak, shundagina to‘liq ichki qaytishga erishish mumkin bÿlgan.
1958-59 yillarda Kapani va Xirshovis tomonlaridan bu g‘oya mukammalashtirilgan. Ular kichik sindirish kÿrsatkichli shisha qobiqli shisha tola yaratdilar. Bu tolada plastik qobiqli tolaga nisbatan yÿqotishlar kamaygan, qobiqning boshqa vazifasi ham yuzaga keladi - sayqalangan tola yuzasini tashqi mexanik ta’sirlardan himoyalaydi.
Shunday qilib, Van Xiil, Kapani va Xirshovis ishlaridan (1953 yildan 1959 yillar davrida) tolali optikaning asosiy prinsipi - ikki qatlamli dielektrik yorug‘lik uzatgichlar bÿylab yorug‘likni uzatish prinsipiga asos solindi. Barcha zamonaviy yorug‘lik uzatgichlar ana shu prinsip asosida tuzilgan [1].
Fan - texnika, kvant fizikasi, optoelektronika bo‘yicha erishilgan yutuqlar, optik kvant generatorlarini (lazerlarni) yaratilishi bilan optik aloqa rivojlanishining zamonaviy davri boshlandi.
1954 yil rossiyalik olimlar N.G. Basov va A.M. Proxorov aniq loyixani xamda amerikalik fizik Ch. Tauns ammiak molekulalari tÿplamida ishlovchi, mazer deb ataluvchi, mikrotÿlqinli kogerent nurlanish manbai – gazli kvant generatorini yaratdilar.
1959 yil N.G. Basov xamkasblari bilan birgalikda qattiq jismli yorug‘lik kvant generatorlarini yaratish uchun yarim ÿtkazgichli materiallarni ishlatishni taklif etdi. Bunday nurlanish manbalari lazerlar (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - LASER) deb atalgan. Yaratgan tadqiqotlari uchun bu olimlarga 1964 yil fizika bÿyicha Nobel mukofoti berilgan.
Odatdagi optik nurlanish manbalariga qaraganda lazer nurlanishi yuqori monoxromatlikka, kogerentlikka xamda juda yuqori intensivlikka ega va shuning uchun uni uzatish tizimlarida tashuvchi tebranish sifatida qo‘llanilishi tabiiy edi. Lazer nurlanishi keng o‘tkazish polosasini hosil qilish imkoniyatini yaratdi. Geliy-neon lazerli uzatish tizimi (ochiq fazodagi to‘lqin uzunligi λ=0,63 mkm, chastotasi f=4,7-10¹⁴ Gs) 4700 GGs (asosiy chastotadan 1%) o‘tkazish polosasiga ega bo‘lib, bir vaqtda millionga yaqin televizion kanallarni joylashtirish mumkin.
1960 yillarda lazer nurlanishining turli modulyatsiya (chastota, faza, amplituda, intensivlik va qutblanish bo‘yicha, impulsli modulyatsiya) turlarini amalga oshirish bo‘yicha ko‘plab texnik yechimlar tavsiya etildi, shuningdek yorug‘likni ochiq fazoda tarqalishini qo‘llovchi, bir qator lazer uzatish tizimlari yaratildi. Axborotlarni ochiq fazoda uzatishda hosil bo‘ladigan yuqorida aytib o‘tilgan kamchiliklar, shuningdek bunday tizimlarda qo‘llaniladigan nurlanish manbalarining foydali ish koeffitsientining kichikligi ularni telekommunikatsiya tarmoqlarida qo‘lanilishini chegaralaydi. Bir qator kamchiliklariga qaramay hozirda bunday tizimlar kosmosda, ba’zi xorijiy mamlakatlarda ko‘p qavatli baland binolarda qo‘llanilmoqda.
O‘sha vaqtda yaratilgan optik tolaning so‘nish qiymatlari katta bo‘lib, taxminan 1000 dB/km ga teng bo‘lgan. Bunday tolaga kiritilgan nur bir necha masofadan keyin deyarli butunlay yutilib ketadi.
Bu kamchilikni bartaraf etish maqsadida ko‘plab tadqiqotlar olib borildi. 1966 yilda ingliz olimlari Kao va Xokxem o‘zlarining ilmiy izlanishlarida optik toladagi nurning yutilish sabablarini tahlil qilib, nurning yutilishiga asosiy sabab metall ionlarining qoldiqlari ekanligini aniqladilar. Olimlar agar shisha ana shu ionlardan tozalansa, yutish koeffitsienti α<20 dB/km bo‘lgan tolalarni olish mumkinligini isbotlab berdilar. Shundan so‘ng dunyo miqyosida yutish koeffitsienti kichik bo‘lgan yorug‘lik o‘tkazuvchi tolalarni olish bo‘yicha ishlar juda kuchayib ketdi.
1975 yil laboratoriya sharoitida so‘nishi 2 dB/km gacha bo‘lgan optik tolalar olindi va 1979 yilda so‘nish koeffitsenti 0,2 dB/km li optik tolalar yaratildi.
1980 yilda ko‘plab mamlakatlarda yo‘qotishlari 10 dB/km dan kichik bo‘lgan optik tolalar ishlab chiqarildi, ishonchliligi yuqori bo‘lgan yarim o‘tkazgichli optik nurlanish manbalari, fotodetektorlar yaratildi va optik aloqa tizimlarida har tomonlama izlanishlar olib borildi.
Shu tarzda optik aloqa tizimlari davri va unga mos holda telekommunikatsiya, optoelektronika va kompyuter texnologiyalari davri boshlandi.
Hozirgi kunda nafaqat so‘nish qiymatlari, balki tÿlqin uzunligi bo‘yicha zichlashtirilgan tizimlarda qo‘llaniladigan, dispersiya qiymati minimal bo‘lgan bir modali optik tolalar ham yaratildi. Bu turdagi optik tola nolinchi xromatik dispersiyani 1,55 mkm sohaga siljitish yordamida hosil qilingan. Bunday tolalar Lyusent Texnolojiz, Korning kabi ko‘plab xorijiy kompaniyalar tomonidan ishlab chiqarilmoqda.
O‘zbekiston respublikasida ham jamiyatni axborotlashtirish borasida ko‘pgina ishlar amalga oshirildi va bu ishlar davom etmoqda. Bu maqsadda 1995 yil 1 avgust Vazirlar Mahkamasi tomonidan qabul qilingan «2010 yilgacha muddatda O‘zbekiston Respublikasi telekommunikatsiya tarmoqlarini rivojlantirish va rekonstruksiya qilish Milliy dasturi» qabul qilindi. Ushbu dasturga muvofiq 1995-1997 yillarda TOO (Trans-Osiyo-Ovropa) magistralining jahon standartlariga mos keluvchi, raqamli transport tarmog‘ining Milliy segmentini qurish boshlandi va uzunligi 830 km dan oshiq magistral TOA (tolali optik aloqa) liniyasi foydalanishga topshirildi. TOO Milliy segmentida Simens (Germaniya) firmasining tolali optik kabellaridan foydalanildi.
1995-2000 yillarda OECF (Yaponiya) loyihasi doirasida 1080 km uzunlikli xududiy TOA liniyasi qurildi va foydalanishga topshirildi.
1996-1997 yillarda Toshkent shahrida “Simens” tolali optik kabellarini qo‘llab barcha elektron ATSlarni va shuningdek tugunli analog ATSlarni birlashtiruvchi katta transport halqa qurildi.
2001 yilda EDSF (Koreya) loyihasi asosida Andijon va Farg‘ona viloyatlarining xududiy telekommunikatsiya tarmoqlarini qayta ta’mirlash amalga oshirildi. Loyiha natijasida umumiy uzunligi 354 km bo‘lgan xududiy TOA liniyasi qurildi.
Hozirda tashqi iqtisodiy birdamlik Yaponiya banki krediti hisobiga Farg‘ona vodiysining uch viloyatini halqali tarmoqlari qurildi, Qashqadaryo, Sirdaryo viloyatlarida halqali xududiy telekommunikatsiya tarmoqlarini qurildi, Buxoro-Nukus uchastkasida TOA liniyasining Buxoro-Navoi-Zarafshon-Uchquduq-Nukus TOA liniyasi orqali zahiralash ishlari amalga oshirildi. Bu loyiha doirasida 2000 km magistral, 700 km xududiy TOA liniyalari yotqizildi.
Bu loyiha o‘z-o‘zini tiklovchi halqali tuzilishni va raqamli uzatish tizimlarini qo‘llash asosida kanal va traktlarning zahirasini ta’minlaydi, natijada aloqa tarmoqlarining ishonchliligi yanada oshadi.
O‘zbekiston telekommunikatsiya tizimining 28 yo‘nalish bo‘yicha dunyoning 180 ta mamlakatiga chiqadigan to‘g‘ridan-to‘g‘ri xalqaro kanallari mavjud. Bularda ham tolali optik va shuningdek sun’iy yo‘ldoshli tizimlardan foydalanilmoqda. Butun tarmoq nafaqat hozirda, balki keyinchalik ham hozirdan ko‘proq axborot o‘tkazish quvvatiga ega.