Mavzu: tolali optika mundarija kirish i-bob optik tola haqida nazariya

1.2 Tolali optik aloqa tizimlarining elementlari haqida
Aktiv elementlar tashqi energiya talab etib, signallarni bir ko`rinishdan boshqa ko`rinishga o`zgartirishni hamda optik kuchaytirishni amalga oshiruvchi qurilmalarga aytiladi.Yorug‘lik manbai uzatuvchi optoelektron modulning asosiy elementi hisoblanadi, aynan shu element yordamida bu modul kirishidagi elektr signallari uning chiqishida yorug‘lik signallariga o`zgartirib beriladi. Fotoqabulqilgich qabul qiluvchi optoelektron modulning asosiy va ajralmas qismi hisoblanadi, aynan shu element yordamida bu modul kirishidagi yorug‘lik signallari elektr signallariga aylantirib beriladi.Uzoq masofaga mo`ljallangan katta uzunlikdagi, chunonchi, magistral va mintaqaviy, shuningdek, tarmoqlangan lokal tolali optik aloqa tizimlarida yorug‘lik oqimining tolali uzatishda yutilish va sochilishi tufayli muayyan masofadan so`ng intensivligi susaygan optik signalni kuchaytirish zaruriyati tug‘iladi. Bu masala optik kuchaytirgichlar yordamida hal etiladi. Yorug‘lik nurlanishini tashqi va ichki modulyatsiyalash jarayonini amalga oshiruvchi qurilmalarni - optik modulyatorlar deb ataladi. Zamonaviy tolali optik aloqa tizimlarida va bu tizimlarni tekshirish va nazorat qilish uchun ishlatiladigаn o`lchov texnikasida diskret tuzilishli turli xil passiv optik elementlardan ham keng foydalaniladi. Yorug‘lik signalini optik tolaga kiritish va undan chiqarish qurilmalari, optik ulagichlar, tarmoqlagichlar, attenyuatorlar, izolyatorlar, filtrlar, polyarizatorlar va boshqalar shular jumlasidandir.Yorug‘lik nurlanishni optik tolaga kiritish va undan chiqarish qurilmalari nurlanish quvvatini yorug‘lik manbaidan optik tolaga va optik toladan fotoqabulqilgichga imkon qadar yo`qotishlarsiz uzatish uchun xizmat qiladi. Ularning tuzilish xususiyatlari yorug‘lik manbai, fotoqabulqilgich va optik tolaning tafsivlari bilan belgilanadi. Ayrim hollarda, o`zgarmas sathli yoki raqamli yoxud analog signal ko`rinishda mujassamlashgan nurlanish quvvatini birmuncha susaytirish zarurati tug‘iladi. Chunonchi, katta sathli raqamli optik signalqabul qiluvchi optoelektron modulning asosiy elementi bo`lgan fotoqabulqilgichning to`yinish rejimiga o`tishiga olib kelishi mumkin. Analog ko`rinishli optik signallarni uzatish chog‘ida quvvat sathining haddan tashqari ortib ketishi fotoqabulqilgich chiqishidagi elektr signali shaklining nochiziqli buzilishlariga va tasvirning yomonlashuviga sabab bo`ladi. Ana shunday hollarda optik nurlanish yoki optik signal quvvatini susaytiruvchi passiv elementlar - attenyuatorlardan foydalaniladi. Spektr bo`yicha zichlashtirilgan (WDM) tolali optik aloqa tizimlarida har bir uzatuvchi modul lazeri muayyan chastotali signalni generatsiyalaydi. Bu signal (kanal)larni tolali optik liniya bo`yicha uzatish uchun ularni yagona guruhiy signalga birlashtirish kerak. Bu vazifani bajaradigan qurilmaini optik multipleksor (MIX) deb ataladi. Optik aloqa liniyasining boshqa uchida shunga o`xshash qurilmа guruhiy signalni axborotdan foydalanuvchilarga yetkazish maqsadida alohida signal (kanal) larga ajratib beradi va bu qurilmani optik demultipleksor deb ataladi.
Optik kommutator - bu ma`lum to`lqin uzunligidagi yorug‘lik impulslari shaklida taqdim etilgan signallar kommutatoridir.Optik kommutator - tolali optik telekommunikatsiya tarmoqlarining muhim elementlaridan biri bo`lib, u telekommunikatsiya tarmoqlarining optik signallarni o`ta yuqori tezliklarda uzatish qobilyatida ishlashiga imkon beradi va signallarning yo`nalishlari (mashrutlashtirilishi) uchun o`zgaruvchan platformani ta`minlaydi. Ikki tolali bir polosali bir kabelli OTUT ni tashkil qilish prinsipi 2.1.1 – chizmada ko‘rsatilgan, bu yerda quyidagi belgilashlar qabul qilingan: KHU- kanal hosil qiluvchi uskuna, BU- bog‘lovchi uskuna, OUz- optik uzatkich, OT- optik tola, OQq- optik qabul qilgich, oxirgi va oraliq stansiyalarning uzatish va qabul qilish traktlarida bir tipli uskunadan foydalanish bunday OTUT ning afzalligi hisoblansa, OT ning o‘tkazish qobiliyatidan foydalanish koeffisientining ancha kichikligi esa uning kamchiligi hisoblanadi;
b) bir tolali bir polosali bir kabelli uzatish tizimiga (2.1.2 -chizma). Bu tizimning o‘ziga xosligi shundan iboratki, signallarni ikki yo‘nalishga uzatish uchun bir xil to‘lqin uzunlikli bir optik toladan foydalaniladi. 2.1.2 – chizmada ilgari qabul qilingan belgilashlarga quyidagi belgilashlar qo‘shiladi:

2.1.1- chizma. Ikki tolali bir polosali bir kabelli OTUT ni tashkil qilishprinsipi.

2.1.2-chizma.Bir tolali bir polosali bir kabelli OTUT ni tashkil qilish prinsipi.

OAQ- optik ajratuvchi qurilma, u yorug‘lik to‘lqinlarini qutblash yoki optik nurlanish yo‘naltirilgan to‘lqinlarining turlarini ajratishni amalga oshiradi.
v) bir tolali ikki polosali bir kabelli uzatish tizimiga. Bunda bir yo‘nalish bo‘yicha uzatish to‘lqin uzunligiga tengoptik nurlanishda olib borilayotgan bo‘lsa, boshqa yo‘nalish bo‘yicha uzatish esa to‘lqin uzunlikli optik nurlanishda olib boriladi, uzatish yo‘nalishlarini ajratish optik nurlanishning tegishli to‘lqin uzunligiga sozlangan yo‘naltiruvchi optik filtr (OF) lar yordamida amalga oshiriladi, bunday usulda amalga oshiriladigan ikki tomonlama bog‘lanishning umumiy sxemasi 2.1.3–chizmada keltirilgan, bu yerda tegishli to‘lqin uzunliklarini ajratib oladigan yo‘naltiruvchi optik filtrlar.

2.1.3 -chizma.Bir tolali ikki polosali bir kabelli OTUT ni tashkil qilish prinsipi.
5. Uzatishning maqsadi va uzoqligiga qarab, OTUT quyidagi qismlarga bo‘linadi:
a) Magistral OTUT ga. Ular ma’lumotlarni ming kilometrlargacha uzatishga mo‘ljallangan bo‘lib, respublikalar, o‘lkalar, viloyatlarning markazlari, yirik sanoat, ilmiy markazlar va boshqalarni o‘zaro bog‘laydi;
b) Zonaviy OTUT ga. Ular respublikalar, o‘lkalar, viloyatlar va 600 km gacha uzunlikdagi masofalarda ma’muriyat doirasida bog‘lanishni tashkil qilishga mo‘ljallangan;
v) Mahalliy tarmoqlar uchun OTUT ga. Ular shahar va qishloq telefon tarmoqlarida stansiyalararo bog‘lovchi liniyalarni tashkil qilishga mo‘ljallangan;
g) Axborotni taqsimlaydigan OTUT ga. Ular hisoblash mashinalari o‘rtasidagi bog‘lanishni, lokal kompyuter tarmoqlari va kabelli televedeniye tarmoqlarini tashkil qilishni ta’minlaydi;
6. Multipleksorlash jarayoni, ya’ni bir necha yorug‘lik nurlanishi oqimini bir tola orqali bir vaqtning o‘zida uzatishga asoslangan optik tolani zichlash usullariga qarab, OTUT quyidagilarga bo‘linadi:
a) Spektr bo‘yicha zichlangan yoki multipleksorlangan, to‘lqin uzunliklari ajratilgan (wavelenght- division multipexing, WDM) OTUT ga. Bunda bir OT orqali bir vaqtning o‘zida bir necha spektr tarzida tarqaladigan optik eltuvchilar uzatiladi, ularning har biri tegishli kanal hosil qiluvchi uskuna bilan shakllantirilgan ko‘p kanalli signal bilan modulyatsiyalanadi. Bunday tizimlarni tashkil qilishning imkoniyati OT so‘nish koeffisientining tegishli shaffoflik darchasi chegarasidagi optik eltuvchining chastotasi (yoki to‘lqin uzunligi) ga bir muncha kuchsiz bog‘lanishiga asoslangan. Shuning uchun chastota bo‘yicha ajratish usulini qo‘llab va axborotni uzatishning natijaviy tezligini oshirib, bir OT bo‘yicha bir necha keng polosali optik kanallarni tashkil qilish mumkin. Optik kanallarni spektri bo‘yicha ajratilgan OTUT ning tuzilish sxemasi 2.1.4 – chizmada ko‘rsatilgan, bu yerda ilgari qabul qilingan belgilashlarga yangi belgilashlar qo‘shilgan, KSSHU- ko‘p kanalli signalni shakllantiruvchi uskuna, u parametrlari optik uzatkich (OUz) va optik qabul qilgich (OQq) ga moslashgan elaktr signallarni shakllantirishga mo‘ljallangan kanal hosil qiluvchi uskuna ( KHU) va bog‘lovchi uskuna ( BU) majmuasini ifodalaydi, SBQ ( yoki MIX-WDM multipleksor) spektr bo‘yicha birlashtiruvchi qurilma, u turli optik eltuvchilarni bir optik tola (OT) ga kiritishni amalga oshiradi. SAQ (yoki DMIX- WDM demultipleksor) – spektr bo‘yicha ajratuvchi qurilma, bunda optik eltuvchilar fazoda ajratiladi va ular optik qabul qilgichga kelib tushadi.
Uzatuvchi stansiyada n ta uzatish tizimi (bir tipli yoki har xil tipli) mavjud, ularning signallari , ,…….. turli optik eltuvchilar nurlanadigan n ta optik uzatkichlarga uzatiladi. SBQ yordamida turli eltuvchilarni OT ga kiritish amalga oshiriladi. SAQ ning qabul qilish tomonida optik eltuvchilar ajraladi va ular optik qabul qilgichga, so‘ngra KSSHU ga uzatiladi.



2.1.4-chizma.Spektr bo‘yicha ajratuvchi qurilmali OTUT ning tuzilish sxemasi.
Shunday qilib, bir OT bo‘yicha spektr tarzda ajraladigan n ta optik kanallar tashkil qilinadi, ya’ni OT ning o‘tkazish qobiliyati optik uzatish tizimining odatdagi tashkil qilinishidagi o‘tkazish qobiliyatiga nisbatan n martaga oshadi. Bundan tashqari, bu usul qo‘shimcha qurilish ishlarini o‘tkazmasdan aloqa tarmoqlarini kengaytirishni ta’minlashga, shuningdek, yorug‘lik oqimlari ajratib olinadigan joylardagi spektr bo‘yicha zichlangan passiv elementlarga ega har qanday tuzilmaning tarmoqlangan tarmoqlarini yaratishga imkon beradi. Bunda turli tezlikka va turli chastota polosalari kengligiga, raqamli va analog modulyatsiyalash tipiga ega turli signallar ( telefon, televideniye, telemetriya, ma’lumotlarni uzatish va boshqalar) ni uzatish imkoniyati kengayadi. Bularning hammasi tejamli ko‘p funksiyali telekommunikatsiya tizimlari va tarmoqlarining yaratilishini ta’minlaydi.
Elektr signallar sathidagi vaqt bo‘yicha multipleksorlashda ham, optik signallar sathidagi vaqt bo‘yicha multipleksorlashda ham qisqa (nano sekundli ) yorug‘lik impulslari uzatilishi kerak. Biroq subnanosekundli impulslarni uzatish OTUT ning optik uzatkichlar va qabul qilgichlar optoelektron komponentlarining tezkorligiga o‘ta yuqori, eng oxirgi chegaradagi talablarni qo‘yadi. Bundan tashqari, optik traktlardagi uzatish tezligi va uning keng polosaliligi OT ning dispersiya xususiyatlari bilan cheklanadi. OT ning o‘tkazish qobiliyatlaridan foydalanish koeffisientining kattalashishi (uzatish tezligi 16 va undan yuqori Gbit/s gacha erishildi) va optik aloqa tarmog‘ining to‘liq yaratish imkoniyatining mavjudligi vaqt bo‘yicha multipleksorlashning asosiy afzalliklari hisoblanadi.
Yaxlit holda qabul qiluvchi optoelektron modul (QQOM) ko‘rinishida yasaladigan optik qabul qilgichning umumiy tuzilish sxemasi 2.1.5 – chizmada ifodalangan, bu yerda quyidagi belgilashlar qabul qilingan: OK- optik kabel, OU- optik ulagich, FD- fotodiod yoki fotodetektor, DKSHK- dastlabki kam shovqinli kuchaytirgich. KARQK- kuchaytirishni avtomatik rostlaydigan qudratli kuchaytirgich, FK – filtr- korrektor.

2.1.5 – chizma. Optik qabul qilgichning umumiy tuzilish sxemasi.
Optikkabel (OK) ningchiqishidanchiqayotganoptiksignaloptikulagich (OU) orqalifotodetektor (FD) gakelibtushadi, bu yerda uning elektrsignalgao‘zgarishisodirbo‘ladi. FD chiqishida elektr signal juda kichkina bo‘lib, u turli ko‘rinishdagi shovqinlar bilan kuzatiladi. Sezilarli darajada yo‘qotishlarsiz kuchaytirish uchun shovqindan himoyalanganlikda dastlabki kam shovqinli kuchaytirgich (DKSHK) dan foydalaniladi.
Kuchaytirilgan elektr signal shundan keyin kuchaytirishni avtomatik rostlaydigan qudratli kuchaytirgich (KARQK) bilan kuchaytirladi va so‘ngra filtr -korrektor (FK) yordamida xalaqitni filtrlash va elektr signal ko‘rinishini tog‘rilash amalga oshirilib, u OTUT qabul qilish traktining bog‘lovchi uskunasiga uzatiladi (‘Optik tolali uzatish tizimining umumiy tuzilish sxemasi’ dagi – chizmaga qarang). Optik signalni tegishli ko‘rinishdagi elektr signalga o‘zgartiruvchi optoelektron asbob-fotodetektor OTUT optik qabul qilgichining asosiy elementi hisoblanadi. Optik signallarning kuchayish hodisasiga lazer qurilmalardagi jarayonlar tadqiq qilinayotganda ular bilan birgalikda sodir bo‘ladigan hodisa sifatida qaralgan. Biroq optik tola texnikasi va texnologiyasining rivojlanishi bilan 80-yillarning boshida u optik kuchaytirgichlar (OK) da amalga oshiriladigan mustaqil yo‘nalishga aylanib, OTUT liniya traktlarining retranslyatorlarini qurishda borgan sari ko‘p qo‘llanila boshladi.
Yuqorida ko‘rib o‘tilgan regeneratordan farqli ravishda, optik kuchaytirgich optoelektron o‘zgartirishni amalga oshirmaydi, balki optik signalni darhol kuchaytiradi (2.1.6 -chizma).

2.1.6-chizma. Optik kuchaytirgich.
Optik kuchaytirgichlar kirish signalini, shuningdek, shovqinni birday kuchaytiradi. Bundan tashqari, ular chiqayotgan optik signalga o‘zining shovqinlarini kiritadi. Optik kuchaytirgichlar bir vaqtning o‘zida turli to‘lqin uzunlikdagi bir necha optik signallarni kuchaytirish zonasi deb ataladigan ma’lum to‘lqin intervali chegarasida kuchaytirishi mumkin.
Optik kuchaytirgichlar, xuddi lazerlarga o‘xshab, induksiyalangan nurlanish prinsipidan foydalanadi. Optik kuchaytirgichning besh tipi mavjud.

1. 
   Fabri- Pero kuchaytirgichi. Kuchaytirgichlar yarim shaffof ko‘zgu devorli yassi rezanator bilan jihozlangan. Ular o‘ta qisqa (1,5 GGs), lekin spektr diapazoni keng (800 GGs) miqyosda o‘zgaradigan yuqori kuchaytirish koeffisientiga (25 Db gacha) ega. Bundan tashqari, bunday kuchaytirgichlar optik signalning qutblanishini sezmaydi va boshqa tashkil etuvchilarni kuchli pasaytirishi (5 GGs interval chegarasidan tashqarida 20 dB ga kuchsizlanadi) bilan tavsiflanadi. Zichlangan spektrli ko‘p kanalli kirish kanallari (WDM) dan faqat ma’lum to‘lqin uzunligidagi bir spektrli kanalni kuchaytirish uchun tavsiflariga qarab hamisha qaytadan yasalishi mumkin bo‘lgan Fabri-Pero kuchaytirgichlari demultipleksorlar sifatida ishlatilishiga juda qo‘l keladi.
   
2. 
   Brillyuen masofasidan foydalanuvchi tolali kuchaytirgichlar. chastotali optik to‘lqin energiyasi siljigan chastotali yangi to‘lqin energiyasiga o‘tganda, kremniy tolasida vujudga keladigan nochiziqli effekt kuchaytirilgan Brillyuen masofasi hisoblanadi. Agar kremniy tolasida chastotada kuchli dam berish amalga oshirilsa, u holda kuchaytirilgan brillyuen masofasi chastotali kirish signalini kuchaytirishga qodir bo‘ladi. Kirish signali tor diapazonda to‘plangan bo‘lib, bu xato qilishi 1,5 GGs ga teng kanalni tanlashga imkon beradi.
   
3. 
   Raman masofasidan foydalanuvchi tolali kuchaytirgichlar. Brillyuen masofasidan foydalangan kuchaytirgichlarga o‘xshab, bu kuchaytirgichlar ham nochiziqli effektni amalga oshiradi. Biroq bu holda signal to‘lqini bilan dam berish to‘lqini o‘rtasidagi chastotaviy siljish ( ) katta, chiqishdagi kuchayishning spektr diapazoni keng bo‘lib, bu WDM tizim bir necha kanallarining barobar kuchayishiga imkon beradi. Kuchaytirilayotgan spektr kanallar o‘rtasida paydo bo‘ladigan katta o‘zaro o‘tuvchi xalaqitlari bunday kanallarni ishlab chiqarishdagi asosiy muammoni ifodalaydi.
   
4. 
   Yarim o‘tkazgichli lazerli kuchaytirgichlar (YaLQ). Bu kuchaytirgichlar yarim o‘tkazgich lazerlardagi aktiv muhitga ega bo‘lib, lekin ularda ko‘zgu rezanatorlari bo‘lmaydi. Frenel qaytishlarni kamaytirish maqsadida kuchaytirgich aktiv muhitining ikkala tomonidan tegishli sindirish ko‘rsatkichli /4 qalinlikka ega maxsus qoplama surtiladi.
   
5. 
   Aralashma tolali kuchaytirgichlar. Bu kuchaytirgichlar ayniqsa keng tarqalgan bo‘lib, yorug‘lik signalini keng spektr diapazonida kuchaytira olganligi uchun, ular to‘liq suratda optik tarmoqlar texnologiyasining asosiy elementlari hisoblanadi.
   

Bunday kuchaytirgich sxemasi 2.1.7 – chizmada keltirilgan.
Kuchsiz kirish signali (1) yorug‘likni to‘g‘ri yo‘nalish bo‘ylab-chapdan o‘ngga o‘tkazuvchi, lekin sochilgan yorug‘likni teskari yo‘nalish bo‘ylab o‘tkazmaydigan optik izolyator (2) orqali o‘tadi, so‘ngra to‘lqin uzunligi dam berish to‘lqin uzunligiga teng yorug‘lik oqimlarini muhim saralaydigan, biroq signalning to‘lqin uzunligiga teng yorug‘lik oqimi uchun ochiq bo‘lgan filtrlar bloki (3) orqali o‘tadi.
Keyin signal nodir yer elementlaridan tashkil topgan aralashma bilan legirlangan tolali g‘altak (4) ga kelib tushadi. Tola bunday sohasining uzunligi bir necha metrni tashkil etadi. Tolaning bu sohasi qarama-qarshi tomonda o‘rnatilgan yetarli darajada qisqa to‘lqin uzunligidagi yarim o‘tkazgich dam berish lazeri (5) ning kuchli uzluksiz nurlanishiga duchor bo‘ladi.


2.1.7 – chizma.Aralashma tolali optik kuchaytirgichlar.
Dam berish to‘lqin uzunligidagi (6) bu lazer (5) ning nurlanishi aralashma atomlarini qo‘zg‘atadi, ularning qo‘zg‘algan holati asosiy holatga spontan tarzda o‘tish uchun katta releksatsiya vaqtiga ega. Biroq kuchsiz signal paydo bo‘lganda aralashma atomlarining qo‘g‘algan holatdan asosiy holatga induksioyalangan o‘tishi shu o‘tishni keltirib chiqargan signalning to‘lqin uzunligi va fazasiga teng to‘lqin uzunlik va faza bilan yorug‘likning nurlanishi orqali sodir bo‘ladi. Selektiv tarmoqlagich (7) kuchaytirilgan foydali signal (8) ni chiqish tola (9) siga yo‘naltiradi. Chiqishdagi qo‘shimcha optik izolyator (10) chiqish segmentidan teskari sochilayotgansignalning optik kuchaytirgichning aktiv sohasiga kelib tushishining oldini oladi.