Transcript
1
OptiOptiččki komunikacioni sistemiki komunikacioni sistemi
FotonskiLAN
20xx
1980
1990
2000
godina
.LSLS TSTS
Mreže prema zahtevimapretplatnika (CPN)
Mreže prema zahtevimapretplatnika (CPN)
Pristupna mreža Pristupna mrežaTransportna mreža
Tranzitna mreža
Mreža servisa
Operativni sistemza servise
Operativni sistemtransportnih mreža
Optickavlakna u
pristupnojmreži
Opticki put utransportnoj
mreži
Optickavlakna utranzitnoj
mreži
Fotonskakomutacija
2
Midwinter: Midwinter: VIZIJAVIZIJA
Telekomunikacione veze sa optiTelekomunikacione veze sa optiččkim kim vlaknima bile su 1966. godine luda vlaknima bile su 1966. godine luda
ideja, eksperimentalna realnost ideja, eksperimentalna realnost 1976.godine i osnovna tehnika prenosa 1976.godine i osnovna tehnika prenosa 1986.godine. ...Savremena istra1986.godine. ...Savremena istražživanja ivanja
pokazuju da mogupokazuju da moguććnosti budunosti budućće e optioptiččke komunikacione tehnike uveliko ke komunikacione tehnike uveliko prevazilaze njenu danaprevazilaze njenu današšnju upotrebu.nju upotrebu.
3
Prednosti i dilemePrednosti i dileme•• Ogroman propusni opseg na raspolaganju (Ogroman propusni opseg na raspolaganju (oko 60 THz
u savremenim vlaknima bez OH), ali nije sasvim jasno koji ), ali nije sasvim jasno koji je najbolji naje najbolji naččin da se sve to iskoristi; elektronika do in da se sve to iskoristi; elektronika do 10 Gb/s (GaAs)10 Gb/s (GaAs)
•• Zahtevi pretplatnikaZahtevi pretplatnika ((Internet saobraćaj: krajem 2002 samo u USA potrebni kapaciteti oko 35 Tb/s – više od kapaciteta potrebnih za celokupan tf saobraćaj u svetu), ), vevećć sada su sada su par desetina Mb/s po korisnikupar desetina Mb/s po korisniku
•• MnoMnošštvo novih ideja koje objedinjavajutvo novih ideja koje objedinjavaju– Fundamentalna istraživanja: fizika poluprovodnika,
nelinearna optika, prenos vođenih EM talasa u optičkom medijumu
– Primenjena istraživanja: sistemi prenosa, teorija kodovanja i multipleksiranja, kompleksna teorija telekomunikacionog saobraćaja i mreža
4
Trendovi razvoja optiTrendovi razvoja optiččkih mrekih mrežžaa
Dužina veze
Binarni protok po kanalu
Bro
j kan
ala
Gradske mreže( govor i velika
količina podataka)
Sve više kanala(preko 160 l)
Sve veći binarni protoci(preko 40 Gb/s)
Sve veće dužine veza(preko 6000 km)
TDM
WD
M
Metro
ULH
Paketska komutacija-kada?Problem: optičke memorije
Solitonski prenos; pojačavači
5
IstorijaIstorija•• Jednostavna svetlosna signalizacijaJednostavna svetlosna signalizacija•• OptiOptiččki telegrafski sistem (Francuska)ki telegrafski sistem (Francuska)•• John Tyndall 1870John Tyndall 1870•• Bell 1880 fotofonBell 1880 fotofon•• Norman FrenchNorman French•• Laser (Schawlow i Townes 1958, Maimann 1060, Laser (Schawlow i Townes 1958, Maimann 1060,
poluprovodnipoluprovodniččki 1962)ki 1962)•• Kao i Hockman i Werts 1966 Kao i Hockman i Werts 1966 ––neneččistoistoćće u staklue u staklu•• Kapron, Keck i Maurer (Corning glass) 1970. Prvo Kapron, Keck i Maurer (Corning glass) 1970. Prvo
dobro vlaknodobro vlakno•• Instalisanje prvih optiInstalisanje prvih optiččkih kablova u svetu 1976kih kablova u svetu 1976•• Instalisanje prvog optiInstalisanje prvog optiččkog kabla kod nas 1984kog kabla kod nas 1984
6
Opseg uOpseg uččestanosti koji se koristi za optiestanosti koji se koristi za optiččke komunikacione ke komunikacione sisteme u ssisteme u spektrpektruu elektromagnetnihelektromagnetnih talasatalasa
0 102 108106104 1010 1018101610141012 10221020 Frekvencija (Hz)
3000 km 3 m300 m30 km 3 µm0.3 mm3 cm 3 pm0.3 nm30 nm 0.3 pm Talasna dužina
Kosmički zraciGama zraci
X zraci
Vidljivi spektarod 780 nm
(crveno) do 380nm (ljubičasto)
Optičkikomunikacioni
sistemi1.7 µm - 0.8 µm
Ultraljubičasti
Infracrveni
Dalekiinfracrveni
MilimetarskitalasiMikrotalasi
UHF
VHFHF
Dugi talasi MF
TalasovodiKoaksijalnikablovi
Simetrični kablovi
Radio talasi
Optičkavlakna
7
PrincipPrincip prenosaprenosa optioptiččkihkih signalasignala
Dekoder
Izvorsvetlosti
Detektor svetlosti
Koder
E/O O/EOptičko vlakno
Interfejs G.703 Interfejs G.703
Izvor Korisnik
8
Priroda svetlostiPriroda svetlosti•• Newton (kraj XVII veka) Newton (kraj XVII veka) -- tok materijalnih partikula (korpuskula) tok materijalnih partikula (korpuskula)
koje lete od izvora svetlosti velikom brzinom, koje lete od izvora svetlosti velikom brzinom, Heigens Heigens –– svetlost je talas koji se prostire velikom brzinom od svetlost je talas koji se prostire velikom brzinom od izvora kroz prostor koji je ispunjen etrom (hipotetiizvora kroz prostor koji je ispunjen etrom (hipotetiččna na nepokretna elestinepokretna elestiččna sredina)na sredina)
•• Fresnel (poFresnel (poččetak XIX veka) etak XIX veka) –– objasnio interferenciju i objasnio interferenciju i polarizaciju polarizaciju u u okviru talasne teorijeokviru talasne teorije
•• Maxwell (70Maxwell (70--te godine XIX veka) te godine XIX veka) –– razradio teoriju EM talasa razradio teoriju EM talasa koja ne zahteva postojanje etra (vidljivi deo svetlosti 370koja ne zahteva postojanje etra (vidljivi deo svetlosti 370--770nm 770nm se dobro identifikuje sa EM talasom)se dobro identifikuje sa EM talasom)
•• Kraj XIX i poKraj XIX i poččetak XX veka etak XX veka –– spektar hemijskih elemenata, spektar hemijskih elemenata, raspodela energije zraraspodela energije zraččenja crnog tela, pronalazak enja crnog tela, pronalazak fotoelektrifotoelektriččnog efekta nog efekta –– svetlost se emituje svetlost se emituje, p, prostire i absorbuje rostire i absorbuje u određenim koliu određenim količčinama: kvantimainama: kvantima
9
Priroda svetlostiPriroda svetlosti•• Planck (1900) Planck (1900) –– kvantna teorija elektromagnetnih procesakvantna teorija elektromagnetnih procesa
•• 1905 Einstein 1905 Einstein -- kvantna teorija svetlosti : svetlost pretstavlja tok kvantna teorija svetlosti : svetlost pretstavlja tok svetlosnih partikula svetlosnih partikula ‘‘fotonafotona’’
Svi fotoni imaju brzinu svetlosti, masa im je konaSvi fotoni imaju brzinu svetlosti, masa im je konaččna i na i imaju energiju E=himaju energiju E=h×ν×ν i impuls intenziteta p= hi impuls intenziteta p= h×ν×ν /c/c
– Za manje frekvencije (radio talasi i delimično niži deo IR spektra) mala je energija pa preovlađuju talasne osobine
– Za nešto veće frekvencije (viši deo IR opsega i vidljivi deo spektra) ispoljavaju se kako talasna tako i kvantna svojstva
– Za još više frekvencije (UV, X-rendgensko zračenje, γzračenje) preovlađuju kvantna svojstva zračenja
10
PonaPonaššanje svetlosnog zraka pri prolasku krozanje svetlosnog zraka pri prolasku kroz
EM polje
Optički gušću sredinu
11
Interakcija svetlosti sa materijomInterakcija svetlosti sa materijomrefleksija i refrakcijarefleksija i refrakcija
12
Def: Kritičan ugao je max ugao incidentnog sv.zraka (iz optički ‘gušće’ u optički ‘ređu’ sredinu) za koji svetlost prestaje da se refraktuje, već se totalno reflektuje
sin θcrit = n1/n2
13
Totalna unutraTotalna unutraššnja refleksija: nja refleksija: osnovni mehanizam prostiranja osnovni mehanizam prostiranja
svetlosti kroz vlaknosvetlosti kroz vlakno
14
Refrakcija kroz materiju sa Refrakcija kroz materiju sa promenljivim indeksom prelamanjapromenljivim indeksom prelamanja
15
Prizma: ugao defleksije se razlikuje za Prizma: ugao defleksije se razlikuje za komponente sa razlikomponente sa različčitim frekvencijamaitim frekvencijama
16
DifrakcijaDifrakcija
Otvor je reda talasne dužine incidentne svetlosti
17
Difrakcija u beskonaDifrakcija u beskonaččnostinosti
Rotacija za 900 i veći broj likova koji blede kako se udaljavamo od osa simatrije (zbog 2-D Fourierovog razvoja) –još je komplikovanije jer i monohromatski zrak ima Gaussovu raspodelu intenziteta po poprečnom preseku
18
Difrakciona reDifrakciona reššetkaetka
Kada kolimirana svetlost padne na rešetku, komponente različitih frekvencija se difrakuje različito
19
HeigensHeigens--Fresnel principFresnel princip
Otvor reda talasne dužine ponaša se kao izvor svetlosti iste talasne dužine – osnovni princip pri interferenciji
20
Interferencija svetlostiInterferencija svetlosti
Interferencija (konstruktivna i destruktivna) svetlosti iz dva koherentna izvora iste talasne dužine
21
Antireflektivni omotaAntireflektivni omotačč
U komponentama sistema u kojima je neophodno da se što više snage ubaci u njih (da se minimizira reflektovana snaga) pa se na prelazu vazduh-komponenta primenjuje jednoslojni ili višeslojni antireflektivni omotač
22
Generisanje hologramaGenerisanje holograma
23
Kreiranje hologramaKreiranje holograma
24
Primena holografije u prepoznavanju oblikaPrimena holografije u prepoznavanju oblika
25
Primeri polarizacionih modova oko ose propagacije svetlostiPrimeri polarizacionih modova oko ose propagacije svetlostiSvetlosni zrak je upravan na ekran
UzroUzroččnici polarizacije: refleksija, refrakcija, rasejanjenici polarizacije: refleksija, refrakcija, rasejanjeKada nepolarizovana svetlost padne na neku površinu, njen reflektovan deo je polarizovan; stepen polarizacije zavisi od incidentnog ugla i indeksa refrakcije materijala po Brewsterovom zakonu tg Ip=n
26
Primeri polarizacije usled refleksije i refrakcijePrimeri polarizacije usled refleksije i refrakcije
27
Fazni pomerajFazni pomeraj
Fazni pomeraj prenesene svetlosti zavisi od Fazni pomeraj prenesene svetlosti zavisi od talasne dutalasne dužžineine
28
Izotropija i anizotropija Izotropija i anizotropija
Efekti mikrooEfekti mikrooššteteććenja enja
29
Birefraktivnost Birefraktivnost
30
Efekti pritiska i temperature : izazEfekti pritiska i temperature : izazivaju ivaju dislokaciju uređenih mlekula u materijidislokaciju uređenih mlekula u materiji
31
n1
n2
OptiOptiččka vlaknaka vlakna
Jezgro: unutrašnji transparentni cilindar; homogena ili nehomogena dielektrična struktura
Omotač: čvrsta transparentna, dielektrična homogena (ili nehomogena) struktura
32
Fabrikacija vlakana : predformaFabrikacija vlakana : predforma
MCVD metodMCVD metod
Staklena šipka prečnika 10mm, dužine 60-90cmProcesi: VPO (Vapour Phase Oxidation Process; OVPO (Outside VPO); MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition); VAD (Vapour Phase Axial Deposition), Direct Melt, itd.
33
MCVD metodMCVD metod
34
IzvlaIzvlaččenje vlaknaenje vlakna
35
Podela vlakana prema profilu Podela vlakana prema profilu indeksa prelamanjaindeksa prelamanja
36
Profil indeksa prelamanjaProfil indeksa prelamanjan(r)
n1
n2
+ a- a 0 r
Indeksprelamanjau omotaču
Indeks prelamanja u jezgru64α
α = 2
α = 1
⎪⎩
⎪⎨
⎧
>==
<⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∆−=
arConstnrn
arar21nrn
2
21
1
,.)(
,)(
α
37
Prostiranje svetlosti u step i Prostiranje svetlosti u step i gradijentnom vlaknugradijentnom vlaknu
38
Podela vlakana prema broju modova Podela vlakana prema broju modova koje podrkoje podržžavajuavaju
39
Prostiranje svetlosti kroz vlakno:Prostiranje svetlosti kroz vlakno:ugao prihvatanjaugao prihvatanja
∆==−= 2nNAnn 122
21maxsinθ
1zan
nnn2
nn
1
2121
22
21 <<∆
−≈
−=∆
40
Geometrijska optika Geometrijska optika -- teorija zrakateorija zraka
izračen zrak
jezgro
omotač
konu
s pr
ihva
tanj
a
A
B
n2
θ max
θ0
θ0
θ1
θi
n1n0
θkritično
θtunel
41
Talasna (elektromagnetna) teorijaTalasna (elektromagnetna) teorija
jezgroomotač
n1
n2
θ
ΦR-fazni pomeraj usled refleksije
A C
površine jednakih faza za zrak A
površine jednakih faza za zrak CH
,...,,,cos 210MM22H4R ==Φ− πθ
λπ
nfc
=λ 22
21 nnkaV −=
42
top related