Bir modali va ko‘p modali optik tolalar

Bir modali va ko‘p modali optik tolalar. To‘lqin uzunligiga nisbatan o‘zak diametriga bog‘liq ravishda optik tolalar bir modali va ko‘p modaliga bo‘linadi. Bir modali optik tolalarda ko‘pincha o‘zak diametri 7 —10 mkm ko‘p modali optik tolalarda esa 50 — 62,5 mkm bo‘ladi. Ikkala turda qobiq diametri 125 mkm ni tashkil etadi. Amaliyotda ko‘p modali va bir modali optik tola diametrlarining boshqa qiymatlari ham mavjud. Bir modali optik toladan faqat bir moda (yorug‘lik tashuvchi) uzatiladi. Ko‘p modali optik toladan esa apertura burchagi doirasida tolaga turli burchaklar ostida kiritiladigan bir necha yuzlab ruxsat etilgan modalarni bir vaqtda uzatish mumkin. Barcha ruxsat etilgan modalar turli tarqalish yo‘nalishi va vaqtiga ega.
Optik tolaning tuzilishi
Tolali optik aloqa tizimida optik tebranishlarning tarqalishinichegaralovchi va yorug‘lik energiyasi oqimini berilgan yo'nalishda yo'naltiruvchi, uzatish va qabul qilish traktlarini bog'lab turuvchi muhit optik yorug'lik uzatkichlar deyiladi. Optik yorug‘lik uzatkichlarning tavsiflari qisman aloqa tizimining sifatini aniqlaydi. Shuning uchun tolali optik aloqa tizimi (TOAT)ni loyihalashtirishda nurlanish tarqaladigan uzatuvchi muhit — optik yorug‘lik uzatkichlarning tavsiflarini hisobga olish kerak. TOATda maxsus optik yorug‘lik uzatkichlar — optik tolalar (OT) qo'llaniladi. Kichik so‘nish koeffitsiyentiga ega bo‘lgan optik yorug‘lik uzatkichlar asosida optik signallarni uzoq masofalarga uzatishni ta’minlovchi optik kabellar yaratilgan. Yorug‘lik uzatuvchi optik tolalar o‘zak va qobiqdan iborat bo‘ladi. Ular qiymat bo‘yicha bir-biriga yaqin turli sindirish ko‘rsatkichlariga ega. O‘zak uzatuvchi muhit, qobiq esa o‘zi va o‘zak orasida chegara hosil qiluvchi sifatida ishlatiladi. Bu chegara yorug‘likni yo‘naltiruvchi fizik kanalni shakllantirib, u orqali uzatilgan signalning tashuvchisi yorug‘lik nuri tarqaladi. Yorug‘lik nurining faqatgina o‘zak bo‘ylab tarqahshini ta’minlash uchun (1-rasm) quyidagi shart bajarilishi kerak:
n1>n2>n3>n0
bunda:
n1 — o‘zakning sindirish ko‘rsatkichi;
n2, n3 — qobiqlarning sindirish ko‘rsatkichlari;
n0 — tashqi muhitning sindirish ko‘rsatkichi [1].
To‘lqin uzunligiga nisbatan o‘zak diametriga bog‘liq ravishda optik tolalar bir modali va ko‘p modaliga bo‘linadi. Bir modali optik tolalarda ko‘pincha o‘zak diametri 7 — 10 mkm (2.3-a rasm), ko‘p modali optik tolalarda esa 50 — 62,5 mkm (2.3-b rasm) bo‘ladi. Ikkala turda qobiq diametri 125 mkm ni tashkil etadi. Amaliyotda ko‘p modali va bir modali optik tola diametrlarining boshqa qiy-matlari ham mavjud. Bir modali optik toladan faqat bir moda (yorug‘lik tashuvchi) uzatiladi. Ko‘p modali optik toladan esa apertura burchagi doirasida tolaga turli burchaklar ostida kiritiladigan bir necha yuzlab ruxsat etilgan modalarni bir vaqtda uzatish mumkin. Barcha ruxsat etilgan modalar turli tarqalish yo‘nalishi va vaqtiga ega.
Ko‘p modali optik tolalar sindirish ko‘rsatkichi ko‘rinishi bo‘yicha pog‘onali (2.4-a rasm ) va gradiyent (2.4-b rasm) tolalarga bo'linadi.
Pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar ikki muhit chegarasida sindirish ko‘rsatkichlarining keskin (pog‘ona ko‘rinishida) o‘zgarishi (n1 dan n2 ga) bilan xarakterlanadi. Pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tolalar o‘tkazish polosasini chegaralaydi, lekin gradiyent sindirish ko‘rsatkichli optik tolalarga nisbatan arzon hisoblanadi.
Gradiyent sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli tolalarga qaraganda ravon sindirish ko‘rsatkichi va modalararo dispersiyaning kamayishi bo'yicha yuqori texnik ko‘rsatkichlarga ega. Chunki gradiyent sindirish ko‘rsatkichli optik tolada modalarning tarqalish tezligi (dispersiyasi) bir-biridan juda ham katta farq qilmaydi. Dispersiya impulslarning kengayib ketishi va uzatilayotgan signallarning buzilishiga olib keladi. Shuning uchun hozirda gradiyent sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar keng tarqalgan.
Gradiyent sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalarning eng asosiy kamchiligi ularning qimmatliligi va ishlab chiqarishning murakkabligidir.
Ko‘p modali optik tolalarda modalararo dispersiya o ‘tkazish polosasi va aloqa masofasini chegaralaydi.
nsoniyat taraqqiyotida aloqaning, xususan, optik aloqaning roli katta bo‘lgan, bunga sabab uning tarqalish tezligining juda kattaligidir, (vq3*1010 sm/s) ham to‘g‘ri chiziqli tarqalish va boshqa xususiyatlariga bog‘liq. Masalan, XVIII asrdayoq quyosh nurini qaytaruvchi ko‘zgulardan foydalanish asosida ishlaydigan optik telegraf va murakkab signallarni uzatish qobiliyatiga ega bo‘lgan semoforlar yaratildi. Axborotni masofaga uzatishda yorug‘lik nurining qulayligini sezgan amerikalik telefon ixtirochisi A. Bell bundan 125 yil avval optik telefon (fotofon)ni yaratdi.
U o‘zining qurilmasi yordamida odam ovozini nur orqali 200 metr masofaga uzatdi. Bunda mikrofonning tebranishidan qaytuvchi quyosh nuri ovozni tashuvchi bo‘lib xizmat qildi. Hozirgi kunda deyarli har bir uyda radio, televizor va telefon bor, shaharlar va maydonlar o‘rtasida yotqizilgan kabellar yordamida koinotdan Yerning sun’iy yo‘ldoshlari orqali keng miqyosda axborotlar uzatilib turiladi. Ammo aloqa texnikasining rivojlanishi, elektronikaning zamonaviy yutuqlari, elektromagnit to‘lqinlarining sm va mm diapazonining o‘zlashtirilishi ham hozirgi paytda mislsiz ko‘payib ketayotgan axborot talablariga javob bermay qoldi: amaliyot axborotning zichligi, uzatish chastotasining oshirilishi aloqa kanallarini zichlashtirish kabi qator talablarni qo‘ymoqda. Shuning uchun ham dunyo mutaxassislari birinchi navbatda optik diapazonga qayta-qayta e’tibor bera boshladilar. Shuningdek, dunyodagi mis konlari borgan sari kamayib bormoqda. Vaholanki, texnikada juda kerak bo‘lgan bu metallning deyarli yarmi kabellar uchun ishlatiladi. Olimlarning taxmini bo‘yicha mis ishlab chiqarish XXI asrda keskin ravishda kamayadi. Demak, biror chora topilmasa, kabel ishlab chiqarish tushkunlikka uchrashi turgan gap. Shuning uchun ham mis simlardan voz kechib, axborotni shaffof shisha tolalar orqali nur yordamida uzatishga o‘tish lozimligini tushunib yetildi. Demak, shisha tolalarni ishlatish ikki ijobiy yutuqqa — axborot uzatish tezligini keskin oshirib, qimmat hisoblangan misni katta miqdorda iqtisod qilishga imkon beradi. Ta’kidlash lozimki, O‘YuCh -diapazoni (q=1-20sm) bo‘lgan elektromagnit to‘lqinlar mukammal o‘zlashtirilgandan so‘ng navbat optik diapazonga yetib keldi. 60-yillarda kashf etilgan lazerlar ham katta samara bermadi. Chunki axborotni lazer nuri bilan ochiq atmosferada uzatish yaxshi natija bermadi. Bunga sabab atmosferadagi temperatura, havo oqimi, changlar, tuman va h.k. lar tinimsiz o‘zgarib turganligi uchun ochiq havo nur o‘tkazuvchi muhit sifatida ishlatishga yaroqsizligi aniqlandi. Lazer nurini trubalar ichida uzatib ko‘rildi, lekin bu yo‘l ham foyda bermadi. Shuni aytish kerakki, nur o‘tkazuvchi shisha tolalar 60 — yillarda ma’lum edi. Ularning diametri 100 mkm bo‘lib, o‘zak va uni o‘rab olgan qobiqdan iborat edi. O‘zakning sindirish ko‘rsatkichi qobiqning sindirish ko‘rsatkichidan biroz katta bo‘lishi kerak. Lazer nurini shunday tolalar orqali uzatishga urinib ko‘rildi, ammo bunday tolalar juda katta yutish koeffisiyentiga ega bo‘lib, taxminan 1000 db/km ga teng. Bunday tolaga kiritilgan nur bir necha metr masofadan so‘ng deyarli butunlay yutilib ketadi. Ammo 1966 yilda ingliz olimlari Kao va Xokxem o‘zlarining ilmiy izlanishlarida optik shishalardagi nurning yutilish sabablarini taxlil qilib, nurning yutilishiga asosiy sabab He, Ni, Si, Sg va shunga o‘xshash metallar shisha sintez qilinayotganda tashqaridan (havodan, tigeldan) kirib qolgan metall ionlari ekan. Maqola mualliflari agar shishalar ana shu ionlardan tozalansa, yutish koeffisiyenti a<20db/km bo‘lgan tolalar olish mumkinligini isbotlab berdilar. Bu maqoladan so‘ng dunyo miqyosida yutish koeffisiyenti kichik bo‘lgan nur o‘tkazuvchi tolalarni olish bo‘yicha ishlar juda kuchayib ketdi. Nihoyat, 1970 yil "Korning Glass" firmasi mutaxassislari to‘lqin uzunligi qq063 mkm bo‘lgan nur uchun yutish koeffisiyenti 20 db/km dan kichik bo‘lgan nur uchun nur o‘tkazuvchi tolalarni yaratdilar. Bunday tolalar uzun to‘lqinli optik aloqa liniyalarida ishlatsa bo‘ladigan sifatlarga ega edi. Shuning uchun 1970 yil tolali optikaning tug‘ilgan yili deb sanala boshlandi. Ana shundan so‘ng tolali optika aloqasi misli ko‘rilmagan tezlik bilan rivojlanib ketdi, ular ishlatiladigan sohalar ko‘paya boshladi: telefon tarmoqlari orqali ishlaydigan televideniye, aviatsiya va dengiz flotida, bort aloqasi, hisoblash texnikasi, texnologik jarayonlarni boshqarish va nazorat qilish tizimi va h.k.larda ham ishlatila boshlandi. Bundan tashqari, nurli tolalarning tashqaridan tushuvchi elektromagnit to‘lqinlarning ta'sirini sezmasligi, vaznlari kam va ixchamligi ham aniqlandi. Shunday qilib, optik aloqa tizimlarining negizi shaffof va toza shishadan qilingan tola bo‘lib, u yaxshi xizmat qiladi.
Optika qonunlaridan ma’lumki, tola ichiga kiritilgan nur tashqariga chiqmasdan tarqala oladi. Bunda tola to‘g‘ri chiziq bo‘yicha yo‘nalgan yoki barabanga o‘ralgan bo‘lishi mumkin. Buning sababi nur tola ichida tarqalar ekan, uning chegarasiga tushadi va yana ichkariga to‘la qaytadi. Bu nur tolaning ikkinchi chegarasiga tushadi va yana undan ichkariga to‘la qaytadi va h.k., bu jarayon uzluksiz davom etadi.
Sanoatda ishlatiladigan shisha tolalar juda toza kvarsdan cho‘zib q2000S° da olinadi va maxsus lak bilan qoplanadi. Bu uning mexanik mustahkamligini ancha oshiruvchi lak bilan, so‘ng bu tola ustiga polimer materialdan muhofaza qatlami qoplanadi. Shundan so‘ng sanoatda (aloqada) ishlatiladigan optik tola tayyor bo‘ladi.
Bu tolali optik aloqa liniyalarining buyukligi shundaki, ular orqali millionlarcha telefon signallarining bir vaqtda uzatilishini ta’minlash mumkin. Bu kabellar suv ostida, yer ostida xonalarda va boshqa sharoitlarda ishlatilishi mumkin. Optik aloqa tizimlarining asosiy afzalliklari quyidagilardan iborat: Keng sathlilik (agar nur manbai sifatida yarim o‘tkazuvchanlik dioddan foydalanilsa) va qq10q250 Mgs tashkil qiladi, yarim o‘tkazuvchili lazer ishlatilsa, u holda ~0,5 MGs ga teng bo‘ladi. Bu kabi aloqa liniyalarini kuchli tokli kabellar va yuqori voltli elektroenergiyani uzatuvchi liniyalar yaqiniga joylashtirish mumkin.
|