Optik aloqaga oid asosiy tushunchalar optik aloqaning

@DARS_ISHLANMA_YANGI
OPTIK ALOQA TIZIMLARIGA OID ASOSIY TUSHUNCHALAR. OPTIKALOQA TIZIMLARINING RIVOJLANISHI, TELEKOMMUNIKATSIYA TARMOQLARIDAGI O’RNI VA AFZALLIKLARI.
REJA:
OPTIK ALOQAGA OID ASOSIY TUSHUNCHALAR
OPTIK ALOQANING RIVOJLANISHI
TELEKOMMINIKATSIYA SOHASIDA O’RNI
Insoniyattaraqqiyotidaaloqaning,xususan,optikaloqaningrolikattabo‘lgan, bunga sabab uning tarqalish tezligining juda kattaligidir, (vq3*1010 sm/s) ham to‘g‘richiziqlitarqalishvaboshqaxususiyatlarigabog‘liq.Masalan,XVIIIasrdayoq 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 amerikaliktelefonixtirochisiA.Bellbundan125yilavvaloptiktelefon(fotofon)ni yaratdi.
U o‘zining qurilmasi yordamida odamovozini 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,texnikadajudakerakbo‘lganbumetallningdeyarliyarmikabellaruchun 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 qilishgaimkonberadi.Ta’kidlashlozimki,O‘YuCh-diapazoni(q=1-20sm)bo‘lgan elektromagnitto‘lqinlarmukammalo‘zlashtirilgandanso‘ngnavbatoptik
diapazongayetibkeldi.60-yillardakashfetilganlazerlarhamkattasamarabermadi. 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 hamfoyda bermadi. Shuni aytish kerakki, nur o‘tkazuvchi shisha tolalar 60
—yillardama’lumedi.Ularningdiametri100mkmbo‘lib,o‘zakvaunio‘rabolgan qobiqdan iborat edi. O‘zakning sindirish ko‘rsatkichi qobiqning sindirish ko‘rsatkichidan biroz katta bo‘lishi kerak. Lazer nurini shunday tolalar orqali uzatishgaurinibko‘rildi,ammobundaytolalarjudakattayutishkoeffisiyentigaega 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 KaovaXokxemo‘zlariningilmiyizlanishlaridaoptikshishalardaginurningyutilish sabablarini taxlil qilib, nurning yutilishiga asosiy sabab He, Ni, Si, Sg va shunga o‘xshashmetallarshishasintezqilinayotgandatashqaridan(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‘lgannuro‘tkazuvchitolalarniolishbo‘yichaishlarjudakuchayibketdi.Nihoyat, 1970yil"KorningGlass"firmasimutaxassislarito‘lqinuzunligiqq063mkmbo‘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,hisoblashtexnikasi,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,
vaznlarikamvaixchamligi hamaniqlandi.Shundayqilib,optikaloqatizimlarining 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 chegarasigatushadivayana ichkariga to‘laqaytadi. Bunur tolaningikkinchi chegarasiga tushadi va yana undan ichkariga to‘la qaytadi va h.k., bu jarayon uzluksiz davom etadi.
Demak,nurningtarqalishshartiuningtolayonchegarasidato‘laichkiqaytishi ekan. Bu juda oddiy va optikada keng qo‘llaniladigan hodisadir. Faraz qilaylik (1- rasm), nur sindirish ko‘rsatkichi p1 va radiusi g bo‘lgan silindr shaklidagi muhitda tarqalayotgan bo‘lsin. Tashqi muhitning sindirish ko‘rsatkichi p2 bo‘lsin. U holda nur ikki muhit chegarasiga tushganda sinadi va qisman qaytadi. Sinish (q2) va tushish (q1) burchaklari Snellius qonuniga bo‘ysinadi: n1Sin a1qn2Sina2 yoki Sin a1qn2/n1 Sin a2 Agar biz tushish burchagini (q1) kattalashtirib borsak, sinish burchagia2hamortibboradivaikkinchimuhitgasingannurtolachegarasigaqarab ko‘proq egila boshlaydi. q1 burchak ma’lum kritik qiymatga erishganda q2q90° bo‘ladi. Bu holda singan nur tola chegarasi bo‘ylab tarqaladi va ikkinchi muhitga o‘tmaydi, to‘la ichki qaytish sodir bo‘ladi.
BuburchakSina1Tqn2/n1gatengbiladi.Nihoyattushishburchagia1qa1T bo‘lganda tola chegarasiga tushayotgan nur energiyasining deyarli hammasi yana tola ichiga qaytadi, agar a1
Shishatolanurtarqatishgajudaqulaymuhitbo‘lsaham,uningkamchiliklaribor:
1) u ochiq havoda (p2<1) bo‘lgani uchun unga tashqi muhit ta'sir ko‘rsatadi, uning ustiga changlar o‘tirib iflos qiladi, bu esa nurning so‘nishiga olib keladi; 2) tolani ushlab turuvchi tayanchlarning kontaktlarida qo‘shimcha so‘nish paydo bo‘ladi. Bundan tashqari,shishatolamo‘rtbo‘ladi:.Agaruningustigaqandaydirmuhofaza qatlamlari yotqizilmasa, sinib ketishi juda oson. Bu kamchiliklar ikki qatlamlik hisobiga bartaraf etiladi. (2 (a -b) - rasm). Shishali tolalar cho‘zib olinib (qqT=2000°s ga yaqin), barabanlarga o‘rab olinganliklari uchun bunday tolalarda
nurning troyektoriyasi egri chiziq bo‘lib, uning aniq qaytadigan chegarasi bo‘lmaydi. Qobiq tarafga yo‘nalgan nur tola o‘qi tarafiga qarab egila boshlaydi va uyanao‘zakmarkazigaqarabtarqaladi.Shishatolalarorqaliaxborotyuborilganligi uchun ularning so‘nish koeffisiyenti minimal bo‘lishi zarur, chunki optik aloqa liniyalari (1-100) km masofalarga cho‘zilishi mumkin. Buning uchun ularning yutish koeffisiyenti qq01-1db/km bo‘lishi kerak. Bunday katta talabga faqat a'lo sifatli optik shishalar, ayniqsa shishasimon kvarslar javob beradi. Kvars boshqa shishalardan o‘zining bir jinsliligi va nurning Relecha sochilish koeffisiyenti kichikligi bilan ajraladi.
Sanoatda ishlatiladigan shisha tolalar juda toza kvarsdan cho‘zib q2000S° daolinadivamaxsuslakbilanqoplanadi.Buuningmexanikmustahkamliginiancha 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 kabellarsuvostida,yerostidaxonalardavaboshqasharoitlardaishlatilishimumkin. Optik aloqa tizimlarining asosiy afzalliklari quyidagilardan iborat: Keng sathlilik (agarnurmanbaisifatidayarimo‘tkazuvchanlikdioddanfoydalanilsa)vaqq10q250 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. Optik kabelninghaqiqiytuzilishlaridanbiriningkesimi3-rasmdakeltirilgan.Optikkabelli tolalarorasidano‘tuvchihalaqitlarningjudakamligi,butolalarningsoninibirnecha yuz bor oshirishimkoniniberadi. Atrof -muhitga optik kabeldan elektromagnitnur tarqalmaydi. Yuqori texnologik integrasiyaga egaligi; tabiiy ofatlarni (Yer qimirlashi, toshqinlar, sel va hokazo) sodir bo‘lishi kutilayotgan mintaqalardagi muhitlarda ishlay olish qobiliyatining borligi, ularning simli kabellardan afzalliklarini ko‘rsatadi.
Optiktolali aloqatizimida axborot uzatishning umumiyko‘rinishini 10-rasm orqali tushuntirish mumkin. Aloqa liniyasida uzatish uchun mo‘ljallangan uzluksiz yoki raqamli elektr signali uzatish tomonidagi yarimo‘tkazuvchanli lazerli yoki yorug‘lik manbaidan chiqayotgan optik nurlarni modulyasiyalaydi va buning oqibatida elektr signalini optik (yorug‘lik) signaliga aylantirib, so‘ngra optik tola bo‘ylab uzatiladi. Tizimning qabul qilish tomonidagi toladan chiqib kelayotgan optiksignalr-1-pyokiko‘chkilifotodiodasosidaqurilganfotodetektorgakiritiladi. Fotodetektor esa, unga tushayotganoptiknurlarnidastlabki uzluksiz raqamli elektr signaliga aylantirib beradi.Optik tolali aloqaning tarixiy rivojlanish bosqichlari haqida ilmiy dalillar asosida ma’lumotlar professor Yu.R.Nosovning ilmiy- ommabop kitobida bayon qilingan (4-rasm).
Tolalioptiktizimlardaasosanuchturdagiyorug‘likmanbalaridanfoydalanib kelinayapti:qattiqjismlilazerlar,yarimo‘tkazgichliyorug‘liksochuvchidiodlarva
yarimo‘tkazgichliinjeksionlazerlar.Ammohozirgipaytdauzluksiztartibdaishlash uchun, geterolazerlar qo‘llanilmoqda. Bunday lazerlar maxsus ko‘p qatlamli geterolazerlar tizimidan iborat bo‘lib, ularning tavsiflari mavjud: 1. Lazerdan o‘tayotgan tok bilan nurning sochilish quvvatini bog‘lovchi volt-amper tavsifi; 2. Nurlanishning modali tarkibi; 3. Nurlanishning yo‘naltirish diagrammasi.
Yuqorida keltirilgan fikrlar va mulohazalarga binoan quyidagi ta’rif asosli bo‘la oladi: Fizikaviy muhit sifatida optik kabeldan foydalanib uzatish tomonidagi birorta puktdan qabul qilish tomonidagi boshqa bir punktga axborotlarni uzatishni ta’minlovchi texnik vositalar to‘plami tolali aloqa tizimi, deb ataladi.
butoklarniuzatkichningelektrtebranishlariningmodulyatsiyasigamosravishda aylantirish va 5) modulyatsiya qilingan-modulyasiyalangan elektromagnit to‘lqinlarni uzatish. Endi qabul qiluvchi televizion radiostansiyalarda antennalar tomonidan qabul qilib olinayotgan o‘zi bilan ko‘rinuvchi signallarni (tasvir signallarini)olibkeluvchi,radioto‘lqinlarbilanbog‘liqbo‘lganhodisalarniqarashga o‘taylik.Televizionstansiyaningradioqabulqiluvchisinitelevizordebatalib,uning asosiy’ qismi maxsus konstruksiyaga ega bo‘lgan elektron nurli trubka — kineskopdir (kineskop — grekcha so‘z bo‘lib, u yoki bu predmetning harakat, holatini ko‘rsata oladigan qurilmadan iborat).
|