Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время научно-технический прогресс невозможен без применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), одним из достоинств которых является устойчивость к помехам, связанным с внешними возмущениями. Тем не менее, существует величина РЕ > 0, характеризующая вероятность возникновения ошибок считывания двоичных разрядов в ВОЛС. Это приводит к необходимости подбирать оптимальные значения всех входящих в структуру линии связи параметров. При подключении к ВОЛС различных устройств на стыках оптических волокон в случае рассогласованного разъема, возникают многолучевые интерференционные явления, которые приводят к искажению передаваемых сигналов, уменьшению отношения "сигнал/шум", увеличению РЕ. С развитием скоростных оптоволоконных вычислительных сетей с высокой степенью структуризации (межсегментной, внутриуровневой и межуровневой коммутацией) и появлением технологии передачи информации со спектральным уплотнением DWDM эта проблема становится особенно актуальной, поскольку возрастает количество компонентов в тракте передачи. Такие оптические процессы подобны процессам, возникающим в интерферометре Фабри-Перо (ИФП), следовательно, линия связи может рассматриваться в виде композиции элементов ИФП.
В настоящей работе изучаются процессы в ИФП применительно к ВОЛС, а также исследуется возможность построения помехоустойчивых волоконно-оптических измерительных преобразователей (ВОИП). Преимущество ВОИП по сравнению с традиционными датчиками физических величин связано не только с их потенциально более высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками, но и с возможностью их интеграции с ВОЛС. Применение ИФП для построения датчиков физических величин интересно с точки зрения большей чувствительности многолучевого интерферометра, компактности изготовления и большей защищенности от влияния внешних возмущений.
Цель работы. Разработка математических моделей процессов в ИФП со спектрально модулированным излучением для исследования влияния многолучевой интерференции на распространяющийся в ВОЛС импульсный сигнал и построения помехоустойчивых ВОИП.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи :
Разработка модели сегмента ВОЛС, представляющей собой распределенную систему независимых элементов ИФП. Изучение влияния многолучевой интерференции на импульсный сигнал в цифровом канале передачи информации.
Математическое моделирование и исследование характеристик интерференционных помех, вносимых элементами ИФП : амплитуды отраженной волны и спектральной плотности мощности.
Разработка математической модели и исследование взаимодействия двух связанных ИФП.
Разработка математической модели помехоустойчивых измерительных преобразователей с ИФП. Изучение влияния дестабилизирующих факторов на передаточную характеристику ВОИП с ИФП.
Разработка моделей новых устройств сопряжения для ВОЛС, нового способа измерения перемещений и конструкций новых ВОИП с ИФП, реализованных по этому способу.
Методы исследований. Исследования выполнены с использованием теории физической, геометрической оптики и теории случайных процессов. Применены методы математического моделирования, в том числе компьютерного.
Научная новизна работы заключается в следующем :
Новом подходе моделирования сегмента ВОЛС в виде распределенной системы элементов ИФП.
Анализе влияния многолучевой интерференции на импульсный сигнал в цифровом канале передачи информации.
Моделировании двух связанных интерферометров, получении и исследовании передаточной характеристики такого устройства.
Разработке математической модели помехоустойчивых измерительных преобразователей с ИФП.
Практическая ценность. Разработаны новые модели волоконно-оптических разветвителеи, позволяющие уменьшить влияние многолучевой интерференции на распространяющийся в ВОЛС сигнал. Предложены новые
модели измерительных преобразователей с ИФП и способы их использования при измерении физических величин. Представлены рекомендации по улучшению метрологических характеристик новых моделей ВОИП. На защиту выносятся :
-
Модель сегмента ВОЛС, представляющая собой композицию элементов ИФП, позволяющая проводить анализ влияния многолучевых интерференционных явлений на распространяющийся оптический импульсный сигнал.
-
Математическое моделирование и исследование амплитуды отраженной волны и спектральной плотности мощности интерференционных помех совокупности элементов ИФП в ВОЛС.
-
Математическая модель системы связанных ИФП.
-
Математическая модель помехоустойчивых ВОИП с ИФП с учетом влияния дестабилизирующих факторов.
-
Новые модели устройств сопряжения для ВОЛС, новый способ измерения перемещений и конструкция нового волоконно-оптического датчика перемещений. Использование разработанного датчика для коррекции изображения фогоплоттера "Микроника".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на V Международной конференции по радиолакации, навигации, связи - RLNC99, г. Воронеж, 1999 г., Всероссийской научно-технической конференции РАДИО И ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, ЛОКАЦИЯ И НАВИГАЦИЯ, г. Воронеж, 1997 г., 36 Международном коллоквиуме : 36.1 Internationales wissenschaftliches kolloquium, 21. - 24.10.1991 г., Technische hochschule ILMENAU, межвузовских конференциях, а также на семинарах кафедр УГАГУ, БашГУ и института математики УНЦ РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, 2 авторских свидетельства СССР и Патент Российской Федерации, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, приложения, заключения и списка сипользуемой литературы. Содержит 145 стр. машинописного текста, 90 рисунков, список использованной литературы из 60 наименований.