КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И СВЕТОТЕХНИКИ
На дополнительное меню страницы меню  

090605.02
Волоконно-оптические системы

В будущее со скоростью света!

Общие сведения о специализации
Основные черты современного состояния отрасли
Особенности подготовки студентов на нашей кафедре
Перспективы развития отрасли и специализации



Страница следующей специализации Предшествующая специализация


Общие сведения о специализации

Основные задачи, которые и сегодня решаются с помощью оптоволоконных систем сформировались области передачи информации. Данная область охватывает проблемы накопившиеся в телефонии, межкомпьютерной и межконтроллерной связи, а также в специальной связи. Основные особенности этих проблем отражаются во все возрастающих требованиях к скорости передачи или пропускной способности для информационных каналов, к их повышенной помехозащищенности. Однако быстрая и надежная передача информации не единственная сфера применения оптоволоконных систем. Существует целая сфера микрооперационных площадок освещение которых, либо доставка изображения из которых просто невозможна без применения оптоволоконных систем. Это и операционные поля в диагностике и микрохирургии внутренних органов, это и труднодоступные технические микроплощадки.


Поскольку оптическкие линии (как каналы транспортировки света) представляют собой только часть в составе современных систем передачи информации, следует также обратить внимание на аппаратуру и программное обеспечение предназначенные для выполнения приемо - передающих операций, а также операций первичной обработки информации (то есть, модуляции, фильтрации, уплотнения, кодирования). Очевидно, что реализация этих операций во многом оказывается общей как для оптоволоконных каналов, так и для любых других каналов транспорта лазерного излучения. Тем самым, на базе такой аппаратуры, возможно построение воздушно-лазерных или вакуум-лазерных каналов связи, как по линии прямой видимости, так и с использованием промежуточных отражателей или отражающих поверхностей.


Сегодня многие из бортовых систем управления являются сложнейшими управляющими системами. Более того, такие управляющие системы относятся к самому новому классу распределенных компьютеризированные систем цифрового управления, то есть, к классу управляющих контроллерных сетей. Применение в архитектуре контроллерных сетей оптоволоконных каналов передачи информации позволяет многократно повысить помехоустойчивость, быстродействие и надежность ситстем, что в итоге определяет собой новый уровень качества управления. Как следствие, специалисты по оптоволоконным системам имеют уникальную возможность применить свои знания в самых передовых сферах науки и технологии.


Значительные успехи в технологии производства оптического волокна, средств для его подключения, а также, что даже более важно, успехи в технологии производства оптоэлектронных микросхем, позволяют смело утверждать -- в самое ближайшее время световые каналы передачи информации станут доминирующими не только для особо ответственных технических систем или объектов, но и найдут широчайшее применение в информационных и управляющих системах ориентированных на любые сферы применения.


Сегодня широко известны успехи лазерной микрохирургии глаза. Однако следует подчеркнуть, что дальнейшее развитие компьютеризованных оптоволоконных систем медицинской диагностики, стимуляции и лазерной микрохирургии позволит на многие медицинские проблемы взглянуть совершенно другими глазами.



Подводя краткий итог общим сведениям о специализации, еще раз обратим внимание ее основные области применения. Оптоволокно это:

Таким образом, если Вы решили стать специалистом в области оптоволоконных систем, то Вы приняли решение стартовать в будущее со скоростью света.


(вернуться к оглавлению вернуться к оглавлению )

Основные черты современного состояния отрасли.

Основные черты современного состояния отрасли можно легко представить исходя из основных вех в развитии квантовых генераторов когерентного излучения и технологий передачи оптических излучений:

1954 г. Басов,Прохоров,Таунс	Теория квантового генератора
1958 г. Капани               	Оптический волновод с оболочкой
1960 г. Мэйман               	Рубиновый лазер
1960 г. Джаван               	Гелиево-неоновый лазер
1962 г.	—----                	Полупроводниковый лазер
1966 г. Као,Хокман           	Применение волокон для связи
1969 г. Ушида          		Градиентное волокно
1970 г. Капрон,Кек           	Волокно с потерями 20 дБ/км
1976 г. Хорнгучи             	Волокно с потерями 0,47 дБ/км
1979 г. Шимада               	Передача информации без ретрансляции на расстояние  100 км
1985 г.	-----—               	Когерентная передача информации на расстояние  150 км

Экономические оценки показывают, что производство компонентов для волоконно-оптических линий связи и систем передачи информации становится крупной промышленной отраслью. Только в США, по оценкам экспертов, производство этой продукции увеличивалось ежегодно примерно в 1,5. Основная доля (более 70 %) всей производимой волоконно-оптической продукции применяется в таких областях, как связь (свыше 50 % всего объема продукции), промышленные телеметрические системы, кабельное телевидение, вычислительная техника, военная промышленность, автоматизированные системы и робототехника. Причем 69 % стоимости произведенной продукции приходится на оптический кабель, 28 % - на активные компоненты (лазеры, приемники, ретрансляторы), около 3 % - на пассивные компоненты (разъемы и разветвители). Причины бурного развития волоконной оптики и роста капиталовложений в исследования и производство в этой области весьма многочисленны, поэтому мы остановимся лишь на основных.

1. Переход из радиодиапазона в световой диапазон электромагнитных волн позволяет увеличить несущую частоту в 104-106 раз и соответственно увеличить объем передаваемой информации. Скорости передачи у современных волоконно-оптических систем достигают сотни Гбит/с, что позволит в принципе по одному каналу связи передавать такие гигантские массивы информации.

2. Использование кварца и пластмасс в качестве основного сырья для производства волоконно-оптического кабеля взамен меди и свинца, употребляемых при производстве обычных кабелей, позволяет отказаться от использования металлов, запасы которых могут исчезнуть уже в первые десятилетия XXI в. Уже в настоящее время стоимость оптического кабеля значительно меньше, чем радиорелейных кабелей, способных передавать тот же объем информации. Численные примеры подтверждают, что хотя цены на оптической кабель зависят от числа и типа применяемых волокон и защитных оболочек, а также от политики фирмы-изготовителя, тем не менее, сохраняется устойчивая тенденция к уменьшению цен и росту объема производства.

3. Доступные в настоящее время скорости модуляции светового излучения полупроводниковых лазеров и светоизлучающих диодов, чувствительность и быстродействие фотоприемников для связи - полупроводниковых фотодиодов - позволяют стыковать оптоэлектронные приемные и передающие модули со стандартными системами импульсно-кодовой модуляции на 8, 34, 140 и 560 Мбит/с.

4. Достигнутое на практике снижение потерь в оптических волокнах до теоретически минимального уровня (~0,2 дБ/км при длине волны излучения 1,3 мкм) позволяет увеличить расстояния между ретрансляционными пунктами до сотен км и тем самым еще более снизить затраты на строительство линий связи.

5. Высокое удельное сопротивление материалов, из которых изготавливается оптическое волокно (и кварц, и полимеры являются хорошими изоляторами), позволяет сделать линии связи и передачи информации пассивными, т.е. не требующими специальных электрических развязок при расположении различных частей системы или линии в зонах с различным потенциалом. Например, передатчик может располагаться в высоковольтном блоке, а приемник - в заземленном корпусе.

6. Поскольку электромагнитные поля радиодиапазона не воздействуют на световые сигналы, возможна передача информации по оптическому волокну в условиях сильных электромагнитных помех (например, вдоль высоковольтных линий). В значительной степени это относится и к фону различных радиоактивных источников.

7. Сам принцип волоконно-оптической связи, а также малые мощности, используемые в оптических излучателях, повышают скрытность передачи по оптическим волокнам и кабелям.

8. При переходе на волоконно-оптическую базу резко (в 10-100 раз) уменьшается масса прокладываемых кабелей и трудоемкость работ по их прокладке. Кроме того, в бортовых и объектовых системах экономия достигается за счет исключения шин нулевого потенциала.


(вернуться к оглавлению вернуться к оглавлению )

Особенности подготовки студентов на нашей кафедре.
(раздел для абитуриентов и их родителей)

I. Центральной идеей подготовки студентов на нашей кафедре является создания такого информационного и интеллектуального пространства, в котором уровень профессиональной и научной подготовки студентов ограничивается только трудоспособностью и желанием самих студентов.

Создание такого пространства подразумевает не только привлечение к учебному процессу специалистов высокой квалификации (см. кадровый состав кафедры ) , не только постоянное обновление содержания и структуры специальных дисциплин (см. учебный план подготовки студентов и рабочие программы). Существенное значение также имеет информационная составляющая пространства обучения, которая включает в себя:

Техническая база. Сегодня институт электроники и систем управления, в состав которого входит и наша кафедра, располагают достаточно мощной и современной информационной структурой, которая базируется на компьютерной сети, охватывающей все девять кафедр института. Данную сеть поддерживают 5 серверов определяющих первые два доменных уровня сети и не менее 9 серверов поддерживающих домены кафедр. Наша кафедра, как самостоятельный домен такой сети, представляет своим двум компьютерным классам полный и независимый от других провайдеров перечень традиционных услуг интернета. В этот перечень входят WEB, FTP, EMail, Proxy сервера, а также средства проведения видеоконференций. Начиная с 2004 года постоянно растет роль этой среды в процессе обучения студентов. Так например, сегодня многие учебные дисциплины, особенно те, которые требуют для понимания большого объема визуальной информации, читаются преподавателями кафедры в режиме видеоконференций с использованием WEB и FTP ресурсов, либо путем трансляции на произвольное число компьютеров всех действий преподавателя на экране его рабочей станции. Кроме того, кафедра имеет возможность создавать собственные News Group для проведения асинхронных конференций, открытого обсуждения вопросов в рамках работ СНТО либо для отдельных учебных дисциплин. Как уже упоминалось выше, наша кафедра располагает двумя компьютерными классами (см. Лаборатория 319 , Лаборатория 317 ). В 2007 году оборудование лаборатории 317 было полностью заменено на 20 современных компьютеров, что позволило ввести в учебный процесс такие мощные компьютерные программы как Mathematica 4, MatLab 7 / Simulink, Electronics Workbench MultiSim 9, DiaLux 4, Adobe Suite 2, Delphi 7 и некоторые другие.

Доступ к глобальным информационным ресурсам. Начиная с 2007 года компьютерная сеть кафедры получила неограниченный доступ к глобальному интернет и имеет возможность распространять этот доступ на любое число компьютеров своей сети. Студентам кафедры предоставляется бесплатный доступ в глобальный интернет для выполнения плановых заданий, либо для выполнения работ в рамках студенческого научного общества (см. СНТО )

Стабильность наполнение и качество информационных ресурсов. При всех достоинствах глобального интернет, следует признать, что он совершенно не пригоден в качестве информационной среды для профессионального обучения. Важная (для учебного процесса) информация имеет в интернет фрагментарный характер и трудноуловима среди информационного мусора, который имеет доминирующий характер. Более того, немногочисленные источники действительно полезной информации, являются полностью независимыми субъектами и, как следствие, демонстрируют совершенно непредсказуемую политику доступа к этой информации.

В силу сказанного, еще одной центральной идеей нашей кафедры является создание собственных WEB и FTP информационных ресурсов, а также накопление этих ресурсов по рубрикам:

Данную работу сотрудники кафедры реализуют начиная с 2000 года и на сегодня электронные библиотеки кафедры приблизительно насчитывают: В качестве иллюстрации, приведем сегмент FTP - библиотеки нашей кафедры, который непосредственно относится к разделам знаний, которые необходимы для специалистов в области электроники и систем управления, в том числе для электротехнических и светотехнических систем:

Простая калькуляция файлов в этом сегменте показывает значение 7848 книг. И это только те книги, которые были отобраны специалистами в качестве источников информации полезной для расширенного процесса обучения. Под термином расширенный процесс обучения мы понимаем такое наполнение информационного пространства, в котором уровень профессиональной и научной подготовки студентов ограничивается только трудоспособностью и желанием самих студентов.

Гарантированность доступа к информационным ресурсам. Самой существенной из информационных политик нашей кафедры является политика открытости информации для наших студентов. Это означает, что любой студент нашей кафедры имеет право бесплатно копировать для личного некоммерческого использования любую книгу, статью и т.п. Более того, многие преподаватели кафедры бесплатно предоставляют студентам CD или DVD оригинал всех материалов и учебников своей дисциплины для самостоятельного копирования этого оригинала. Если вспомнить, что стоимость современных печатных учебников имеет тенденцию только к росту, а нижняя граница стоимости по состоянию на 2007 год равна приблизительно 50 гривен, то легко представить размер реальной финансовой помощи, которую оказывает наша кафедра родителям наших студентов.

Подводя некоторый итог сказанному выше, хочется особо отметить, что современный уровень развития науки и технологии уже не просто не вмещается в скромные сроки для его освоения (4-5 лет обучения), а намного превышает возможности учебного процесса. В этом смысле студент, который выполняет учебный план только от точки до точки, сегодня уже не может рассматриваться как специалист готовый к реальной конкуренции на рынке труда. Начиная с первого курса мы пытаемся донести эту мысль до сознания наших студентов, а также предлагаем нашим будущими студентами обсудить c родителями следующий простой тезис: "Насильно научить нельзя, можно только осознано научиться!".

II. Второй важнейшей идеей подготовки студентов на нашей кафедре является такая структуризация учебного процесса, при которой студенты получают не только традиционные теоретическую плюс специальную (профессиональную) подготовку, но также проходят технологическую подготовку по созданию современных систем, которая остро необходима для успешной конкуренции создаваемых продуктов на внутренних и, что более важно, внешних рынках.

В последние годы значительно повысился интерес абитуриентов к изучению программирования. С одной стороны это следует всячески приветствовать, а с другой стороны не следует забывать, что другая сторона все же существует. О чем идет речь? Программирование - это способ изложения знаний в языке понятном современным техническим системам. Особо хочется подчеркнуть слово ЗНАНИЯ. Почему? Да если Вам нечего сказать, (нет знаний) вряд ли вам помогут любые языки: "английский", "украинский", "русский", Delphi, С++ &MFC, и даже "Узелковое письмо племени Майя". Однако, если вы приобрели профессиональные знания, то отсутствие языка их выражения, доступного для современных технических систем, не позволит Вам преобразовать эти знания в конкурентоспособный на современных рынках продукт (изделие). Как способ выхода из этого противоречия, естественным путем выстраиваются три связанных между собой слоя, необходимых для подготовки современных специалистов:

Фундаментальная и общетеоретическая подготовка. Данная подготовка является наиболее традиционной и включает в себя такие дисциплины как: "Высшая математика", "Физика", "Химия", "Техническая (теоретическая) механика и инженерная графика", "Философия", "Иностранный язык", "Специальные разделы математики", "Специальные разделы физики", "Основы экономических и социальных знаний", "Основы организации и безопасности производств".

Все названные разделы подготовки, многократно проверены временем и во многом определили всемирное признание теоретического уровня советской и постсоветской высшей школы.

Специальная профессиональная подготовка. Специальная подготовка формирует базовые знания по конкретной специальности и подразделяется на фундаментальную и общетеоретической часть, а также на часть непосредственно определяющую профессиональные знания. Специальная фундаментальная и общетеоретическая часть включает в себя такие дисциплины как: "Основы теоретической электротехники", "Теория автоматического регулирования", "Промышленная электроника". Часть, определяющая профессиональные знания существенно зависит от специализации (см. учебный план подготовки студентов ). При этом дисциплины, которые определяют знания по специальности выделены в учебном плане жирным текстом, а шифры 090603 и 090605 обозначают соответственно электротехнические и светотехнические специализации.

Современная технологическая подготовка. Современная технологическая подготовка, особенно с акцентом на компьютеризированные технические системы, которые в наше время доминируют во всех экономических областях, является наиболее развивающимся разделом знаний. Темп развития настолько высок, что содержательную часть некоторых дисциплин, приходится ежегодно обновлять на 30-50%. При этом фрагменты технологических знаний, которые традиционно включались в состав специальных дисциплин начинают либо терять согласованность, либо, с учетом все возрастающей сложности и разнообразия технических систем, переходят в формы кратких обзоров. В то же время, общие принципы и методы разработки, технологию конструирования и программирования, методы отладки и регламенты эксплуатации можно выстроить в связанную цепочку знаний, которая будет охватывать все ключевые технологии в основе жизненного цикла современных технических систем. Вариант такого подхода к освоению технологических знаний представлен следующим набором учебных дисциплин:

Как уже говорилось выше, содержательная часть подобных дисциплин сегодня представлена фрагментами, которые либо входят состав различных специальных дисциплин, либо преподаются в факультативном порядке. Наша кафедра ведет постоянную работу по объединению таких фрагментов технологических знаний в связанную систему. Освоение этих знаний позволит студентам легко ориентироваться в структуре, схемотехнике и алгоритмах самых разнообразных технических систем, причем не только непосредственно связанных с их специальностью, но также в широком спектре систем смежных и даже отдаленных профессиональных областей.

Подводя очередной итог, хочется сформулировать конечную цель, которую наша кафедра преследует изложенной структурой подготовки студентов. Эта цель заключается в получении "драгоценного сплава" профессиональных знаний с современным технологическим языком, позволяющим знания трансформировать в наукоемкую продукцию. Такова одна из целей нашей кафедры, а вот для наших будущих студентов, предлагаем обсудить с родителями справедливость следующего тезиса: "Инженер это не тот, кто в совершенстве знает отдельные технические системы (для этого существуют техники профессионалы). Инженер это тот, кто создает такие системы, а в идеальном случае, создает новые технологии".

III. Третьей важнейшей идеей подготовки студентов на нашей кафедре является постепенное включение студента во все более высокие уровни профессиональной деятельности начиная с первого года обучения и заканчивая трудоустройством.

Первым профессиональным этапом в развитии студентов являются работы, которые студенты первого и второго года обучения выполняют в рамках студенческого научного общества. На данном этапе студенты на практике осознают потребность в решении круга вопросов, которые составляют суть специальных дисциплин. Как результат, специальные знания воспринимаются ими не в форме "... мол потом это обязательно Вам пригодится", а как "ответы на вопросы, которые востребованы уже сегодня".

На старших курсах, в процессе освоения специальных дисциплин и выполнения курсовых работ, наиболее подготовленные студенты привлекаются к выполнению НИР и ОКР, которые ведет наша кафедра по направлению их специализации.

Кафедра поощряет активное взаимодействие наших студентов с различными фирмами по профилю их специализации, что создает отличные предпосылки для их дальнейшего трудоустройства. Однако, таким взаимодействием возможности трудоустройства не исчерпываются. Кафедра постоянно отслеживает рынок труда по своему профилю и обеспечивает своих студентов информацией о фирмах действующих на этом рынке.


(вернуться к оглавлению вернуться к оглавлению )

Перспективы развития отрасли и специализации.

Дальнейший прогресс волоконной оптики в ближайшие годы связывают прежде всего с ростом количественных показателей (число и дальность линий связи, число и разветвленность систем передачи данных и т. д.). Это обусловлено тем, что волоконно-оптические линии связи классического типа, т.е. построенные по схеме «источник-волокно-приемник», уверенно завоевывают важное место в системах связи различных стран. Однако, возможен и качественный скачок в этом направлении за счет разработки так называемых «когерентных систем», а также применения оптических волокон для передачи среднего инфракрасного излучения с диапазоном волн 5-10 мкм.

Оптоэлектронные приборы
Кроме того, сегодня в волоконной оптике наметилась новая тенденция, одним из отражений которой стало появление нового поколения оптоэлектронных приборов. Проводя аналогию с электроникой, существующие волоконные системы связи и передачи информации можно в какой-то степени уподобить электронным схемам с навесным монтажом, в которых используются отдельные элементы (резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы), выполненные из различных материалов и по различной технологии. Возможен ли для волоконной оптики путь развития, успешно пройденный электроникой, - от навесного монтажа к микросхемам и большим интегральным схемам, в которых все элементы выполняются на одной физической основе (подложке из кремния или других материалов)? Представим себе, что в волоконной оптике произошла аналогичная концептуальная перестройка и появилась возможность создавать отрезки волокна, выполняющие различные функции, т.е. осуществляющие генерацию, усиление, детектирование, модуляцию, преобразование и фильтрацию спектра и т. д. Ясно, что при этом возможности волоконно-оптических систем, их структурное разнообразие, области их использования-все это многократно расширяется.

К новому поколению приборов, также, относятся приборы и их компоненты разнообразного назначения, в которых оптическое волокно является неотъемлемой частью конструкции. Часть устройств этого типа (разъемы, ответвители) уже сейчас являются обязательными атрибутами ВОСП. Однако в перспективе наибольший интерес представляют приборы для ввода, управления и вывода информации из оптической системы, т.е. функциональные волоконно-оптические устройства.

Наибольшее развитие среди волоконно-оптических приборов получили датчики физических величин, позволяющие преобразовать значения характеристик измеряемого физического поля (таких как напряженность поля, индукция, частота, направление распространения) в один или несколько параметров световой волны, распространяющейся по волокну (амплитуду, фазу, поляризацию). Прогресс в этой области значителен - волоконно-оптические датчики (ВОД) обладают многими из выше перечисленных достоинств, характерных для волоконно-оптической техники. Параметры многих ВОД превосходят аналогичные показатели традиционных приборов, кроме того, волоконные датчики идеально стыкуются с телеметрическими системами в волоконном исполнении. Наиболее разработаны в настоящее время ВОД для измерения акустических полей - микрофоны, гидрофоны и волоконно-оптические гироскопы. Интенсивно разрабатываются датчики температур, электрического и магнитного полей, линейного перемещения и ускорения, химического состава, уровня жидкости, радиоактивного излучения и т. д.

Казалось бы, идея применения оптических волокон в датчиках физических полей противоречит одному из важных положений, сформулированных ранее при перечислении основных достоинств волоконно-оптической связи, а именно - устойчивости к внешним воздействиям. Однако эти условия строго соблюдаются только для так называемого «идеального» оптического волокна. Всевозможные нерегулярности, вызываемые внешними воздействиями, в принципе могут быть использованы для регистрации этого воздействия. На этом, а также на использовании разного рода нелинейных эффектов, возникающих при взаимодействии излучения с веществом волокна, и базируется принцип действия большинства датчиков.

Очевидно, что дальнейший прогресс в их разработке во многом зависит от создания специализированных волокон для определенного типа датчиков, например волокон с эллиптической сердцевиной - для поляризационных датчиков давления, волокон с активными присадками - для волоконных лазеров и усилителей, металлизированных волокон - для магнитометров и т.д. Ожидаемое резкое увеличение потребности в ВОД, по-видимому, делает производство таких специализированных волокон экономически оправданным.

К новому поколению волоконно-оптических приборов относятся также устройства для систем со спектральным уплотнением. В этих системах используется способность световых волн различной длины распространяться по волокну, не оказывая взаимного влияния. Ясно, что в таком подходе заложен значительный резерв повышения информационной емкости системы. Для практического использования спектрального уплотнения необходимы устройства для объединения и разделения спектральных каналов, для внешней модуляции оптического излучения и т. п. Для того чтобы эти системы были безразрывными, целесообразно создание устройств в волоконном исполнении.

Большие надежды связываются с волоконными лазерами с полупроводниковой накачкой, известны проходные детекторы на волокне со светочувствительной оболочкой. Итак, можно считать, что создание функциональных оптических устройств различного назначения, интегрированных на волокне, является новой перспективной областью оптического приборостроения, и развитие этой области позволит создать волоконно-оптические системы нового поколения.

Не исключается возможность широкого применения таких устройств в системах связи, можно надеяться, что наибольшую пользу они принесут в так называемых «локальных сетях» и измерительных системах, в том числе системах сбора и распределения информации индустриального и научного назначения; корабельных, самолетных и спутниковых коммуникационных системах; гидроакустических антенных решетках с ВОД и т. д.

Новые локальные сети
Архитектура локальных сетей, а следовательно, их возможности в большой степени зависят от функциональных возможностей составляющих элементов, это перспективное направление применения волоконной оптики находится на начальной стадии своего развития, однако уже к настоящему времени накоплен определенный положительный опыт.

Например, на установке «Нова», которая разработана в Ливерморской лаборатории в США для изучения физических процессов в плазме, создаваемой сфокусированным излучением неодимовых лазеров общей мощностью до 150 000 МВт, проблема управления экспериментом и измерений существенно осложнялась из-за помех, наводимых в измерительных цепях в момент генерации лазерной системы. Поскольку общая длина линий измерительной системы превышает 10 км, экранировка ее весьма затруднительна, а подчас невозможна. Свыше 50 микро- и мини-ЭВМ, используемых для сбора данных и управления экспериментом, а также большое число приборов для диагностики плазмы объединены в систему «Нованет» с помощью волоконно-оптических кабелей, что позволило практически решить проблему защиты от электромагнитных помех.

Другой областью, где применение оптических кабелей позволило достичь впечатляющих результатов в создании и усовершенствовании локальных сетей, является судостроение. Замена кабельных и проводных коммуникационных систем волоконно-оптическими в судостроении (как, впрочем, и в авиационной промышленности) особенно целесообразна там, где помимо уже обсуждавшихся преимуществ достигается существенное снижение массы и габаритных размеров систем, т. е. на крупнотоннажных судах и во всевозможных системах дистанционного управления, автономными подводными аппаратами.

В крупнотоннажном судостроении достигаемая экономия в массе и габаритных размерах прокладываемых локальных сетей позволяет многократно дублировать жизненно важные участки, уменьшить вероятность возникновения пожаров из-за электрических разрядов, устраняет проблему дрейфа нулевого потенциала, позволяет упростить дистанционный контроль за исполнительными силовыми агрегатами с тиристорным управлением и т.д. Кроме того, значительно упрощается и удешевляется очень трудоемкий процесс прокладки корабельных локальных сетей из оптического кабеля, поскольку тоннели для прокладки кабеля на судах имеют малые габариты и сложную конфигурацию. Только за счет упрощения прокладки достигается более чем тридцатикратная экономия затрат на монтаж. Очевидно, что с дальнейшим развитием элементной базы волоконно-оптические системы передачи информации будут практически вне конкуренции при создании локальных сетей крупнотоннажных судов.

Системы автоматизации и дистанционного управления
Дальнейшее развитие подводных исследовательских работ на больших глубинах невозможно без совершенствования систем дистанционного управления. Фактором, ограничивающим глубину погружения, является масса соединительного кабеля. Переход на волоконно-оптические кабели связи позволил использовать сэкономленную массу для повышения надежности и достижения еще больших глубин. Используя современные методы уплотнения, по одному волоконному кабелю можно организовать двухсторонний обмен всей необходимой телеметрической и телевизионной информацией с надводным судном. В США, Японии, Канаде и других странах ведутся исследовательские работы в этом многообещающем направлении.

В автоматизированных системах управления промышленным производством и научным экспериментом, особенно в условиях повышенной взрывоопасности и воздействия химических веществ, а также при наличии больших разностей потенциалов и электромагнитных полей, применение волоконно-оптических локальных сетей сбора информации особенно эффективно в сочетании с ВОД. В зависимости от типа датчика с его помощью можно обеспечить либо аналоговую (т.е. в оптимальном случае - пропорциональную измеряемому воздействию), либо пороговую реакцию на исследуемый параметр технологического процесса. Аналоговые датчики используются для измерения, пороговые - главным образом в качестве аварийных и решающих устройств.

В настоящее время трудно представить со всей определенностью, какие конкретные структуры локальных волоконно-оптических сетей будут наиболее эффективными в каждой из областей их использования. Сравнение локальных сетей с «нервной системой» при оценке их функций в контроле и регулировании жизнедеятельности сложных промышленных и исследовательских комплексов, представляется весьма реалистичным.

Итак, в настоящее время практически сформировалась «прямая» связь между волоконной оптикой и приборостроением, т. е. приложение возможностей волоконной оптики для нужд приборостроения. Но не менее важно установить и «обратную» связь, использовав возможности приборостроения для нужд волоконной оптики.

Влияние оптоэлектроники на смежные области
Опыт ряда стран показывает, что недостаток специальных приборов для контроля за ходом технологических процессов и измерения параметров готовой продукции тормозил производство основного компонента - оптических волокон и кабелей. Современные представления о природе возникновения потерь световой энергии, сужения полосы пропускания и снижения механической прочности волокон и кабелей накладывают ряд строгих требований на параметры технологических процессов и соответственно на точность, стабильность и динамический диапазон измерительных и управляющих приборов. Убедительным примером является следующий: при производстве заготовки оптического волокна чистота химических компонентов от ряда примесей должна поддерживаться на уровне 10-6 от текущего значения в течение всего производственного цикла, который может длиться 6-8 ч. Столь же высоки требования к механическим и термическим параметрам процессов изготовления заготовки и вытяжки волокна. Следовательно, для получения волокна высокого качества необходима автоматизация технологических процессов на базе микропроцессоров и специализированных ЭВМ, работающих в сочетании с высокоточными измерительными и исполнительными устройствами. Измерение параметров готовой продукции - оптических волокон и кабелей - в условиях массового производства также должно производиться быстро и точно. И здесь на повестке дня стоит вопрос о создании автоматизированных измерительных комплексов. Большое значение имеют также методы и приборы контроля параметров линий и систем в процессе их эксплуатации.

Таким образом, дальнейший прогресс волоконной оптики неразрывно связан с созданием специализированных приборов и систем для производства основных компонентов и измерения их параметров. Для создания этих приборов и систем необходимо привлечь возможности современного приборостроения.

Подводя итог сказанному, еще раз обратим внимание на расширяющееся взаимное проникновение волоконной оптики и приборостроения на современном этапе их развития. Этот процесс обусловлен тем, что, с одной стороны, прогресс волоконной оптики привел к появлению нового класса оптических приборов и - в перспективе - волоконно-оптических систем следующего поколения. С другой стороны, прогресс волоконной оптики немыслим без специализированных технологических комплексов и измерительных систем, оснащенных современными приборами, причем потребность в таких комплексах и требования к ним постоянно растут.

В качестве перспективных направлений развития волоконно-оптических систем, мы остановились лишь на тех направлениях, которые позволяют легко показать многомерность и неограниченность этого развития, а также позволяют еще раз подчеркнуть тезис: "Насильно научить нельзя, можно только осознано научиться!"

Подводя окончательный итог первого знакомства с одной из специализаций светотехники, хочется особо подчеркнуть, что самой большой наградой для преподавателей нашей кафедры будут имена учеников, которые вехами отметят путь дальнейшего развития этой специальности. Присоединяйтесь к нам ...


(вернуться к оглавлению вернуться к оглавлению )
 
Вернутся к странице кафедры Вернуться  
  ИЭиСУ, НАУ, Киев, Украина.
На начало страницы вверх  
© ELTE WEB DESIGN, 2003-2004.