25 баллов. Какое расстояние при отправке фотонов по оптоволоконному каналу является предельным (для устойчивости передачи информации без использования повторителей)??

При передаче фотонов по оптоволоконному каналу существует определенное максимальное расстояние, на котором сигнал может оставаться стабильным без искажений и без использования повторителей или усилителей. Это расстояние ограничено свойствами самого оптоволокна и различными физическими явлениями, такими как затухание сигнала, дисперсия, рассеяние, и уровнем шума.

В зависимости от качества оптоволокна и используемой длины волны фотонов, это расстояние варьируется, но обычно предельное расстояние без повторителей составляет от 80 до 100 километров для стандартного одномодового оптоволокна (SMF, Single Mode Fiber) при длине волны в диапазоне 1310 или 1550 нанометров. Этот диапазон длины волны выбирается из-за низкого коэффициента затухания и минимального уровня дисперсии.

Основные факторы, влияющие на предельное расстояние

1. Затухание сигнала: В процессе передачи световой сигнал постепенно теряет свою мощность из-за различных типов потерь в волокне, таких как поглощение и рассеяние. Наибольшую роль играет рассеяние Рэлея, которое уменьшает интенсивность света. В среднем затухание для одномодового волокна на длине волны 1550 нм составляет примерно 0,2 дБ/км. Это значит, что на каждые 100 километров потери составят около 20 дБ, что практически полностью подавляет сигнал без дополнительных мер.

2. Дисперсия: Дисперсия приводит к тому, что разные компоненты сигнала начинают приходить в конечную точку с небольшими временными задержками, что вызывает размытие импульсов и ухудшение качества сигнала. На больших расстояниях это приводит к искажению информации.

3. Уровень шума и фоновая засветка: Любая оптоволоконная система подвержена воздействию шумов, что также ограничивает расстояние передачи. Шумы могут возникать как на уровне источника света, так и за счет внешних факторов, которые могут быть результатом тепловых колебаний или механических воздействий на волокно.

Способы увеличения предельного расстояния

Для увеличения дистанции передачи без использования повторителей или усилителей применяются специальные технологии и методы, такие как:

• Оптимизация длины волны: Как уже упоминалось, использование длин волн 1310 нм или 1550 нм позволяет снизить затухание и минимизировать дисперсию.
• Использование специального оптоволокна: Например, низкодисперсионные одномодовые волокна (G.652D, G.655) позволяют передавать сигналы на большие расстояния.
• Улучшение качества источников света и приемников: Применение лазеров с узким спектром и приемников с высокой чувствительностью также способствует увеличению предельного расстояния.

Таким образом, для стандартного одномодового оптоволокна предельное расстояние передачи без использования повторителей или усилителей составляет около 80–100 километров. Для обеспечения устойчивости на больших дистанциях в реальных сетях часто используются оптические усилители, регенераторы и повторители.