МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)» УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе _____________ Ю.Н. Волков «_____» ______________ 2011 г. ПРОГРАММА ПО КУРСУ: «Физические основы информационных оптических систем» для специальности 010600 Прикладные математика и физика факультет аэромеханики и летательной техники кафедра специальных летательных аппаратов и авиационных измерительных систем курс 4 семестр ___7___ информационно- Лекции _____66________ часа Экзамен 7 семестр Практические (семинарские) занятия 30 часов Зачет (диф.) 8 семестр Лабораторные занятия ___ Самостоятельная работа _______ часов в неделю ______ часов Всего 96 часов Программу составил кандидат технических наук Программа обсуждена на заседании кафедры Заведующий кафедрой _______________ Б.В. Авдеев «____» ______________ ______________________________ 2011 года В.В. Ливанов Программа утверждена решением Ученого Совета ФАЛТ «____» _________2011 г. Председатель Ученого Совета дтн, профессор Москва 2011 В.В. Вышинский ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА. Глобальная информационная революция, проникающая во все, без исключения, сферы человеческой деятельности, происходит благодаря освоению цифровых технологий в области обработки информации, освоению околоземного пространства и широкому использованию волоконно-оптических сетей связи, прирастающих ежегодно на более сотни миллионов километров. Современный студент любой технической специальности просто обязан знать о потрясающих достижениях и перспективах в области оптической связи на основе оптических волокон, как среды для передачи и обработки изображений и информации, как основы новых информационно-измерительных систем. Задачей курса является освоение физических основ, методов расчёта параметров и характеристик оптических волокон, основ проектирования оптических кабелей и оптических сетей, формирование представлений о достижениях, ограничениях, направлениях и перспективах их развития. СОДЕРЖАНИЕ. Темы лекций 1.О роли волоконно-оптических систем связи в современной информационной революции. Волоконно-оптические устройства передачи изображения. Волоконно-оптические датчики и информационно-измерительные системы. 2. История оптической связи, история создания оптического световода, устройств генерации и детектирования оптического излучения. 3.Волновые уравнения. Решения уравнений Максвелла. Длинные электрические линии, направляющие структуры, полые волноводы, диэлектрические волноводы. 3. Концепция парциальных волн. Лучевая оптика. Полное внутреннее отражение. Распространение световых лучей в оптических планарных и круглых световодах. Апертура оптического световода Многомодовые и одномодовые оптические световоды и их характенистики. 4. Физические и оптические свойства кварцевого стекла, окна прозрачности. Геометрические параметры кварцевых световодов. Механические свойства кварцевых световодов. Оптическое волокно. Стойкость оптического волокна к внешним воздействиям. Технологии и оборудование производства преформ оптических волокон методом MCVD (внутреннее осаждение), OVD (внешнее осаждение), VAD (осевое осаждение) и др. 5. Оптические и передаточные характеристики оптического волокна. Спектр и виды потерь в оптическом волноводе. Распределение потерь. Модовое поле, длина волны отсечки. Дисперсия и полоса пропускания оптического волокна, хроматическая дисперсия. Поляризационная модовая дисперсия. Нелинейные эффекты в оптических волокнах. Количество часов 4 6 10 10 8 8 6.Современные типы оптических волокон. Предельные характеристики оптического волокна (ведущих мировых производителей). Стандарты на оптические волокна. Спецификации. 7. Методы и приборы тестирования оптических волокон. Оптические тестеры. Метод OTDR. Оптические рефлектометры. Рефлектограммы оптических волокон, соединений ОВ. 8. Волоконно-оптические фильтры, изоляторы, усилители. Применение одномодовых волокон в системах со спектральным уплотнением. 9. Оптоэлектронные компоненты волоконно-оптических систем передачи. Контроль, измерение и тестирование элементов волоконной оптики, основные понятия и определения. Темы практических занятий 1. 1. Оптические кабели (ОК) связи. Внешние воздействия на ОК в процессе изготовления, транспортировки, инсталляции, эксплуатации. Классификация воздействий. Требования к ОК. 2.Классификация и систематизация типов и конструкций ОК. Магистральные ОК, грунтовые и подводные, зоновые и линейные, воздушные, самонесущие и подвесные, объектовые, монтажные, бортовые, специальные. 3. Проектирование ОК. Конструкции оптических кабелей, предназначенных для прокладки в грунт, в кабельную канализацию (в т.ч. методом вдувки), самонесущие, OPGW, ОК для подводной прокладки. ОК специальных применений, бортовые ОК. 4.Виды и методы испытаний ОК. Методы и средства контроля параметров воздействия и реакции объекта. Параметр-признак соответствия. Интерпретация результатов испытаний. 5.Технология и оборудование для изготовления ОК. 6. Оптические сети связи. Моделирование и контроль оптических линий связи. Активные и пассивные компоненты оптических сетей. Аксессуары. 7. Генеральные направления развития и предельные параметры и достижения современной оптической связи по быстродействию до 40 и более Гбит/сет, по спектральному уплотнению и др. 8. Достижения в разработке специальных и бортовых оптических кабелей связи и волоконно-оптических информационноизмерительных систем. 9. Направления и перспективы развития волоконной оптики оптических волокон и систем на их основе. 6 6 4 4 4 4 4 4 2 2 4 4 2 Рекомендуемая литература. 1. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь,1988. 2. Х.-Г. Унгер Планарные и волоконные ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛНОВОДЫ, Издательство «Мир», Москва 1980. 3. Иванов А.Б. Волоконная оптика, компоненты, системы передачи, измерения. SYRUS, Москва, 1999. 4. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы. - 2-е изд., перераб. и доп. / Сб. статей под ред. Дмитриева С.А. и Слепова Н.Н. - М.: ООО "Волоконно- оптическая техника", 2005. 5. А.В. Листвин, В.Н. Листвин Д.В. Швырков Оптические волокна для линий связи. ВЭЛКОМ, Москва, 2003. 6. А.В. Листвин, В.Н. Листвин Рефлектометрия оптических волокон. ВЭЛКОМ, Москва, 2005.