Qarshi davlat universiteti fizika-matematika fakulteti

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASIOLIY VA O‘RTA MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI.

QARSHI DAVLAT UNIVERSITETI

Fizika-matematika fakulteti

’’ASTRONOMIYA VA OPTIKA KAFEDRASI’’

Toshquvatova Nuriya Abdiqayumovnaning

“5440100-Fizika” ta’lim yo‘nalishi bo‘yicha

bakalavr darajasini olish uchun

Axborotni optik uzatish usullari

mavzusida yozgan

Ilmiy rahbar: f.m f.n. N. Jo’rayeva

“Himoyaga tavsiya etilsin”

Fzika-matematika fakulteti

dekani: ________prof. A.Q.Tashatov

«_____»______________2013 yil

Qarshi 2013

MUNDARIJA

KIRISH…………………………………………………………………..3

І-BOB NAZARIY QISM

1.1 Optik aloqa, uning afzalliklari va qo’llanilish sohalari………………..…6

1.2 Optik aloqa tizimlarining tuzilish prinsiplari……………………………..9

1.3 Optik tola turlari va ularning tavsiflari…………………………………..13

ІІ-BOB AMALIY QISM

2.1 Optik tola bo’ylab yorug’lik nurining tarqalishi………………………...17

2.2 Optik axborotni uzatuvchi manbalar…………………………………….24

2.3 Yorug’lik nurlantiruvchi diodlar, ularning turlari va tavsiflari………….28

XULOSA………………………………………………………...……...37

FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO’YXATI………………..38

KIRISH

Ma’lumki yuqori tezlikdagi signallarni uzatish va qabul qilib olish uchun yuqori darajada o’tkazish qobiliyatiga ega bo‘lgan yo‘naltiruvchi muhit bo‘lishi kerak. Bunday talablarga optik aloqa vositalariga teng keluvchi vositalar hozirgi kunda mavjud emas. Bundan tashqari optik aloqa tizimlari orqali katta hajmdagi axborotlarni xoxlagan masofalarga uzatish mumkin.

Foton texnologiyasi asosidagi optik aloqa ya’ni to‘liq optik tarmoqlar AON (All-optical Networks) telekommunikatsiya tarmoqlarini kelajagi hisoblanadi. Foton texnologiyasi asosidagi to‘liq optik aloqada kommutatsiya, multipleksorlash va regeneratsiyalash optoelektron yoki elektrooptik emas, balki faqat optik texnologiya asosida amalga oshiriladi. Bu bilan qurilmani texnik iqtisodiy ko‘rsatkichlari, ishonchliligi va uzatish tezligi bir necha martaga oshadi. Foton texnologiyasini aloqa tarmoqlariga tadbiq etishda optik kommutatorlar, optik regeneratorlar, kuchaytirgichlar, filtrlar, spektr bo‘yicha zichlashtirish tizimlari qo‘llaniladi.

Fan-texnika, kvant fizikasi, optoelektronika bo‘yicha erishilgan yutuqlar, optik kvant generatorlarni (lazerlarni) yaratilishi bilan optik aloqani rivojlanishini zamonaviy davri boshlandi.

O‘zbekiston Respublikasida ham jamiyatni axborotlashtirish borasida ko‘pgina ishlar amalga oshirildi va bu ishlar davom etmoqda. SHu maqsadda 1995 yil 1 avgust Vazirlar Mahkamasi tomonidan qabul qilingan «2010 yilgacha muddatda O‘zbekiston Respublikasi telekommunikatsiya tarmoqlarini rivojlantirish va rekonstruksiya qilish Milliy dasturi» qabul qilindi.

Mavzuning dolzarbligi: Zamonaviy axborot-kommunikatsiya texnologiyalarini hayotga tadbiq etilishi, fan texnikaning jadal rivojlanishi bilan bilimlarni tezda yangilanishi o‘quvchilar oldiga ana shu bilimlarni tizimli va mustaqil egallash vazifasini qo‘yadi.

Zamonaviy davr jamiyatni axborotlashtirish jarayonini keskin rivojlanishga olib kirmoqda. Ma’lumki yuqori tezlikdagi signallarni uzatish va qabul qilib olish uchun yuqori darajada o‘tkazish qobiliyatiga ega bo‘lgan yo‘naltiruvchi muhit bo‘lishi kerak.

Shuning uchun optik aloqa jamiyatni axborotlashtirish jarayonini rivojlantiruvchi mukammal va istiqbolli aloqa vositasi hisoblanadi.

B.M.I.ning maqsadi va vazifalari:

Bitiruv malakaviy ishing maqsadi optik axborot uzatish vositalari, manbalari haqida ma’lumot olish.

Optik aloqa tizimlari nurlanish manbalari turlari va ularga qo‘yiladigan umumiy talablarni o’rganish.

Optik axborot uzatish tizimlarida sodir bo‘ladigan optik jarayonlar bilan tanishish.

Natijalarni qo’llanish sohalari:

Amaliy nuqtai nazardan olingan natijalar yangi turdagi optik tolalarning, keng polosali kvant optik kuchaytirgichlarning yaratilishi to‘liq optik tizim va optik traktlarni qurish imkoniyatini yaratadi.

Kasb – hunar kollejlari talabalari uchun yorug’likning sinish, qaytish, to‘la ichki qaytish qonunlarini o‘rganishda uslubiy kursatma sifatida foydalanishlari mumkin.

O‘zbekiston Respublikasi Prezidenti I.A.Karimov tomonidan “2013yil -Obod turmush yili” deb e’lon qilindi.

I.A.Karimovning “Yuksak ma’naviyat-yengilmas kuch” nomli asarida hozirgi globallashuv jarayonida oilada farzandlarning tarbiyasi, sog‘lom turmush tarzi borasida qo‘yidagi fikrlar bayon qilingan:

“Bugungi kunda yoshlarimiz nafaqat o’quv dargohdarida, balki radio­televideniya, matbuot, internet kabi vositalar orqali ham rang-barang axborot va ma’lumotlarni olmoqda. Jahon axborot maydoni tobora kengayib borayotgan shunday bir sharoitda bolalarimizning ongini faqat o’rab-chirmab, uni o’qima, buni ko’rma, deb bir tomonlama tarbiya berish, ularning atrofini temir devor bilan o’rab olish, hech shubxasiz, zamonning talabiga ham, bizning ezgu maqsad-muddaolarimizga ham to’g‘ri kelmaydi. Nega deganda, biz yurtimizda ochiq va erkin demokratik jamiyat qurish vazifasini o’z oldimizga qat’iy maqsad qilib qo’yganmiz va bu yo’ldan hech qachon qaytmaymiz[1].

Binobarin, biz davlatimiz kelajagini o’z qobig‘imizga o’ralib qolgan holda emas, balki umumbashariy va demokratik qadriyatlarni chuqur o’zlashtirgan holda tasavvur etamiz. Biz istiqbolimizni taraqqiy topgan mamlakatlar tajribasidan foydalanib, davlat va jamiyat boshqaruvini erkinlashtirish, inson huquq va erkinliklarini, fikrlar rang-barangligini o’z hayotimizga yanada kengroq joriy qilishda ko’ramiz. Biz butun ma’rifatli dunyo, xalqaro hamjamiyat bilan tinch-totuv, erkin va farovon hayot kechirish, o’zaro manfaatli hamkorlik qilish tarafdorimiz.

Biz uchun shunday yo’l ma’qul, uning boshqa muqobil yo’li yo’q.

Muxtasar qilib aytganda, yoshlarimizning ma’naviy olamida bo‘shliq vujudga kelmasligi uchun ularning qalbi va ongida sog‘lom hayot tarzi, milliy va umummilliy qadriyatlarga hurmat-ehtirom tuyg‘usini bolalik paytidan boshlab shakllantirishimiz zarur[2,3].

I-BOB. Nazariy qism

1.1.Optik aloqa, uning afzalliklari va qo‘llanish sohalari.

Optik aloqa bu axborot yorug‘lik nuri ko‘rinishida optik tola bo‘ylab yoki ochiq fazo atmosferada uzatiladigan aloqadir. Axborot tola orqali uzatilsa, tolali optik aloqa tizimi, ochiq atmosferada uzatilsa, ochiq optik aloqa tizimi deyiladi.

Ochiq optik aloqa tizimlarida nurlanish manbalari elektromagnit to‘lqinlarni ochiq fazoga nurlantiradi, bunda nurlanishni tarqalish yo‘nalishi faqatgina antennaning yo‘nalish diagrammasi bilan aniqlanadi. Ochiq optik aloqa tizimlarining uzatuvchi muhiti o‘z navbatida uch turga bo‘linadi: atmosfera, kosmik va suv osti aloqa muhitlari.

Atmosfera ochiq optik aloqa tizimlarida to‘lqinlarni tarqalish xarakteristikasi yetarli darajada ob-havo sharoitlariga bog‘liq. Atmosfera va suv osti uzatish muhitlarining fizik bir turda emasligi va ularning tarkibidagi begona zarrachalarni uzatilayotgan nurlanish to‘lqini bilan o‘zaro ta’sirda bo‘lishidan elektromagnit to‘lqinlar buziladi [6,7]. Zarracha o‘lchamlarining to‘lqin uzunligi bilan taqqoslanadigan darajada yoki katta bo‘lishi buzilishlarni oshiradi. Shu sababli atmosfera buzilishlari optik diapazonda turli xarakterga ega. Shu tarzda uzatish muhitlarini taxlil qilish, aloqa tizimlarini loyihalashtirishda yuzaga keladigan eng muhim masala hisoblanadi. To‘lqinlarni tarqalish yo‘nalishiga tushib qoladigan zarrachalar asosan optik nurlanishni yutadi va sochadi. Bu omillarni ta’sir darajasi muhit turiga (suv osti, toza havo, turbulent atmosfera va boshqalar) bog‘liq[4,22].

Optik aloqa tizimining asosiy yo‘nalishi tolali optik aloqa tizimi hisoblanadi. Chunki hozirgi vaqtda yuqori darajadagi uzatish xarakteristikalariga ega bo‘lgan yorug‘lik uzatgichlar ishlab chiqilgan. Ammo axborotlarni ochiq fazoda, atmosferada uzatishga asoslangan ochiq optik aloqa tizimlari ham, radio optik aloqa uchun ajratilgan chastotalarni to‘ldiruvchi vosita sifatida qiziqishlarni namoyon etadi.

Tolali optik aloqa tizimlarida elektromagnit nurlanishlarni tarqalish yo‘lini tashkil etish uchun maxsus optik yorug‘lik uzatgichlar-optik tolalar qo‘llaniladi.

Tolali optik aloqa tarmog‘i bu tugunlar orasi optik aloqa liniyalari orqali bog‘langan aloqa tarmog‘idir. Axborotni tolali optik aloqa liniyalari orqali uzatish mis kabellar va boshqa uzatish muhitlariga qaraganda bir qancha afzalliklarga ega. Shu afzalliklari tufayli tolali optik aloqa tizimidan nafaqat telefon aloqasini tashkil etishda, balki televideniyada, ovoz eshittirishlarini uzatishda, hisoblash texnikasida, transport vositalarida va boshqa sohalarda keng foydalanilmoqda. Tolali optik aloqa tizimlarida uzatish muhiti sifatida qo‘llaniladigan optik tolalarning afzalliklari[7].

O‘tkazish oralig‘ining kengligi. Bu tashuvchi chastotasining juda yuqoriligi 10^{14 _} 10¹⁵ Gs bilan tushuntiriladi. Bitta optik tola bo‘ylab sekundiga bir necha terabit axborotlar oqimini uzatish imkoniyati mavjud. O‘tkazish oralig‘ining kengligi tolali optik aloqaning mis va boshqa axborot uzatish muhitlaridan ustun turuvchi eng muhim afzalligidir.

Optik tolada yorug‘lik signallarining kam so‘nishi. Hozirgi kunda ko‘plab kompaniyalar tomonidan ishlab chiqarilayotgan optik tolalar 1 kanal kilometr hisobida 1,55 mkm to‘lqin uzunligida 0,2-0,3 dB/km so‘nishga ega. Shovqin sathini kichikligi optik tolaning o‘tkazish qobiliyatini oshiradi.

Shovqindan yuqori darajada himoyalanganligi. Optik tola dielektrik materiallar – kvars, ko‘p tarkibli shisha, polimerlardan tayyorlanganligi uchun u elektromagnit nurlanishni induksiyalash xususiyatiga ega atrofidagi mis kabelli tizim va elektr qurilmalarning (elektr uzatish liniyalari, elektrodvigatelli uskuna va boshqalar) tashqi elektromagnit shovqinlariga ta’sirchan emas.

Yengilligi, hajmi va o‘lchamlarining kichikligi. Optik kabellar mis kabellar bilan solishtirilganda ancha yengil va hajmi kichik. Masalan, 900 juftli 7,5 sm diametrli mis telefon kabeli 0,1sm diametrli bitta optik tola bilan almashtirilishi mumkin. Agar optik tola bir necha himoya qobiqlaridan iborat va bron po‘lat lenta bilan qoplangan bo‘lsa, bunday tola diametri 1,5 sm ga teng bo‘ladi, bu esa ko‘rilayotgan mis kabel diametridan bir necha marta kichik.

Yong‘indan himoyalanganligi. Optik tolada uchqun hosil bo‘lmasligi kimyoviy, neftni qayta ishlovchi korxonalarda, portlash va yong‘in xavfi mavjud bo‘lgan binolarda xavfsizlikni oshiradi.

Iqtisodiy jihatdan samaradorligi. Optik tola kvarsdan ishlab chiqariladi. Uning asosini tabiatda keng tarqalgan kremniy ikki oksidi SiO₂ tashkil etadi. Demak tolali optik kabellarni ishlab chiqarish uchun noyob rangli metal sarflanmaydi. Mis va qo‘rg‘oshinning dunyoviy zahiralari chegaralangan hozirgi vaqtda noyob bo‘lmagan maxsulotga o‘tish kabelli aloqa texnikasining kelgusi rivojlanishi uchun muhim omil hisoblanadi. Natijada optik kabellarning narxi mis kabellarga nisbatan arzonlashadi[5].

Foydalanish muddatining uzoqligi. Tola vaqt o‘tgan sari eskiradi, ya’ni o’tkazilgan kabellarda so‘nish asta sekin oshib boradi. Biroq, optik tola ishlab chiqarishning zamonaviy texnologiyalarining mukammallashuvi bu jarayonni sekinlashtiradi va foydalanish muddatini uzaytiradi. Tolali optik kabellardan foydalanish muddati taxminan 25 yilni tashkil etadi.

Masofaviy elektr ta’minotga ega ekanligi. Ba’zi hollarda tarmoq tugunlarining masofaviy elektr ta’minoti talab etiladi. Buni optik tola orqali amalga oshirib bo‘lmaydi. Bu holda optik tola bilan birgalikda mis o‘tkazish elementi bilan jihozlangan aralash kabellardan foydalanish mumkin. Bunday kabellar ko‘pgina mamlakatlarda keng qo‘llaniladi.

Yangi turdagi optik tolalarning (siljigan dispersiyasi nolga teng bo‘lmagan), keng polosali kvant optik kuchaytirgichlarning yaratilishi to‘liq optik tizim va optik traktlarni qurish imkoniyatini yaratmoqda.

1.2. Optik aloqa tizimlarining tuzilish prinsiplari.

Optik aloqada axborotlarni yorug‘lik yoki optik signallar ko‘rinishida uzatish va qayta ishlash amalga oshiriladi[8]. Optik aloqa uchun yorug‘lik nurlanishi va to‘lqin uzunligi turini tanlash uzatilayotgan axborot xarakteriga, shuningdek nurlanish hosil qilish imkoniyalariga, undan signal shakllanishiga, yorug‘lik to‘lqinini uzatish va qayta ishlashga va nihoyat, axborotga ega signalni qabul qilishga bog‘liq.

Optik aloqa tizimining umumlashgan tuzilish sxemasi 1.1 – rasmda keltirilgan. Sxema optik aloqning turlari tolali optik aloqa va ochiq optik aloqa- ga xos standart bloklardan (elementlardan) tashkil topgan.

1.1 – rasm. Optik aloqa tizimining umumlashgan tuzilish sxemasi:

1 – axborotlar manbai;

2 – optik uzatgich va modulyator;

3 – optik kanal;

4 – optik qabul qilgich.

Axborotlar manbaidan uzluksiz yoki raqamli signallar beriladi. So‘ng signallar yorug‘lik oqimi-tashuvchi chastotaning elektromagnit tebranishlarini modulyatsiyalaydi.

So‘ng yorug‘lik nuri ko‘rinishidagi optik signallar uzatuvchi muhit - optik kanal orqali tarqaladi. Uzatuvchi muhit yuqorida aytib o‘tilgandek ochiq fazo, atmosfera, ya’ni ochiq optik aloqa liniyasi yoki tolali optik aloqa liniyasi bo‘lishi mumkin. Uzatilgan axborotlar optik qabul qilgich demodulyatorida demodulyatsiyalanadi. Demodulyatorning asosiy elementi optik fotodetektor hisoblanadi[6].

Optik signal tola bo‘ylab tarqalganda so‘nadi va buziladi. Optik signallarni uzoq masofalarga uzatish maqsadida ma’lum oraliqlarda signallarni buzilish darajasiga qarab regeneratorlar yoki kvant optik kuchaytirgichlar o‘rnatiladi. Regenerator kirishida optik signallar elektr signaliga, chiqishida esa elektr signaldan optik signalga aylantiriladi, ya’ni regeneratorlarda elektr signallar kuchaytiriladi, sozlanadi va boshlang‘ich formasi tiklanadi. Kvant optik kuchaytirgichlari qo‘llanilganda esa so‘ngan optik signallar elektr signaliga aylantirib o‘tilmasdan kuchaytiriladi.

Intensivlik bo‘yicha modulyatsiyalangan optik signalni bevosita fotodetektorga berib, osongina uni boshlang‘ich signal ko‘rinishini saqlagan elektr signaliga aylantirish mumkin. Optik signallarni qabul qilishning bu usuli to‘g‘ridan-to‘g‘ri fotodetektorlash usuli deyiladi.

Hozirgi kunda optik aloqaning oxirgi qurilmalari sifatida raqamli uzatish tizimlari (RUT)dan foydalanilmoqda. Chunki RUT analog uzatish tizimlariga qaraganda quyidagi afzalliklarga ega: shovqinga bardoshliligi, yuqori signalni uzatish sifati liniya trakti uzunligiga kam bog‘liq, texnik iqtisodiy ko‘rsatkichlari yuqori va boshqalar. Kanallari chastota bo‘yicha bo‘lingan analog uzatish tizimlarining bir qancha kamchiliklari tufayli, ularning optik aloqada qo‘llanilishi chegaralangan.

Qo‘llaniladigan modulyatsiya turiga qarab tolali optik aloqa tizimlari analog va raqamliga bo‘linadi.

Analog tolali optik aloqa tizimlarida modulyatsiyaning analog usullari: intensivlik bo‘yicha modulyatsiyalash, amplituda, chastota va faza modulyatsiyasi turlari qo‘llaniladi. Optik nurlanish manbalarining yuqori nochiziqliligi va analog uzatish uchun talab etiladigan shovqin bardoshlilikni ta’minlash texnik murakkabligi sababli analog tolali optik aloqa tizimlaridan foydalanish chegaralangan. Shunga qaramay bir qator sohalarda qo‘llaniladi (optik kabelli televideniyeda, telemetriya, operativ va xizmat aloqa tizimlarida).

Raqamli tolali optik aloqa tizimlarida modulyatsiyalashning diskret usullaridan foydalaniladi [9]. Bunda signal tashuvchining biron-bir parametri diskret o‘zgaradi, yani boshlang‘ich parametrning qiymatlar sohasi kvantlash sathlariga bo‘linadi, har bir kvantlash sathiga mos ravishda aniq diskret signal qo‘yiladi.

Vazifasi va signallarni uzatish masofasiga ko‘ra tolali optik aloqa tizimlari magistral, mintaqaviy, mahalliy-shahar va qishloq aloqa tizimlariga bo‘linadi. Magistral tolali optik aloqa tizimlari signallarni 1000 km ga, zona tolali optik aloqa tizimlari signallarning 600 km ga uzatish, shahar tolali optik aloqa tizimlari shahar telefon tarmog‘ini bog‘lovchi liniyalarini zichlashtirish uchun xizmat qiladi.

Tolali optik aloqa liniyalarini quyidagi zichlashtirish usullari mavjud: vaqt bo‘yicha, chastota va spektr bo‘yicha. Bu usulda bir necha informatsion oqimlarni bitta oqimga birlashtirish nazarda tutiladi. Birlashtirish elektrik signallar va optik signallar darajasida amalga oshirilishi mumkin Vaqt bo‘yicha zichlashtirishning asosiy afzalligi bu optik tola o‘tkazish qobiliyatidan foydalanish koeffitsiyentining ortishi va to‘liq optik aloqa tarmoqlarini yaratish imkoniyatining mavjudligi hisoblanadi [7,23,24].

Chastota bo‘yicha zichlashtiriladigan tolali optik aloqa liniyalarida turli axborot manbalarining boshlang‘ich signallariga aniq chastota oraliqlari ajratiladi. Bu holda guruhli liniya signallarini hosil qilish uchun yaqin joylashgan stabil optik tashuvchilar talab qilinadi. Biroq, ayniqsa yuqori tezlikli modulyatsiyalashda yarim o‘tkazgich lazerlarning nurlanish liniyalarining nostabilligi qo‘shni kanallarning ishchi to‘lqin uzunliklari orasida spektr bo‘yicha oraliqlarini informatsion signal oraliqlaridan bir necha marta oshib ketishiga olib keladi. Shuning uchun tolali optik aloqada spektral yaqin joylashgan kanallarni hosil qilish uchun turli manbalarning turli tashuvchilaridan emas, balki optik tashuvchilarni surish yordamida bitta manbaning turli tashuvchilaridan foydalaniladi.

Chastota bo‘yicha zichlashtirish usulining afzalligi shundaki , signallarni bunday qabul qilish hisobiga regeneratsiyalash uchastkasi uzunligi 200 km gacha uzayadi va optik tolaning o‘tkazish qobiliyatidan foydalanish koeffitsiyenti ortadi.

Optik tolaning o‘tkazish qobiliyatidan foydalanish koeffitsiyentini oshirishning istiqbolli yo‘nalishlaridan biri spektr bo‘yicha (to‘lqin bo‘yicha) zichlashtirishdir. Bunda har xil tezlikli va raqamli, analog turli modulyatsiyali (telefon, televideniye, telemetriya, EXM boshqarish signallari) signallarni uzatish imkoniyati kengayadi. Bu esa iqtisodni tejovchi ko‘p funksiyali aloqa tizimlarini tashkil etishni ta’minlaydi[10].

Optik tolaning spektral o‘tkazish oralig’idan bir muncha to‘liq foydalanish bu usulning eng muhim afzalliklaridan biri hisoblanadi. Hozirgi kunda 0,8....1,8 mkm diapazon oralig‘i o‘rganilgan. Agarda spektral kanalning kengligi 10 nm ni tashkil etsa, u holda belgilangan diapazonda 100 tagacha spektral kanallarni joylashtirish mumkin.

1.3. Optik tola turlari va ularning tavsiflari.

To‘lqin uzunligiga nisbatan o‘zak diametriga bog‘liq ravishda optik tolalar bir modali va ko‘p modaliga bo‘linadi [11,12]. Bir modali optik tolalarda ko‘pincha o‘zak diametri 7-10 mkm (1.2,а-rasm), ko‘p modali optik tolalarda esa 50-62,5 mkm (1.2,b-rasm) bo‘ladi. Ikkala turda qobiq diametri 125 mkm ni tashkil etadi. Amaliyotda ko‘p modali va bir modali optik tola diametrlarining boshqa qiymatlari ham mavjud. Bir modali optik toladan faqat bir moda (yorug‘lik tashuvchi) uzatiladi. Ko‘p modali optik toladan esa apertura burchagi doirasida tolaga turli burchaklar ostida kiritiladigan bir necha yuzlab ruxsat etilgan modalarni bir vaqtda uzatish mumkin. Barcha ruxsat etilgan modalar turli tarqalish yo‘li va vaqtiga ega.

Ko‘p modali optik tolalar sindirish ko‘rsatkichi n bo‘yicha pog‘onali

( 1.3,a-rasm ) va gradiyent (1.3,b-rasm) tolalarga bo‘linadi.

Pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar ikki muhit chegarasida sindirish ko‘rsatkichlarining keskin (pog‘ona ko‘rinishida) o‘zgarishi (n₁ dan n₂ ga) bilan xarakterlanadi. Pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tolalar o‘tkazish polosasini chegaralaydi, lekin gradiyent sindirish ko‘rsatkichli optik tolalarga nisbatan arzon hisoblanadi.

1.2-rasm.Bir modali (a) va ko‘p modali (b) optik tolalarning ko‘ndalang kesimi

1.3-rasm. Pog‘onali (a) va gradiyent (b) ko‘p modali optik tolalarning tuzilishi va sindirish ko‘rsatkichi ko‘rinishlari.

Gradiyent sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli tolalarga qaraganda ravon sindirish ko‘rsatkichiga va modalararo dispersiyaning kamayishi bo‘yicha yuqori texnik ko‘rsatkichlarga ega. Chunki gradiyent sindirish ko‘rsatkichli optik tolada modalarning tarqalish tezligi (dispersiyasi) bir-biridan juda ham katta farq qilmaydi. Dispersiya impulslarning kengayib ketishiga, uzatilayotgan signallarning buzilishiga olib keladi. Shuning uchun hozirda gradiyent sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalar keng tarqalgan. Gradiyent sindirish ko‘rsatkichli ko‘p modali optik tolalarning eng asosiy kamchiligi ularning qimmatligi va ishlab chiqarishni murakkabligidir. Ko‘p modali optik tolalarda modalararo dispersiya o‘tkazish polosasi va aloqa masofasini chegaralaydi[8,9,25].

Bir modali optik tolalardan magistral aloqa tarmoqlarida foydalaniladi[13]. Chunki bir modali optik tolalarda signallar ko‘p modali rejimga qaraganda kam buzilish bilan uzatiladi. Turli tolalar bo‘ylab optik signallarning tarqalishi 1.4-rasmda tasvirlangan.

1.4-rasm. Turli optik tolalardan yorug‘lik nurining tarqalishi va

ularning sindirish ko‘rsatkichlari ko‘rinishlari.

a) - ko‘p modali, pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tola;

b) - ko‘p modali, gradiyent sindirish ko‘rsatkichli optik tola;

d) - bir modali, pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tola.

Bir modali optik tolalarda modalararo dispersiyaning yuzaga kelmasligi sababli ular yuqori o‘tkazish qobiliyatiga ega. Biroq uzatuvchi qismda birmuncha qimmat bo‘lgan lazer diodlardan foydalanish talab etiladi.

Optik tolada signallarni uzatish sifatiga ta’sir qiluvchi eng muhim omillardan biri dispersiya hisoblanadi. Dispersiya bu yorug‘lik impulslari oxirlarini cho‘zilishi, ya’ni impulslarni kengayishidir. Impulslar kengayib, bir birini qoplaydi, simvollararo buzilishlar yuzaga keladi va qabul qilishda impulslar ketma-ketligidan uzatilgan foydali informatsiyani ajratib bo‘lmay qoladi.

Dispersiya o‘tkazish qobiliyatini kamaytirib, optik tizimlarni ish tezligini chegaralaydi.Odatda dispersiya bir kilometr hisobida meyorlashtiriladi va ps/km da o‘lchanadi.

II-BOB. Amaliy qism.

2.1. Optik tola bo‘ylab yorug‘lik nurining tarqalishi

Tolali optik aloqa tizimida optik tebranishlarni tarqalishini chegaralovchi va yorug‘lik energiyasi oqimini berilgan yo‘nalishda yo‘naltiruvchi, uzatish va qabul qilish qismlarini bog‘lab turuvchi muhit optik yorug‘lik uzatgichlar deyiladi [14]. Optik yorug‘lik uzatgichlarning tavsiflari qisman aloqa tizimining sifatini aniqlaydi. Shuning uchun tolali optik aloqa tizimlarini loyihalashtirishda nurlanish tarqaladigan uzatuvchi muhit - optik yorug‘lik uzatgichlarning tavsiflarini hisobga olish kerak.

Tolali optik aloqada maxsus optik yorug‘lik uzatgichlar qo‘llaniladi.

Kichik so‘nish koeffitsiyentiga ega bo‘lgan optik yorug‘lik uzatgichlar asosida optik signallarni uzoq masofalarga uzatishni ta’minlovchi optik kabellar yaratilmoqda[10,11].

Optik yorug‘lik uzatgichlar ikki turga bo‘linadi: yassi optik yorug‘lik uzatgichlar va yorug‘lik uzatuvchi optik tolalar. Yassi optik yorug‘lik uzatgichlar o‘z navbatida plyonkali (2.1,a-rasm) va kanalliga (2.1,b-rasm) bo‘linadi.

2.1-rasm. Yassi optik yorug‘lik uzatgichlar

Optik yorug‘lik uzatgichlarning sindirish ko‘rsatkichi:

(2.1)

bu yerda e,×m-mos ravishda nisbiy dielektrik va magnit o‘tkazuvchanlik.

n>n₀ bo‘lganda (n₀-atrof muhitning sindirish ko‘rsatkichi) nur chegaradan to‘liq ichki qaytadi.

Yassi optik yorug‘lik uzatkichlarda (2.1-rasm) to‘liq ichki qaytish bo‘lishi uchun

n₁ > n₂ ≥ n₀,

shart bajarilishi kerak.

Bu yerda n₁-plyonkaning sindirish ko‘rsatkichi;

n₂ -taglikning sindirish ko‘rsatkichi;

n₀-tashqi muhitning sindirish ko‘rsatkichi.

Plyonka qalinligini tanlab, uzatiladigan to‘lqinlar sonini chegaralash mumkin. Bitta asosiy to‘lqinni uzatish uchun plyonka qalinligi 0,1 mkm bo‘lishi kerak. Bunday plyonkani tayyorlash murrakkab. Sindirish ko‘rsatkichlarining nisbiy farqini kamaytirib, plyonkaning qalinligini, ya’ni diametrini oshirishimiz mumkin. Ko‘pgina optik qurilmalar: aktiv(generator, modulyator, demodulyator va b.q.) qurilmalar yassi optik yorug‘lik uzatkichlarning qirqimlari asosida tayyorlanadi.

Yorug‘lik nurining faqatgina o‘zak bo‘ylab tarqalishini ta’minlash uchun (2.2-rasm)

n₁>n₂>n₃>n₀,

shart bajarilishi kerak. Mos ravishda bu yerda

n₁-o‘zakning sindirish ko‘rsatkichi,

n₂, n₃-qobiqlarning sindirish ko‘rsatkichlari,

n₀-tashqi muhitning sindirish ko‘rsatkichi.

2.2-rasm. Yorug‘lik uzatuvchi optik tolalar

OTni tarkibiy qismlari 2.3-rasmda tasvirlangan [15]. O‘zak va qobiq uchun asosiy material kvars shishasi (SiO₂) hisoblanadi. Kerakli sindirish ko‘rsatkichlarini olish uchun kvars shishasiga bor, germaniy va shunga o‘xshash boshqa qo‘shimchalar qo‘shiladi. Tolani qo‘shimcha qobiqlari himoya qobig‘i hisoblanadi. 2.3-rasmda tashqi plastik qoplama ko‘rsatilgan.

2.3-rasm. Optik tolaning tuzilishi

Optik tolada yorug‘lik nurini uzatish geometrik optika qonunlariga asoslangan. Bu qonunlarga muvofiq yorug‘lik nuri o‘zak bo‘ylab zigzaksimon liniyalar hosil qilib tarqaladi. O‘zakning sindirish ko‘rsatkichi n₁ qobiqning sindirish qo‘rsatkichi n₂ dan katta bo‘lishi sababli optik nur faqat o‘zak bo‘ylab tarqaladi. Bu nur sindirish ko‘rsatkichi katta muhitdan sindirish ko‘rsatkichi kichik muhitga o‘tganda ikki muhit chegarasida singan nurni normal nurdan og‘ishi bilan tushuntiriladi. Masalan: buni nur suvdan havoga o‘tkanda ham kuzatish mumkin. Ikki muhit chegarasiga tushish burchagi Ө₁ oshgan sari singan nurni normal nurdan og‘ishi ham oshib boradi. Normal nurga nisbatan singan nur burchagi Ө₂ 90⁰ ga yetgach, singan nur chegara yuzasi bo‘ylab tarqala boshlaydi. 2.4-rasmda turli tushish burchaklarida nurni tarqalishi ko‘rsatilgan[12,13].

2

.4-rasm. Bir necha tushish burchaklari uchun nurni tarqalish yo‘li, n₁>n₂ , bu yerda n₁ va n₂ ikki turli muhitlarning sindirish ko‘rsatkichlari

2.4(a)-rasmda tushish burchagi Ө₁ kichik bo‘lganda singan nur to‘liq qobiqqa o‘tib ketadi. 2.4(b)-rasmdagidek signal kritik burchak ostida tushganda singan nur chegara bo‘ylab tarqaladi. 2.4(v)-rasmda tushish burchagi kritik tushish burchagidan oshganda to‘liq ichki qaytish yuzaga kelishi tasvirlangan. «O‘zak-qobiq» chegarasida signal energiyasi to‘liq qaytadigan bu burchak to‘la ichki qaytish burchagi Ө_{т.и.қ. .}deyiladi.

To‘la ichki qaytish burchagi quyidagicha aniqlanadi:

bu yerda n₁-o‘zakninig sindirish ko‘rsatkichi;

n₂-qobiqninig sindirish ko‘rsatkichi.

O‘zak va qobiq tayyorlanadigan materiallarning sindirish ko‘rsatkichlari nisbatini optimal tanlash orqali yorug‘lik nurining o‘zak ichida to‘liq ichki qaytishi ro‘y beradi va nurni faqatgina optik tola o‘zagi bo‘ylab tarqalishi ta’minlanadi.

Uzatish uchun nur ma’lum bir burchak ostida optik tolaga kiritiladi. Yorug‘lik nurining tola o‘zagiga maksimal tushish burchagi burchak aperturasi Ө_а deyiladi. Burchak aperturasining sinusi sonli apertura deyiladi va NA xarflari bilan belgilanadi (N-number-son, A-apеrture-teshik). Sonli apertura quyidagi formula orqali aniqlanadi:

NA=sin Өа = n1^2 – n2^2 .

(2.2)

Keltirilgan formuladan ko‘rinib turibdiki, optik tolaning sonli aperturasi NA faqatgina o‘zak va qobiqning n₁ va n₂ sindirish ko‘rsatkichlariga bog‘liq. Bunda har doim n₁>n₂ shart bajariladi (2.5-rasm)[14,15].

2.5-rasm. Optik tolada yorug‘lik nurining tarqalishi. Optik tolaning sonli aperturasi

Optik tolada nurni tarqalish tezligi o‘zakning sindirish ko‘rsatkichlariga bog‘liq bo‘lib, quyidagi formuladan aniqlanadi:

, (2.3)

bu yerda С-vakuumda nurni tarqalish tezligi;

n₁-o‘zakning sindirish ko‘rsatkichi.

O‘zak materialining sindirish ko‘rsatkichi 1,45-1,55 oraliqda yotadi.

2.2. Optik axborotni uzatuvchi manbalar.

Optik aloqa tizimlari nurlanish manbalariga qo‘yiladigan umumiy talablar quyidagilar:

- nurlanish manbasining to‘lqin uzunligi optik tolalarning yo‘qotishlarining minimum spektral taqsimlanishlaridan biriga to‘g‘ri kelishi kerak;

- manba tuzilishi chiqishda bir muncha yuqori quvvatli optik signallarni nurlanishini va uni optik tolaga samarali kirishini ta’minlashi kerak;

- manba yuqori ishonchlikka ega bo‘lishi va ko‘p muddatga xizmat qilishi kerak;

- o‘lchamlari, og‘irligi va sarf qiladigan quvvati minimal bo‘lishi kerak;

- texnologiyalarning oddiyligi arzon narxlarni va yuqori ishlab chiqaruvchanlikni ta’minlashi kerak[16].

Muayyan tizim xususiyatlari nurlanish manbalari tavsiflariga bir qator o‘ziga xos talablar qo‘yadi . Bu talablar bir modali optik toladan foydalanish bilan axborotlarni uzoq masofalarga uzatadigan yuqori tezlikli tizimlarda juda qat’iy hisoblanadi. Birinchi navbatda gap nurlanishning spektral tavsiflari haqida ketadi. Bir modali optik tolada dispersiya tufayli nurlanish impulslarining kengayishi nurlanishni spektr kengligiga va signallarni uzatish tezligiga proporsionaldir[13,14].

Kogerent usulli zamonaviy optik aloqa tizimlarida nafaqat qisqa spektrli, balki λ₀ to‘lqin uzunligi uzoq muddatga barqaror bo‘lgan manbalar zarur. Agarda qo‘shni kanallar o‘rtasidagi spektr oralig‘i katta bo‘lmasa, λ₀ to‘lqin uzunligining yuqori barqarorligi spektr bo‘yicha ajratilgan tizimlarda ham zarur.

Tabiiyki, yuqori tezlikli tizimlarda nurlanish manbalarining dinamik tavsiflariga ham muhim talablar qo‘yiladi. Boshqa parametrlarini (moda tarkibi, yo‘nalish diagrammasi va boshqalar) jiddiy o‘zgarishsiz nurlanish fazasi, chastotasi yoki jadalligining to‘g‘ridan-to‘g‘ri modulyatsiyalanishiga imkon beruvchi optik nurlanish manbalaridan foydalanish juda qulay.

Nisbatan past tezlikda signallarni yaqin masofalarga uzatuvchi tizimlarda: shahar, zona, binolar ichida va boshqa optik aloqa tizimlarda qo‘llaniladigan nurlanish manbalarining tavsiflariga nisbatan pastroq talablar qo‘yiladi [17]. Bu tizimlarda pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tolalardan foydalaniladi. O‘tkazishni chastota polosasi optik tolalarning modalararo dispersiyasi orqali aniqlanadi. Shuning uchun yuqorida aytib o‘tilgan optik aloqa tizimlarida kogerent manbalardan foydalanish o‘z ma’nosini yo‘qotadi.

Optik aloqa tizimlari uchun optik nurlanish manbalarining uch sinfi ma’lum: yarim o‘tkazgichli, tolali va hajmli mikrooptik manbalar (mikrolazerlar). Ularning hammasi u yoki bu darajada yuqorida ko‘rsatilgan talablarga javob beradi, lekin faqat yarim o‘tkazgichli manbalar, ya’ni yorug‘lik diodlari va lazerlardan keng foydalaniladi. Yarim o‘tkazgich nurlanish manbalarining jadal rivojlanishi birinchi navbatda yuqori samaradorlik bilan elektr toki energiyasini bevosita optik nurlanishga aylantirishi, yuqori tezlikda tok bilan kuch berilishidan nurlanish parametrlarini to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘zgartirish imkoniyati mavjudligi, og‘irlik va o‘lchamlarini kichikligi kabi optik aloqa tizimlari uchun muhim bo‘lgan ijobiy xususiyatlarning birikuviga bog‘liq.

Kvant mexanikasidan ma’lumki, elektronlar tomonidan egallangan energiyaning qiymati uzluksiz hisoblanmaydi, balki diskret xususiyatga ega. Energetik holatlarning diskretligi elektron u yoki bu energetik sathda joylashgan deb gapirishga asos bo‘ladi. Yarim o‘tkazgichlarda (2.6-rasm) elektronlarning zichligi nisbatan ko‘p va shuning uchun ko‘plab energetik sathlar zona tashkil qilgan holda zich joylashgan.

2.6-rasm. Yarim o‘tkazgichlarning energetik sathlari.

Bunday zonalarning ikki turi mavjud: yuqori-Е_с energiyali o‘tkazuvchanlik zonasi, quyi-Е_v valent elektronlar zonasi. Bu zonalar orasida Е_q energiyali taqiqlangan zona joylashgan.

Valent elektronlar zonasi bazaviy (minimal) energetik sathga mos keladi deb hisoblanadi. Issiqlik muvozanatida deyarli hamma elektronlar aynan shu zonada joylashadi, ya’ni elektronlar yarim o‘tkazgich kristall panjarasining aniq joylarida to‘planadi va saqlanib qolinadi. Agar elektronlarga tashqaridan energiya berilsa, nima yuz beradi?- degan savol paydo bo‘ladi. Agar yarim o‘tkazgichning p-n o‘tishiga to‘g‘ri yo‘nalishdagi siljituvchi kuchlanish berilsa, unda o‘tish joyi orqali elektr toki o‘ta boshlaydi. Agar tashqaridan beriladigan energiya miqdori ko‘p bo‘lsa, unda past energetik sathda joylashgan ba’zi elektronlar qo‘shimcha energiyani egallagan holda yuqori sathlarga o‘tadi, ya’ni valent zonada to‘plangan elektronlarning bir qismi o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tadi. Bu yarim o‘tkazgich ichida ko‘chib yurib, joylasha oladigan erkin elektronlarning paydo bo‘lishiga olib keladi. Bunda valent elektronlar zonasining bo‘shatilgan joylarida musbat zaryadlangan kovaklar paydo bo‘ladi. Kovaklar va erkin elektronlar yarim o‘tkazgichda tokning tashuvchilari hisoblanadi. Yarim o‘tkazgichdagi erkin elektronlar kristall panjara tugunlari yoki boshqa elektronlar bilan to‘qnashib, valent elektronlar zonasiga «qaytib tushadi» va «elektron-kovak» juftligi yo‘qoladi.

Agar past energetik sathga yoki valent elektronlar zonasiga «qaytib tushish» to‘qnashuvsiz yuz bersa, unday holatlarda elektronlar tomonidan yo‘qotilgan energiya foton ko‘rinishda ajralib chiqadi. Nurlanishning bunday jarayoni spontan nurlanish deb nomlanadi.

n chastota Е energetik sathlarning farqi (Е_с-Е_v ga teng), ya’ni taqiqlangan energetik zona kengligi bilan aniqlanadi:

n=C/λ=E_q/h , (2.4)

bu yerda C-yorug‘lik tezligi, с=3*10⁸ m/sek;

λ-to‘lqin uzunligi, mkm;

E_q-taqiqlangan zona kengligi;

h- Plank doimiysi, h=6,626*10^-34 J*sek.

Bu formula Borning chastota sharti deyiladi. Yorug‘lik jadalligi «elektron-kovak» juftliklari soniga bog‘liq.

Spontan optik nurlanish har qanday elektronning bir energetik sathdan boshqasiga o‘tishidan paydo bo‘ladi. Lekin hamma elektronlarning o‘tish vaqti bir-biriga mos kelmaganligi uchun nurlanishning ustma-ust tushishi yuz beradi va amplituda, fazalari har xil bo‘lgan optik to‘lqinlar paydo bo‘ladi. Buning natijasida esa chastota bo‘yicha ham bir turda emaslik kuzatiladi. Bundan tashqari E_q energiyasining eng kichik tebranishlari shunday darajada bo‘lmasa ham nurlanishni chastotaviy yoyilib ketishiga ta’sir qiladi[18].

2.3. Yorug‘lik nurlantiruvchi diodlar, ularning turlari va tavsiflari.

Yorug‘lik diodini (YoD) asosiy ikki turi mavjud: nurlantiruvchi yuzali (sirtdan nurlantiruvchi) YoD va nurlantiruvchi kesimli (yonidan nurlantiruvchi) YoDlari. Nurlantiruvchi yuzali (sirtdan nurlantiruvchi) YoD tuzilishi 2.7.-a. rasmda ko‘rsatilgan.

2.7-a. rasm. Nurlantiruvchi yuzali (sirtdan nurlantiruvchi) YoD tuzilishi: 1-optik tola; 2-yopishtiruvchi tarkib; 3-elektrod.

Optik tola bilan fizik moslashuv va yorug‘likni kuchli yutilishini oldini olish uchun GaAs li sohaga chuqurcha o‘yiladi [19]. Nurlantiruvchi sohani o‘lchamlari metall kontakt o‘lchamlari bilan aniqlanadi va optik tola diametriga mos ravishda tanlanadi. Nurni optik tolaga kiritishdagi yo‘qotishlar moslashtiruvchi qurilma qo‘llanilmagan holda tolani NA sonli aperturasiga bog‘liq bo‘ladi va 14...20 dB ni tashkil etadi. Moslashtiruvchi qurilmalarni qo‘llash bu yo‘qotishlarni kamaytirishga imkon beradi.

Lazer diodlarlarning tavsiflari. Lazer diodlar odatda uzoq masofali va yuqori tezlikli (155 Mbit/s dan yuqori) optik tizimlarida qo‘llanniladi. Lazer diodlarning xizmat muddati, nurlanish quvvati va uni tashqi injeksiya tokiga bog‘liqligi, nurlanishni yo‘nalganlik diagrammasi Ө va nurlanish spektri bilan tavsiflanadi. Lazer diodlar yorg‘lik diodiga qaraganda tashqi injeksiya tokini katta qiymatlarida ishlaydi. Tashqi injeksiya toki I_u oshib, chegaraviy I_ч qiymatga yetgach, generatsiya, qachonki tuzilishdagi yuqotishlar kuchayishlarga teng bulganda yoki lazer effekti yuzaga keladi, ya’ni induksiyalangan (majburiy) nurlanish hosil bo‘ladi. Bu nurlanish yuqori kogerent bo‘lgani uchun, lazer diodlarni nurlanish spektri kengligi yorug‘lik diodga nisbatan tor. Lazer diodlarni nurlanish spektri 1-2 nm, yorug‘lik diodni nurlanish spektri esa 30-50 nm. Nurlanish quvvatini tashqi injeksiya tokiga bog‘liqligini lazer diodlarni vatt-amper xarakteristikasidan ko‘rish mumkin. 2.7-b. rasmda lazer diodlar va yorug‘lik diodlarni vatt-amper xarakteristikalari ko‘rsatilgan. Kichik tok qiymatlarida lazer diodlarda kuchsiz spontan nurlanish yuzaga keladi, u samarasiz yorug‘lik diodi sifatida ishlaydi. Yuqorida aytib o‘tilgandek, tok qiymati chegaraviy tok I_ч qiymatidan oshganda nurlanish quvvati Р_нур keskin oshib, kogerent majburiy nurlanish hosil bo‘ladi. Lazer diodlarning nurlanish quvvati 1-100 mVtni tashkil etadi[11].

2.7.b. rasm.

Rasmdan ko‘rinib turibdiki vatt – amper tavsifi nochiziqdir. Shu sababli, vatt – amper tavsifini chiziqlashtirishning maxsus choralarini qo‘llamasdan, lazerning injeksiya tokini analog signal bilan o‘zgartirish yo‘li bilan chiqish nurlanishini modulyatsiyalash amaliy qo‘llanilmaydi.

Odatda injeksiya tokini va mos ravishda lazerning chiqish optik quvvatini modulyatsiyalashda qo‘llaniladi. Shuni alohida aytish kerakki, lazer chegaralangan pik quvvatli nurlanish manbai hisoblanadi. Bu nakachka tokining katta qiymatlarida quvvatni kamayib borishi bilan bog‘liq. Lazer diodlarga xos yana bir muhim xususiyatni aytib o‘tamiz: atrof muhit temperaturasi o‘zgarsa, vatt – amper xarakteristikasi suriladi (2.8 – rasm).

2.8 rasm Lazer diodning vatt-amper xarakteristikasining temperaturaga bog‘liq ravishda o’zgarishi.

Bu chegaraviy tok va chiqish quvvati qiymatlarining o‘zgarishiga olib keladi.

Bu kamchilikni bartaraf etish uchun kompensatsiyalashning elektr sxemalari, shuningdek mikrosovutgichning ishini boshqaruvchi, termokompensatsiyalash sxemalaridan foydalaniladi.

2.9 – rasmda lazer diodlar optik nurlanishining yo‘nalganlik diagrammasi ko‘rsatilgan. Rasmdan ko‘rinib turibdiki, lazer nurlanishining diagrammasi nosimmetrik. quvvatning yarim sathida o‘lchanganda uning kengligi o‘tishga parallel yuzada 200 dan kichik va perpendikulyar yuzada 400 dan katta (2.9.a–rasm). 2.9,b–rasmda o‘zaro perpendikulyar yo‘nalishlarda nurlanish quvvatining burchakka bog‘liqligi ko‘rsatilgan.

2.9-rasm. Optik nurning lazer dioddagi yo’nalganlik diagrammasi: a) parallel va perpendikulyar yuzalardagi nurlanish kengligi; b) o’zaro perpendikulyar yo’nalishlarda nurlanish quvvatining burchakka bog‘liqligi.

Yo‘nalganlik diagrammasi ellepis konus ko‘rinishiga ega. Generatsiyalanadigan nurlanishning yetarli katta yoyilganligi, uni kichik sonli aperaturali optik tolaga samarali kiritishga to‘sqinlik qiladi. Buning uchun maxsus moslashtiruvchi qurilmalarni qo‘llash talab etiladi.

Magistral tolali optik aloqa liniyalarida asosan signallar 1,3 va 1,55 mkm to‘lqin uzunliklarida uzatiladi. 1,55 mkm to‘lqin uzunligida so‘nish qiymatlari kichik bo‘lgani uchun retranslyatsiyasiz (L=100km) uzun uchastkalarda ana shu to‘lqin uzunlikdagi optik uzatish manbalaridan foydalanish samaralidir. Magistral aloqa liniyalari kabellari bir modali tolalardan iborat bo‘lgani uchun ham lazer diodlardan foydalanish kerak. Chunki yorug‘lik diodga qaraganda lazer diodlarning nurlanishini yo‘nalganlik diagrammasi tor. Bu nurlanishni tolaga kiritishni osonlashtiradi[19].

Ko‘p modali yoki Fabri-Pero rezonatorli lazerlar. GaAs yoki InP yarim o‘tkazgich turlaridan biri asosida tayyorlangan, kristallning ikki qarama-qarshi ko‘ndalang kesimiga perpendikulyar bo‘lgan p-n o‘tishli parallelepiped ko‘rinishidagi oddiy lazer diodlar tuzilishi 2.10-rasmda tasvirlangan [20].

2.10-rasm. p-n o‘tishli, Fabri-Pero rezonatorli lazer diodi.

Aks ettiruvchi parallel, ko‘ndalang yuzalar Fabri-Pero rezonatorlarini tashkil etadi. Tashuvchilar rekombinatsiyasi o‘tish tekisligi yaqinida amalga oshadi va Fabri-Pero rezonatorlari hisobiga musbat teskari aloqa hosil qilinadi. Ko‘ndalang yuzalardan aks etish havoning va yarim o‘tkazgichning n sindirish ko‘rsatkichlarini farqlanishi bilan tushuntiriladi. Nomaqbul yo‘nalishlarda generatsiya yuzaga kelmasligi uchun nurlantirmaydigan yuzalarning g‘adir-budirligi ta’minlanib, ularning dag‘allashuviga erishiladi.

2.7-rasmda ko‘rsatilgandek nurlanish manbalarining vatt – amper tavsifida injeksiya toki qiymati chegaraviy qiymatga yetib generatsiya, ya’ni lazer effekti hosil bo‘lganda tuzilishda to‘liq optik kuchayish to‘liq yo‘qotishlarga tenglashadi.

To‘liq yo‘qotishlar uzunlik birligida α koyeffitsiyent bilan tavsiflanadigan ichki yo‘qotishlardan va ko‘zgudan aks etish koeffitsiyentlari р₁ va р₂ bilan aniqlanadigan, rezonator oxirlaridagi yo‘qotishlardan iborat. Rezonatorning L uzunligida generatsiyaning yuzaga kelishi uchun, muhit uzunlik birligida quyidagi shart bilan aniqlanadigan S kuchayishga ega bo‘lishi kerak:

(2.5)

Odatda GaAs asosidagi injeksion lazer uchun р₁=р₂=0,3. Tokning chegaraviy zichligini quyidagi ifoda orqali baholash mumkin, A/sm²

(2.6)

bu yerda DЕ – spontan nurlanish liniyasining energiyasi; d-aktiv soha qalinligi; DЕ_q - yarim o‘tkazgich ta’qiqlangan zonasining energiyasi; α-muhitning kuchayish koeffitsiyentini temperaturaviy bog‘lanishini hisobga oluvchi, ko‘paytuvchi.

Gomolazer uchun, uy temperaturasida generatsiya chegarasiga erishish uchun, I_ч ning chegaraviy zichligi 30 ... 100 A/sm² bo‘lishi kerak. Bu quyidagi sabablar bilan tushuntiriladi:

1. 
   n turdagi yarim o‘tkazgichdan р-п o‘tishga injeksiyalanadigan elektronlarni bir qismi, o‘zining katta diffuziya uzunligidan aktiv soxaga sakrab o‘tadi va induksiyalangan (majburiy) nurlanishning hosil bo‘lish jarayonida qatnashmaydi;
   
2. 
   aktiv soxadagi rekombinatsiya natijasida hosil bo‘lgan nurlanish, o‘lchamlari aktiv soxadan oshadigan quyi sifatli yorug‘lik o‘tkazgichda tarqaladi. Aktiv soxadan tashqarida egallanganlik inversiyasi (inversiya naselennosti) sharti bajarilmaydi va nurlanish intensiv yutiladi.
   

Tok zichligining juda kattaligi kristallning ortiq qizib ketishiga va uning tezda buzilishiga olib keladi. Kristall temperaturasi suyuq azot temperaturasigacha kamaytirilganda lazer uzoq muddat xizmat qilishi mumkin.

Gomolazer misolida faqatgina majburiy nurlanish mexanizminigina ko‘rib chiqish mumkin, lekin uni tolali optik aloqa tizimlarida qo‘llash amaliy mumkin emas. Tolali optik aloqa tizimlari uchun lazer diodi normal tashqi sharoitlarda modulyatsiyalaydigan tok bilan barqaror, mustahkam ishlashi kerak. Tok zichligining tashqi sovitishni talab etmay, kamayishi va boshqa tavsiflarni yaxshilanishi ko‘p qatlamli yarim o‘tkazgichlar – geterotuzilishlar hisobiga erishilgan. Amaliyotda bitta generatsiya kanaliga ega bo‘lish maqsadga muvofiq. Bunga rezonator bo‘ylab aktiv soxani ingichka poloskaday chegaralash hisobiga erishish mumkin. Bunday lazer diodlar I_ч lar poloska geometriyali lazerlar deyiladi. Ularda I_ч ток 500 mA/sm² gacha kamayadi, nurlantiruvchi yuzani kichik sonli apertura – NA li ga optik tolaga nurlanishi samarali kiritishni ta’minlovchi o‘lchamlargacha tayyorlash mumkin va nurlanish stabilligini oshirish mumkin. Poloskali kontaktni bir necha usullar yordamida tayyorlash mumkin. 8.5 – rasmda poloskali kontaktni tayyorlash misollari keltirilgan[21].

2.11-rasm. Poloskali kontaktni tayyorlash usullari: a- mezapoloska tuzilishli lazer; v- proton portlatish bilan hosil qilingan kontakt; d)cho‘ktirilgan strukturali lazer.

Rasmda ko‘rsatilgan tuzilishlarning hammasi n va r turdagi GaAs aktiv qatlamga ega, GaAs li aktiv qatlam bir tomondan r turdagi AlGaAs qatlam bilan chegaralangan. р- turdagi AlGaAs qatlam boshqa n turdagi chegaralovchi qatlamdan injeksiyalanadigan elektronlar uchun potensial to‘siq hosil qiladi. р va n turdagi GaAs qatlamlar omik va issiqlik kontaktlarini yaxshilash uchun mo‘ljallangan. 8.5,a – rasm da mezapoloska tuzilishli lazer tasvirlangan. Bunday tuzilish bir necha qatlamlarni yemirish (stravleniye), so‘ng ularni izolyatsiyalash va metall kontaktni changitib yuborish bilan hosil qilinadi. 8.5,b – rasmda, poloskadan tashqarida aktiv soxani buzadigan, protonli portlatish bilan hosil qilingan poloskali kontakt tasvirlangan. 8.5,v – rasmda cho‘ktirilgan (pogrujenniy) tuzilishli poloskali kontakt ko‘rsatilgan. Bunday tuzilish n turdagi qatlamga mezotuzilishlarni cho‘ktirish yo‘li bilan yaratiladi. Cho‘ktirilgan tuzilishli lazer diodlarda chegaraviy tokning kichik qiymatlari (I_ch = 5-0 mA/sm²) va kichik chiqish quvvatlari (P_ch = 0,5…2 mVt) kuzatiladi. Bunday kichik qiymatlar nurlantiruvchi yuza o‘lchamlarining kichikligi, 1-2 mkm dan oshmasligidandir.

Fabri-Pero rezonatorli lazer diodlar ko‘p modali lazerlar ham deyiladi. Chunki ular bir necha modalarni nurlantiradi (2.12,a-rasm).

2.12,a-rasmdagi katta amplitudali moda – bu to‘lqin uzunligining asosiy modasi, kichik amplitudali modalar – yon modalari hisoblanadi. Yon modalar orasi taxminan 1 nm ga teng. Lazer nurlanish modulyatsiyasida nafaqat asosiy moda, shuningdek yon modalar ham modulyatsiyalanadi. Bunday lazerlarda optik nurlanishning to‘liq spektr kengligini yarmi 4-5 nm ga teng.

2.12-rasm. Lazer diodlarning nurlanish spektrlari: a) - ko‘p modali lazer diodlar nurlanish spektri; b) - bir modali lazer diodlar nurlanish spektri.

Spektrning kengligi dispersiyani oshishiga olib keladi. Fabri-Pero rezonatorli, ko‘p modali lazerlar juda yuqori texnik tavsiflarga ega emas. Lekin tuzilishi sodda bo‘lgani uchun narx-samaradorlik nuqtai nazaridan, bunday lazerlar juda yuqori tezliklar talab etilmaydigan optik aloqa tizimlarida qo‘llaniladi.

Aytib o‘tish joizki, bir modali nurlanish rejimida bo‘lib, Δλ kichik bo‘lsa ham uzatish tezligi oshishi bilan Fabri-Pero rezonatorli lazer diodlar modalarida quvvatni qaytatdan taqsimlanishi kuzatiladi. Bunda har bir alohida modani quvvati sezilarli darajada o‘zgarishi mumkin. Lazer signali tola bo‘ylab uzatilganda, to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘lgan guruhli kechikish (xromatik dispersiya)ni hisobga olsak, modalar bo‘ylab quvvatni taqsimlanishi chiqishda shovqin sathini oshishiga va Δλ spektrni dinamik kengayishiga (1-2 GGs chastota modulyatsiyasida 10 nm gacha) olib keladi. Yuqori tezlikli tizimlarida bu seksiya uzunligini chegaralovchi asosiy omil bo‘lishi mumkin[21;22].

Optik rezonatorlarni tashkil qilish usuli bilan farqlanuvchi, ma’lum darajada oddiy Fabri-Pero rezonatorlarining takomillashuvi hisoblangan boshqa mukammal lazer diodlarda bu kamchiliklar mavjud emas.

Bir modali lazerlar. Ko‘p modali lazerlarda nurlanish spektrining kengligi dispersiya qiymatini oshishiga olib keladi. Bu kamchilikni bartaraf etish uchun bir modali lazerlardan foydalanish talab etiladi. Bir modali lazerlarda modani o‘zini nurlanish spektri tor bo‘lib, Δλ=0,1-0,4 nm ni tashkil etadi. Bundan tashqari, agar bir modali lazer to‘g‘ri sozlangan bo‘lsa, unda birinchi yon moda asosiy modadan juda bo‘lmaganda 30 dB ga past bo‘lishi mumkin.

XULOSA

1. 
   Hozirgi zamon texnikasida axborotni optik uzatishning afzalliklari va qo‘llash sohalari ko‘rib chiqildi.
   
2. 
   Optik aloqaga oid asosiy ma’lumotlar, ochiq optik aloqa va tolali optik aloqa, tolali optik aloqa tizimlarining tuzilish prinsiplari o’rganildi.
   
3. 
   Optik axborotni uzatuvchi manbalar ularning turlari, tavsif va parametrlari o‘rganildi.
   
4. 
   Lazer diodlarga xos muhim xususiyatlaridan biri bu vatt – amper xarakteristikasi atrof muhit temperaturasiga bog’liqligi.
   
5. 
   Optik signal tola orqali uzatilganda yorug‘lik to‘lqinlarini tola muhiti bilan chiziqli va nochiziqli o‘zaro ta’siri natijasida signal quvvatini yo‘qolishidan optik signal so‘nadi.
   

ADABIYOTLAR:

1. 
   Karimov I.A. Yuksak ma'naviyat-yengilmas kuch. –T.: «Ma'naviyat» nashriyoti, 2008.
   
2. 
   Karimov I.A. Mamlakatimizda demokratik islohotlarni yanada chuqurlashtirish va fuqorolik jamiyatini rivojlantirish kontseptsiyasi. 12-noyabr 2010.
   
3. 
   Karimov I.A. O'zbekiston mustaqillikka erishish ostonasida. –T.: «Ma'naviyat» nashriyoti, 2011. 400 b.
   
4. 
   Landsberg G.S. Optika. –T.: «O’qituvchi» nashriyoti, 1981.
   
5. 
   Raxmatullaеv. M. Umumiy fizika kursi. -T.: 1995.
   
6. 
   Гуревича С.Б. Оптическая обработка информации. –М.: 2007.
   
7. 
   Ионов А.Д., Попов Б.В. Волновые линии связи. –М.: «Радио и связь», 2006.
   
8. 
   Убайдуллаев Р.Р. Волоконно–оптические сети. -М.: «Эко– Трендз», 2000.
   
9. 
   Волоконно – оптические системы передачи: учебник для высших учебных заведений / М.М. Бутусов, С.М. Верник, С.Л. Галкин, В.Н. Гомзин, Б.М. Машковцев, К.Н. Щелкунов; Под ред. В.Н. Гомзина.–М.: «Радио и связь», 1992.
   
10. 
    Гальярди Р.М., Карп Ш.” Оптическая связь”: Перевод с английского С.М. Бабия под ред. А.Т. Шереметьева.-М.: «Связь», 1978.
    
11. 
    Оптические системы передачи: Учебник для вузов/Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крухмалев и др.; Под ред. В.И. Иванова. -М.: «Радио и связь», 1994.
    
12. 
    Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/ В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. 2-eизд. –М.: «Горячая линия – Телеком», 2003.
    
13. 
    Фриман Р. Волоконно–оптические системы связи: Перевод с английского под ред. Н.Н. Слепова. -М.: «Техносфера», 2003.
    
14. 
    Власов И.И., Птичников М.М. Измерения в цифровых сетях связи. -М.: «Постмаркет», 2004.
    
15. 
    Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи: -М.: «Радио и связь», 2000.
    
16. 
    Васильев В.Н. Волоконно–оптические световоды: учебное пособие, ТУИТ, -Т.: 2002.
    
17. 
    Вишневецкий А.Г. Телекоммуникационные системы передачи (часть вторая); конспект лекций, ТУИТ, -Т.: 2004.
    
18. 
    Optik aloqa asoslari: Mirazimova G.X., Isaev R.I. TATU, -T.: 2006.
    
19. 
    Симонов А.А., Т.Д.Раджабов. Оптические сенсоры в науке и технике. –Т.: 2009.
    
20. 
    Кульчин Ю.Н.Распределительные волоконно-оптические системы// Монография. -М.: «Физматлит»,2001.
    
21. 
    http://www.Ziyonet.uz
    
22. 
    http://www.Atdt.tuit.uz/dl
    
23. 
    http://www.fizika.ayp.ru›
    
24. 
    http://www.dic.academic.ru
    
25. 
    http://www.optika.ucoz.ru›index