Разработка и создание многоканальных оптоэлектронных и радиочастотных систем управления и контроля сервисной аппаратуры ионных источников линейных ускорителей

• Автор: Романов, Юрий Иванович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ПО СВЕТОВОДУ
1.1 Физика механизмов светопередачи.
1.2 Теория каналирования оптического сигнала
1.3 Фундаментальные виды потерь в световодах
ГЛАВА 2. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОИ В ЗОНЕ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
2.1 Анализ эффективности применения оптоэлектронных при-
боров
2.2 Оптоэлектонные каналы передачи цифровой информации
на основе волоконных световодов
2.3 Приемники цифровой информации '
2.4 Методы измерения параметров цифровых оптоэлектронных
каналов

ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ КАНАЛОВ ДЛЯ РАБОТЫ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
3.1 Характеристики компонентов, определяющих надежную
работу волоконно-оптических линий связи на ЭФУ
3.2 Постоянные (неразъемные оптические соединения)
3.3 Разъемные оптические соединения
3.4 Повышение эффективности ввода излучения
3.5 Проектирование каналов ВОЛС на ЭФУ
3.6 Информационные каналы ВОЛС малой протяженности
ГЛАВА 4. МОДУЛЬНАЯ АППАРАТУРА, СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЛС
4.1 Расчет цифрового приемопередавдего модуля ВОЛС
4.2 Модульная аппаратура и системы управления
и контроля ионного источника
4.3 Экспериментальные помехозащищенные цифровые

системы для работы в экстремальных условиях'
4.4 Многоканальная цифровая помехозащищенная
световодная система со строительной длиной 630 м
4. 5 Световодный последовательный асинхронный канал связи
С СПАКСЗ для работы с удаленной аппаратурой КАМАК
4.6 Автоматизированная модульная система управления
и контроля ионного источника "Крион - С"
ГЛАВА 5. СЕРВИСНЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА
5.1 Телевизионная телеметрия на высоковольтном ускорителе с использованием аналоговых ВОЛС
5.2 Расчет аналоговой ВОЛС и эффективности этой линии связи на ЭФУ
5.3 Дуплексные и симплексные световодные системы ,
для передачи речевой информации
5.4 Оптофон - световодный акустический датчик
5.5 Дискретный волоконно-оптический измеритель уровня криогенной жидкости
5.6 Знакосинтезирующие индикаторы и панели коллективного пользования
5.7 Источники питания модулей ВОЛС на в/в
терминале ЛУ
ГЛАВА 6. БЕСПРОВОДНЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
6.1 СВЧ - телеметрическая система для измерения параметров форинжектора протонов линейного ускорителя ЛУ
6.2 Атмосферные оптоэлектронные каналы передачи информации
6.3 Атмосферные инфракрасные каналы передачи информации
в помещениях ускорительного комплекса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение.
Волоконно-оптические линии связи СВОЛС) представляют собой одно из наиболее перспективных направлений современной оптозлектро-ники [1-7].
Первые работы по освоению оптического диапазона волн для целей связи относятся к началу шестидесятых годов.В качестве тракта передачи использовались приземные слои атмосферы и световоды с периодической коррекцией расходимости и направления луча посредством системы линз, располагаемых на расстоянии 10 или 100 м и зеркал [123.Открытые С атмосферные) линии оказались подверженными влиянию метеорологических условий и не обеспечивали необходимой надежности связи. Световоды с дискретной коррекцией были весьма дорогостоящими, требовали тщательной юстировки линз и сложных устройств автоматического управления лучом. Они не нашли практического применения в устройствах связи. Благодаря работам К. С. Као и его сотрудников из Стандарт Телекоммуникейшенс Лабораториз С Standard Telecommunications Labs.) в Харлоу (Англия), появился новый подход к созданию направляющих лазерных систем связи. Они предложили для передачи светового сигнала использовать длинные оптические волокна, подобные тем, которые уже использовались в эндоскопии и других областях медицины. Можно утверждать, что статья Као и Хокзма, опубликованная в 1966 г., заложила основы
теории волоконно-оптической связи (ВОЛС).
Основной причиной, сдерживающей практическую реализацию этой идеи, было большое затухание сигнала в оптическом волокне. Если в ясный день ослабление оптического сигнала в атмосфере составляет всего несколько децибел на километр, то имевшиеся в то время лучшие стекла обладали минимальными потерями в видимой области спектра (около 1000 дБ/км).Главный тезис Као и Хокзма сводился к тому, что если бы удалось уменьшить затухание в стекле в видимой или ближней инфракрасной области спектра до 20 дБ/км, то стало бы возможным создание практических волоконно-оптических систем связи. При таком уровне затухания в волокне мощность передаваемого
сигнала уменьшилась бы в 10Е6 раз при прохождении расстояния
км.Производители стекла во главе с фирмой Корнинг (Corning) США, нашли пути удаления примесей из материала волокна и достигли этого требуемого уровня потерь в 1970 г., а к 1975 г. уменьшили их
до 2 дБ/км.Японские исследователи опубликовали результаты по по-

товодов. Френелевские потери, которые зависят от чистоты обработки торцов световодов, сравнительно малы и колеблются от 0,1 до 0,4 дБ.
Незначительное смещение торцов двух оптических моноволокон вызывает резкое увеличение потерь [ 26]. Для достижения коэффициента связи,равного 90 %, угол между двумя осями 0В должен быть меньше 2 град., а расстояние между торцами 0В не должно превышать 4 мкм [ 30].Осевое смещение, равное половине диаметра 0В, вызывает потери более 4 дБ. Такой же зазор между торцами 0В дает ослабление 6 дБ. В то же время чрезвычайно важно, чтобы подготовленные торцы оптических волокон не касались друг друга, так как в противном случае их многократное соприкосновение в результате вибрации и ударов может привести к раскалыванию и возникновению царапин на поверхности торцов 0В и понизить эффективность оптической связи Е10,31].
Как отмечалось выше, оптический соединитель представляет собой устройство, обеспечивающее многократное соединение-разъединение двух отрезков оптического кабеля между собой, оптического кабеля с источником и приемником оптических сигналов. Он должен не только служить для механического соединения, но и являться как бы продолжением оптического кабеля; иметь малые потери, высокую помехозащищенность, малую массу и объем. Эффективное соединение 0В - трудная задача. Необходима не только оптическая совместимость, но и согласованность между всеми деталями волоконно-оптической системы. Источник светового излучения и детектор должны не просто согласовываться с торцами ОБ, но и соответствовать числовой апертуре кабеля, длине световой волны, ширине полосы и коэффициенту отражения.
Важной характеристикой 0В является угловое распределение выходящего из него светового потока - апертура, которая определяет светосообщающую и светопропускающую способность - светосилу. Особое значение эта характеристика имеет при стыковке 0В с приемниками и источниками излучения.
Диаметр соединяемых световодов определяет как размеры, так и конструкцию ОС. Способ ввода и вывода излучения также определяет многие конструктивно-технологические параметры ОС. Особенно сложным является ввод максимального количества световой энергии в оптическую линию. Некогерентность излучения и широкий угол пучка света современных светодиодов позволяют вводить в 0В всего 1-2 %