Диссертация (Научно-методические и физико-технологические принципы создания оптоэлектронных устройств нового поколения на модифицированных наноструктурах), страница 11

Как видно из рис.2.3, с ростом числаволновых каналов, величина К L увеличивается. Чем больше отношение66Ров / Рс , тем выигрыш по дальности связи меньше. Это свидетельствует о том,что до определенного значенияК f (порога) длина усилительного участкатехнологии WDM по сравнению с технологией TDM сокращается непропорционально величинеК f , а значительно медленнее. Однако затемвыигрыш технологии TDM резко увеличивается. Несмотря на то, чтотехнология TDM имеет определенные преимущества по дальности связи посравнению с WDM, технология волнового уплотнения является наиболееперспективной для ВОСП с точки зрения наращивания C .Сравнить технологии TDM и WDM по пропускной способности можнос помощью формулы Шеннона.

Так, разделив выражение (2.1) для расчетаинформационной емкости ОВ на время тактовой синхронизации с учетомFов = К f b / τ э , получим в общем виде выражение для пропускной способностиC оптического волокна.100f ( x)f1( x)500051015xРисунок 2.3. Зависимость К L = f ( K f ) , где f (x) соответствует отношениюРов / Рс =20; f 1( x) соответствует отношению Ров / Рс =10Так,С =( K f ⋅ b / τ э ) D , где D = (og 2 o ) / n .Существующая тенденция к сокращению частотного разноса междуоптическими несущими в технологии WDM, при которой ширина67оптического канала уже близка к ширине спектра оптического сигнала (1/ τ э )[9], позволяет записать:C ≈ K f ⋅ν ⋅ (log 2 o ) / n .Несмотря на то, что для(2.15)TDM ( K f =1), технология временногоуплотнения не уступает по пропускной способности WDM, так как можеткомпенсировать отсутствие волнового уплотнения повышением скоростипередачи сигналов (при наличии соответствующей элементной базы).Как уже отмечалось выше, технологии TDM и WDM способны приналичии элементной базы полностью освоить ресурсы ОВ.

Для реализацииполностью оптических сетей более перспективной является технологияволнового уплотнения ВОЛС. Эта технология позволит значительноповысить гибкость оптических сетей за счет различных вариантовлогических топологий, реализованных в одном оптическом волокне сиспользованием разных оптических несущих и алгоритмов волновоймаршрутизации [2].2.3 Оценка повышения пропускной способности ВОСП с помощью нанои информационных технологийВнастоящеевремявнедрениенанотехнологийнарядусинформационными технологиями является необходимым условием научнотехнического прогресса.

Как уже отмечалось выше, развитие нанотехнологийи информационных технологий взаимосвязано и обусловлено общими целямиповышения качества жизни.Основные направления научного поиска внанотехнологиях определяются задачами, стоящими перед информационнымитехнологиями, и наоборот, новые материалы испособы их производствапозволяют создавать новые устройства обработки и передачи информации.68Ограничением для увеличения пропускной способности и скоростипередачи информации для обеих технологий являются техническиевозможности использования всего диапазона частот ОВ.Поэтому главным направлением исследований в области ВОСПявляется расширение частотных границ оптического волокна Fов , а такжеповышение допустимых значений Ров (или уменьшение интенсивностиизлучения на единицу площади сечения сердцевины ОВ, например, за счетувеличения этого сечения).

Этого можно добиться путем совершенствованияконструкций и технологий изготовления ОВ. Примером нового типа ОВ срасширенными возможностями является фотонно-кристаллическое волокно(ФКВ).Кромеоптическихволноводов,следуетулучшатьамплитудно-волновую характеристику (АВХ) оптических усилителей и снижать шумы,вносимые ОУ.

Здесь также главную роль играют технологии производстваоптических устройств (чистота исходных материалов, точность изготовлениягеометрических размеров оптоэлектронных устройств).Нарис.2.4.схематическиизображеныосновныефакторывлиянияинформационных и нанотехнологий на пропускную способность волоконнооптической связи.Так, нанотехнологии способствуют повышению скорости передачиинформациииинформационногопропускнойобъемаспособностиоптическогозаволокна.счетЭторасширенияосуществляетсяблагодаря совершенствованию элементной базы кодирующих устройств,оптических модуляторов и аппаратуры WDM с помощью использованияквантовыхструктур,эффективностькоторыхзависитизготовления (разрешающей способности нанотехнологий).откачества69Рисунок 2.4. Влияние информационных и нанотехнологий на пропускнуюспособность ВОСПИнформационные технологии повышают пропускную способностьза счет информационного сжатия объема сигналов и совершенствованияспособов модуляции и кодирования.

В ближайшем будущем влияниеинформационных технологий на пропускную способность может резковозрасти с переходом на квантовые алгоритмы вычислений и способыобмена информацией [12,13].Чтобы оценить влияние технологий производства элементной базыВОСП, введем в формулу пропускной способности соответствующиекоэффициенты. Так, допустим, что на базе современных нанотехнологий иновых принципов работы электронных и оптоэлектронных устройств(транзисторов, лазеров, фотодетекторов), а также возможностей ОВ можно70расширить параметрFоввβ1раз, снизить порог чувствительностифотоприемника Рш и увеличить соответственно параметр ρ в β 2 раз.ДлятехнологийсравнениянавлиянияпропускнуюнанотехнологийспособностьиинформационныхОВдопустим,чтосовершенствование способов сжатия сигнала уменьшит число разрядов вкодовом слове в γ 1 раз, совершенствование способов приема повыситпараметр ρ в γ 2 раз.Переписав формулу для пропускной способности (2.15) с учетомвведенных коэффициентов, получим выражение, позволяющее оценитьстепень влияния информационных и нанотехнологий на величину (рис.2.5) С :C = Fов ⋅ β1 ⋅ (γ 1 / n) ⋅ log 2 ( o ⋅ β 2 ⋅ γ 2 ) (2.16) ,γ 1 = log 2 m, где m - позиционность кода;γ 2 - коэффициент, учитывающий влияние информационных технологийна динамический диапазон ВОСП;β1, 2 -коэффициенты,учитывающиевлияниенанотехнологийсоответственно на ширину полосы оптических усилителей и динамическийдиапазон.Коэффициенты эффективности β1и γ 1 непосредственно влияют назначение C , а коэффициенты эффективности β 2и γ2- через функциюлогарифма, которая растет медленнее, чем линейная зависимость, причемвлияние β 2 носит такой же характер, как и коэффициента γ 2 .71100C( k)C1( k) 10C2( k)11101 .103100kРисунок 2.5.

Графики зависимости пропускной способности ВОСП отпараметров γ2, β1, γ1(m)Графики на рис. 2.5 свидетельствует о том, что в большей степени напропускную способность влияют коэффициенты β1 , γ 1 . Из формулы видно,что наиболее перспективными направлениями научных поисков являютсярасширение диапазона Fов и информационное сжатие сигналов.С другой стороны, информационное сжатие сигналов может повыситьвеличину С в несколько раз, в отличие от нанотехнологий, которые могутувеличить значение С в десятки раз [53].2.4 Выводы по главе1. Сравнительный анализ информационных технологий TDM и WDMпоказал,чтопотенциальныевозможностиповышенияпропускнойспособности ВОСП за счет уплотнения оптического волокна по времени ичастоте (длине волны света) одинаковы. Реализация этих возможностейзависитотсоответствующейэлементнойбазыэлектроникииоптоэлектроники.2.

При одинаковой защищенности и скорости передачи сигналоввеличина усилительного участка для технологии WDM меньше, чем для72TDM. Снижение длины усилительного участка с увеличением числаволновых каналов происходит согласно логарифмической зависимости(2.14).3. Сравнительные исследования зависимости повышения пропускнойспособности ВОСП от эффективности нано- и информационных технологий(повышения перспективного технического уровня ВОСП) показал, чтоувеличение скорости передачи информации за счет развития нанотехнологий(изготовления новых функциональных сред нанометровых размеров дляоптоэлектронныхустройств)информационных технологийнапорядкивыше,чемвозможности(мнопозиционное кодирование, форматыоптической модуляции, временное TDM и волновое WDM уплотнения и пр.).Исследование информационных технологий TDM и WDM показало,что они обладают ограниченными возможностями повышения пропускнойспособности ВОСП.

Такими ограничениями являются потенциальныересурсы оптического волокна по полосе частоте и пиковой мощностиоптического сигнала. Для увеличения пропускной способности необходиморасширять эти ресурсы за счет новых конструкций и материала оптическоговолокна, для чего требуются новые производственно-технологическиепроцессы.733 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ФИЗИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ И МЕТОДОВФОРМИРОВАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАНОСТРУКТУР3.1 Сравнительная характеристика качественных показателейразличных видов нанотехнологийОсновным направлением совершенствования элементной базы являетсяуменьшение размеров отдельных элементов и улучшение оптоэлектронныххарактеристик полупроводников.

Для этого необходимо повышение качествапроизводстваоптоэлектронныхустройств(точностиизготовлениягеометрических размеров) и создание новых материалов. В настоящее времяперспективыорганизациипроизводствананоструктурзависятотвозможностей нанотехнологий. Значение нанотехнологий особенно возрослос реализацией идеи создания новых материалов на базе сверхрешеток,состоящих из отдельных сверхтонких (порядка нескольких нанометров)слоев из разных материалов (полупроводников, металлов и диэлектриков, ит.д.). В настоящее время уже опубликовано множество интересных книг понанотехнологиям [1,10,11,33,82].