Оптическая связь - Optical communication

Военно-морской сигнальная лампа, форма оптической связи, которая использует жалюзи и обычно используется с азбука Морзе (2002)

Оптическая связь, также известен как оптическая связь, является коммуникация на расстоянии с помощью свет нести информацию. Это можно сделать визуально или с помощью электронные устройства. Самые ранние базовые формы оптической связи датируются несколькими тысячелетиями, в то время как самое раннее электрическое устройство, созданное для этого, было фотофон, изобретенный в 1880 году.

Оптический система связи использует передатчик, который кодирует сообщение в оптический сигнал, а канал, который доставляет сигнал к месту назначения, и получатель, который воспроизводит сообщение из принятого оптического сигнала. Когда электронное оборудование не используется, «приемник» - это человек, визуально наблюдающий и интерпретирующий сигнал, который может быть простым (например, присутствие огонь маяка ) или сложные (например, огни с использованием цветовых кодов или мигающие азбука Морзе последовательность).

Оптическая связь в свободном пространстве был развернут в космосе, в то время как земные формы, естественно, ограничены географией, погодой и наличием света. В этой статье представлены основные сведения о различных формах оптической связи.

Формы

Визуальные техники, такие как дымовые сигналы, маяк горит, гидравлические телеграфы, корабельные флаги и семафорные строки были самыми ранними формами оптической связи.^[1][2][3][4] Семафоры гидравлического телеграфа датируются 4 веком до нашей эры в Греции. Вспышки бедствия до сих пор используются моряками в чрезвычайных ситуациях, в то время как маяки и навигационные огни используются для сообщения об опасностях навигации.

В гелиограф использует зеркало к отражать солнечный свет удаленному наблюдателю.^[5] Когда сигнальщик наклоняет зеркало для отражения солнечного света, удаленный наблюдатель видит вспышки света, которые можно использовать для передачи заранее заданного сигнального кода. Военно-морской корабли часто используют сигнальные лампы и азбука Морзе Аналогичным образом.

Пилоты самолетов часто используют индикатор уклона визуального подхода (VASI) спроектировал световые системы для безопасной посадки, особенно ночью. Посадка военного самолета на авианосец используйте аналогичную систему для правильной посадки на несущую палубу. Система цветного освещения показывает высоту самолета относительно стандартной посадки. глиссада. Также, диспетчерские пункты аэропорта все еще использовать Лампы Aldis передавать инструкции самолетам, у которых вышла из строя радиосвязь.

В настоящее время различные электронные системы оптически передают и принимают информацию, переносимую с помощью световых импульсов. Волоконно-оптическая связь теперь используются кабели для отправки подавляющего большинства электронных данных и междугородних телефонных звонков, которые не передаются ни одним из радио, наземная микроволновая печь или спутниковое. Оптическая связь в свободном пространстве также используются каждый день в различных приложениях.

Семафорная линия

Основная статья: Семафорная линия

Реплика одного из Чаппа семафорные башни (18-ый век).

А 'семафорный телеграф', также называемая «семафорной линией», «оптическим телеграфом», «телеграфной цепью с затвором», «телеграфом Чаппа» или «наполеоновским семафором», представляет собой систему, используемую для передачи информации посредством визуальных сигналов с использованием башен с поворотными кронштейнами или ставни, также известные как лезвия или лопасти. Информация кодируется положением механических элементов; он читается, когда заслонка находится в фиксированном положении.^[2][6]

Семафорные линии были предшественниками электрический телеграф. Они были намного быстрее, чем почтовые гонщики для передачи сообщений на большие расстояния, но гораздо более дорогие и менее личные, чем электрические телеграфные линии, которые позже их заменили. Максимальное расстояние, которое может преодолеть пара семафорных телеграфных станций, ограничено географией, погодой и наличием света; таким образом, на практике большинство оптических телеграфов использовали линии ретрансляционных станций для преодоления больших расстояний. Каждая ретрансляционная станция также потребует наличия опытных операторов-наблюдателей для передачи сообщений туда и обратно по линии.

Современный дизайн семафоров впервые предвидели британцы. эрудит Роберт Гук, который первым дал яркое и исчерпывающее описание визуальной телеграфии в представлении 1684 г. Королевское общество. Его предложение (которое было мотивировано военными соображениями после Битва за вену годом ранее) не применялась на практике при его жизни.^[7][8]

Первая действующая линия оптических семафоров появилась в 1792 году, созданная французским инженером. Клод Шаппе и его братья, которым удалось покрыть Франция с сетью из 556 станций общей протяженностью 4800 километров (3000 миль). До 1850-х годов он использовался для военных и национальных коммуникаций.

Многие национальные службы приняли системы сигнализации, отличные от системы Chappe. Например, Британия и Швеция приняли системы закрытых панелей (вопреки утверждению братьев Чаппе, что угловые стержни более заметны). В Испания, инженер Агустин де Бетанкур разработал свою собственную систему, которая была принята этим государством. Эта система была признана многими экспертами в Европе лучше, чем система Шаппа, даже во Франции.

Эти системы были популярны в конце 18 - начале 19 века, но не могли конкурировать с электрический телеграф, и полностью вышел из строя к 1880 году.^[1]

Флаги сигналов семафоров

Основная статья: Семафор флага

Военно-морской связист, передающий сообщение семафором флага (2002 г.).

Флаги семафоров это система для передачи информации на расстоянии посредством визуальных сигналов с переносными флажками, прутьями, дисками, веслами или иногда голыми руками или руками в перчатках. Информация кодируется положением флагов, предметов или оружия; он читается, когда они находятся в фиксированном положении.

Семафоры были приняты и широко использовались (с переносными флаги замена механических рычагов затворные семафоры ) в морском мире в 19 веке. Они все еще используются во время пополнение запасов в море и приемлемы для экстренной связи днем ​​или, используя зажженные жезлы вместо флагов, ночью.

Более новая система семафоров флагов использует два коротких полюса с квадратными флажками, которые сигнальщик держит в разных положениях для передачи букв алфавита и цифр. Передатчик держит по одному полюсу в каждой руке и вытягивает каждую руку в одном из восьми возможных направлений. За исключением положения покоя, флаги не могут перекрываться. Флаги окрашены по-разному в зависимости от того, отправляются ли сигналы по морю или по суше. В море флаги окрашены в красный и желтый цвета ( Оскар флаги ), а на суше они бело-голубые ( Папа флаги ). Флаги не требуются, они просто делают символы более заметными.

Оптоволокно

Основная статья: Волоконно-оптическая связь

Оптоволокно является наиболее распространенным типом канала оптической связи. Передатчики в волоконно-оптических линиях связи обычно светодиоды (Светодиоды) или лазерные диоды. Инфракрасный свет, а не видимый свет используется чаще, потому что оптические волокна передают инфракрасные волны с меньшими затратами. затухание и разброс. Кодирование сигнала обычно простое модуляция интенсивности, хотя исторически оптическая фаза и модуляция частоты были продемонстрированы в лаборатории. Необходимость периодического регенерация сигнала был в значительной степени вытеснен введением усилитель на волокне, легированном эрбием, что позволило увеличить дальность связи при значительно меньшей стоимости.

Сигнальные лампы

Основные статьи: Сигнальная лампа и Световые сигналы авиации

An авиадиспетчер держит в руках световую сигнальную пушку, которую можно использовать для управления самолетом, в котором произошел отказ радиосвязи (2007)

Сигнальные лампы (например, лампы Aldis) являются устройствами визуальной сигнализации для оптической связи (обычно с использованием кода Морзе). Современные сигнальные лампы - это сфокусированные лампы, которые могут создавать импульс света. В больших версиях этот импульс достигается путем открытия и закрытия заслонок, установленных перед лампой, либо с помощью ручного реле давления, либо, в более поздних версиях, автоматически.

С ручными лампами вогнутое зеркало наклоняется спусковым крючком, чтобы сфокусировать свет на импульсы. Лампы обычно снабжены оптическим прицелом той или иной формы и чаще всего устанавливаются на военно-морских судах, а также используются в диспетчерских пунктах аэропорта с кодированными авиационные световые сигналы.

Световые сигналы авиации используются в случае отказ радио, самолет без радио, или в случае пилота с нарушениями слуха. Диспетчеры воздушного движения издавна использовали сигнальные световые пушки для управления такими самолетами. Лампа светового пистолета имеет сфокусированный яркий луч, способный излучать три разных цвета: красный, белый и зеленый. Эти цвета могут быть мигающими или постоянными и предоставлять различные инструкции самолету в полете или на земле (например, «разрешено приземление» или «разрешено взлет»). Пилоты могут подтверждать инструкции, покачивая крыльями своего самолета, двигая их элероны если они лежат на земле, или мигая их посадка или навигационные огни в ночное время. Только 12 простых стандартизированных инструкций направлены на самолет, использующий сигнальные световые пушки, поскольку система не используется с азбука Морзе.

Фотофон

Основная статья: Фотофон

В фотофон (изначально было дано другое имя, радиотелефон ) - это устройство связи, которое позволяет коробка передач речи на луче свет. Его изобрели совместно Александр Грэхем Белл и его помощник Чарльз Самнер Тейнтер 19 февраля 1880 года в лаборатории Белла на улице 1325 'L' в Вашингтоне, округ Колумбия.^[9][10] Позже оба стали полноправными сотрудниками Ассоциация лабораторий Вольта, созданная и финансируемая Bell.

21 июня 1880 года помощник Белла передал беспроводное голосовое телефонное сообщение на значительное расстояние с крыши здания. Франклин школа к окну лаборатории Белла, примерно в 213 метрах (примерно 700 футов).^{[11][12][13][14]}

Белл считал, что фотофон был его самым важным изобретение. Из 18 патенты предоставлено только на имя Белла, а из 12, которыми он поделился со своими сотрудниками, четыре были для фотофона, который Белл называл своим 'величайшее достижение', сообщив репортеру незадолго до смерти, что фотофон «величайшее изобретение, которое [я] когда-либо делал, больше, чем телефон».^[15]

Фотофон был предшественником волоконно-оптическая связь системы, которые стали популярными во всем мире, начиная с 1980-х годов.^[16][17][18] Главный патент на фотофон (Патент США 235199 Аппарат для сигнализации и связи, названный Фотофон), был выпущен в декабре 1880 г.,^[13] за много десятилетий до того, как его принципы нашли практическое применение.

Оптическая связь в свободном пространстве

Основные статьи: Оптическая связь в свободном пространстве и Оптическая беспроводная связь

Системы оптики свободного пространства (FSO) используются для 'Последняя миля ' телекоммуникации и может функционировать на расстояниях в несколько километров при условии наличия четкого Поле зрения между источником и получателем, а оптический приемник может надежно декодировать передаваемую информацию.^[19] Другие системы, работающие в свободном пространстве, могут обеспечивать высокоскоростные каналы связи на большие расстояния с использованием небольших, маломощных подсистем с низким энергопотреблением, что делает их пригодными для связи в космосе.^[20] Различные запланированные спутниковые группировки предназначенные для обеспечения глобального широкополосного покрытия, воспользуйтесь этими преимуществами и задействуйте лазерная связь для межспутниковой связи между несколькими сотнями и тысячами спутников, эффективно создавая космический оптическая ячеистая сеть.

В более общем смысле передача неуправляемых оптических сигналов известна как оптическая беспроводная связь (OWC). Примеры включают средний диапазон связь в видимом свете и на короткие расстояния ИК-порт, используя инфракрасные светодиоды.

Гелиограф

Гелиограф: Австралийцы используют гелиограф в Северной Африке (1940).

Основная статья: Гелиограф

А гелиограф (Греческий: Ἥλιος helios, что означает «солнце», и γραφειν графеин, что означает "писать") - это беспроводная солнечная телеграф что сигнализирует вспышками Солнечный лучик (обычно используя азбука Морзе ) отраженный зеркало. Вспышки производятся путем кратковременного поворота зеркала или прерывания луча затвором.

Гелиограф был простым, но эффективным инструментом для мгновенной оптической связи на большие расстояния в конце 19-го и начале 20-го веков. Его основное использование было в военных, изыскательских и лесозащитных работах. Они были стандартным выпуском в британской и австралийской армиях до 1960-х годов и использовались пакистанской армией до 1975 года.^[5]

Смотрите также

• Нарезка волокна
• Узкое место в межсоединении
• Дзюн-Ити Нисидзава изобретатель оптической связи.
• Модулирующий светоотражатель
• OECC (Конференция по оптоэлектронике и связи)
• Оптическое соединение
• Оптоизолятор
• Параллельный оптический интерфейс

использованная литература

Цитаты

1. Глава 2: Семафорная сигнализация ISBN  978-0-86341-327-8 Коммуникации: международная история становления Р. В. Бернс, 2004 г.
2. Телеграф Том 10, Британская энциклопедия, 6-е издание, 1824 г., с. 645-651
3. "Хронология истории пожаров Службы национальных парков".
4. "Журналы Льюиса и Кларка, 20 июля 1805 г.".
5. Харрис, Дж. Wire At War - сигнальная связь во время войны в Южной Африке 1899–1902 гг.. Проверено 1 июня 2008 года. Обратите внимание на обсуждение использования гелиографа во время англо-бурской войны.
6. Телеграф, Том 17 Эдинбургской энциклопедии, стр. 664-667, 1832 Дэвид Брюстер, изд.
7. Калверт, Дж. Б. Происхождение железнодорожного семафора, Бостонский университет, 15 апреля 2000 г., редакция 4 мая 2007 г.
8. Маквей, Дэниел П. Ранняя история телефона: 1664-1865, часть 2 В архиве 2012-11-28 в Wayback Machine, Колумбийский университет в Нью-Йорке, Институт технологий обучения, 2000.
9. Брюс 1990, стр. 336
10. Джонс, Ньюэлл. Первое «радио», созданное постоянным партнером компании «Изобретатель телефона» из Сан-Диего: записная книжка опыта работы с Bell В архиве 2006-09-04 в Archive.today, San Diego Evening Tribune, 31 июля 1937 г. Получено с веб-сайта исторического факультета Университета Сан-Диего, 26 ноября 2009 г.
11. Брюс 1990, стр. 338
12. Карсон 2007, стр. 76-78
13. Грот, Майк. Пересмотр фотофонов, Журнал "Любительское радио", Институт беспроводной связи Австралии, Мельбурн, апрель 1987 г., стр. 12–17 и май 1987 г., стр. 13–17.
14. Мимс 1982, стр. 11.
15. Мимс 1982, стр. 14.
16. Морган, Тим Дж. «Волоконно-оптическая магистраль», Университет Северного Техаса, 2011.
17. Миллер, Стюарт Э. "Волны света и телекоммуникации", Американский ученый, Сигма Си, Общество научных исследований, январь – февраль 1984 г., т. 72, No. 1, pp. 66-71, Проблема со стабильным URL.
18. Галлардо, Артуро; Мимс III, Форрест М.. Волоконно-оптическая связь началась 130 лет назад, Сан-Антонио Экспресс-Новости, 21 июня 2010 г. По состоянию на 1 января 2013 г.
19. Клинт Тернер (3 октября 2007 г.). «Двусторонний полностью электронный оптический контакт на расстояние 173 мили». Сайт с модулированным светом. Получено 28 июня, 2011.
20. Уилсон, К. (2000-01-04). «Последние разработки в области оптической связи с высокой скоростью передачи данных в JPL». Лаборатория реактивного движения. Сервер технических отчетов НАСА. HDL:2014/18156.

Список используемой литературы

• Алвейн, Вивек. Волоконно-оптические технологии, Cisco Press, 23 апреля 2004 г.
• Брюс, Роберт V Колокол: Александр Белл и покорение одиночества, Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета, 1990. ISBN  0-8014-9691-8.
• Карсон, Мэри Кей (2007). Александр Грэм Белл: дать голос миру. Стерлинг Биографии. 387 Park Avenue South, New York, NY 10016: Sterling Publishing Co., Inc., стр.76 –78. ISBN  978-1-4027-3230-0. OCLC  182527281.
• Мимс III, Лес М. Первый век световой связи, Еженедельное обновление по волоконной оптике, Information Gatekeepers, 10–26 февраля 1982 г., стр. 6–23.
• Пашотта, Рюдигер. Энциклопедия лазерной физики и техники, Сайт RP-Photonics.com, 2012.

дальнейшее чтение

• Байвель, Полина Будущие оптические телекоммуникационные сети большой емкости, Философские труды: математические, физические и технические науки, Vol. 358, No. 1765, январь 2000 г., Наука в следующее тысячелетие: молодые ученые высказывают свое видение будущего: II. Математика, физика и инженерия, стр. 303–329, стабильная статья URL: https://www.jstor.org/stable/2666790, опубликовано Королевское общество.
• Дилак, Дж.М. Телеграф Клода Шаппа - оптическая телекоммуникационная сеть XVIII века, Тулуза: Национальный институт прикладных наук Тулузы. Получено из сети глобальной истории IEEE.