Научно-Производственное Объединение «
В настоящее время НПО «Альт-Свет» имеет более 31 млн. руб. чистых активов и финансирует научно-исследовательскую и инновационную деятельность, направленную на разработку и проектирование новых перспективных устройств оптической связи, телекоммуникаций, технических систем дефектоскопии, сенсоров.
Рынок стимулирует инновации. А настоящая инновация — это качественный рост эффективности процессов и продукции, востребованных рынком; это использование идей, ведущих к созданию новых технологий, это изобретательность, объединённая с предпринимательскими способностями российских и зарубежных специалистов, обеспечивающая прорыв в мире современных технологий.
НПО «Альт-Свет» - это уникальное научно-производственное объединение, обеспечивающее как разработку концепций, так и производство, поставку и монтаж. Мы заинтересованы в синтезе возможностей науки и бизнеса и приглашаем организации для участия в проектах по совместному производству оптоэлектронных устройств, рефлектометров, новых типов оптического кабеля, волоконно-оптических датчиков, систем охраны и технических средств неразрушающего контроля.
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТСО «СОВА»
Данная работа посвящена практическому использованию интерференционных явлений в оптических волокнах.
Интерес к изучению интерференционных явлений в оптических волокнах обоснован тем, что пятнистые картины (спекл-структуры), возникающие при когерентном освещении случайно неоднородных объектов и сред, не только снижают качество изображений, но и могут служить носителем полезной информации. Носителем информации выступают спекл-картины, которые легко идентифицируются при высокой чувствительности к внешним воздействиям. Это определило широкое их использование в решении разнообразных научных и технических задач.
В настоящее время предложено около десятка различных типов и конструкций волоконно-оптических датчиков давления, но ни одному из них пока нельзя отдать безусловного предпочтения.
Это направление продолжает оставаться одним из наиболее интересных приложений когерентных явлений в оптическом волокне, так как позволяет определять параметры вибраций реальных конструкций, определять статистические структуры микронеоднородностей и анализировать нарушения структуры поверхности.
Более подробную информацию о ТСО "СОВА" читайте:
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТСО «СОВА»
Существует возможность выполнения новых видов качественного кабеля. По поводу научного и инновационного сотрудничества обращайтесь: E-mail: или по телефону: (499)488-0465.
Оптоэлектронные и оптические интегральные схемы повышенной степени интеграции
Проектирование современных элементов и устройств интегральной оптики требует использования сложных численных алгоритмов и соответствующего ПО, способного обеспечить достаточно быстрое и корректное решение поставленной задачи с помощью IBM-совместимого персонального компьютера. Основная проблема заключается в необходимости перехода от стандартных и хорошо изученных одномерных моделей (1D) к двумерным (2D) и трехмерным (3D), характеризующимся средствами электромагнитного анализа по уравнениям Максвелла, а также к многомасштабному моделированию.
В состав ОИС входят пассивные интегрально-оптические функциональные элементы: волноводы различной конфигурации, ответвители, разветвители, переключатели, модуляторы, резонаторы. В качестве подложки для ОИС телекоммуникационного применения используется кварц (SiO2). На этой подложке формируются диэлектрические светопроводящие слои, которые для обеспечения оптического ограничения выполняются из кремния. Традиционной основой всех функциональных элементов является интегрально-оптический волновод, реализуемый в настоящее время на базе сочетания канально-волноводных и фотоннокристаллических структур (КВС и ФКС).
В состав ОЭИС помимо рассмотренных выше пассивных оптических элементов, традиционных для микроэлектроники пассивных электронных элементов входят активные компоненты и основанные на них оптоэлектронные и электронные функциональные элементы (лазеры, фотодиоды, полевые и биполярные транзисторы, генераторы, усилители, преобразователи частоты и т.д.). Исходя из обширного опыта разработки изделий микроэлектроники, наиболее перспективный путь развития ОЭИС с точки зрения оптимальных технико-экономических характеристик связан с монолитным исполнением. Однако при практической реализации монолитных микросхем имеются определенные физико-технологические проблемы:
• Несовместимость материалов подложек, т.к. применяемые в телекоммуникационных ВОСП лазерные и фотодетекторные структуры принципиально формируются на подложках из InP, структуры полевых транзисторов – на кремниевых подложках в радиочастотном диапазоне и на подложках из арсенида галлия, нитрида галлия и фосфида индия в СВЧ диапазоне, описанные выше ОИС – на кварцевых подложках;
• Несовместимость типов подложек, поскольку лазерные и фотодиодные структуры обычно выращиваются на проводящих полупроводниковых подложках, полевые транзисторы – на полуизолирующих полупроводниковых подложках, а пассивные ОИС – на диэлектрических подложках;
• Трудность оптимальной миниатюризации функциональных элементов ОИС по сравнению, например, с СВЧ МИС. В частности, у современного полевого транзистора с высокой подвижностью электронов (НЕМТ) характерная длина затвора составляет 50-100 нм, в то время как длина простого пассивного оптического узла, например, сумматора длин волн (спектрального мультиплексора), даже реализованного на основе ФКС, составляет единицы мкм.
Отмеченные выше проблемы дают основание прогнозировать, что при современном уровне технологии более реалистичным подходом к построению приемо-передающей аппаратуры ВОСП является широкое использование оптоэлектронных гибридных интегральных схем (ОЭГИС).
Микромодули на основе ОЭГИС с малой степенью интеграции в настоящее время достаточно широко применяются в аппаратуре ВОСП. Как правило, с их помощью реализуется передающий либо приемный оптоэлектронный модуль, содержащий пассивный узел оптического ввода/вывода на базе волоконного световода и дискретных элементов связи (например, микролинз, ответвителя, изолятора и т.д.), активный элемент (лазер, фотодетектор) и соединенный с ним по стандартной технологии ГИС электрический узел (драйвер, предварительный усилитель). Интегрально-оптические волноводы практически не применяются в связи с существенно большим уровнем потерь на ввод/вывод и распространение по сравнению с волоконным световодом. Однако интенсивное развитие техники многоволновых ВОСП с СРК вызвало потребность повышения степени интеграции существующих ГИС, в результате чего были разработано второе поколение ОЭГИС, получившее название «планарные оптические схемы» (Planar Lightwave Circuits, PLC).
Общий принцип построения ОЭГИС на основе PLC достаточно прост. А именно, ее конструкция содержит три основных секции: электронную, оптоэлектронную и оптическую. Первая строится на базе монолитных либо гибридных ИС, вторая – на интегральных оптико-электрических либо электрооптических преобразователях, третья – на основе пассивных ОИС, и наиболее перспективным в ней считается использование ФСК. К основным достоинствам микросхем данного типа с точки зрения применения в современных ВОСП относятся: возможность высокой степени интеграции, долговременная стабильность характеристик передачи, экономичность и технологичность массового производства. Очевидным недостатком рассмотренных выше форм структурного интегрирования является увеличение искажений характеристик передачи сигналов.
Устройства СВЧ диапазона на базе методов и средств сверхвысокочастотной оптоэлектроники
Относительно новое междисциплинарное направление, названное в отечественной литературе сверхвысокочастотной электроникой (СОЭ), занимается исследованием и разработкой сверхбыстродействующих активных оптоэлектронных приборов и устройств с полосой пропускания в СВЧ диапазоне, а также активных СВЧ приборов и устройств с оптическим управлением. Возникшая наряду с оптоэлектроникой в конце прошлого столетия, она продолжает развиваться в наши дни в направлении слияния с микро- и наноэлектроникой, результат которого состоит в создании оптоэлектронных интегральных схем.
Исследования в области сверхвысокочастотной оптоэлектроники на системном уровне, главным образом, связаны с развитием и оптимизацией следующих существующих и перспективных классов систем передачи информации:
• Магистральных и локальных цифровых волоконно-оптических систем связи со скоростями в гигабитном и терабитном диапазонах;
• Многоканальных аналоговых ВОСП с поднесущими в СВЧ диапазоне для распределения сигналов спутникового и кабельного телевидения и радиолокационных применений;
• Многоволновых аналоговых и цифровых ВОСП с плотным спектральным разделением (DWDM);
• Момбинированных волоконно-эфирных систем (системы класса Radio-over-Fiber (RoF)) для сетей сотовой и персональной радиосвязи, беспроводных сетей абонентского доступа и локационных применений;
• Мверхширокополосных систем радиолокации и радиосвязи (UWB).
Приборы и элементы с прямым взаимодействием СВЧ и оптического излучений включают:
• Оптико-электрический преобразователь. Например, фотодиод;
• Электрооптический преобразователь. Например, полупроводниковый лазер;
• Датчик СВЧ сигнала с оптическим управлением. Например, СВЧ генератор, параметры которого (частота, выходная мощность) изменяются под воздействием оптического сигнала;
• Преобразователь оптического сигнала. Например, оптический модулятор, лазерный усилитель;
• Преобразователь СВЧ сигнала. Например, СВЧ усилитель, коэффициент усиления которого регулируется оптическим сигналом.
Дальнейшее развитие техники СОЭ привело к созданию новых СВЧ устройств вне вышеприведенной классификации, имеющих внутреннюю оптоэлектронную структуру. Среди них наиболее близким для практического применения является, так называемый, оптоэлектронный генератор СВЧ сигналов. В данном устройстве за счет высокой добротности и стабильности кварцевого световода обеспечиваются гораздо более низкие фазовые шумы по сравнению с современными интегральными СВЧ генераторами. Другим важным преимуществом по сравнению с традиционными генераторами СВЧ колебаний является преодоление компромисса между полосой перестройки частоты генерации и уровнем частотных шумов. Еще одним перспективным устройством СОЭ считается оптоэлектронный преобразователь частоты сигналов СВЧ диапазона (ОЭПЧ), в котором используется нелинейность передаточных характеристик лазера, оптического модулятора, фотодиода либо их сочетания.
Вышеперечисленные приборы и устройства СОЭ являются основой для построения принципиально новых устройств, применение которых, например, в системах класса RoF может существенно улучшить их технико-экономические характеристики.
Аппаратура и телекоммуникационные системы волоконно-эфирной структуры (системы класса Radio-over-Fiber (RoF))
Современная мировая инфраструктура телекоммуникационных сетей представляет собой эклектический набор разнородных линий передачи на основе волоконных, коаксиальных и многопарных кабелей, а также наземных и спутниковых радиолиний. При этом глобальные транспортные сети большой протяженности, как правило, функционируют на базе волоконно-оптических либо спутниковых систем, локальные сети и сети абонентского доступа – на основе связанных через стандартные интерфейсы волоконно-оптических, радио и металлических проводных систем передачи. Таким образом, для обмена информацией между пользователями даже в пределах одного города приходится использовать значительное число различных по принципам построения, архитектуре, требованиям к достоверности передачи информации, частотным полосам систем, что существенно увеличивает стоимость услуги связи и ухудшает ее качество.
Понятно, что выход из сложившейся ситуации лежит в повышении однородности телекоммуникационного парка и оптимизации места применения каждого из вышеуказанных типов линий с учетом их преимуществ.
Волоконно-оптический кабель (ВОК) является самой широкополосной средой передачи информации. Быстро растущие потребности по увеличению объемов и сокращению сроков доставки услуг связи абонентам стимулировали исследования систем доставки информации непосредственно с помощью ВОК. Однако такие системы, например типа «волокно в дом», до сих пор не получили широкого развития в реальных сетях абонентского доступа, в основном из-за экономических проблем. В связи с этим были предложены альтернативные способы доставки информации с использованием на абонентском участке более экономичной среды передачи на основе радиосредств, которая одновременно обеспечивает такую важную общественную потребность, как постоянная доступность абонента для связи.
Для улучшения характеристик вышеописанных систем актуально создание простых интерфейсных устройств, обеспечивающих эффективное взаимодействие оптического излучения и СВЧ сигналов.
В системе на центральной станции оптический передатчик модулируется на поднесущих СВЧ диапазона цифровыми информационными сигналами со скоростями 1…10 Гбит/с. Волоконно-оптические линии соединяют центральную и базовые станции. На базовой станции осуществляются оптико-электрическое преобразование и передача в эфир в пределах зоны радиусом от единиц до десятков метров. Сигналы принимаются и демодулируются абонентскими терминалами. Передача сигналов от абонента происходит в обратной последовательности.
Принципиальные достоинства данной системы заключаются в том, что благодаря распределенной структуре и работе в миллиметровом диапазоне радиоволн:
- Повышается пропускная способность канала;
- Уменьшаются взаимные помехи между базовыми станциями;
- Обеспечиваются высокие массогабаритные характеристики приемо-передающего оборудования и антенн;
- Повышается экономическая эффективность и уменьшается время развертывания по сравнению с проводными системами;
- Обеспечивается постоянная доступность для связи абонентов сети.
Прогнозируется, что основными областями применения системы типа RoF будут интерактивные локальные системы связи и распределения, например, системы сотовой связи будущих поколений, системы персональной связи, системы распределения мультигигабитной сети ETHERNET, Интернет-телевизионные системы по протоколам IPTV и др.
Из предыдущего рассмотрения следует, что аппаратура систем класса RoF должна функционировать в четырех частотных диапазонах: в полосах модулирующих, промежуточных, несущих частот радиочастотного диапазона (включая СВЧ и КВЧ диапазоны) и в полосе оптического диапазона (точнее ближнего ИК диапазона). В данном сверхшироком диапазоне (8 декад) к компонентной базе и схемотехническим принципам построения аппаратуры базовой станции предъявляются самые разнообразные, часто противоречивые требования, что делает весьма привлекательным для упрощения схем узлов широкое использование в них рассмотренных выше принципов сверхвысокочастотной оптоэлектроники, основанных на прямом взаимодействии СВЧ и оптического излучений, и гибридных оптоэлектронных интегральных схем.
Компонентная база и аппаратура линейного тракта сверхскоростных волоконно-оптических систем
Как уже отмечалось, оптические интегральные схемы (ОИС) находят ограниченное использование в современных волоконно-оптических системах передачи (ВОСП). Так анализ показывает, что наиболее распространенной областью их применения являются электрооптические модуляторы и переключатели, которые к тому же, как плавило, выполняются на подложке из ниобата лития. Важная причина, на наш взгляд, заключается в схемотехнической неразвитости наиболее широко распространенных в настоящее время одноволновых ВОСП, в которых немногочисленные оптические интерфейсы в аппаратуре более эффективно реализуются на базе оптических волокон с меньшими потерями, а также в очень низкой достигнутой степени интеграции, например, по сравнению с микросхемами радиочастотного диапазона.
Однако благодаря продолжающему развитию технологий ВОСП в последнее десятилетие появились предпосылки для их более широкого внедрения. А именно, в соответствии с постоянно растущими потребностями общества в повышении пропускной способности телекоммуникационных сетей, в особенности, локальных распределительных сетей различного назначения, требуемая скорость передачи информации увеличилась до 100 и более Гбит/с. Для реализации ВОСП для таких сетей в связи с ограничением полосы прямой модуляции современного полупроводникового лазера на уровне 10-15 ГГц были разработаны многоволновые ВОСП с так называемым плотным спектральным разделением каналов (DWDM, СРК), в которых число оптических несущих достигает десятков, а в перспективе и сотен. Данный способ повышения пропускной способности линии передачи является аналогом широко известного в радиосвязи, так называемого, частотного разделения каналов, поэтому принципы и схемы объединения оптических каналов на передающем конце и последующего разделения их на приемном конце, построенные на базе пассивных разветвителей, были полностью заимствованы. Понятно, что в таких системах для уменьшения габаритов приемо-передающего оборудования и повышения их экономических характеристик необходима широкая интегрализация компонентной базы и узлов.
В настоящее время за рубежом освоены в промышленности передающие и приемные оптоэлектронные модули на скорости до 10 Гбит/с. На их базе рядом фирм разработана аппаратура ВОСП с СРК на скорости до 40 Гбит/с (4х10 Гбит/с). Однако дальнейшее увеличение пропускной способности систем передачи приводит к чрезмерному усложнению и удорожанию аппаратуры линейного тракта.
Описанные выше тенденции привели к интенсивному поиску путей повышения степени интеграции существующих ОИС, который осуществляется, как в направлении создания более миниатюрных сред транспортировки оптических сигналов, так и перехода к практической реализации, так называемых, активных оптоэлектронных интегральных схем (ОЭИС), объединяющих на одной подложке сверхскоростные электронные, оптоэлектронные и оптические узлы аппаратуры. Параметры компонентной базы и устройств линейного тракта должны соответствовать требованиям разрабатываемых с настоящее время телекоммуникационных стандартов.
ВСЕГДА В НАЛИЧИИ НА СКЛАДЕ ОПТИЧЕСКИЙ, ТЕЛЕФОННЫЙ КАБЕЛЬ И ВИТАЯ ПАРА