МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ФИЗИКИ
Реферат
по дисциплине «Квантовая механика и статистическая физика»
Тема: Волоконно-оптические линии связи
Студент гр. 9802 |
|
Попов А. П. |
Преподаватель |
|
Мовнин С. М. |
Санкт-Петербург
2021
ЗАДАНИЕ на реферат
Студент Попов А. П. |
||
Группа 9802 |
||
Тема реферата: Волоконно-оптические линии связи |
||
|
||
Предполагаемый объем реферата: Не менее 10 страниц |
||
|
||
Студент |
|
Попов А. П. |
Преподаватель |
|
Мовнин С. М. |
Аннотация
В данном реферате рассмотрены основы статистической физики, вырожденные и невырожденные системы частиц. Распределение Ферми и Максвелла. Все формулы приведены без выводов и доказательств по причине рассмотрения дисциплины со стороны её физического смысла и важных для изучения в учебной программе свойств и характеристик веществ.
ANNOTATION
This essay reviews basics of statistical physics, degenerate and nondegenerate particle systems. Fermi and Maxwell distribution. All formulas are shown without calculations because of simple overviewing of this issues. This essay has it’s goals in presenting physical properties and characteristics of mattery according to study plan.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОСНОВЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ 6
1.1. Вырожденные и невырожденные системы частиц 6
1.2. Примеры систем частиц 7
1.3. Общий подход к распределениям электронов 8
2. Распределения Максвелла и Ферми 9
2.1. Распределение Максвелла 9
2.2. Распределение Ферми 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14
Список использованных источников 15
ВВЕДЕНИЕ.
Волоконно-оптические линии связи – это комплекс электронно-оптических устройств, предназначенных для передачи сигнала в форме оптического излучения (чаще всего ближнего инфракрасного диапазона).
В России официальным названием для волоконно-оптических линий связи является «Волоконно-оптическая система передачи». Это официальный термин, определенный государственным стандартом ГОСТ Р 54417-2011. Компоненты ВОСП принято делить на активные и пассивные, в соответствии с ГОСТ ВОСП может включать в себя до 15 активных и 37 пассивных компонентов. Некоторые из них не совместимы друг с другом и их функциональное назначение может перекрываться, поэтому в данном реферате эти компоненты будут объединены по своему функциональному назначению.
КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
История оптических систем передачи
Оптическая система передачи данных в нетипичном для понимания инженерами способами существовала еще с древних времен. В древнегреческой трагедии «Агамемнон», Эсхил приводит пример такой системы. По системе сигнальных огней на вершинах гор может передаваться сигнал о опасности. Пусть такая система является очень примитивной, но с точки зрения информатики это уже оптическая система передачи информации.
Оптические системы передачи информации, созданные с научным подходом, начали свое существование гораздо позж. В 1790 г. Французский инженер Клод Шапп изобрел семафоры или оптический телеграф.
Рисунок 1. Кодировка оптических сигналов семафора.
Важным для оптических волокон является демонстрация распространения света в струе очищенной воды, представленная Доном Тиндалом в 1870 году.
Рисунок 2. Демонстрация распространения света в струе очищенной воды
Свет, распространяющийся в струе очищенной воды, может огибать любой угол. Аналогичное зигзагообразное распространение света происходит и в оптическом волокне.
В 1882 году, Александр Грэйам Белл, основоположник современной телефонии, запатентовал фотофон, устройство, использующее направленный свет для передачи голоса с помощью селена, помещенного в батарею телефона. Сам Белл считал это изобретение своим величайшим достижением. Действительно, пускай экспериментальная и нерентабельная, но все же передача голоса посредством света была основополагающим в передаче информации с помощью света с точки зрения уже физики, а не информатики.
В начале 20 века были проведены теоретические и экспериментальные исследования диэлектрических волноводов, стержней из диэлектрического материала, в котором могут распространяться электромагнитные волны с малыми потерями. В том числе были проведены эксперименты с гибкими стеклянными стержнями.
В 1927 году инженер Берд предложил использовать непокрытые волокна при передаче изображений в телевидении.
В 1934 году инженер фирмы AT&T запатентовал идею передачи сигналов связи по тонкому стеклянному волокну. Но к тому времени не было доступных прозрачных материалов с достаточно низким ослаблением сигнала, чтобы осуществить уже имеющиеся идеи.
Далее следовали две важнейшие работы по созданию основы ВОЛС. В 1960-х годах было проведено множество работ с лазером:
Чарльз Таунс продемонстрировал работу Гелий-Неонового лазера
Александр Прохоров и Николай Басов сконструировали первый в мире микроволновой квантовый генератор – мазер
Теодор Мэйман создал первый в мире рубиновый лазер
В 1970 г. Дональд Кек, Роберт Маурэр и Петер Шульц изготовили оптические волокна, которые имели потери 20 дБ/км на длине волны 632,8 нм. В том же году И. Хаяши с сотрудниками сообщили о создании лазерного диода, работающего при комнатной температуре.
В 1983 году была утсановлена оптическая связь между Вашингтоном и Бостоном со скоростью передачи 90 Мбит/с.
Если сравнивать историю развития ВОСЛ с передачей данных посредством электричества, то сразу становится видно, что тем временем, когда передача данных посредством электричества на короткие расстояния имела предел порядка 2 Мбит/с, и 100 Мбит/с для локальных сетей в конце 80-х годов. Еще в начале 80-х годов ВОЛС позволяло достичь передачу данных в 90 Мбит/с. Также можно заметить, что ВОЛС были созданы, как только их рентабельность по качеству и скорости соединения достигли нужных значений. ВОЛС не были созданы как попытка обойти ограничения передачи данных посредством электрических сигналов. ВОЛС были созданы, как только появилась возможность их создания с экономической точки зрения.