CC BY
5наибольшая часть работы выполняется на сервере, а наименьшая - в программном обеспечении. Во-вторых, необходимо более подробное углубление в синтаксис
MySQL для написания Триггера. И в-третьих, дополнительная сложность отладки триггера.[2]
Рис. 2. Блок схема реализованного метода в программном обеспечении.
Литература
1. Скиена С.С. Алгоритмы. Руководство по разработке / Скиена С.С.— Санкт-Петербург, БХВ-Петербург, 2011 г.- 720 с.
Кузнецов М.В. MySQL 5 / М.В. Кузнецов, И. В. Сим-дянов.— Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2006 г.— 1008 с.
НОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Кузяков Борис Алексеевич
Кандидат физ. - матем. наук, доцент каф. Телекоммуникационных систем, Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электрони (МИРЭА), г. Москва,
Тихонов Роман Валерьевич
Аспирант, Московский государственный университет информационных технологий радиотехники
и электроники, (МИРЭА), г. Москва
АННОТАЦИЯ
В работе рассматриваются новые методы повышения эффективности оптических комбинированных телекоммуникационных систем (КОТС), содержащих несколько сегментов волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и атмосферных открытых линий связи (АОЛС). Эти методы базируются на использовании ряда состояний орбитальных угловых моментов (ОАМ) потока фотонов. Передача разнообразных состояний ОАМ реализуется как в сегментах ВОЛС, так и в АОЛС. Приведены несколько методов генерации и селекции состояний ОАМ. Показано, что применение отражательных дифракционных решеток, имеет определенные преимущества.
ABSTRACT
The paper discusses new methods for increasing the efficiency of the combined optical telecommunication systems (COTS), contains several segments of fiber-optic communication lines (FOCL) and the atmospheric open lines of communication (FSO). These methods are based on the number of States of the orbital angular momentum (OAM) of the photon flux. Transmission of OAM various States are sold in segments of fiber optic and FSO also. A few methods generation and selection of OAM States provides. It is shown that a reflective diffraction gratings using, has certain advantages.
Ключевые слова: фотон; орбитальный угловой момент; атмосфера; волоконный световод; оптическая линия связи; дифракционная решетка; коррекция фазы.
Keywords: photon; orbital angular momentum; atmosphere; optical fibre; optical communication line; diffraction grating; the correction phase.
В наше время для реализации телекоммуникационной связи [7, 8] между разнообразными объектами, в ряде случаев, необходимы комбинированные оптические системы (КОТС). Они могут содержать несколько сегментов волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и атмосферных открытых линий связи (АОЛС). В-последних, передача информации осуществляется в открытом пространстве лазерным лучом в условиях прямой видимости.
Совершенствование системы КОТС непосредственно связано с использованием селективных световодов. В нескольких работах показано, что при определенной конструкции световода он позволяет пропускать выбранные моды ОАМ с высокой эффективностью. В [5, 10] предлагается использовать волокно с инверсным
параболическим градиентным распределением показателя преломления п(г) по радиусу цилиндрического волокна г:
п(г)=п1У[1^Д(г2/а2)], если га (1)
п(г)=п2, если г>а.
Для анализа такого волокна удобно использовать несколько параметров: относительный контраст показателя преломления Д = (п12 - п22) / 2п12, параметр кривизны N = (п1 - na) / (п1 - п2), где п1 - показатель преломления сердцевины волокна (г = 0 - a), п2 - показатель преломления оболочки (г > а), па - показатель преломления точно на границе сердцевины с оболочкой (г= а).
Г к 0.6001
3 -
? 3 1 5 в а ыш
Рисунок 1. Зависимость разности n** от радиуса сердцевины волокна
В наше время, ряд АОЛС, входящих в КОТС, в диапазоне Л = 1,55 мкм, (полный дуплекс) со скоростями 1 Гбит/с, с интерфейсом Gigabit Ethernet выпускаются малыми сериями. При этом, максимальная дальность связи, зависящая от дальности видимости М, при выбранном коэффициенте доступности (иногда превышающем уровень 99,9), для большинства моделей - менее 1,5 км.
Реализация контраста показателя преломления Д в волокне позволяет проводить селекцию мод УОМ с высокой эффективностью. В работе [10] приводятся разнообразные графические зависимости, включая зависимость минимального эффективного показателя сепарации п* от радиуса сердцевины г для группы ОАМ мод LP11, при a = 3 мкм, Л = 1550 нм, п2 = 1,4440. На рис. 1 приведена зависимость разности п** от радиуса сердцевины волокна г: п** = п* (дптах =0,07) - п* (Дптах =0,05).
Зависимость п** имеет ярко выраженный экстремум в диапазоне а = 1,8 -2,2 мкм. Эта величина а может быть использована при оптимизации сегмента ВОЛС. Анализ работ по селективным световодам для ОАМ мод, включая работы [5, 10], показывает, что они перспективны для использования в высокоскоростных КОТС. При этом следует отметить, что их применение наиболее эффективно при относительно небольших длинах (100 - 300 м) сегментов ВОЛС. При значительных длинах сегментов ВОЛС (несколько км) селективное волокно целесо-
образно использовать в качестве дополнительного фильтра ОАМ мод в КОТС. В любом из рассматриваемых вариантов, применение волокна ^^ расширяет возможности выбора и построения новейших КОТС с параметрами близкими к оптимальным.
Р. отн ед . i х 0.1. м 1.0 ~
0.S .
0.6 "
0.4
0.2 ■ О
1 ■ ■ ■ 1 0 200 400 600 800 L. м
Рисунок 2. Динамика профиля Бессель-Гауссового пучка
в турбулентной атмосфере в зависимости от длины трассы: P - мощность пучка, r - средний радиус пучка по уровню 0,5 максимума
Для ряда применений эта величина оказывается недостаточной. При решении задачи повышения дальности и доступности канала нужен всесторонний анализ, оптимизация КОТС и применение дополнительных модификаций [4]. Общая схема АОЛС включает: источник лазерного излучения с модулятором, на который поступает информационный сигнал; модуль передающей антенны; атмосферный канал повышенной дальности; модуль при-
ёмной антенны; модуль фотоприёмного устройства на основе быстродействующего PIN фотодиода или APD с предусилителем и системой обработки сигнала. Доступность АОЛС непосредственно связана с величиной поступающей лазерной мощности на приёмник Pr и отношением сигнал/шум SNp.
При значительной протяженности всей линии связи применяются волоконно-оптические усилители (ВОУ). В настоящее время ВОУ интенсивно совершенствуются, наряду с волоконными лазерами, имеющими очень широкий спектр применений, включая системы телекоммуникаций. Необходимая мощность выходного излучения ВОУ достигается путем соответствующего выбора материала активного световода и параметров источника накачки.
Источники, инжектируемого в волокно излучения, имеют конечную полосу частот. Так светоизлучающие диоды излучают свет с шириной полосы 35 нм, а лазеры - 23 нм (лазеры имеют, кроме того, более узкую диаграмму направленности).
Известно, что на доступность АОЛС влияют параметры атмосферы. В наше время получены статистические данные атмосферных условий практически всех регионов планеты. Одним из методов ослабления влияния турбулентности атмосферы состоит в использовании Бессель-Гауссовых пучков. На рис. 2 приведены изменения профиля Бессель-Гауссового пучка в турбулентной атмосфере в зависимости от длины трассы [5, 12].
Из рис. 2 видно, что при прохождении Бессель-Гауссового пучка в турбулентной атмосфере на расстоянии до L = 400 м общий качественный вид пучка практически сохраняется. После прохождения такого пучка на расстоянии до L = 700 м, общий качественный вид пучка немного изменяется. При этом ширина пучка увеличивается и в центре пучка интенсивность становится отличной от нулевой. В частности, в сравнении с пучком, прошедшим расстояние 400 м, полная ширина пучка (по уровню 0,5 максимума) возрастает на 16%, а интенсивность пучка в центре при Х=0 возрастает менее, чем на 20%. Этот краткий анализ подтверждает перспективы использования Бессель- Гауссового пучка в турбулентной атмосфере.
Вопросы воздействия атмосферной турбулентности на распространение лазерных пучков рассмотрены в ряде работ. В частности, в недавно опубликованной работе [12], экспериментально показано, что в анизотропном пограничном слое, вблизи земной поверхности, турбулентность является локально слабоанизотропной, и теория подобия Монина-Обухова выполняется локально. При известных характерных масштабах изменения температуры и скорости, средних для региона наблюдений, анизотропный пограничный слой можно заменить на изотропный, для которого уже разработаны оптические модели турбулентности.
На основе результатов численного моделирования с использованием параболического уравнения [4, 12] были рассчитаны дисперсия флуктуации интенсивности на оси сфокусированного гауссового пучка и его эффективный размер в турбулентной атмосфере в зависимости от безразмерного параметра
Ds(2a)=1,1Cn2k2L(2a)5/3, (2)
где: L - длина трассы; a - начальный радиус пучка; k = 2л/Л - волновое число;
Cn2 - структурная характеристика показателя преломления турбулентной атмосферы.
Параметр Ds(2a) определяет структурную функцию фазы сферической волны в турбулентной атмосфере, вычисленную на размере начальной апертуры и им удобно характеризовать турбулентные условия распространения лазерных пучков. Выражение (2) показывает, что параметр Ds(2a) линейно зависит от L и почти квадратично - от а.
Выполненное сопоставление данных моделирования распространения лазерных пучков на основе параболического уравнения для комплексной амплитуды поля волны с имеющимися теоретическими и экспериментальными результатами показывает [2], что для количественной оценки во многих случаях требуется моделировать случайные фазовые экраны в более низкочастотной области спектра, чем это позволяет делать шаг дискретизации расчетной сетки.
Кроме того, анализ показывает необходимость введения в КОТС дополнительных устройств и/или методов компенсации воздействия турбулентности в данном регионе. Например, на базе использования модуляции излучения по состоянию углового момента (OAM) фотонов [6, 11]. Он определяется специфичной формой волнового фронта, закрученного вдоль оси распространения. У закрутки электромагнитной волны может отличаться не только направление (против или по часовой стрелке), но и степень перекрученности (соотношение между шагом спирали и длиной волны). Такая волна несет момент импульса, и если какое-то тело ее поглотит, то момент импульса передастся ему, и оно начнет вращаться. Регулируя этот параметр, в пространстве состояний OAM можно создавать, теоретически,
большое число каналов, работающих на одной и той же частоте.
Кроме того, ОАМ фотонов успешно используются в методе коррекции фазы (МКФ) передаваемого сигнала. В передающем модуле МКФ с ОАМ создается поток фотонов с определенной модой углового орбитального момента, в приемном модуле выбираются фотоны с соответствующей модой ОАМ, что позволяет реализовать корректировку системы телекоммуникации [6]. В этой оптической схеме, как в модуле передатчика, так и в модуле приемника, применяются отражательные голограммы. На рис. 3 (маркированные столбцы - экспериментальные данные, белый - расчетные) представлен вариант зависимости интенсивности пучка от распределения мод УОМ (параметр L), можно различить 5 отдельных мод ОАМ. Видно, что при относительно больших значениях 0 = 1,1 (0 - нормированный угловой сектор полной расходимости лазерного пучка) значимый контраст реализуется для нескольких отдельных мод УОМ: -1, 0; 0, 1; и 2, 3, а для мод L = 0, L = 2, контраст практически отсутствует. Однако, при 0 = 0,4 контраст между первыми ближайшими модами УОМ превышает 0,9, а при 0 = 0,8, этот контраст оказывается порядка 0,3. Т. е., в МКФ с ОАМ значимый контраст реализуется не при всех значениях 0 и он имеет большие значения при относительно небольших значениях параметра 0.
Наибольшая эффективность реализуется при относительно небольших значе-ниях параметра 0 (0,4 - 0,8). Следует заметить, что в этом методе могут быть созданы и выделены состояния УОМ с большим разнообразием.
Наряду с этим, в работе [9] предложено использовать субволновые решетки на основе диэлектрических структур в виде массива нано - волосков. Они позволяют успешно генерировать ОАМ состояния на длине волны Л0 = 1.55 мкм с высокой эффективностью дифракции. На рис. 4 (а) показан выходной вихревой луч топологического заряда т = + 1, сгенерированный в массиве нано - волосков.
На вход массива, перпендикулярно его подложке, поступает Гауссов пучок с обычным пространственным распределением интенсивности. На этом же рис. 4, показаны профили интенсивности в дальней зоне и фазы вихревого пучка. Вектор Пойнтинга, генерируемого пучка, обертывается вокруг оси распространения, создавая спиральную волну с нулем интенсивности в центре.
Рисунок 3. Пример распределения потока фотонов с модами ОАМ
Для изготовления вихревых элементов, использовались способы конформного осаждения оксидов металлов и травления для достижения высокой плотности решеток в кварце. Фаза передаваемого луча, проходящего
через нано-структуру волосков, зависит от их ширины и пространственной плотности.
Рисунок 4. а) Вихревой луч топологического заряда т = + 1; (б) "бублик" - образный профиль интенсивности, (с) фазовый профиль луча, сгенерированного в нано-волосковой структуре
Причем фаза модулируется в двух разных областях этой структуры (выше и ниже подложки), обеспечивая тем самым дополнительную степень свободы в реализации. Кроме того, использовалось градуирование показателя преломления в пределах каждого нано-волоска субмикронных размеров, что способствует ослаблению требований на геометрические соотношения элементов устройства и одновременно обеспечивает высокую эффективность передачи.
Анализ приведенных информационных источников, показывает, что в рассмотренных методах могут быть реализованы разнообразные состояния ОАМ для супе-ремких оптических комбинированных линий телекоммуникаций. Кроме того, эти методы полезны для коррекции оптических систем телекоммуникации в условиях турбулентности атмосферы [11]. Можно отметить, что относительная эффективность телекоммуникационного канала, содержащего сегменты ВОЛС и АОЛС, связанная с дисперсией флуктуации интенсивности на оси лазерного пучка в
турбулентной атмосфере, возрастает при использовании состояний ОАМ потока фотонов. Это заключение подтверждается так же проведенными недавно экспериментами [3] по передаче информации по АОЛС в г. Вена.
Представленные материалы показывают, что разнообразные состояния ОАМ могут передаваться не только по сегментам АОЛС, но и по сегментам ВОЛС. Таким образом, на основе использования состояний ОАМ повышается эффективность всей системы КОТС.
Список литературы
1. Bozinovic N., Yue Y., Ren Y., Tur M., Kristensen P. et al. Terabit-Scale orbital angular momentum mode division multiplexing in fibers. // Science. - 2013. - No. 340(6140). - p. 1545 -1548.
2. Gibson G., Courtial J., Padgett M. et al. Free-space information transfer using light beams carring orbital angular momentum // Optics Express. - 2004. - v. 12. -Is. 22. - p. 5448 - 5456.
3. Krenn M., Fickler R., Fink M., Handsteiner J., Malik M., Scheidl T., Ursin R. A.Z., arXiv:1402.2602; Ученые впервые осуществили передачу информации на большое расстояние при помощи «закрученного» света. //Лазер - Информ. - 2014. - № 22 (541). - с. 12.
4. Кузяков Б.А., Кириллова Ю.А. Оценки дисперсии флуктуации интенсивности лазерных пучков в турбулентной атмосфере. // Труды II-й Всероссийской конференции по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ. - 2013. - с. 211 - 212.
5. Кузяков Б.А., Мораренко В.В., Шмелев В.А. Современные методы реализации и селекции орбитальных угловых моментов фотонов в оптических комбинированных линиях связи // Труды IV-й Международной конференции по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ. - 201. - с. 24 - 25.
6. Кузяков Б.А., Тихонов Р.В. К проблеме повышения доступности оптической телекоммуникационной системы с атмосферными сегментами // Труды III-й Всероссийской конференции по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ. - 2014.- с. 23 -24.
7. Павлов Н.М. Коэффициент готовности атмосферного канала АОЛП и методы его определения // Фотон-Экспресс. - 2006. - №6. - с. 78-90.
8. Sanchez D.J., Oesch D.W. Localization of angular momentum in optical waves propagating through turbulence // Optics Express. - 2011. - v. 19. - Is. 25.-p. 25388 - 25396.
9. Srimathi I.R., Li Y., Delaney W.F., Johnson E.G. Subwavelength grating based metal-oxide nano-hair structures for optical vortex generation. // Opt. Express. - 2015. - v. 23. - N.15. - p. 19056 - 19065.
10. Ung B., Vaity P., Wang L., Messaddeg Y., Rusch L.A., LaRochelle S. Few-mode fiber with inverse-parabolic graded-index profile for transmission of OAM-carrying modes. // Optics Express. - 2013.- v. 22.- No. 15.- p. 18044-18055.
11. Zhao S.M., Leach J., Gong L.Y. et al. Aberration corrections for free-space optical communications in atmosphere turbulence using orbital angular momentum states // Optics Express. - 2012. - v. 20. -Is.1. - p. 452 - 461.
12. Zhu K., Li S., Tang Y., Yu Y., Tang H. Study on the propagation parameters of Bessel-Gaussian beams carring optical vortices through atmospheric turbulence. // J. Opt. Soc. Am. A. - 2012. - Vol. 29. - Is. - p. 251 - 257.
РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ ОТБЕЛКИ ВОЛОКНИСТЫХ
ПОЛУФАБРИКАТОВ ДЛЯ БУМАГИ И КАРТОНА
Молодцова Мария Александровна
аспирант, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, г. Архангельск;
Севастьянова Юлия Вениаминовна кандидат технических наук, доцент, Северный (Арктический) федеральный университет имени
М.В. Ломоносова, г. Архангельск
THE DEVELOPMENT OF SCIENTIFIC KNOWLEDGE IN THE FIELD OF PULP BLEACHING FOR PAPER AND CARDBOARD Molodtsova Maria Alexandrovna, graduate student, Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov, Arkhangelsk;
Sevastyanov Yulia Veniaminovna, candidate of technical Sciences, associate Professor, Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov, Arkhangelsk АННОТАЦИЯ
В данной статье изложено краткое описание совершенствования техники отбелки, связанной с социальной и политической историей человечества. В статье прослеживается путь развития техники отбелки волокнистых полуфабрикатов от ее зарождения до наших дней. ABSTRACT
This article provided a brief description of the bleaching technique improvement associated with social and political history of mankind. The article traces the path of development of technology of pulp bleaching from its beginnings to the present day.
Ключевые слова: отбелка; целлюлоза; хлор Keywords: bleaching; pulp; chlorine
Отбелка технической целлюлозы является процессом химической очистки от сопутствующих, окрашивающих и инструктирующих веществ. В процессе отбелки технической целлюлозы происходит модификация целлюлозных волокон, изменение их оптических свойств, снижение абсорбционной способности сопутствующих цел-
люлозе компонентов, удаление частиц сора, которые могут вызвать затруднения при дальнейшей переработке целлюлозы [1].
1. Отбелка и крашение
Обозначение отбела или отбеливания в названиях старых улиц указывает на то, что здесь когда-то отбеливали на солнце шерсть, лен, хлопчатобумажную пряжу. В
