ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Крупные физические открытия оказывают существенное влияние на развитие самых различных областей техники. Наглядный пример тому — воздействие достижений лазерной физики на идеи, методы и приборы техники связи. Замечено, что со времени изобретения телеграфа полоса частот канала связи каждые 50 лет увеличивается на три Порядка. В области оптической связи уже получен ряд полезных результатов, принципиально недостижимых в радиодиапазоне, однако не вызывает сомнения, что ее возможности далеко не исчерпаны.

Освоение диапазона оптических частот в технике связи открывает качественно новые возможности в скорости, надежности и направленности передачи информации. Для их реализации необходимо осваивать новую элементную базу, что зачастую требует специальных знаний в областях, с которыми техника традиционной связи ранее дела не имела. Это источники и приемники когерентного оптического излучения, диэлектрические многокомпонентные световоды, модулирующие и согласующие устройства и т. д. Для работы в оптической связи требуется не только общетехническая, но и физическая подготовка в области современной оптики и физики твердого тела. Видимо, это неизбежно, поскольку переход в оптический диапазон не только дает новые прикладные эффекты, но и требует качественно нового уровня подготовки специалистов. Однако эта подготовка только начинается. Видимо, необходима такая книга, в которой с единой точки зрения систематически был бы описан и проанализирован имеющийся теоретический и экспериментальный материал. Предлагаемая вниманию читателя книга служит именно этой цели. Отдельным аспектам оптической связи посвящен ряд отечественных книг. Особенностью книги Дж. Гауэра является всесторонний охват связанных с оптической связью вопросов. В ней, наряду с волоконными устройствами, рассматриваются неволноводные системы и элементы этих систем. Книга написана так, что при ее чтении можно не использовать дополнительную литературу. Тем не менее при переводе книги приведенный в ней не очень обширный список литературы дополнен изданными на русском языке работами, в основном, хорошо зарекомендовавшими себя монографиями, в которых затронутые в книге Гауэра вопросы рассмотрены более глубоко. Особенно удачны, с нашей точки зрения, физические разделы. Форма изложения, а также наличие большого количества численных примеров и продуманно подобранных к каждой главе задач для самостоятельных упражнений дает основание рекомендовать ее в качестве хорошего пособия как студентам, так и многочисленной группе специалистов, которым необходимо переквалифицироваться для работы в этой интенсивно развивающейся области.

Доктор физ.-мат. наук профессор А. И. Ларкин

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА СЕРИИ

В связи с появлением настоящей второй книги новой серии по оптоэлектронике, выпускаемой издательством «Prentice-Hall», представляется у местным дать небольшой комментарий редактора. В этой серии акцент будет сделан скорее на учебники, нежели на монографии, рассчитанные, главным образом, на исследователей, уже достаточно хорошо знающих основы своего предмета. Выпуск серии по оптоэлектронике представляется весьма своевременным ввиду быстро растущего интереса к этому предмету. Этот интерес, в основном, обусловлен новыми разработками в различных областях, особенно в электронной технике связи. За последние несколько лет стало общепризнанным, что быстро растущая потребность в высокоскоростных системах связи, обладающих большой информационной пропускной способностью, превысит возможности традиционных методов их построения, использующих полностью электрические сети и системы. Эти потребности, вызванные, в частности, широким использованием линий связи между компьютерами, а также стремлением распределять видеоинформацию между сложными системами, обусловили требования к оптическим методам передачи информации. Такие оптические системы связи только еще выходят из стадии лабораторных разработок, выполненных главным образом в 70-е годы. В Великобритании был принят ряд правительственных программ, направленных на внедрение оптических методов передачи информации в индустрию связи. Это прежде всего программы JOERS и Alvey, которые предусматривают стимулирование исследований и разработок в области оптоэлектроники в промышленности и в исследовательских группах университетов и технических колледжей. Эти инициативы заметно увеличат и так уже ощутимую потребность в обучении персонала оптоэлектронике. Станет также все более целесообразным ознакомление с этой новой областью технически образованных людей.

Первая книга серии по оптоэлектронике издательства Prentice-Hall была написана Джоном Вилсоном и Джоном Хауксом и опубликована весной 1983 г. Это обычный учебник, рассчитанный на студентов последнего года обучения и посвященный рассмотрению трех основных направлений. Одними из них являются оптическая связь (часто называемая световой связью), оптическая обработка сигналов и отображение информации (дисплеи). Настоящая книга — это второй учебник в данной серии, написанный Джоном Гауэром. В ней рассматривается оптическая связь. Начиная с основных понятий, читатель

приобретает знания, соответствующие требованиям экзамена на степень магистра. Оба учебника отличает, по существу, дидактический подход к изложению материала и включение в каждую главу многих полезных примеров. Гауэр помимо всего также заканчивает каждую главу кратким резюме с изложением основных положений, которые были рассмотрены. Я полагаю, что взятые в совокупности эти два учебника дадут возможность студенту получить исчерпывающие знания техники оптической связи. Оба учебника снабжены необходимой библиографией, составленной из оригинальных исследовательских публикаций, для желающих более глубоко изучить некоторые детали физики и техники оптической связи.

Следующие книги этой серии находятся в состоянии подготовки к изданию или планирования и будут посвящены рассмотрению других аспектов оптоэлектроники.

П. Дж. Диин

Редактор серии

Октябрь, 1983

ПРЕДИСЛОВИЕ

Стало общепризнанным, что в течение последних двух десятилетий двадцатого столетия в большинстве развитых стран мира будет создана волоконно-оптическая техника связи. Из этого следует, что в течение этого периода акцент в изучении принципов связи и передачи информации на большие расстояния будет смещаться от изучаемых в настоящее время электрических и радиотехнических систем к рассмотрению на более или менее равной основе оптических, электрических и радиотехнических методов передачи информации.

До настоящего времени вопросы, связанные с оптической связью, рассматривались главным образом в обзорных статьях или написанных обычно несколькими авторами книгах, рассчитанных на специалистов, работающих в этой области. Появились также одна или две книги, написанные на значительно более простом уровне и предназначенные для неспециалистов — пользователей волоконно-оптической техники. Многие из появившихся книг превосходно написаны, однако их главной целью было дать обзор состояния дел в этой новой области техники, а не изучить ее. Предполагается, что настоящая книга является общим введением в предмет, написанным на уровне, соответствующем последнему году обучения студентов по электронной технике, физике и другим смежным областям. Ожидается, что в равной мере она может удовлетворить потребности инженеров и научных работников, которые предполагают заняться исследовательской или практической работой в этой области или которые ею интересуются в общем плане и ищут обстоятельное учебное пособие. В большой степени книга написана на основе курса лекций, читаемого автором в течение нескольких лет в университете в Бристоле для студентов третьего курса, изучающих электротехнику, электронную технику и физику.

Одна из привлекательных черт нового направления в технике связи заключена в том, каким образом оно соединяет интересы специалистов с очень разнообразной и широкой академической подготовкой и устраняет искусственные границы, существующие между различными предметами. Однако это создает одну из самых больших проблем при написании книги подобного рода, обусловленную предполагаемым уровнем знаний читателя по каждому из традиционных предметов-, рассматриваемых в книге. Здесь имеются в виду основы знаний в области теории электромагнетизма и физики твердого тела, а также некоторое знакомство с элементарной теорией аналоговых и цифровых систем связи и электронных схем. Естественно, что уровень подхода

и изложения этих вопросов будет отражать склонности и интересы автора. При этом необходимо, с одной стороны, избегать тривиального (в худшем случае вводящего в заблуждение) рассмотрения вопросов, с которыми читатель хорошо знаком, а с другой — сделать материал доступным неподготовленному читателю. Время покажет, в какой степени удалось преодолеть эти трудности.

Можно отметить, что в отличие от большинства книг, некоторым образом посвященных теории электромагнитных волн, здесь не предпринимается никакой попытки, чтобы вывести, обосновать или объяснить уравнения Максвелла. По-видимому, не было никакого смысла увеличивать и без того огромную литературу, посвященную этому вопросу. С другой стороны, рассмотрение свойств полупроводников сделано на довольно обычном уровне в надежде, что некоторым читателям может быть полезным преимущественно физический подход, основанный на зонной теории.

Помещаемая в конце каждой главы библиография умышленно сокращена по двум причинам. Предполагается, что некоторая часть источников содержит материал, излагаемый в книге, другие содержат материал, выходящий за рамки настоящего учебника по своему уровню. Необходимо подчеркнуть, что этот учебник не имеет целью быть обзором современных исследований в этой области и потому не содержит огромного перечня литературы.

Читателю будет полезно ознакомиться с обзорными тематическими статьями октябрьского номера журнала Proceedings of the IEEE за 1980 г. и июльского номера журнала IEEE Transactions on Communications за 1978 г., посвященными волоконно-оптическим системам связи и состоянию дел в данной области, а также статей Д. Ботеза, Дж. Дж. Херсковица «Компоненты оптических систем связи: обзор» (ТИИЭР. - 1980. - Т. 68, № 6. — С. 57 — 107).

В настоящей книге с большой пользой использованы комментарии и предложения, сделанные авторами указанных обзоров, за что я им очень благодарен. Разумеется, имеющиеся в книге недостатки остаются на совести автора. Автор благодарит многих своих коллег, с которыми он работал или работает в настоящее время, влияние которых, проявившееся прямым или косвенным образом, было полезным. Особой благодарности заслуживают Дж. Рид и Т. Томас за труд и время, потраченные на чтение и критику черновиков рукописи, и в особенности А. Тайлер за перепечатку рукописи, причем некоторых ее частей по нескольку раз!

Дж. Гауэр Бристольский университет Октябрь, 1983 г.