Как это работает. Оптоволокно

Оптическое волокно продолжает активно использоваться в самых высокотехнологичных областях. К примеру, недавно специалисты холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех представили инновационное кварцевое оптоволокно, на основе которого можно создавать системы связи нового поколения для промышленности и транспорта. Про новинку «Швабе», а также об устройстве и принципе действия оптоволоконного кабеля – в нашем материале.

 

Использовать свет для передачи информации научились достаточно давно. Можно вспомнить оптический телеграф, который появился во Франции еще в XVIII веке. Тогда он был способен удивить своей невероятной скоростью – передать информацию на 200 км всего за пятнадцать минут. Кстати, известный русский изобретатель Иван Кулибин доработал данную технологию и буквально через год представил свою «дальнеизвещающую машину».

В 1824 году в России начала свою работу первая линия оптического телеграфа, а немного позже открылась линия связи Петербург-Варшава длиной 1200 км, по тем временам это мировой рекорд по протяженности. Отправку «оптической» телеграммы можно сравнить с современным Интернетом, за исключением скорости – около 20 минут занимала передача 45 условных сигналов из Петербурга в Варшаву.

Оптическая связь в современном понимании возникла в 1950-х годах, когда научились изготавливать тонкие двухслойные волокна из специальных прозрачных материалов. Изобретение лазеров в 1970-х сделало возможным построение волоконно-оптических линий передач. У нас в стране первая оптическая линия связи была запущена в 1977 году в Зеленограде. Кстати, советские технологии в этой области не отставали от лучших мировых аналогов. На первой европейской конференции по волоконно-оптической связи в 1976 году лидерами в отрасли были признаны СССР и Япония.

 

Итак, свет можно использовать для передачи информации, и люди поняли это столетия назад. Вначале примитивный способ работал только на расстоянии прямой видимости, а потом оптоволокно позволило передать свет на много тысяч километров, и далеко не по прямой траектории. Но как это возможно? Ключевое слово в объяснении данного явления – преломление. Это и есть основа принципа действия оптоволокна – в нем свет многократно преломляется, оставаясь внутри. По аналогии с электричеством, текущем по металлическому проводу, оптическое волокно иногда называют «светопроводом».

Источником света в кабеле становится лазер. На другом конце кабеля свет ожидает приемное устройство, которое его обратно перекодирует в электрический сигнал. Происходит это очень быстро – лазер включается и выключается несколько миллиардов раз в секунду, передавая миллиарды бит данных. Для сравнения, самый популярный для компьютерных сетей восьмижильный кабель из четырех скрученных пар пропускает до 1000 мегабит в секунду, а оптоволоконный кабель по одной жиле – в три раза больше. Бесспорно, скорость – одно из главных преимуществ оптоволокна. И неудивительно, ведь свет – самое быстрое, что известно во Вселенной.

Само оптическое волокно представляет собой неполую прозрачную трубку, изготовленную из особого материала, обладающего свойствами стекла. Для этой цели ученые стали использовать кварцевое стекло. Несмотря на кажущуюся хрупкость стекла, оптическое волокно обладает особой гибкостью. Его можно даже скрутить в кольцо – на характеристиках кабеля это никак не отразится, и свет без проблем продолжит «бежать» по нему.

 

Недавно было представлено новое отечественное кварцевое оптоволокно с улучшенными характеристиками. Новинка – результат кооперации экспертов «Сколкова», холдинга «Швабе» и Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики.

Этот продукт обладает всеми достоинствами традиционного оптоволокна. Помимо малого веса, удобства монтажа и скорости, это еще и невосприимчивость к электромагнитным помехам – световой сигнал невозможно перехватить. У новинки «Швабе» есть и явное преимущество перед существующими аналогами – увеличенный до 100 мкм диаметр сердцевины, вместо типовых 50 мкм и 62,5 мкм, и специальный градиентный профиль показателя преломления. Это повышает надежность сети передачи данных без потери пропускной способности.

Инновационное оптоволокно в первую очередь рассчитано на кабельные системы, работающие в агрессивных условиях окружающей среды. Например, разработка будет применяться в составе бортовых кабельных систем – от поезда метро до самолетов, и даже космических кораблей.