Сегодня оптоволоконные кабели являются одним из самых надежных и распространенных средств передачи данных. Они соединяют не только дома, но и целые континенты. Первые в России волоконно-оптические кабели были разработаны специалистами ОКБ кабельной промышленности (ОКБ КП), ныне входящего в концерн КРЭТ Корпорации Ростех.
Как был изобретен высокоскоростной кабель и каковы принципы его работы – в нашем материале.Первые «световоды»
Можно сказать, что история освоения оптики как средства связи начинается в 1794 году, когда французы изобрели оптический телеграф, о котором упоминается даже в романе «Граф Монте-Кристо». Он позволял всего за 15 минут передавать сведения на невероятное по тем временам расстояние – 230 км.
Спустя год известный русский изобретатель Иван Кулибин усовершенствовал этот метод и изобрел семафорный телеграф, который эффективно работал не только днем, но и ночью. Первая линия такого оптического телеграфа в России была сооружена лишь в 1824 году.
Чуть позже открылась линия связи Петербург–Варшава. В то время она была самой протяженной в мире, длина ее составляла 1200 км. Любой, даже простой гражданин, мог воспользоваться ею и послать «оптическую» телеграмму. Это было что-то вроде сегодняшнего Интернета. Конечно, скорость оставляла желать лучшего – передача 45 условных сигналов из Петербурга в Варшаву занимала 22 минуты.
В современном понимании оптика возникла все же в начале 50-х годов прошлого века. Именно к этому моменту научились делать тонкие двухслойные волокна из различных прозрачных материалов, например, из стекла или кварца.
Но все равно световоды того времени были недостаточно прозрачны, и при длине 5-10 м свет в них полностью поглощался.Но уже в 1970 году удалось создать сверхчистое кварцевое волокно, которое пропустило световой луч на расстояние до 2 км. В том же году возможности волоконной оптики расширил лазер. Началось стремительное развитие волоконно-оптической связи: появились новые усовершенствованные волокна, миниатюрные лазеры, фотоприемники, оптические разъемные соединители и прочее.
У нас в стране первая оптическая линия связи была запущена в эксплуатацию в 1977 году в Зеленограде, соединив администрацию города с научным центром и предприятиями Северной промзоны. Изготовлена она была на оптическом кабеле разработки ОКБ кабельной промышленности (ОКБ КП), ныне входящего в КРЭТ.
Первая советская оптическая линия заканчивалась видеотерминалами, и участники разговора даже могли видеть друг друга на экранах. Кстати, СССР в этой сфере ничуть не отставал от западных стран, и даже наоборот, отечественные разработки во многом опережали иностранные. На первой общеевропейской конференции по волоконно-оптической связи в 1976 году лидерами в этой области были названы СССР и Япония.
Оптоволоконная «матрешка»
Устройство оптоволоконного кабеля представляет собой «матрешку», состоящую из центральной жилы, придающей жесткость кабелю, оптического волокна, пластиковых модулей для оптических волокон, пленки с гидрофобным гелем, полиэтиленовой оболочки, защитной оболочки и внешней полиэтиленовой оболочки.
Само оптическое волокно – это прозрачная неполая трубка толщиной 125 микрон, что примерно с волос. Изготовлена она из специального материала, который обычно обладает достаточной прозрачностью, чтобы хорошо пропускать свет (фотоны).
При этом оптическое волокно обладает и особой гибкостью, устойчиво к различным видам деформаций. Его можно изогнуть в кольцо – и свет все равно будет без проблем проходить по нему, не теряя своих физических характеристик. К примеру, одна из последних разработок ОКБ КП – волоконно-оптический кабель управления для подводных работ – выдерживает более 1000 изгибов с радиусом всего 120 мм.
Изготавливают такие волокна из особых материалов, обладающих свойствами стекла, а иногда и из кварцевого стекла. Если требуется передать информацию на более дальние расстояния, применяются другие материалы: халькогенидное стекло, флуоро-алюминат и флуоро-цирконат. Более современные кабели изготавливаются из полимерных материалов, они так и называются – оптические волокна из пластика. Все эти материалы имеют схожий со стеклом показатель преломления.
Принцип работы и преимущества
Именно термин «преломление» – ключевое слово в описании принципа работы любого оптоволокна. Итак, передача данных в оптоволокне производится с помощью света. Как известно, свет распространяется только по прямой линии и не может изменять направление самостоятельно. Чтобы свет распространялся по кругу, его нужно несколько раз отразить.
На этом и основан принцип работы оптоволокна: в нем свет многократно переотражается, преломляется под очень маленькими углами, но при этом полностью остается внутри – благодаря строению оптического волокна. Это напоминает электрический ток, текущий по металлическому проводу, поэтому оптическое волокно часто называют светопроводом или световодом.
Свет же поступает в кабель через лазер, который установлен на одном конце оптического кабеля. В конце кабеля свет принимается приемным устройством и обратно перекодируется в электрический сигнал. Современные оптоволоконные системы могут передавать миллиарды бит в секунду, для чего лазер включается и выключается несколько миллиардов раз каждую секунду. Поэтому, вне сомнений, скорость – одно из главных достоинств оптоволокна.
Среди других преимуществ – это то, что световой сигнал не подвержен действию внешних электромагнитных помех, его невозможно подслушать, перехватить. Волоконные световоды выигрывают и по таким показателям, как масса и габариты, ведь нет нужды в тяжелых металлических оболочках.
К примеру, при переходе на оптическое волокно масса бортовой кабельной сети истребителя снижается на 65% по сравнению с кабельной сетью на основе металлических сплавов. Сегодня на предприятии КРЭТ выпускается малогабаритный волоконно-оптический кабель для истребителя пятого поколения ПАК ФА.
В таких кабелях в принципе невозможно искрение, что дает большие возможности в использования их во взрывоопасных производствах. Например, связь на опасных производствах и атомных станциях уже давно выполняется исключительно с применением оптоволокна. Оно используется и в космической, авиационной и, конечно же, в военной промышленности.
Прогресс не стоит на месте, в настоящее время активно тестируются новые способы передачи сигнала. К примеру, все большую популярность набирают атмосферные оптические линии связи (АОЛС), которые делают возможной передачу данных через атмосферу по лазерному лучу.
Но несмотря на это, оптоволокно продолжает активно использоваться в самых высокотехнологичных областях промышленности и заслуженно признано материалом XXI века.
Свежие комментарии