Все что связано с оптоволокном

Как это работает. Оптоволокно

В современном мире оптоволоконные кабели – одно из самых популярных средств передачи данных. Еще несколько десятилетий назад путешествие терабайтов информации по таким «стеклянным световодам» казалось бы настоящей магией. Современный человек сталкивается с данной технологией ежедневно. Скоростной интернет, цифровое телевидение, мобильная связь – все это стало возможным благодаря оптоволоконному кабелю.

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.

Первые «световоды»: история появления оптической связи

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.

Проводник для света: принцип работы оптоволокна

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.

Читайте также:  Настройка vpn сервера на win 10

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.

Со скоростью света: от метро до космоса

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.

События, связанные с этим

Как это работает. Лазерный гироскоп

Онлайн-доктор: разработки Ростеха для телемедицины

Источник

Оптоволокно: прошлое и настоящее

В 1966 году ученый и выходец из Китая Чарльз Као Куэн представил миру результаты собственного исследования. Основной посыл его разработок заключался в том, что оптическую связь можно организовать с помощью стеклянного волокна. В своей работе Као представил миру уникальные конструктивные особенности волокна и его материалов. Исследования ученого можно по праву считать основой волоконно-оптических телекоммуникаций сегодняшнего дня. Первое же упоминание термина “оптическое волокно” впервые было использовано в 1956 году компанией NS Kapany из США.

Сегодня технологии волоконно-оптической связи настолько прочно проникли в нашу жизнь, что мы уже не видим в них ничего удивительного и воспринимаем их наличие также, как наличие водопровода в многоквартирном доме. Поэтому в этой публикации хотелось бы подробнее поговорить об оптике и рассказать несколько интересных фактов о технологии, на которой основана современная высокоскоростная связь.

Немного истории

За время истории развития волоконной оптики было проведено множество интересных исследований и экспериментов. Остановим свой взгляд лишь на некоторых из них.

Английский физик Джон Тиндалл провел эксперимент с отражением светового луча в струе воды, описание которого он зафиксировал в своей книге.

Читайте также:  Сетевой адаптер network bridge не имеет допустимых параметров настройки ip

«Если угол, под которым падает луч света из воды в воздух (т.е. угол между поверхностью двух сред и перпендикуляром), превышает 48 градусов, то луч не выходит из воды – он полностью отражается от границы вода-воздух… Если наименьший угол падения, при котором наблюдается полное внутреннее отражение, назвать предельным углом, то для воды он будет равным 48°27», для бесцветного стекла (флинтглас) – 38°41″, а для алмаза – 23°42″, — пишет Тиндалл.

Экспериментальная установка Джона Тиндалла

Этот эксперимент при желании может дома поставить любой желающий. Лазерной указкой нужно светить под разными углами в ванной на струю воды из крана. Под определенным углом световой луч будет полностью отражаться в потоке воды.

Аналогичный эксперимент можно произвести и с фонариком. Для этого в прозрачной пластиковой бутылке нужно сделать отверстие сбоку. Пропускаем воду через бутылку и начинаем светить фонарем с противоположной стороны бутылки. Если мы подставив ладонь, то на ней будет отражаться пятно света.

Активные разговоры о волоконных светодиодах начались еще в пятидесятых годах прошлого столетия. Тогда же и начали их делать из разного рода прозрачных материалов. Но прозрачности тех материалов не хватало для хорошей проводимости света.

В те годы Советский Союз даже опережал Запад в сфере волоконной оптики. Первая оптическая линия связи была запущена в СССР в 1977 году в Зеленограде. Канал был создан для соединения Северной промзоны и администрации города. Изготовлена она была на оптическом кабеле разработки особого конструкторского бюро кабельной промышленности (ОКБ КП), входящего в Концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) Государственной корпорации Ростех, специализирующегося на производстве кабелей и кабельных сборок.

В мае 1981 года в СССР вышло Постановление ЦК КПСС и СМ СССР «О разработке и внедрении световодных систем связи и передачи информации». Это событие стало толчком для развития волоконно-оптической связи и увеличению количества разработок в этой сфере.

В начале 60-х сначала в СССР, а затем и на Западе ученые приходят к выводу, что светопоглощение стекла сильно зависит от красящих материалов и продуктов разъедания огнеупоров. Экспериментально было доказано, что светопоглощение идеально чистого стекла настолько мало, что лежит за пределами чувствительности измерительных приборов.
В 1966 году группа ученых во главе Чарльзом Куэн Као приходит к выводу, что наиболее подходящим материалом для волоконно-оптической связи будет кварцевое стекло. Уже тогда Као считал, что с помощью оптики можно будет передавать информацию и вскоре этот вид связи заменит передачи сигнала по медным проводам.

Спустя три года Као получил волокно с коэффициентом затухания на уровне 4 дБ/км. Это результат стал первым экземпляром сверхпрозрачного стекла. Еще год спустя компания Corning Incorporated произвела волокна со ступенчатым профилем показателя преломления и достигла коэффициента затухания 20 дБ/км на длине волны 633 нм. Впервые кварцевое волокно пропустило световой луч на расстояние до 2 километров.

Читайте также:  Lan ip фильтр что это

Согласитесь в схожем темпе сейчас развивается квантовая передача данных. По чуть-чуть, да понемногу. В качестве экспериментов и коммерческого использования на небольших расстояниях.

Где оптоволокно применяется помимо телекома

Сегодня волокно применяется во множестве отраслей помимо телекома. Это рентгеновские аппараты, где оно обеспечивает гальваническую развязку между источником высокого напряжения и низковольтным управляющим оборудованием. Так персонал и пациенты получают изоляцию от высоковольтной части аппаратуры. Волокно применяют в распределительных устройствах электроподстанций в качестве датчика системы защиты.

Обширно оптические волокна используют в разного рода измерительных системах, где невозможно применять традиционные электроприборы. Например, в системах измерения температуры в реактивных двигателях самолета, в аппаратах МРТ (томографические медицинские аппараты для исследования внутренних органов, в том числе головного мозга) и др. Датчики на основе оптических волокон могут измерять частоту вибраций, вращения, смещения, скорость и ускорение, вращающий момент, скручивание и другие параметры.

Сегодня применяются гироскопы на основе оптического волокна, которые работают на основе эффекта Саньяка. У такого гироскопа нет подвижных частей, что делает его весьма надежным. Несмотря на то что в современных системах навигации используется огромное количество различных датчиков, благодаря которым определяется положение объекта, наиболее независимую систему можно создать лишь на основе волоконно-оптических гироскопов.
Оптика широко применяется в охранной сигнализации. Устроена такая охранная система следующим образом: когда злоумышленник проникает на территорию условия прохождения света через световод изменяются, и срабатывает сигнализация.

Пример реализации волоконно-оптического гироскопа

Трехосевой волоконно-оптический инерциальный измерительный модуль серии ASTRIX производства фирмы AIRBUS DEFENCE&SPACE; в датчик по каждому направлению встроен LiNb03 модулятор

Волокно активно используется в декоративных целях, как украшение праздников, в искусстве и рекламе.

Постоянно разрабатываются новые типы оптических волокон. К примеру, фотонно-кристаллических световоды. Распространение света в них основано на несколько иных принципах. Такое волокно можно использовать в качестве жидкостных, химических и газовых датчиков. Кроме того его можно применять для для транспортировки мощного излучения в промышленных или медицинских целях.

Уже не в новинку волоконные лазеры с выходной мощностью непрерывного излучения в несколько десятков киловатт. Оружие на основе 6-волоконных 5.5 кВт лазеров еще в 2014 году испытали в американском флоте. Волоконным лазерами режут металл и бетон. Например, установка для резки металла компании IPG Photonics имеет мощность в 100 кВт.

Полным ходом идет разработка оптоволокна, с помощью которого можно было бы передавать энергию лазерного излучения мощность в несколько киловатт. В теории передача излучения мощность 10 кВт по волокну длиной 250 м при диаметре сердцевины 150 мкм считается возможной.

Фотонно-кристаллическое волокно

Также стоит отметить, что сегодня активно разрабатываются многосердцевинные волокна. Их использование позволит значительно увеличить общую пропускную способность ВОЛС.
Волокну уже за пятьдесят, но технология явно не собирается на пенсию. Инновации в сфере оптоволокна появляются регулярно и телеком здесь далеко не единственная отрасль заинтересованная в развитии технологии.

Источник