Krótka historia światłowodów
Włókno optyczne w komunikacji
Za pioniera wykorzystania włókien optycznych do komunikacji uważany jest niemiecki fizyk żydowskiego pochodzenia Heinrich Lamm. W 1930 roku podczas studiów medycznych wykorzystał on wiązkę włókien optycznych do przesłania na odległość obrazu. Był nim obraz żarnika tradycyjnej żarówki. Celem Lamma było opracowanie systemu, który pozwoliłby mu przekazywać obrazy z wnętrza organizmu za pomocą wsuwanych doń włókien. Z czasem Lamm musiał uciekać do Ameryki i zrezygnował z marzeń o karierze medycznej, a jego wniosek patentowy został odrzucony ze względu na istniejący od lat 20. patent Clarence’a Hansella na wykorzystanie wiązek włókien do transmisji faksymili.
Technologia przekazywania danych za pomocą światła powoli się rozwijała, aż w końcu w latach 50. XX wieku profesor Harold Hopkins stworzył „fibroskop”, czyli endoskop zbudowany z elastycznych włókien szklanych zdolny do przekazywania spójnego obrazu. Dalszy rozwój tej technologii zaowocował opracowaniem coraz doskonalszych włókien przekazujących obraz coraz lepszej jakości. Do opracowania systemu telekomunikacji wykorzystującego szklane włókna i światło brakowało jeszcze dobrego źródła tego ostatniego. Jednak mniej więcej w tym samym czasie, w 1954 roku powstaje maser, a w 1958 debiutuje laser. Już dwa lata później stworzono i przetestowano pierwszy helowo-neonowy laser zdolny do ciągłej pracy.
Długo oczekiwany przełom
Minął zaledwie rok, a Elias Snitzer teoretycznie opisał optyczne włókna jednomodowe zdolne do przenoszenia światła lasera. Mogły się one sprawdzić w zastosowaniach medycznych, jednak nie w telekomunikacji. Tłumienie tych włókien wynosiło aż 1000 dB na kilometr, więc nie można było ich wykorzystać do przesyłania danych na większe odległości.
Rozwiązanie problemu przyszło wraz z uznawaną obecnie za przełomową pracą Charlesa Kao i George’a Hockhama z brytyjskich Standard Communications Laboratories. W 1964 roku wykazali oni teoretycznie, że za tłumienie odpowiada zanieczyszczenie szkła jonami wodorotlenków oraz jonami żelaza, miedzi i kobaltu. To Kao i Hockham jako pierwsi stwierdzili, że nie istnieją przeszkody fizyczne, które uniemożliwiałyby stworzenie światłowodu o tłumienności mniejszej niż 20 dB na kilometr. To oni opracowali teorię dotyczącą utraty światła w włóknach optycznych i wskazali na szkło krzemionkowe jako odpowiedni materiał do budowy światłowodów nadających się w zastosowaniach telekomunikacyjnych. W 2009 roku Kao otrzymał za swoją pracę Nagrodę Nobla z fizyki.
Wskazaną przez Kao i Hockmana granicę tłumienności poniżej 20 dB/km osiągnięto w 1970 roku. Autorami sukcesu byli inżynierowie Maurer, Keck, Schultz i Zimar pracujący w firmie Corning Glass. Domieszkowali oni szkło krzemionkowe tytanem, dzięki czemu uzyskali tłumienność rzędu 17 dB/km. W tym samym roku naukowcy z Bell Laboratories oraz Instytutu Fizyki im. Ioffego w Leningradzie pokazali pierwszą półprzewodnikową diodę laserową zdolną do pracy w temperaturze pokojowej. Kilka lat później zespół z Corning wzbogacił szkło dwutlenkiem germanu uzyskując ośrodek o tłumienności 4 dB/km. Dysponowano wszystkim, co było trzeba, by stworzyć dobrej jakości światłowód i przesłać nim dane na znaczną odległość. Tym bardziej że w 1973 roku w Bell Laboratories powstała zmodyfikowana technologia osadzania z fazy gazowej, która umożliwiała masową produkcję światłowodów.
Najpierw byli mundurowi
Pierwszy światłowód telekomunikacyjny do użytku codziennego miała do swojej dyspozycji policja w brytyjskim Dorset. Mundurowi mogli używać go już w 1975 roku. W 1977 roku ze światłowodu mogli korzystać mieszkańcy Long Beach w Kalifornii. Koniec lat 70. i lata 80. ubiegłego wieku to czas intensywnych inwestycji w sieci światłowodowe. Firmy telekomunikacyjne coraz częściej zastępowały kable miedziane światłowodami. Rewolucja była możliwa dzięki opracowaniu odpowiednich technik produkcyjnych pozwalających na masowe tanie wytwarzanie kabli.
W 1981 roku firma General Electric stworzyła sztaby szkła krzemionkowego, z których można było wyciągać włókna o długości 40 kilometrów. Początkowo światłowody o wysokiej jakości można było produkować z prędkością 2 metrów na sekundę. Sytuacja uległa zmianie w 1983 roku, kiedy to pracujący dla Corninga inżynier Thomas Mensah opracował technologię pozwalającą na wyprodukowanie w ciągu sekundy do 50 metrów światłowodu. Tym samym nowe kable stały się tańsze od kabli miedzianych. Jako, że były lżejsze, bardziej wytrzymałe i pozwalały na szybszą transmisję danych przesądziło to o przyszłości telekomunikacji.
Z czasem pojawiły się kolejne udoskonalenia. David Payne z University of Southampton i Emmanuel Desurvire z Bell Laboratories stworzyli w 1985 roku wzmacniacz światłowodowy, który wyeliminował konieczność stosowania kosztownych wzmacniaczy elektryczno-optycznych. Dzięki nowej zoptymalizowanej technologii położono w 1988 roku pierwszy transatlantycki światłowód telekomunikacyjny. W 1991 roku Payne i Desurvire zaprezentowali optyczne wzmacniacze wbudowane w sam światłowód. Całkowicie optyczny system mógł przenosić 100-krotnie więcej informacji niż system optyczno-elektroniczny. Już pięć lat później przez Pacyfik przeciągnięto pierwszy w pełni optyczny kabel telekomunikacyjny TPC-5, a w 1997 roku Fiber Optic Link Around the Globe (FLAG) stał się najdłuższym kablem telekomunikacyjnym na świecie.
W ciągu zaledwie 220 lat komunikacja optyczna przeszła daleką drogę. Od wież semaforowych braci Chappe, poprzez fotofon Bella i światłowodów wykorzystywanych przez firmy telekomunikacyjne czy instytucje rządowe, po stopniowo pojawiające się w naszych mieszkaniach łącza światłowodowe z ich olbrzymią przepustowością.
Komentarze (0)