У 1966 році вчений і виходець з Китаю Чарльз Као Куен представив світу результати власного дослідження. Основний посил його розробок полягав в тому, що оптичну зв'язок можна організувати за допомогою скляного волокна. У своїй роботі Као представив світу унікальні конструктивні особливості волокна і його матеріалів. Дослідження вченого можна по праву вважати основою волоконно-оптичних телекомунікацій сьогоднішнього дня. Перше ж згадка терміну "оптичне волокно" вперше було використано в 1956 році компанією NS Kapany з США.
Трохи історії
За час історії розвитку волоконної оптики було проведено безліч цікавих досліджень і експериментів. Зупинимо свій погляд лише на деяких з них.
Англійський фізик Джон Тиндалл провів експеримент з відображенням світлового променя в струмені води, опис якого він зафіксував у своїй книзі.
«Якщо кут, під яким падає промінь світла з води в повітря (тобто кут між поверхнею двох середовищ і перпендикуляром), перевищує 48 градусів, то промінь не виходить з води - він повністю відбивається від межі вода-повітря ... Якщо найменший кут падіння, при якому спостерігається повне внутрішнє віддзеркалення, назвати граничним кутом, то для води він буде рівним 48 ° 27 », для безбарвного скла (флінтглас) - 38 ° 41", а для алмазу - 23 ° 42 ", - пише Тиндалл.
Експериментальна установка Джона Тіндалла
Цей експеримент при бажанні може будинку поставити будь-який бажаючий. Лазерною указкою потрібно світити під різними кутами у ванній на струмінь води з крана. Під певним кутом світловий промінь буде повністю відображатися в потоці води.
Аналогічний експеримент можна провести і з ліхтариком. Для цього в прозорій пластиковій пляшці потрібно зробити отвір збоку. Пропускаємо воду через пляшку і починаємо світити ліхтарем з протилежного боку пляшки. Якщо ми підставивши долоню, то на ній буде відображатися пляма світла.
Активні розмови про волоконних світлодіодах почалися ще в п'ятдесятих роках минулого століття. Тоді ж і почали їх робити з різного роду прозорих матеріалів. Але прозорості тих матеріалів не вистачало для гарної провідності світла.
У травні 1981 року в СРСР вийшла Постанова ЦК КПРС і СМ СРСР «Про розроблення та впровадження световодних систем зв'язку і передачі інформації». Ця подія стала поштовхом для розвитку волоконно-оптичного зв'язку і збільшення кількості розробок в цій сфері.
На початку 60-х спочатку в СРСР, а потім і на Заході вчені приходять до висновку, що светопоглощение скла сильно залежить від фарбувальних матеріалів і продуктів роз'їдання вогнетривів. Експериментально було доведено, що светопоглощение ідеально чистого скла настільки мало, що лежить за межами чутливості вимірювальних приладів.
У 1966 році група вчених на чолі Чарльзом Куен Као приходить до висновку, що найбільш відповідним матеріалом для волоконно-оптичного зв'язку буде кварцове скло. Уже тоді Као вважав, що за допомогою оптики можна буде передавати інформацію та незабаром цей вид зв'язку замінить передачі сигналу по мідних проводах.
Через три роки Као отримав волокно з коефіцієнтом загасання на рівні 4 дБ / км. Це результат став першим екземпляром надпрозоре скла. Ще рік тому компанія Corning Incorporated справила волокна із ступінчастим профілем показника заломлення і досягла коефіцієнта загасання 20 дБ / км на довжині хвилі 633 нм. Вперше кварцове волокно пропустило світловий промінь на відстань до 2 кілометрів.
Погодьтеся в схожому темпі зараз розвивається квантова передача даних. По чуть-чуть, та потроху. Як експериментів і комерційного використання на невеликих відстанях.
Де оптоволокно застосовується крім телекому
Сьогодні волокно застосовується в безлічі галузей крім телекому. Це рентгенівські апарати, де воно забезпечує гальванічну розв'язку між джерелом високої напруги і низьковольтних керуючим обладнанням. Так персонал і пацієнти отримують ізоляцію від високовольтної частини апаратури. Волокно застосовують в розподільних пристроях електропідстанцій в якості датчика системи захисту.
Широко оптичні волокна використовують в різного роду вимірювальних системах, де неможливо застосовувати традиційні електроприлади. Наприклад, в системах виміру температури в реактивних двигунах літака, в апаратах МРТ (томографічні медичні апарати для дослідження внутрішніх органів, в тому числі головного мозку) та ін. Датчики на основі оптичних волокон можуть вимірювати частоту вібрацій, обертання, зміщення, швидкість і прискорення, крутний момент, скручування і інші параметри.
Сьогодні застосовуються гіроскопи на основі оптичного волокна, які працюють на основі ефекту Саньяка. У такого гіроскопа немає рухомих частин, що робить його дуже надійним. Незважаючи на те що в сучасних системах навігації використовується величезна кількість різних датчиків, завдяки яким визначається становище об'єкта, найбільш незалежну систему можна створити лише на основі волоконно-оптичних гіроскопів.
Оптика широко застосовується в охоронної сигналізації. Влаштована така охоронна система в такий спосіб: коли зловмисник проникає на територію умови проходження світла через світловод змінюються, і спрацьовує сигналізація.
Приклад реалізації волоконно-оптичного гіроскопа
Трехосевой волоконно-оптичний інерційних вимірювальний модуль серії ASTRIX виробництва фірми AIRBUS DEFENCE&SPACE; в датчик по кожному напрямку вбудований LiNb03 модулятор
Постійно розробляються нові типи оптичних волокон. Наприклад, фотонно-кристалічних світлопроводи. Поширення світла в них засноване на дещо інших принципах. Таке волокно можна використовувати в якості рідинних, хімічних і газових датчиків. Крім того його можна застосовувати для для транспортування потужного випромінювання в промислових або медичних цілях.
Повним ходом йде розробка оптоволокна, за допомогою якого можна було б передавати енергію лазерного випромінювання потужність в кілька кіловат. В теорії передача випромінювання потужність 10 кВт по волокну довжиною 250 м при діаметрі серцевини 150 мкм вважається можливою.
Фотонів-кристалічна волокно
Також варто відзначити, що сьогодні активно розробляються многосердцевінние волокна. Їх використання дозволить значно збільшити загальну пропускну здатність ВОЛЗ.
Волокну вже за п'ятдесят, але технологія явно не збирається на пенсію. Інновації в сфері оптоволокна з'являються регулярно і телеком тут далеко не єдина галузь зацікавлена в розвитку технології.