Краткий обзор по истории развития оптической связи
Реферат
Краткий
обзор по истории развития оптической связи
Волоконно-оптический кабель (ВОК) — один из
основных элементов волоконно-оптической системы передачи, причем наиболее
материалоемкий и дорогостоящий. Чтобы разработать и изготовить кабель,
необходимо решить целый комплекс проблем электротехники, физики,
материаловедения и технологии, изучить совместимость материалов элементов кабеля,
испытать кабель на надежность и, наконец, организовать его производство.
Немаловажными являются правильная прокладка или подвеска и организация
технической эксплуатации этих кабелей.
В существующей литературе по электросвязи эти
вопросы рассматриваются, как правило, весьма кратко и утилитарно. В данной
книге авторы попытались в известной мере ликвидировать этот пробел. В ней
излагаются теоретические основы функционирования ВОК, рассматриваются
конструкции оптических волокон (ОВ) и ВОК, материалы, характеристики и
параметры. Отдельные разделы посвящены конструированию, технологии изготовления
и испытанию ВОК. Особое внимание уделяется основам технической эксплуатации
волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).
Книга рассчитана на широкий круг читателей, но
все же, в первую очередь, она задумана как пособие для инженерно-технических
работников, занимающихся конструированием и производством ВОК, строительством и
эксплуатацией ВОЛС. Книга может быть использована как учебник для студентов и
аспирантов, изучающих основы кабельного производства и эксплуатации ВОЛС.
Использование света для передачи информации имеет
давнюю историю. Световыми сигналами пользовались еще тогда, когда и не
существовало понятия «электрическая связь». В тот период в качестве источников
оптического излучения использовали Солнце или костры. Лучи света,
моделированные дымом, лопастями семафора или иными приспособлениями,
передавались в пределах прямой видимости. Первые примеры использования такой
связи относятся ко времени гибели Трои (1269 г. до н.э.). Но и сегодня
военно-морской флот использует флажки, светофоры для передачи информации. Более
чем 200-летний этап проходил в постепенном усовершенствовании световых линий
передачи сигналов на большие расстояния. Так, во Франции около 1794 г. Клод Шапп
построил от Парижа до Лилля систему оптического телеграфа из цепи семафорных
башен с подвижными сигнальными рейками. Информацию можно было передать по ней
на расстояние 230 км в течение 15 мин.
В России в 1795 г. И.П. Кулибин разработал свой
семафорный телеграф, использовавший более чем в 40 раз меньшее число знаков.
Телеграф Кулибина работал и ночью. В США оптический телеграф соединял Бостон с
островом Марта Вайнярд, расположенным недалеко от этого города. Все эти системы
устарели лишь с изобретением электрического телеграфа.
Американец Александр Грэхем Белл в 1880 г.
изобрел фотофон, в котором речевые сигналы могли передаваться с помощью света.
Однако эта идея не нашла практического применения, поскольку погодные условия и
видимость слишком отрицательно влияли на качество передачи. Английский физик
Джон Тиндаль предложил решение этой проблемы в 1870 г., незадолго до
изобретения Белла. Он продемонстрировал, что свет может передаваться в потоке
воды. В его эксперименте использовался принцип полного внутреннего отражения,
который также применяется в современных волоконных световодах. После
экспериментов Белла в области модуляции света и Тиндаля в области управляемой
передачи света американец Норманн Р. Френч лишь в 1934 г. получил патент на
оптическую телефонную систему, в которой речевые сигналы могут передаваться
через сеть оптических кабелей, изготавливаемых из стержней чистого стекла или
аналогичного материала с низким коэффициентом затухания на рабочей длине волны.
Современная эра оптической связи началась с
изобретением в 1958 г. лазера и последовавшем вскоре, в 1961 г., созданием
первых лазеров. По сравнению с оптическим излучением обычных источников
лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью и когерентностью и имеет
очень большую интенсивность. Возможность изготовления лазеров из
полупроводниковых материалов получила признание в 1962 г. В это же время были
разработаны элементы приемника в виде полупроводниковых фотодиодов. Тогда
оставалась нерешенной еще одна проблема — разработка подходящей передающей
среды.
В начале ХХ века были проведены теоретические и
экспериментальные исследования диэлектрических волноводов, в том числе гибких
стеклянных стержней. Вначале рассматривались попытки направления света по
полому световоду с помощью сложной системы линз или зеркал. Эти и другие
системы передачи сигналов имели уникальные характеристики с точки зрения полосы
пропускания и расстояний между ретрансляторами (много гигагерц и десятки
километров, затухание порядка 1...1,5 дБ/км), но отличались большой сложностью
и высокой стоимостью, что служило серьезным тормозом на пути их массового
внедрения. В СССР такие системы использовались для управления с Земли движением
лунохода.
Первые в мире коллективные исследования
возможности создания широкополосных линий передачи на основе волоконных
световодов в СССР начаты в 1957 г., частичные результаты которых опубликованы в
1961 г. (О.Ф. Косминский, В.Н. Кузмичев, А.Г. Власов, А.М. Ермолаев, Д.М.
Крупп, Е.Н. Царевский, Ю.В. Попов и др.). В 1958 г. советские специалисты В.В.
Варган и Т.И. Вейнберг доказали, что «...светопоглощение стекол обуславливается
примесями красящих металлов, вносимыми шихтой, и продуктами разъедания
oгнеупоров; экспериментально показано, что светопоглощение идеально чистого
стекла очень мало и лежит за пределами чувствительности измерительных
приборов».
В 1966 г. к этим же результатам пришли и
английские ученые Г. Као и Джордж А. Хокхэм. Они опубликовали статьи о том, что
оптические волокна могут использоваться как средства передачи при достижении
прозрачности, обеспечивающей затухание менее 20дБ/км. Кроме того, они пришли к
выводу, что высокий уровень затухания, присущий первым волокнам (около 1000
дБ/км), связан с присутствующими в стекле примесями. Ими был также указан путь
создания пригодных для телекоммуникации волокон, связанный с уменьшением уровня
примесей в стекле.
В 1970 г. фирма Корнинг Гласе Уоркс (позднее
переименованная в Корнинг Инкорпорэйтид) произвела оптические волокна со
ступенчатым профилем показателя преломления и достигла коэффициента затухания
менее 20 дБ/км на длине волны 633 нм. Световоды с градиентным профилем
показателя преломления в 1972 г. имели затухание 4 дБ/км. В настоящее время в
одномодовых световодах достигнут коэффициент затухания 0,2 дБ/км при длине
волны 1550 нм. При этом значительно усовершенствована элементная база
оптических передатчиков и приемников, увеличена как мощность, так и
чувствительность, а также срок службы. Соответствующая кабельная технология в
сочетании с разъемными и неразъемными соединениями для оптических волокон
сделала возможным успешное внедрение этой новой среды распространения.
Список литературы
Д.В.
Иоргачев, О.В. Бондаренко. Волоконно-оптические кабели и линии связи. — М.:
Эко-Трендз, 2002.