kontakt
Wyższa szkoła informatyki - link
strona główna
Wprowadzenie
    Historia
    Ogólne informacje
    Diody światłowodowe
    Dyspersja swiatłow.
O światłowodacha
Klasyfikacja światłowodów
Wytwarzanie kabli światlowodowych
Spawanie światłowodów
Techniki światłowodowe
Trakty światłowodowe
KONTAKT

WprowadzenieHistoria

Wprowadzenie...

Troche historii.

Próby zastosowania światła do transmisji sięgają XIX wieku. Wtedy właśnie, w roku 1880, Alexander Graham Bell opatentował fotofon (photophone). Było to pierwsze urządzenie, które umożliwiało transmisję głosu za pomocą wiązki świetlnej. Dźwięk powodował drgania układu lusterek, który modulował natężenie światła. Znajdująca się w odbiorniku dioda selenowa zmieniała swój opór elektryczny pod wpływem padającego światła i przekształcała zmiany jego natężenia na zmiany płynącego przez nią prądu elektrycznego.

Mimo że idea transmiji optycznej powstała tak dawno, na jej praktyczną realizację trzeba było czekać aż do lat siedemdziesiątych XX wieku. Głównym powodem był brak odpowiedniego medium – ośrodka, który przeniósłby z minimalnymi stratami światło na duże odległości. Jak wiadomo, światło, czy to w próżni, czy w powietrzu, rozchodzi się wyłącznie po liniach prostych, ograniczając komunikację do linii horyzontu. Jednak nie to stanowi główną przeszkodę dla transmisji optycznej w wolnej przestrzeni (Free Space Optics). Utrudnieniem jest powodowane przez deszcz, śnieg czy mgłę zmniejszenie przejrzystości powietrza. Zjawiska tego nie można przewidzieć ani mu zapobiec. Powietrze jako ośrodek transmisji światła jest zbyt zawodne.

W roku 1926 Clarence W. Hansell, a w 1930 Heinrich Lamm, student medycyny, opisali zastosowanie wiązek przezroczystych włókien do przekazywania obrazów na niewielkie odległości. Tak powstały obrazowody używane do przesyłania obrazu i światła w dziedzinie medycyny nazwanej endoskopią. Działają dzięki wykorzystaniu zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia, które odkryli w latach 40. XIX wieku Daniel Colladon i Jacques Babinet, obserwując światło w strumieniach wody podświetlanych fontann. Zauważyli, że struga wody może przyjmować różne kształty, ale promień światła pozostaje „uwięziony” w jej wnętrzu.

Proste włókna szklane były produkowane od lat trzydziestych. Na pomysł ich udoskonalenia wpadł w 1953 roku holenderski naukowiec Abraham van Heel zainspirowany dyskusją z fizykiem Brianem O’Brien. Otoczył rdzeń światłowodu płaszczem, czyli powłoką ze szkła o mniejszym niż rdzeń współczynniku załamania. Rdzeń został w ten sposób odizolowany od otoczenia, a parametry transmisji stały się mniej zależne od warunków zewnętrznych. Jednak ze względu na duże straty we włóknie, wynoszące około 1 dB/m, wciąż nie nadawało się ono do praktycznych zastosowań w łączności.

W tym czasie (koniec lat 50) błyskawicznie rosła liczba użytkowników sieci telefonicznych i upowszechniała się telewizja. Szybko rosnący rynek usług telekomunikacyjnych potrzebował coraz wyższych przepływności. Rosły częstotliwości pracy systemów łączności, osiągając szybko pasmo mikrofalowe. Wysokie częstotliwości stwarzają, niestety, wiele problemów technicznych, związanych przede wszystkim z przekazywaniem sygnałów na duże odległości. W praktyce przesyłanie sygnałów o częstotliwościach gigahercowych i wyższych jest możliwe jedynie za pomocą systemów satelitarnych (bardzo kosztownych, na które niewiele krajów mogło sobie wtedy pozwolić) lub radiowych o zasięgu ograniczonym do linii horyzontu.

Momentem przełomowym dla zastosowania światła do transmisji był 16 maja 1960 roku, kiedy Teodor Maiman zaprezentował pierwszy działający laser. Laser, w którym ośrodkiem aktywnym był pręt rubinu, wytwarzał światło impulsowo. W grudniu tego samego roku Ali Javan skonstruował w Bell Labs pierwszy helowo-neonowy laser pracujący w sposób ciągły. Powstało źródło światła o dużej mocy i wydajności, wąskim widmie, dające się precyzyjnie dostroić, które można było zastosować w łączności. Początkowo, wobec braku innych rozwiązań, laserów używano do opisywanej już komunikacji w wolnej przestrzeni. Ten sposób transmisji jest stosowany do dziś, jednak z powodu wysokiej zawodności ma marginalne znaczenie.
Przez całe lata 60. trwały prace nad wyprodukowaniem włókna optycznego o jak najmniejszym tłumieniu. Początkowo uważano, że typowe szkło, które ma tłumienie około 1 dB/m, nie nadaje się do tego celu. Jednak brytyjskie Standard Telecommunications Laboratories prowadzone przez Antoniego Karbowiaka wciąż pracowało nad światłowodami szklanymi. Zatrudniony tam Charles Kao, który badał włókna produkowane przez różne firmy, stwierdził, że wysokie tłumienie nie jest wcale związane z właściwościami samego szkła, lecz z występującymi w nim zanieczyszczeniami. W 1966 roku wykazał też, że dopiero włókna o tłumieniu mniejszym niż 20 dB/km będą miały praktyczne znaczenie w telekomunikacji. W tym samym czasie, kiedy trwały praktyczne prace nad wyprodukowaniem światłowodu, podejmowano próby opisania zachodzących w nim zjawisk. W 1961 roku Elias Snitzer zaprezentował teorię światłowodu o bardzo małej średnicy rdzenia, nazwanego światłowodem jednomodowym, a w 1967 Shojiro Kawakami zaproponował konstrukcję światłowodu gradientowego.

We wrześniu 1970 roku Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz i Frank Zimar, zatrudnieni w firmie Corning Glass Works (obecnie Corning Inc.), ogłosili, że wyprodukowali domieszkowany tytanem światłowód, który dla fali o długości 633 nm (takiej, jaką generuje laser helowo-neonowy) ma tłumienność 17 dB/km. Droga do komunikacji optycznej została otwarta.

W tym samym roku sukces odniosły dwa zespoły niezależnie pracujące nad laserem półprzewodnikowym. Naukowcy z Bell Labs oraz Ioffe Physical Institute w Leningradzie zbudowali lasery, które były niewielkim, wydajnym i prostym w obsłudze źródłem światła. Co najważniejsze, mogły pracować w temperaturze pokojowej, w odróżnieniu od ich pierwowzoru wymagającego chłodzenia ciekłym azotem, zbudowanego w 1962 r. przez zespół Roberta Halla w General Electric. Początkowo problemem była żywotność takiej diody laserowej. Nie przekraczała kilku – kilkunastu godzin, a barierę stu tysięcy godzin pracy przekroczono dopiero w 1976 roku.

Lata siedemdziesiąte to czas intensywnego udoskonalania nowej techniki. Powstają nowe światłowody o niższych tłumiennościach, nowe lasery na coraz dłuższe fale (1200, 1300 aż do 1500 nm) i o zwiększonej trwałości. Jednocześnie tworzy się pierwsze eksperymentalne i komercyjne instalacje. We wrześniu 1975 roku zostaje oddane do użytku pierwsze łącze optyczne, używane przez policję (w Dorset w Anglii). W styczniu 1976 r. Bell Labs rozpoczyna testy systemu transmisji o szybkości 45 Mb/s. Rok 1977 to pierwsze transmisje rozmów telefonicznych. W tych pionierskich instalacjach używa się głównie włókien wielomodowych i laserów pracujących na fali 850 nm.

Pod koniec lat 70. wzrasta zainteresowanie ciągle udoskonalanymi włóknami jednomodowymi, które zapewniają lepsze parametry transmisji, przede wszystkim małe tłumienie i dyspersję. Systemy jednomodowe, pracujące na fali 1300 nm, wchodzą do użytku na początku lat 80., a jednym z pierwszych jest kabel podmorski zainstalowany w 1980 roku w Szkocji przez brytyjską pocztę przy współpracy z STL. W tym samym roku Bell Labs ogłasza rozpoczęcie prac nad kablem transatlantyckim TAT-8. W latach osiemdziesiątych rosną zasięgi transmisji i przepływności. 1982 rok to połączenie Nowego Jorku z Waszyngtonem łączem 400 Mb/s. W 1986 roku takim samym włóknem przesyła się już 1,7 Gb/s. Takie możliwości dają systemy z podziałem długości fali DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing). Jednym światłowodem przesyła się w nich światło z wielu laserów nieznacznie różniących się częstotliwością pracy, podobnie jak w systemach radiowych, w których nadajniki pracują na różnych częstotliwościach.

W grudniu 1988 roku ostatecznie zostaje oddany do użytku wspomniany już kabel TAT-8. Jest to jednocześnie jedna z ostatnich instalacji dalekiego zasięgu używających fali 1300 nm. Rok wcześniej Dave Payne z uniwersytetu w Southampton zaprojektował całkowicie optyczny wzmacniacz domieszkowany erbem (EDFA), który pracuje na fali 1550 nm. Umożliwia wzmacnianie sygnału optycznego bez zamiany na postać elektryczną. Jest konstrukcją prostą, niezawodną i stosunkowo tanią, dzięki temu doskonale się nadaje do stosowania w systemach długodystansowych i podmorskich.

Wprowadzenie   O światłowodach   Klasyfikacja światłowodów   Wytwarzanie kabli światłowodowych   Spawanie światłowodów
Techniki światłowodowe   Trakty światłowodowe   KONTAKT