Telegram-канал it_secur - infosec: Unsorted - каталог телеграмм

infosec

28 Nov 2024 19:52

💡 Появление оптоволокна.

• Сотни лет назад моряки определяли свое местоположение в море по частоте вспышек на маяках. Каждый маяк имел свою «зарезервированную» частоту, примерно как сейчас в телевидением или радио. Даже ночью в тяжелых погодных условиях можно было точно понять, к какому конкретно порту приближается корабль.

• Важной вехой, которая приближает нас к теме статьи, стало изобретение в 1880 году Александром Беллом фотофона как альтернативы его телефону. Суть была такой: свет попадал на гибкое зеркало, которое перенаправляло луч к приемнику. Когда человек говорил, форма зеркала изменялась, периодически фокусируя или рассеивая свет. В свою очередь, в приемник были встроены селеновые ячейки — они изменяли свою проводимость в зависимости от интенсивности света. Появлялась последовательность электрических импульсов, поступающих на выводное устройство — точно как в телефоне.

• Однако такой принцип передачи был очень нестабилен: любые препятствия на пути света делали передачу невозможной. Нужно было защитить световой поток, поместив его в какую-то защитную оболочку и передавать. Но все-таки свет имеет свойство рассеиваться и преломляться — поэтому все намного сложнее, чем с потерями на кабеле при передаче электрического сигнала. В идеале нужно было получить «концентрированный» световой поток со строго определенной длиной волны, которая была бы наиболее эффективна в конкретных условиях применения. Ну и найти материал, в котором все это будет передаваться.

• Прорыв случился, когда в 1958 году появился лазер: устройство, усиливающее свет посредством вынужденного излучения. Это означало, что теперь можно было получить свет в нужном диапазоне частот и с нужной мощностью, да еще и направить его в нужную точку. Оставалось найти канал, в котором будет происходить передача.

• В 1961 году Элиас Снитцер опубликовал теоретическое описание одномодового волокна (SMF). Он предположил, что можно:

➡Направить ИК лазер через очень тонкий прозрачный канал из стекловолокна, диаметр которого сопоставим с длиной волны.
➡Поместить все в «отражающую» оболочку из более толстого стекла с меньшим показателем преломления.

• В результате свет будет испытывать полное внутреннее отражение на границе раздела двух сред с разными показателями преломления — все как в классической оптике. Потери из-за рассеивания будут меньше, а значит, сигнал можно будет передать на большее расстояние.

• Идея была хорошей, однако проблема была в составе материала, при прохождении через который волна света сильно затухала — в первых опытах речь шла о 1000 дБ/км. Если очень примитивно, то некоторые фотоны как бы «рассеивались» при взаимодействии с атомной структурой, и поток света становился слабее. Нужно было найти способ, как уменьшить количество «лишних» элементов и, как следствие, число паразитных соударений фотонов. Проще говоря, сделать материал более прозрачным, уменьшив количество примесей.

• В 1964 году Чарльз Као и Джордж Хокхэм в своих исследованиях предположили, что теоретически потери можно снизить в 50 раз — до 20 дБ/км. Они обнаружили, что идеально на роль проводника света с точки зрения прозрачности и чистоты подходит плавленый кварц, он же — кварцевое стекло. За эту работу Као и Хокхэм были удостоены Нобелевской премии по физике в 2009 году.

• В 1970 году инженер Дональд Кек нашел способ сделать кварц еще прозрачнее — легировать его титаном. Спустя еще два года исследований Кек обнаружил, что легирование кварца оксидом германия снижает затухание до невероятных 4 дБ/км. В 1973 году в Bell Laboratories был открыт процесс химического осаждения из газовой фазы — теперь можно было производить химически чистое стекловолокно в промышленных масштабах.

• Начиная с того времени, оптоволоконная связь начала распространяться по миру: например, в 1980 году с ее помощью была передана первая картинка с Зимних Олимпийских игр в Лейк-Плэсиде. Кабели начали прокладывать под водой и поняли, что про старые-добрые медные кабели для телекоммуникации можно забыть...

#Разное