Если все оптическое волокно, изготовленное к настоящему времени для оснащения телефонной сети США, вытянуть в одну линию, то ее длина составит около одной световой секунды, или 300 тыс. километров, из которых примерно 60% — это уже действующие телефонные кабели.
Большая часть таких кабелей проложена в региональных центрах, однако есть и две достаточно протяженные междугородные волоконно-оптические линии: одна из них соединяет Вашингтон с Нью-Йорком, другая — калифорнийские города Сакраменто и Сан-Хосе.
Каждая пара оптических волокон, образующая такой канал речевой связи, способна пропускать 90 млн. бит информации в секунду, что приблизительно соответствует 1400 телефонным переговорам.
Хотя подобная система оптической связи и обладает несомненными достоинствами, связанными со столь высокой скоростью передачи информации, ей тем не менее присущи два крупных недостатка, избежать которых до последнего времени не представлялось возможным.
Однако недавно специалисты фирмы Bell Laboratories сообщили, что эти недостатки удастся устранить, если использовать два вида нелинейного взаимодействия светового потока с молекулами, из которых состоит оптическое волокно (световод).
Первый недостаток волоконно-оптической системы обусловлен физическими параметрами светового импульса — носителя цифровой информации, наличие или отсутствие которого в течение короткого интервала приема как раз и эквивалентно одному информационному биту.
В обычных условиях такой импульс, как правило, «размывается» по мере его прохождения по световоду.
Это размывание вызвано тем, что световой импульс формируется путем наложения друг на друга большого количества элементарных синусоидальных составляющих с различными частотами и амплитудами, и все составляющие распространяются по световоду с различными скоростями.
Что в свою очередь приводит к изменению фазы (т.е. расстояния между одноименными пиками колебания) одних составляющих относительно других, и в итоге импульс как бы расплывается.
Расчет параметров указанных искажений импульса, принятого на выходе волоконного кабеля, позволяет определить минимально возможную длительность временного интервала, соответствующего одному биту информации: если бы этот интервал оказался слишком малым, то эффект размывания мог бы привести к наложению двух импульсов и в результате к невозможности их различения.
Второй недостаток связан с необходимостью установки промежуточных усилителей, которые предназначены для компенсации небольшого, но все же заметного ослабления светового сигнала при его распространении по световоду.
Используемые в настоящее время промежуточные усилители преобразуют световые импульсы в электрические, усиливают последние путем ускорения заряженных частиц (поле этих частиц как раз и образует электрический импульс).
Наконец, снова преобразуют усиленные электрические импульсы в световые. Такое устройство стоит довольно дорого; фактически почти половина стоимости оборудования волоконно-оптической сети связи приходится на промежуточные усилители.
Кроме того, время срабатывания такого усилителя относительно велико, и поэтому наличие последнего накладывает определенные ограничения на скорость передачи информации.
Снижение амплитуды (интенсивности) светового сигнала в выпускаемых сейчас образцах оптического волокна составляет всего лишь 5% на каждый километр линии передачи.
Исходя из этого, зачастую полагали, что недостатки, связанные с установкой промежуточных усилителей, можно свести к минимуму, разместив их на расстоянии 150 км друг от друга.
К сожалению, подобная структура системы связи сама по себе ограничивает скорость передачи данных. Импульс, длительность которого менее 100 пикосекунд (триллионные доли секунды), размывается настолько, что, если его не усиливать, то на расстоянии 150 км он станет неразличимым на фоне хаотических световых помех.
Самые последние исследования показали, что указанных трудностей можно избежать, если использовать некоторые нелинейные эффекты.
Во время прохождения света через вещество переменное электрическое поле фотонов вызывает колебания электрических зарядов в этом веществе.
При тех интенсивностях светового потока, которые характерны для оптических систем типа зеркал и линз смещение электрических зарядов почти пропорционально напряженности электрического поля световой волны, поэтому такое взаимодействие называется линейным.
В оптическом волокне световой поток проходит внутри волоконного сердечника диаметром всего лишь около пяти микрометров. Интенсивность света в таком сердечнике необычайно высока.
