Оптическое волокно – это провод, сделанный из прозрачного материала, такого, как пластик или стекло, который применяется для перемещения внутри себя света, на основе технологий полного внутреннего отражения.
На основе стекловолокна изготавливаются специальные кабели, которые применяются для осуществления оптико-волоконной связи на значительные расстояния. При этом скорость передачи данных в несколько раз превосходит таковую в обычной проводной связи. Также оптоволокно используется при производстве различных датчиков.
Впервые принципы передачи света (аналогичные оптоволокну) были открыты во второй половине XIX века, однако распространение эти технологии не получили ввиду недостаточного технического развития.
Историю оптоволокна можно отсчитывать от первой половины XX века. В 1934 году американцем Норманом Р. Френчем был получен первый патент на телефонную систему, собранную на основе оптических технологий. В указанной системе речевые сигналы передавались по стеклянным стержням при помощи света. А спустя еще 28 лет, были разработаны фотодиод и полупроводниковый лазер, с помощью которых можно было передавать и принимать оптический сигнал.
Однако при исследовании возможностей данного вида связи ученые столкнулись с проблемой сильного затухания сигналов в оптическом канале. Они были существенно выше затухания электрических сигналов в медном кабеле. Восемь лет понадобилось ученым для доведения технологии и материалов до рабочего состояния, и в 1970 году фирмой «Corning» был начат коммерческий выпуск оптоволокна, уровень затухания сигнала в котором был ниже 17 дБ/км. Еще через несколько лет инженеры предприятия добились уровня затухания в 4 дБ/км. В то время по оптоволокну передавался не один, а несколько модов света (параллельных потоков сигналов). Выпуск одномодового оптоволокна был освоен в 1983 году.
На территории Российской Федерации оптоволоконные линии впервые появились в Санкт-Петербурге. Это была волоконно-оптическая линия связи, созданная АО «Совтелеком» (современный ОАО «Ростелеком») и соединяющая Аберслунд (Дания) и Петербург.
При изготовлении оптического волокна применяют кварцевое стекло. Однако, существуют различные модификации волокон, например, для передачи сигналов инфракрасного диапазона используют волокно, произведенное из флуоро-алюмината, флуоро-цирконата или халькогенидного стекла. Как и у обычного стекла, показатель преломления света в оптоволокне примерно равен 1,5. В современном мире стеклянные оптические волокна постепенно вытесняются пластиковыми.
Стандартная нить оптоволокна в сечении имеет форму круга, разделенного на два слоя: оболочку и сердцевину. Направленный внутрь волокна световой поток будет многократно отражаться от границы между сердцевиной и оболочкой и пройдет до полного затухания огромное расстояние.
Все оптические кабели, применяемые в связи, имеют стандартизированный диаметр, равный 125±1 микрон. А вот диаметр сердцевины оптоволокна у различных производителей отличается. На это влияет тип волокна, стандарты, принятые тем или иным производителем или государством.
По своим характеристикам оптические волокна делятся на многомодовые (до 100000 мод) и одномодовые. Последние имеют сердцевину диаметром всего 7-9 микрон. Такой маленький диаметр дает возможность передавать только одну моду, что исключает влияние на сигнал дисперсионных искажений. Применяемые сейчас оптоволокна являются одномодовыми.
Многомодовое волокно имеет больший диаметр сердцевины (до 50 и даже до 63 микрон). В нем одновременно передается несколько световых потоков, которые, однако, подвержены искажениям.
Сфера применения оптоволокна очень широка, но основным направлением являются телекоммуникации. С повсеместным внедрением оптоволокна существенно выросли и скорости передачи информации, которые сейчас достигают несколько терабит в секунду.