В 1934 году в телеком-индустрии произошло знаковое событие: был получен патент на технологию передачи данных с помощью света, проходящего по особому волокну. Вот только коммерческое использование оптоволокна началось только в 80-х годах прошлого века. И по сей день это самая совершенная технология. Но чем именно она так хороша? И будет ли что-то лучше? Давайте разберемся вместе.
Еще совсем недавно в мире телекоммуникаций безраздельно правили медные кабели. Они были в меру надежны, практичны и, что самое главное, достаточны для доставки сигнала. В то время технологии пакетной передачи данных или попросту Ethernet работали на скоростях менее 3 Мбит/сек. Смешные цифры, но их было достаточно. Сайты весили мало, сети были короткими, а нагрузка на них была ничтожной. Сегодня же медная витая пара используется разве что для подведения интернета от общей магистрали конкретному пользователю. Да и отсюда медь все активнее вытесняется оптоволокном.
По пути неизбежного прогресса
Характерная черта любых технологических решений: рано или поздно они в своем развитии упираются в потолок. Потенциал роста всегда ограничен. Именно так и случилось с традиционными медными кабелями передачи данных. Ограничение здесь на уровне физических характеристик самого материала.
Скорость потока информации определяется частотой электромагнитных волн, переносящих эту самую информацию. Чтобы передавать данные быстрее, нужно увеличивать частоту. И тут медь проиграла. Сравните частоты:
- Классические Ethernet-сети работают в диапазоне нескольких сотен МГц
- Для работы Wi-Fi нужны частоты уже до 5 ГГц
Различие в десятки раз. И медь физически не может разогнаться до частот, привычных современному пользователю. А как мы вообще смогли получить такие скорости? За это надо сказать “Спасибо” лазеру.
Переходи на сторону света
Экспериментируя с газовыми лазерами, ученые обнаружили, что эту технологию теоретически можно использовать для разработки согласованного источника электромагнитного излучения, который будет работать на световых частотах. А это, если взять хотя бы ИК-диапазон, несколько сотен терагерц. В сравнении с медью это как истребитель и гужевая повозка. А если свет научить еще и информацию переносить…
Если источник волн и приемник находятся на одной линии в вакууме, то особых проблем эта задача не создаст. Но в реальной жизни таких условий не бывает. Но, к счастью, в физике есть такое понятие, как эффект полного внутреннего отражения.
Суть этого эффекта в следующем: свет, исходящий из более плотной среды в менее плотную и падающий под определенным углом, полностью отражается обратно. Значит, можно создать своего рода экран, который будет постоянно отражать свет, заставляя его двигаться в нужном направлении. Например, по кабелю.
Идеальной средой для реализации эффекта полного внутреннего отражения является стекло. Но оно хрупкое и жесткое. Значит, нужно научиться делать из стекла что-то более гибкое и практичное. Сказано – сделано: ученые нашли способ делать из стекла самые настоящие провода для света.
Однако нужно было еще разобраться с затуханием сигнала. Чем ниже качество материала, тем сильнее затухает сигнал. Для сравнения:
- В первых стекло-проводах сигнал снижался примерно на 1000 дБ на каждом километре
- Когда оптоволокно добралось до коммерческого использования, затухание составляло уже примерно 20 Дб/км
- В современных кабелях оно практически нулевое
Однако в любом случае часть сигнала будет теряться в точках соединения, возможных неоднородностях и т.д. Так что в любом случае потенциал световой передачи данных ограничен. А это уже претензия на разработку новых способов переносить информацию.
Как делают оптоволокно
В основе здесь на самом деле стекло, которое делают из кварца. По сути, из песка. От обычных оконных стекол оно отличается чистотой:
- В бытовые стекла добавляют различные присадки – например, блокирующие ультрафиолетовые лучи
- Для волоконно-оптических кабелей используют чистый оксид кремния
Чистота – ключевое требование. Ведь чем больше посторонних веществ, тем сильнее рассеивается свет. Следовательно, тем активнее затухает сигнал и сокращается эффективное расстояние передачи сигнала.
Сам процесс изготовления оптоволокна достаточно прост. Кварцевый песок расплавляется и затем формуется в полую трубку. Далее эта трубка пропускается через специальную вытяжную систему и превращается в нити диаметром 125 мкм.
После остывания нити обрабатывают защитными составами, окрашивают и пучками определенного сечения укладывают в пластиковую оплетку.
Практические преимущества оптоволокна
Главное достоинство – высокая пропускная способность. Максимальная скорость, которую удалось получить на практике, составляет 600 Тбит/сек. Такую сверхскоростную магистраль проложил Google, чтобы доставлять информацию из США в Японию.
Следующий весомый плюс – меньшая по сравнению с медью склонность терять мощность сигнала. Как следствие, его можно передавать на гораздо бОльшие расстояния.
Важно и то, что оптоволокно куда менее восприимчива к помехам на линии. Ведь в кабеле нет электромагнитной активности. Отсюда же вытекает и повышенная безопасность – считать переносимую информацию с оптоволокна нельзя.
А еще стекло намного дешевле меди, легче. Прокладывать такие линии связи удобнее.
А есть ли недостатки у оптоволокна?
Без минусов тоже не обошлось. Самое главное – монтаж волоконно-оптических линий связи более трудоемкий и требует использования спецоборудования. И определенных навыков: такие кабели нельзя избыточно сгибать, перекручивать, заламывать. Тонкие стеклянные нити от этого могут сломаться – а с каждой сломанной нитью сигнал слабеет.
Из сложности монтажа вытекает его высокая стоимость. Так что на коротких дистанциях медь пока куда более распространена.
Еще один недостаток – слабая ремонтопригодность. Поврежденное оптоволокно нельзя просто спаять, смотать изолентой и т.д. Ремонт возможен, но только силами профильных специалистов.
В целом же плюсов у оптоволоконной технологии куда больше, нежели минусов. Поэтому она уже стала фактически монополистом в телеком-индустрии. Все провайдеры уже давно перешли с медных магистралей на оптоволокно. Да и те короткие провода, что тянутся от роутера к компьютеру, тоже все чаще изготавливаются из стекловолокна.
Впрочем, волоконно-оптические сети – это не только про интернет и телевидение. Эту технологию давно облюбовали промышленные предприятия, транспортная инфраструктура, вооруженные силы и т.д. Практически везде, где требуется скоростная передача сигнала, сегодня используется оптоволокно.
Однако это не отменяет того, что своеобразный потолок здесь все же будет достигнут. Да, сегодня скоростей доступа хватает даже с избытком – но ведь нет предела совершенству. Огромным потенциалом обладает, например, концепция квантового интернета. Но о ней мы поговорим когда-нибудь позже.
Наш сайт: SEVEN SKY или позвоните нам: +7 (495) 989 24 94
Читайте также:
Интернет по расписанию: как отучиться сидеть в сети до глубокой ночи
Поколения, частоты, антенны… Как выбрать роутер, чтобы его хватило на все?
