Волоконно-оптические линии связи давно стали неотъемлемой частью нашей жизни — мы используем их каждый день, даже не задумываясь о сложности технологии. Что такое оптический кабель и почему именно он обеспечивает нам высокоскоростной доступ в интернет расскажем в нашей статье.
Как всё начиналось?
История волоконно-оптического кабеля начинается в середине XX века. Идея передачи сигнала светом была предложена британским учёным Чарльзом Као и американским инженером Джорджем Хокхэмом в конце 1960-х годов. Они поняли, что световые волны могут передавать гораздо больше информации, чем электрические сигналы, и начали эксперименты с использованием стеклянных нитей. Первые оптические волокна были хрупкими, сигнал в них искажался и затухал.
Перелом произошел в 1970 году, когда специалисты компании Corning создали сверхчистое кварцевое волокно с уровнем затухания, позволяющим передавать световой сигнал на несколько километров. Это стало возможным благодаря очистке материала и технологии производства волокон с очень однородной и чистой сердцевиной, окружённой оболочкой с меньшим показателем преломления, что позволило «запирать» свет внутри волокна.
К началу 1980-х годов появились первые коммерчески успешные системы связи на основе оптического волокна.
Например, в 1977 году Bell Laboratories успешно запустила первую экспериментальную систему волоконно-оптической связи между Чикаго и Нью-Йорком.
В СССР одной из первых масштабных линий, построенных на коммерческой основе, стала магистраль Москва–Санкт-Петербург, введённая в эксплуатацию компанией «Ростелеком». Современное оборудование и технология WDM (Wave Division Multiplexing) существенно повысили пропускную способность канала.
Как устроен оптический кабель?
Оптический кабель состоит из нескольких компонентов:
Световод (оптоволокно)
Это «сердце» кабеля, состоящее из сверхчистого кварцевого стекла. Именно по нему передаётся сигнал в виде световых импульсов. Диаметр световода составляет около 10 микрон, что примерно равно толщине человеческого волоса!
Оболочка
Световод покрыт несколькими слоями защитных оболочек, изготовленных из пластика или специального материала, защищающего волокно от механических повреждений и влаги.
Буферная трубка
Окружает каждое отдельное волокно, обеспечивая дополнительную защиту и устойчивость к внешним воздействиям.
Внешняя защитная оболочка
Внешний слой защищает весь кабель от внешних воздействий —ультрафиолетового излучения, воды, грызунов и механических повреждений.
Производство оптического кабеля
Основу оптического кабеля составляют тончайшие нити из высокочистого стекла или синтетического кварца — обычно это диоксид кремния (silica). Эти нити в диаметров тоньше человеческого волоса, примерно 5–10 микрон. Прозрачные волокна способны пропускать свет, при этом отражая его внутри за счет слоя, называемого оболочкой, который имеет меньший показатель преломления — это позволяет свету «течь» по волокну без потерь.
Формирование заготовки: Стеклянные стержни диаметром несколько сантиметров вытягиваются до тонких нитей длиной десятки километров.
Нанесение покрытия: Каждое волокно покрывается специальным лаком или пластиком для защиты от механических повреждений.
Сборка: Несколько волокон собираются вместе, укладываются в буферные трубки и соединяются внешней оболочкой.
Тестирование: Готовый кабель проходит тщательное тестирование на прочность и пропускную способность.
Применение оптического кабеля
Сегодня оптические сети связи используются повсеместно: от подводных кабелей, соединяющих континенты до подключения домов и офисов к скоростному интернету. Они обеспечивают высокую скорость передачи данных, низкую задержку сигнала и устойчивость к электромагнитным помехам. Благодаря этим свойствам, оптические сети стали основой современных информационных технологий.
Но считать, что оптика это только скоростной доступ в интернет, мягко говоря не совсем верно.
Оптический кабель кроме передачи информации используют во многих других полезных и интересных сферах, которые легко объяснить простым языком:
- В медицине оптические волокна помогают врачам видеть внутренности тела с помощью специальных приборов — эндоскопов. Благодаря свету в кабеле можно подсветить труднодоступные места, например, желудок или легкие, без больших разрезов.
- В науке и безопасности оптические кабели устанавливают под водой или в земле, чтобы измерять сейсмическую активность — то есть колебания земли или океана. Это помогает заранее заметить опасные явления, например, цунами.
- В нефтяной и газовой промышленности используют оптические кабели с датчиками, которые постоянно следят за давлением и температурой в скважинах. Если что-то идет не так, система быстро предупреждает об этом.
- В промышленности кабели служат для контроля параметров, например, температуры, напряжения или химического состава веществ. Это помогает следить за экологией и безопасностью производства.
- В системах безопасности и сигнализации, например пожарных, оптические кабели работают как датчики: если кабель перерезали или поврежден — сразу срабатывает сигнал тревоги.
- В искусстве и дизайне специальные виды оптоволокна используют для создания красивого и эффектного освещения, световых инсталляций и украшений.
- Есть кабели, которые совмещают передачу данных и электропитание, то есть одновременно передают световой сигнал и подают электричество для питания устройств, например, вдоль линий электропередач.
Так что оптический кабель — это не только "быстрый интернет", но и важный инструмент во многих важных областях науки, техники, медицины и даже искусства. Его свет помогает нам видеть и контролировать то, что раньше было сложно или невозможно, и кто знает, какие возможности откроются перед нами завтра!
Любопытные факты
Первый трансатлантический волоконно-оптический кабель был проложен в 1988 году между Европой и Северной Америкой.
Современные оптоволоконные кабели способны передавать данные со скоростью свыше терабита в секунду!
Длина самого длинного подводного волоконно-оптического кабеля превышает 27 тысяч километров.
Таким образом, волоконно-оптический кабель — это удивительное достижение науки и техники, которое позволило человечеству совершить огромный скачок вперёд в области коммуникаций. Благодаря этому тонкому стекловолокну мы можем мгновенно обмениваться информацией с людьми на другом континенте, смотреть онлайн-фильмы и общаться по видеосвязи. Впереди нас ждут новые открытия и достижения в мире оптики, и кто знает, какие возможности откроются перед нами завтра!
