1966 präsentierte der aus China stammende Wissenschaftler
Charles Kao Kuen der Welt die Ergebnisse seiner eigenen Forschung. Die Hauptbotschaft seiner Entwicklung war, dass die optische Kommunikation mit Glasfasern organisiert werden kann. In seiner Arbeit führte Kao die Welt in die einzigartigen Designmerkmale von Fasern und ihren Materialien ein. Forscher können heute zu Recht als Grundlage der Glasfasertelekommunikation angesehen werden. Die allererste Erwähnung des Begriffs „Glasfaser“ wurde erstmals 1956 von NS Kapany aus den USA verwendet.
Heute sind Glasfaserkommunikationstechnologien so fest in unser Leben eingedrungen, dass wir nichts Überraschendes mehr in ihnen sehen und ihre Anwesenheit sowie die Anwesenheit eines Wasserversorgungssystems in einem Wohnhaus wahrnehmen. Daher möchte ich in dieser Veröffentlichung mehr über Optik sprechen und einige interessante Fakten über die Technologie erzählen, auf der die moderne Hochgeschwindigkeitskommunikation basiert.
Ein bisschen Geschichte
In der Geschichte der Entwicklung der Glasfaser wurden viele interessante Studien und Experimente durchgeführt. Schauen wir uns nur einige davon an.
Der englische Physiker John Tyndall führte ein Experiment mit der Reflexion eines Lichtstrahls in einem Wasserstrahl durch, dessen Beschreibung er in seinem Buch aufzeichnete.
„Wenn der Winkel, in dem ein Lichtstrahl von Wasser zu Luft fällt (dh der Winkel zwischen der Oberfläche zweier Medien und einer Senkrechten) 48 Grad überschreitet, kommt der Strahl nicht aus dem Wasser - er wird vollständig von der Wasser-Luft-Grenze reflektiert ... Wenn der kleinste Winkel Der Abfall, bei dem eine vollständige innere Reflexion beobachtet wird, wird als Grenzwinkel bezeichnet. Für Wasser beträgt er 48 ° 27 ", für farbloses Glas (Flintglas) - 38 ° 41" und für Diamant - 23 ° 42 ", schreibt Tyndall.
John Tyndalls VersuchsaufbauDieses Experiment kann auf Wunsch von jedem zu Hause durchgeführt werden. Laserpointer Sie müssen in verschiedenen Winkeln im Badezimmer mit einem Wasserstrahl aus dem Wasserhahn leuchten. In einem bestimmten Winkel wird der Lichtstrahl vollständig im Wasserstrahl reflektiert.
Ein ähnliches Experiment kann mit einer Taschenlampe durchgeführt werden. Dazu müssen Sie in einer transparenten Plastikflasche ein Loch in die Seite bohren. Wir lassen Wasser durch die Flasche und fangen an, eine Laterne auf der gegenüberliegenden Seite der Flasche zu leuchten. Wenn wir die Handfläche ersetzen, wird ein Lichtpunkt darauf reflektiert.
Das aktive Gespräch über Glasfaser-LEDs begann in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts. Dann fingen sie an, sie aus verschiedenen Arten von transparenten Materialien herzustellen. Die Transparenz dieser Materialien reichte jedoch nicht für eine gute Lichtleitfähigkeit aus.
In jenen Jahren hat die Sowjetunion den Westen im Bereich der Glasfaser sogar übertroffen. Die erste optische Kommunikationsleitung wurde 1977 in der UdSSR in Zelenograd eingeführt. Der Kanal wurde geschaffen, um die nördliche Industriezone und die Stadtverwaltung zu verbinden. Es wurde auf optischen Kabeln hergestellt, die von einem speziellen Konstruktionsbüro der Kabelindustrie (OKB KP) entwickelt wurden, das Teil des Radioelectronic Technologies Concern (KRET) der Rostec State Corporation ist, die auf die Herstellung von Kabeln und Kabelkonfektionen spezialisiert ist.
Im Mai 1981 erließ die UdSSR das Dekret des Zentralkomitees der KPdSU und des Ministerrates der UdSSR "Über die Entwicklung und Implementierung von Glasfaserkommunikationssystemen und den Informationstransfer". Diese Veranstaltung war ein Anstoß für die Entwicklung der Glasfaserkommunikation und eine Zunahme der Entwicklungen auf diesem Gebiet.
In den frühen 60er Jahren, zuerst in der UdSSR und dann im Westen, kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Lichtabsorption von Glas stark von den Farbstoffen und den Korrosionsprodukten feuerfester Materialien abhängt. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass die Lichtabsorption von perfekt sauberem Glas so gering ist, dass sie außerhalb der Empfindlichkeit von Messgeräten liegt.
1966 kam eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Charles Kuen Kao zu dem Schluss, dass Quarzglas das am besten geeignete Material für die Glasfaserkommunikation ist. Schon damals glaubte Kao, dass es mit Hilfe der Optik möglich sein würde, Informationen zu übertragen, und bald würde diese Art der Kommunikation die Signalübertragung über Kupferdrähte ersetzen.
Drei Jahre später erhielt Kao eine Faser mit einem Dämpfungskoeffizienten von 4 dB / km. Dieses Ergebnis war die erste Instanz von ultraklarem Glas. Ein Jahr später produzierte Corning Incorporated Fasern mit einem gestuften Brechungsindexprofil und erreichte einen Dämpfungsfaktor von 20 dB / km bei einer Wellenlänge von 633 nm. Zum ersten Mal ließ eine Quarzfaser einen Lichtstrahl in einer Entfernung von bis zu 2 Kilometern durch.
In einem ähnlichen Tempo zustimmen, entwickelt sich jetzt die Quantendatenübertragung. Ein bisschen, aber ein bisschen. Als Experiment und kommerzielle Nutzung über kurze Strecken.
Wo wird neben der Telekommunikation Glasfaser verwendet?
Heute werden Glasfasern neben der Telekommunikation in vielen Branchen eingesetzt. Hierbei handelt es sich um Röntgengeräte, bei denen eine galvanische Trennung zwischen einer Hochspannungsquelle und Niederspannungssteuergeräten möglich ist. So werden Mitarbeiter und Patienten vom Hochspannungsteil der Geräte isoliert. Die Faser wird in Schaltanlagen von Umspannwerken als Sensor des Schutzsystems eingesetzt.
Umfangreiche optische Fasern werden in verschiedenen Arten von Messsystemen verwendet, bei denen es unmöglich ist, herkömmliche Elektrogeräte zu verwenden. Zum Beispiel in Temperaturmesssystemen in Strahltriebwerken eines Flugzeugs, in MRT-Geräten (tomographische medizinische Geräte zur Untersuchung innerer Organe, einschließlich des Gehirns) usw. Sensoren, die auf optischen Fasern basieren, können die Frequenz von Vibrationen, Rotation, Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung messen. Drehmoment, Verdrehung und andere Parameter.
Heute werden Gyroskope auf Basis von Lichtwellenleitern eingesetzt, die auf der Basis des Sagnac-Effekts arbeiten. Ein solches Gyroskop hat keine beweglichen Teile, was es sehr zuverlässig macht. Trotz der Tatsache, dass moderne Navigationssysteme eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren verwenden, dank derer die Position des Objekts bestimmt wird, kann das unabhängigste System nur auf der Basis von faseroptischen Gyroskopen erstellt werden.
Optik ist in Einbruchalarmen weit verbreitet. Ein solches Sicherheitssystem ist wie folgt aufgebaut: Wenn ein Angreifer in das Gebiet eindringt, ändern sich die Bedingungen für den Durchgang von Licht durch eine Faser, und ein Alarm wird ausgelöst.
Eine beispielhafte Implementierung eines Glasfaserkreisels
Dreiachsiges faseroptisches Trägheitsmessmodul der ASTRIX-Serie, hergestellt von AIRBUS DEFENSE & SPACE; Der LiNb03-Modulator ist in jeder Richtung in den Sensor integriertFaser wird aktiv für dekorative Zwecke, als Dekoration für Feiertage, in Kunst und Werbung verwendet.
Es werden ständig neue Arten von optischen Fasern entwickelt. Zum Beispiel photonische Kristallfasern. Die Verteilung des Lichts in ihnen basiert auf leicht unterschiedlichen Prinzipien. Solche Fasern können als Flüssigkeits-, Chemie- und Gassensoren verwendet werden. Darüber hinaus kann es verwendet werden, um starke Strahlung für industrielle oder medizinische Zwecke zu transportieren.
Faserlaser mit mehreren zehn Kilowatt kontinuierlicher Strahlungsleistung sind nicht mehr neu. Waffen auf Basis von 5,5-kW-Lasern mit 6 Fasern wurden bereits 2014 in der US Navy getestet. Faserlaser schneiden Metall und Beton. Beispielsweise hat die Metallschneidemaschine IPG Photonics eine Leistung von 100 kW.
Die Entwicklung von Lichtwellenleitern ist im Gange, mit deren Hilfe eine Laserstrahlungsleistung von mehreren Kilowatt übertragen werden kann. Theoretisch wird die Übertragung von Strahlung mit einer Leistung von 10 kW entlang einer Faser mit einer Länge von 250 m und einem Kerndurchmesser von 150 μm als möglich angesehen.
Photonische Kristallfaser
Es ist auch erwähnenswert, dass heute Mehrkernfasern aktiv entwickelt werden. Ihre Verwendung wird den Gesamtdurchsatz von Glasfaserverbindungen erheblich erhöhen.
Die Faser ist bereits über fünfzig, aber die Technologie wird eindeutig nicht in den Ruhestand gehen. Innovationen auf dem Gebiet der Glasfaser treten regelmäßig auf, und die Telekommunikation ist bei weitem nicht die einzige Branche, die an der Entwicklung von Technologie interessiert ist.