Trochę historii...

 
Strona główna
Trochę historii...
Propagacja światła
Opis matematyczny
Budowa światłowodów
Podział
Podzespoły
Zastosowanie
Światłowody dziś i jutro

W 1880 roku inżynier z Concord (Massachusets, USA) William Wheeler skonstruował i opatentował konstrukcje którą nazwał rurociągiem świetlnym (light piping). Była to prawdopodobnie pierwsza poważna próba prowadzenia światła w ośrodku szklanym. Wheeler planował wykorzystać swój pomysł do oświetlania wnętrza budynków (wynaleziona przez Edisona żarówka wyeliminowała pomysł jako zbyt skomplikowany i niepraktyczny).

Historia rozwoju techniki światłowodowej

Upłynęło wiele czasu od pierwszego, historycznego doświadczenia z prowadzeniem wiązki światła wykonanego przez irlandzkiego fizyka Johna Tyndalla w 1870 roku. W latach pięćdziesiątych obecnego stulecia, technika światłowodowa zaczęła się rozwijać, głównie dla potrzeb medycznych. Równocześnie, na styku optyki i techniki półprzewodników, powstają zaczątki nowej nauki technicznej, która obecnie nazywa się optoelektroniką światłowodową. Elektronika światłowodowa zajmuje się głównie przesyłaniem wiadomości na odległość, podobnie zresztą jak to czynią inne rodzaje współczesnej telekomunikacji. Obecnie jednak znajduje ona również wiele innych ważnych zastosowań, np. w metrologii, technice wysokich napięć itp. Oprócz światłowodów, wykonywanych najczęściej ze szkła kwarcowego i służących do przekazywania informacji za pomocą świetlnej fali elektromagnetycznej, optoelektronika światłowodowa wymaga stosowania źródeł i detektorów promieniowania, zazwyczaj w postaci przyrządów półprzewodnikowych. Półprzewodnikowe detektory promieniowania zostały dawniej opracowane do innych celów i podlegały stopniowemu udoskonalaniu, natomiast lasery półprzewodnikowe, będące źródłami promieniowania spójnego, nadające się do pracy w temperaturze pokojowej skonstruowano dopiero w sto lat po pierwszym doświadczeniu Tyndalla (w 1970 roku). Okazało się, że w wielu przypadkach lasery mogą być zastępowane przez diody elektroluminescencyjne. Odkrycie źródeł generujących spójną, zbliżoną do monochromatycznej, falę świetlną o częstotliwości drgań około 300 THz w sposób zasadniczy zmieniło perspektywy telekomunikacji. Znane były już wcześniej włókna szklane, które dzięki zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia pozwalają na prowadzenie w swoim wnętrzu fali świetlnej. Początkowo jednak praktyczne wykorzystanie włókien jako mediów transmisyjnych w telekomunikacji było niemożliwe z powodu bardzo dużego tłumienia, jakiemu ulegała fala świetlna, sięgającego nawet 1000 dB na kilometr włókna. Sytuacja ta uległa radykalnej zmianie w roku 1966, gdy została opublikowana sławna później praca Kao i Hockmana, w której autorzy wskazali na źródła tłumienia, jakie istnieją w szklanej prowadnicy falowej przy propagacji promieniowania w bliskiej podczerwieni. Jako pierwsi udowodnili, że to zanieczyszczenie jonami wodorotlenowymi oraz jonami takich pierwiastków jak: żelazo, miedź, kobalt są główną przyczyną pochłaniania energii oraz że graniczna wartość tłumienia światłowodu wynika z rozproszenia energii typu Rayleigha, występującego na niejednorodnościach struktury szkła na poziomie cząsteczkowym. Rozpraszanie to maleje w czwartej potędze długości fali światła. Od tej chwili obserwuje się bardzo szybki dostęp teorii propagacji i technologii w technice światłowodowej. Dla wytworzenia włókien światłowodowych, w których tłumienie przesyłanego sygnału jest na poziomie pojedynczych decybeli na kilometr toru, potrzebne jest opanowanie technologii zapewniające czystość analogiczną jak przy produkcji elementów półprzewodnikowych. Opracowanie technologii światłowodowej umożliwiającej uzyskanie tłumienia około 4 dB/km nastąpiło w 1972 roku w Laboratorium Cornin Glass w USA i było oparte na wcześniejszej metodzie osądzania czystej krzemionki (SiO2) z fazy gazowej (SiCl4). Jest to tzw. metoda CVD - Chemical Vapour Deposition. Metoda ta umożliwia wykonywanie światłowodów o założonym z góry, optymalnym ze względu na właściwości propagacyjne, profilu współczynnika załamania i jest do tej pory szeroko stosowana. Postęp w opracowaniu teorii propagacji, z uwzględnieniem min. zjawisk sprzęgania się modów, stymulował opracowanie technologii światłowodów o optymalnych profilach gradientowych, pozwalających na uzyskanie pasma przenoszenia nawet do 1 GHz na kilometr włókna. Dąży się do przetwarzania akustooptycznego lub elektrooptycznego sygnału już na wejściu systemu (tzn. w aparacie telefonicznym, komputerze, drukarce tekstu) po to, aby funkcję modulacji, kodowania, komutacji, multipleksji realizować bezpośrednio na sygnale w postaci optycznej. Już dzisiaj ograniczenie przepływu informacji w postaci sygnałów optycznych wynika z szybkości działania urządzeń elektronicznych. Teoretyczny limit transmisji optycznej światłowodu sięga 1 THz (1000 GHz) i długości impulsu 1 ps. Możliwa zaś do zrealizowania szybkość transmisji, z uwagi na ograniczenia elektronicznych urządzeń przetwarzania, sięga obecnie 20¸40GHz.. iatłowodu sięga 1 THz (1000 GHz) i długości impulsu 1 ps. Możliwa zaś do zrealizowania szybkość transmisji, z uwagi na ograniczenia elektronicznych urządzeń przetwarzania, dochodzi obecnie do 20¸40GHz.

w górę...

Pierwsze łacze telefoniczne z zastosowaniem światłowodów

W jednym z pierwszych zbudowanych systemów światłowodowe kable połaczyły budynki urzedów telefonicznych w Chicago, oddalone od siebie o l km i o 2,4 km. Kable zawierały po 24 włókna optyczne, z których każde - pracując w standardzie T3 - mogło przenosic 672 kanały telefoniczne. Możliwość realizacji miedzymiastowych linii z kablami światłowodowymi stała sie faktem, kiedy zademonstrowano łacze optyczne o długości ponad 100 km bez wzmacniaków. Pierwsza podmorska linia światłowodowej ułożonej na dnie Oceanu Atlantyckiego łączyła europę i amerykę. Odległość miedzy Nowym Jorkiem a Londynem, wynoszaca 6500 km, wymagała zainstalowania około 200 wzmacniaków rozstawionych, co 30-35 km.

w górę...

Lista najważniejszych dat

  • 1876 - Aleksander Graham Bell wynalazł (1880 opatentował) fototelefon. Urządzenie pozwalało komunikować się na odległość 200 m.
  • 1854 - demonstracja efektu światłowodowego w dielektrykach, John Tyndal.
  • 1960 - Pierwszy laser (rubinaowy, Theodor Maiman).
  • 1962 - Impulsowy laser GaAs (Hall i in. Nathan i in. 1962).
  • 1965 - propozycja stosowania światłowodów gradientowych w telekomunikacji (Miller).
  • 1968 -Produkcja pierwszego światłowodu telekomunikacyjnego (Uchida i in. ).
  • 1970 - Produkcja włókna o stratach < 20 dB/km, Corning Glass Company (Kapron i in.).
  • 1972 - Włókno o stratach 4 dB/km.
  • 1982 - Pierwsze włókna jednomodowe.
  • 1985 - Opracowanie wzmacniacza światłowodowego.
  • 1991 - Opracowanie standardu transmisji SONET.
  • 1995 - Pierwsze instalacje systemów DWDM.
  • 1998 - Transmisja > 1Tb/s w jednym włóknie.
  • 2000 - Wprowadzenie pasma L (1560-1610nm). Transmisja 40 GB/s w jednym kanale.
w górę...