Світлопроводи

На рубежі тисячоліть відбулися серйозні якісні зміни рівня інформаційного середовища суспільства. Вже звичним подією стали відеоконференції, що збирають учасників з найвіддаленіших куточків. Реальністю стало і «віртуальне» медичне обслуговування віддалених районів через спеціалізований інтерфейс. Можна назвати й безліч інших прикмет інформатизації у всіх сферах діяльності людини. Рішення проблеми інформатизації суспільства вимагає створення мереж зв’язку та передачі даних, що покривають всю Землю. В цей процес будуть залучені всі відомі засоби зв’язку: космічні, наземні, стільникові, кабельні. Опорною частиною системи зв’язку стануть волоконно-оптичні лінії. Вже прокладаються міжрегіональні та міжконтинентальні магістральні канали. Північна Америка, Західна Європа, Японія та інші розвинуті регіони вже покриті густою волоконно-оптичну мережу. У Росії ведеться будівництво Транссибірської каналу, який стане важливою частиною світової системи.
Які ж переваги оптоволоконних каналів в порівнянні з іншими засобами зв’язку?
Головна відмінність полягає в істотній різниці несучих електромагнітних частот. Радіотехніка в даний час тільки наблизилася до освоєння міліметрового діапазону ультрависоких радіочастот, але навіть вони в десятки тисяч разів нижче частот оптичного діапазону. Відповідно і їх здатність переносити великі масиви інформації нижче, в порівнянні з оптикою.
Для виготовлення дротяних ліній, коаксіальних кабелів необхідні дорогі і дефіцитні матеріали, наприклад, мідь. Оксиди кремнію, необхідні для виготовлення скловолокна – найпоширеніші на Землі речовини. Волокна з прозорих пластиків також майже не потребують рідкісних матеріалах. Таким чином, джерела сировини для виробництва оптоволокна практично необмежені. Вже зараз питома вартість оптичного кабелю на біт переданої інформації на порядок менше вартості електричного.
Матеріали оптичних кабелів не схильні до корозії і екологічно безпечні. Крім того, маса оптичних кабелів в перерахунку на одиницю переданої інформації на багато порядків менше маси інших електричних кабелів.
Волоконно-оптичні кабелі не сприйнятливі до перешкод з боку електромагнітних полів радіодіапазонів, і самі не створюють таких перешкод. Крім того, вони електробезпеки, оскільки переносяться в них потужності дуже малі.
При практично необмеженої смузі пропускання волоконно-оптичні канали мають низький коефіцієнт втрат енергії.

Сувора теорія поширення сигналів по оптоволоконним лініям досить складна. Однак просту і наочну описову модель світловодів може дати геометрична оптика.
Конструкція оптичного волокна проста. Сердечник з оптично щільного матеріалу оточений оболонкою з меншим показником заломлення, і все це покрито захисною оболонкою (рис. 6.19). Розміри конструктивних елементів на рис. 6.19 умовні. Сердечник і його оболонка є световодом. Захисна оболонка просто захищає світловод від пошкоджень.

Направимо світловий пучок в один торець сердечника під таким кутом, щоб він після заломлення на межі повітря-сердечник потрапив на межу розділу двох скляних шарів під кутом, більшим граничного кута. Після відбиття від першої кордону промінь під тим же кутом впаде на другу кордон і знову відіб’ється під цим же кутом. Цей процес буде продовжуватися до тих пір, поки промінь не покине световод (рис. 6.20). Зауважимо, що через бічну поверхню сердечника світло майже не виходить, тому втрати при повному внутрішньому відбитті дуже малі, і довжина світловода, яку зможе пройти промінь, не відчуваючи загасання, буде велика.

Посилання на основну публікацію