История оптической связи

Первые попытки связи с помощью света

Использование света для передачи информации имеет давнюю историю. Световыми
сигналами пользовались еще тогда, когда и не существовало понятия «электрическая
связь». В тот период в качестве источников оптического излучения использовали Солнце
или костры. Лучи света, моделированные дымом, лопастями семафора или иными приспособлениями,
передавались в пределах прямой видимости. Первые примеры использования
такоi:\ связи относятся ко времени гибели Трои (1269 г. до н.э.). Но и сегодня военно-морской
флот использует флажки, светофоры для передачи информации. Более чем 200-
летний этап проходил в постепенном усовершенствовании световых линий передачи сигнаJЮВ
на большие расстояния. Так, во Франции около 1794 г. Клод Шапп построил от Парижа
до Лилля систему оптического телеграфа из цепи семафорных башен с nодВижными сигнальными
рейками. Информацию можно было передать по ней на расстояние 230 км в течение
15 мин.

Развитие световой связи в России


В России в 1795 г. ИЛ. Кулибин разработал свой семафорный телеграф, использовавший
более чем в 40 раз меньшее число знаков. Телеграф Кулибина работал и ночью. В
США оптический телеграф соединял Бостон с островом Марта Вайнярд, расположенным
недалеко от этого города. Все эти системы устарели лишь с изобретением электрического
телеграфа.

Передача речи с помощью света

Американец Александр Грэхем Белл в 1880 г. изобрел фотофон, в котором речевые сигналы
мог,1и передаваться с помощью света. Однако эта идея не нашла практического применения,
поскольку погодные условия и видимость слишком отрицательно влияли на качество
передачи. Английский физик Джон Тиндаль предложил решение этой проблемы в 1870 г., незадолго
до изобретения Белла. Он продемонстрировал, что свет может передаваться в потоке
воды. В его эксперименте использовался принцип полного внутреннего отражения, который
также применяется в современных волоконных световодах. После экспериментов Белла и Тиндаля в о бласти управляемой передачи света американец Норман
Р. Френч лишь в 1934 г. получил патент на оптическую телефонную систему, в которой речевые
сигналы могут передаваться через сеть оптических кабелей, изготавливаемых из стержней
чистого стекла или аналогичного материала с низким коэффициентом затухания на рабочей
длине волны.

Соверменная связь


Современная эра оптической связи началась с изобретением в 1958 r. лазера и последовавшем
вскоре, в 1961 г., созданием первых лазеров. По сравнению с оптическим излучением
обычных источников лазерное излучение обладает высокой монохроматичностью и когерентностью
и имеет очень большую интенсивность. Возможность изготовления лазеров
из полупроводниковых материалов получила признание в 1962 г. В это же время были разработаны
элементы приемника в виде полупроводниковых фотодиодов. Тогда оставалась
нерешен11ой еще одна проблема — разработка подходящей передающей среды.
В начале ХХ века были проведены, теоретические и эксперимекrальные исследования диэлектрических
волноводов, в том числе гибких стеклянных стержней. Вначале рассматривались
попытки направления света по полому световоду с помощью сложной системы линз или зеркал. Эти и другие системы передачи сигналов имели уникальные характеристики с точки
зрения полосы пропускания и расстояний между ретрансляторами (много rиrагерц и десятки
километров, заrухание порядка 1 … 1,5 дБ/км), но отличались большой сложностью и высокой
стоимостью, что служило серьезным тормозом на nyrи их массового внедрения. В СССР такие
системы использовались для управления с Земли движением лунохода.
Первые в мире коллективные исследования возможности создания широко11олосных
линий передачи на основе волоконных световодов в СССР начаты в 1957 г., частичные результаты
которых опубликованы в 1961 г. (O.Ф. Косминский, В.Н. Кузмичев, А.Г. Власов,
А.М. Ермолаев, Д.М. Крупп, Е.Н. Царевский, Ю.8. Попов и др.). В 1958 г. советские специалисты
В.В. Варгин и Т.И. Вейнберг доказали, что « … светопоглощение стекол обуславливается
примесями красящих металлов, вносимыми шихтой, и продуктами разъедания огнеупоров;
экспериментально показано, что светопоглощение идеально чистого стекла очень
мало и лежит за пределами чувствительности измерительных приборов».
В 1966 г. к этим же результатам пришли и английские ученые Г. Као и Джордж А. Хокхэм.
Они опубликовали статьи о том, что оптические волокна могут использоваться как
средства передачи при достижении прозрачности, обеспечивающей заrухание менее
20 дБ/км. Кроме того, они пришли к выводу, что высокий уровень заrухания, присущий
первым волокнам (около 1000 дБ/км), связан с присутствующими в стекле примесями. Ими
бьm также указан nyrь создания пригодных для телекоммуникации волокон, связанный с
уменьшением уровня примесей в стекле.

Первые оптические волокна


В 1970 r. фирма Корнинr Гласе Уоркс (позднее переименованная в Корнинr Инкорnорэйтид)
произвела оптические волокна со сrупенчатым профилем показателя преломления
и достигла коэффициента за1)’хания менее 20 дБ/км на длине волны 633 нм. Световоды с
градиентным профилем показателя преломления в 1972 r. имели затухание 4 дБ/км. В настоящее
время в одномодовых световодах достигнут коэффициент затухания 0,2 дБ/км при
длине волны 1550 нм. При этом значительно усовершенствована элементная база оптических
передатчиков и приемников, увеличена как мощность, так и чувствительность, а также
срок службы. Соответствующая кабельная технология в сочетании с разъемными и неразъемными
соединениями для оптических волокон сделала возможным успешное внедрение
этой новой среды распространения.