История оптического волокна

Где-то в середине 80-х гг. прошлого века, может, чуть раньше, в советских магазинах электроприборов появились необычные настольные светильники.

Это была некая коробочка-основание со спрятанным внутри моторчиком и подсветкой, а из нее торчал пучок чего-то непонятного типа лески, но не мягкой, а упругой, стоящей “торчком”. Когда светильник включался, внутри основания приходил в действие моторчик и загорались цветные лампочки и – о чудо! – пучок “лески” начинал светиться разными цветами.

Свет проходил по “леске” и на каждом кончике загоралась маленькая звездочка. Сама “леска” на всем своем протяжении тоже светилась. Ее пучок красиво покачивался, особенно если провести по нему рукой.

Зрелище для не избалованных оригинальными вещами советских обывателей было неподражаемое, чудо-светильники мгновенно раскупались. Особо продвинутые модели еще и вращались, точнее, вращались лампочки внутри основания, давая красивые переливы света. Светильнички тут же получили ласковые названия типа “фонтанчик”, “одуванчик” и т.п.

Вставлялась в них, конечно, не леска, а недавно изобретенное оптическое волокно. Сегодня оно используется, конечно, не только для таких красивых игрушек. В современном мире оптоволоконные кабели – одно из самых надежных и распространенных средств передачи данных. Сегодня такие кабели соединяют не только дома, но и целые континенты.

При этом говорить, что оптическое волокно – детище лишь прошлого века, будет не совсем справедливо. Можно сказать, что история освоения оптики как средства связи начинается аж в XVIII в., в 1790-1794 гг., когда французский инженер Клод Шап разработал первую систему оптического телеграфа, о котором упоминается даже в романе Александра Дюма-отца “Граф Монте-Кристо”.

Такой телеграф позволял всего за четверть часа передавать сведения на невероятное по тем временам расстояние – 230 км. Сообщения передавались от одной возвышенности до другой посредством движения рычагов.

Спустя всего год известный русский изобретатель Иван Кулибин усовершенствовал этот метод и изобрел семафорный телеграф, который эффективно работал не только днем, но и ночью. Однако в России от изобретения до введения его в ход проходит зачастую не один год и даже не одно десятилетие. Вот и первая линия такого оптического телеграфа в этой стране была сооружена лишь в 1824 г.

Чуть позже открылась линия, связавшая Петербург и Варшаву. В то время по протяженности она была самой большой в мире, длина ее составляла 1200 км. Любой человек, даже самый простой крестьянин, мог воспользоваться ею и послать “оптическую” телеграмму.

Конечно, скорость “интернета” первой трети XIX в. оставляла желать лучшего – передача 45 условных сигналов из Петербурга в Варшаву занимала целых 22 минуты!

В 1854 г. британский физик Джон Тиндалл провел эксперимент, в котором он передавал свет вдоль струи падающей воды, демонстрируя передачу сигнала путем полного внутреннего отражения.

В 1880 г. знаменитый изобретатель Александр Белл изобрел устройство, названное фотофоном. Оно содержало сделанную из отражающего материала мембрану. Когда звук заставлял мембрану вибрировать, она модулировала падающий на нее световой пучок и отражала его вдаль. Отраженный свет мог быть затем демодулирован с использованием другого фотофона.

Используя этот метод, Белл смог установить связь на расстоянии вплоть до 213 м. Американский инженер Уильям Уилер разработал систему освещения здания на основе ряда каналов и протоков. Свет вводился с одного конца, и световые лучи за счет внутреннего отражения проходили сквозь каналы к их концам, излучались в комнаты и рассеивались. Хотя система, возможно, никогда не работала эффективно, идея была здравая и, в конечном счете, способствовала появлению оптоволоконной связи.

В 1934 г. американцем Норманом Р.Френчем был получен первый патент на телефонную систему, собранную на основе оптических технологий. В указанной системе речевые сигналы передавались по стеклянным стержням при помощи света.

В современном понимании оптическое волокно возникло в начале 50-х гг. прошлого века. Именно к этому моменту научились делать тонкие двухслойные волокна из различных прозрачных материалов, например, из стекла или кварца. Но все равно световоды того времени были недостаточно прозрачны, и при длине 5-10 м свет в них полностью поглощался, т.е. налицо был эффект затухания сигнала.

В 1962 г. были разработаны фотодиод и полупроводниковый лазер, с помощью которых можно было передавать и принимать оптический сигнал. Но еще восемь понадобилось ученым для доведения технологии и материалов до рабочего состояния, и в 1970 г. фирмой “Corning” был начат коммерческий выпуск оптоволокна, уровень затухания сигнала в котором был ниже 17 дБ/км. т.е. инженерам “Corning” удалось создать сверхчистое кварцевое волокно, которое пропустило световой луч на расстояние до 2 км. Это был буквально прорыв!

В том же году возможности волоконной оптики расширили лазерные технологии. И дальше прогресс в этой области было уже не остановить, началось стремительное развитие волоконно- оптической связи: появились новые усовершенствованные волокна, миниатюрные лазеры, фотоприемники, оптические разъемные соединители и прочие полезные вещи.

Еще через несколько лет инженеры предприятия добились уровня затухания в 4 дБ/км. В то время по оптоволокну передавался не один, а несколько модов света (параллельных потоков сигналов). Выпуск одномодового оптоволокна был освоен в 1983 г.

В бывшем Советском Союзе первая оптическая линия связи была запущена в эксплуатацию в 1977 г. в Зеленограде, городе-спутнике Москвы, который был в те годы одним из передовых флангов советской науки. Линия соединила администрацию города с научным центром и предприятиями Северной промышленной зоны. Изготовлена она была на оптическом кабеле разработки ОКБ кабельной промышленности (ОКБ КП), ныне входящего в КРЭТ.

Любопытно, что первая советская оптическая линия заканчивалась видеотерминалами, и участники разговора даже могли видеть друг друга на экранах. Это было зримое воплощение идей из фантастических романов, в которых описывалось чудо из чудес: телефонная связь, при которой собеседники могли видеть друг друга, а не только слышать.

Кстати, Советский Союз в этой сфере ничуть не отставал от западных стран, и даже наоборот, советские разработки во многом опережали иностранные. На первой общеевропейской конференции по волоконно-оптической связи в 1976 г. лидерами в этой области были названы СССР и Япония.