История создания оптоволокна

Волоконная оптика сделала возможными многие вещи, без которых современному человеку практически нельзя обойтись. Это высокоскоростной интернет, межконтинентальная связь, мобильные сети. Оптоволоконные линии обеспечивают передачу данных на невероятно высокой скорости. Ещё одно достоинство оптоволокна – возможность использования на значительном расстоянии. При этом применение оптоволоконных кабелей для организации линий связи отличается сравнительно небольшими финансовыми затратами.

Своим появлением волоконная оптика обязана множеству открытий. Каждое из них имеет право претендовать на то, чтобы быть причастным к истории создания оптоволокна. Самые значимые открытия сделал ученый Чарльз Као Куэн, получивший за свои работы Нобелевскую премию по физике. Его по праву считают отцом оптоволоконной связи.

В 1966 году Чарльз Као Куэн представил в IEE свою научную работу, в которой доказал возможность организовать линию связи при помощи волокна из стекла. Работа подкреплялась многочисленными практическими исследованиями. Большое внимание было уделено особенностями конструкции волокна и материалам, что можно использовать в производстве. Именно дату выпуска этой работы можно назвать полноценным днём создания привычного нам оптоволокна, без которого сейчас сложно представить системы телекоммуникаций.

Есть основания считать, что понятию на 10 лет больше. Всё дело в том, что американская компания NS Kapany впервые использовала термин «оптическое волокно» (fiber optic) в 1956 году.

Интересные факты из истории оптоволокна

История появления волоконной оптики связана с большим количеством открытий в области физики. Большое значение имеют исследования учёного Джона Тиндалла, который узнал, что если свет входит в воду под углом 48 градусов, то не выходит из неё, то есть полностью отражается. Позже стало известно, что нечто подобное наблюдается и при столкновении света с другими материалами. Соответствующие научные работы были опубликованы в середине XIX века.

Подобные эксперименты с водой можно повторить в домашних условиях: для этого потребуется лазерная указка или обычный фонарик. Это хороший способ развлечь детей.

В середине XX века учёные начали говорить о создании световодов на основе волокна. Первые модели обладали недостаточной прозрачностью, могли передавать световой сигнал лишь на считанные метры. Но разработка быстро пошла вперед: в 1976 году состоялась конференция по работам в области оптоволоконной связи, и лидерами там были Советский Союз и Япония. Через год в Зеленограде была запущена первая оптическая линия связи.

Чарльз Куэн Као вместе с Джорджем Хокхэмом много работали над поиском материалов, что имели бы минимальный коэффициент затухания. Этот параметр наиболее важен, чтобы обеспечить связь на больших расстояниях. После многочисленных исследований оказалось, что оптимальный материал – кварцевое стекло. Стоит выделить 2 идеи ученого, которые являются основой современной высокоскоростной связи.

• Во-первых, необходимо использовать сверхчистые материалы.

• Во-вторых, наилучшим вариантом становятся одномодовые кабели.

В 1969 году Чарльзу удалось снизить затухание до 4 дБ/км. В 1970 компания Corning Glass Works использовала кварцевое волокно для передачи светового сигнала на расстояние до 2 км. 

Вклад Као в развитии оптоволоконных сетей сложно переоценить. На его счету более сотни статей и 30 патентов.

Где применяется оптоволокно

Об использовании оптоволокна в сфере телекоммуникаций знают все, но этим область его применения не ограничивается. 

• Современные рентгеновские аппараты применяют оптическое волокно, чтобы не допустить попадания врачей и пациентов в зону высокого напряжения. 

• В распределительном оборудовании электрических подстанций оптоволокно также выполняет защитную функцию.

• Повышенная радиация, температура, электромагнитное поле и другие экстремальные условия накладывают ограничение на использование электрических измерительных приборов. В таких ситуациях на выручку приходят датчики на базе оптических волокон. Эти элементы способны измерять большое количество различных параметров, среди которых частота вибраций, вращение, смещение, скорость и ускорение, вращающий момент, скручивание.

• На основе оптоволокна изготавливаются гироскопы, достоинство которых – отсутствие подвижных частей. Высокая надёжность и точность измерений сделали такие приборы востребованными для установки в самолётах и аэробусах.

• Охранная сигнализация – ещё один способ использования оптического волокна. Попадание постороннего человека в определённую зону изменяет особенности прохождения света, благодаря чему сигнал о правонарушении моментально поступает охране.

Оптоволокно применяется и в декоративных целях. Его использование в качестве декора особенно востребовано в следующих областях:

• коммерческая реклама;

• производство искусственных ёлок;

• создание объектов искусства.

Новые разновидности оптических волокон появляются постоянно, благодаря этому расширяется сфера применения материала. Оптоволокно крайне востребовано в промышленности, медицине, военном деле. Оно позволяет создать мощный лазер, способный бурить бетон и резать массивные объекты.

Учёные ведут активную работу над разработкой оптоволокна, в котором будет использоваться большое количество ядер (сердцевин). Появление такого материала позволит многократно увеличить пропускную способность кабельных сетей.

Оптическое волокно уже многие десятилетия служит человечеству для решения самых разных задач, и в большинстве областей ему нет адекватной замены. Прогресс не стоит на месте, появляются инновации, способные расширить сферу его использования. Новые разработки также помогают улучшить характеристики, влияющие на применение волокна в традиционных областях, таких как телекоммуникация.