|
Альманах «ЭВРИКА» Часть 5 ПРАВОЕ И ЛЕВОЕ В МИРЕ АТОМОВ
ПО СТЕКЛЯННОМУ ПРОВОДУ
Информацию с помощью света люди передавали еще в глубокой древности. Чтобы быстрее сообщить важную новость, они зажигали сигнальные костры, и весть мчалась от селения к селению. С изобретением гелиографа солнечный зайчик преодолевал пространство еще резвее. Со временем на смену свету пришли иные средства обмена информацией — телеграф, телефон, радио. Развивая системы связи, где носителем информации служат излучаемые в пространство или по проводам электромагнитные волны, специалисты подошли к положенному самой природой пределу — тесно стало в эфире.
В сравнении с радиодиапазоном пропускная способность телефонного провода просто ничтожна — всего несколько десятков тысяч герц. Нетрудно определить его возможности, если учесть, что каждый разговор требует своей полосы частот шириной в 4 тысячи герц. Поэтому в кабеле обычно объединяют сотни двухжильных проводов, и тем не менее, чтобы, к примеру, увеличить в крупном городе количество телефонов, приходится вдобавок к имеющимся линиям прокладывать новые и новые. В некоторых случаях дополнительные провода еще удается «втиснуть» в колодцы телефонной канализации. Но сплошь и рядом возникает потребность в создании магистральных и соединительных линий, многочисленных ответвлений с необходимыми инженерными сооружениями. Стоимость же таких сооружений достигает почти 85 процентов общих затрат на строительство телефонной сети.
Не сбросишь со счетов и другое обстоятельство. Кабельная промышленность использует изрядную долю добываемых меди и свинца. А ресурсы этих цветных металлов близки к исчерпанию. Что же дальше? Такой вопрос, впрочем, перед связистами возник уже более десятилетия тому назад. В частности, потому, что дальнейшее расширение диапазона волн для проводной связи резко усложняет аппаратурные комплексы.
Самые совершенные медные кабели не в состоянии обеспечивать быструю и экономичную передачу огромного потока информации, например, телепрограмм. Вот почему ученые вновь обратились к световому лучу — ведь оптический диапазон частот в тысячи раз превышает диапазон, освоенный до сих пор. Так, казалось бы, основательно забытое старое стало областью открытий и обещает переворот в технике связи.
Частотный диапазон оптических электромагнитных колебаний применительно к сегодняшним и будущим потребностям в передаче информации практически неисчерпаем. Кроме того, световые волны сами по себе настолько малы, что световод может быть в десятки раз тоньше привычного телефонного провода, а пропускать информации — в тысячи раз больше. Уже сейчас стеклянный провод с диаметром сердечника всего в десятую долю миллиметра дает возможность, не мешая друг другу, общаться одновременно более 10 тысячам абонентов. Когда промышленность освоит выпуск самого емкого в оптическом спектре широкополосного одномодового волокна толщиной в сотую долю миллиметра, по нему можно будет передавать свыше ста тысяч разговоров. А если из таких волокон сделать кабель?
Светотелефония — очень молодая сфера техники. По существу, начало ей «положило создание оптических квантовых генераторов — ведь для передачи
информации здесь нужен и особый источник света. Лазер оказался очень подходящим для этой цели. Квантовый генератор испускает узконаправленный луч, способный переносить информацию практически на любые расстояния.
Вначале инженеры использовали квантовый генератор для организации так называемых открытых линий связи. Опыты проводились так: в одном здании установили лазер, в другом — на значительном удалении — приемник. В хорошую погоду линия действовала надежно. Но едва менялись метеорологические условия или путь лучу преграждал посторонний предмет — возникали сильные помехи. И хотя в ряде случаев подобные открытые линии вполне оправданны и используются, они широкого применения не нашли.
А если заключить луч в полированную трубу — волновод и таким образом избежать влияния внешних помех?
До некоторой степени это удалось. Поток фотонов проходил по волноводу до 120 километров без дополнительного промежуточного усиления. Однако и труба не изолировала его от температурных перепадов наружного воздуха. На криволинейных участках трассы пришлось устраивать сложные и дорогостоящие системы для фокусировки луча.
Пути поиска сошлись в одной точке. Специалисты создали стекловолокно-вые световоды и продолжают их совершенствовать.
Не только разработка, но и производство элементов для волоконно-оптических систем потребовали усилий представителей многих областей знания — физики, химии, оптики, механики. К примеру, мастер самой высокой квалификации не в состоянии управлять изготовлением световода — настолько жесткие требования предъявляются к нему по точности и геометрии. С этим на заводах справляются только ЭВМ. Погрешности при изготовлении соединительных разъемов допускаются столь ничтожные, что их доводка выполняется под микроскопом.
Узел излучателя с полупроводниковым лазером чуть больше наперстка, способные расшифровать закодированную в микрочастице света информацию фотодетекторы, кварцевые световоды тоньше человеческого волоса — вся эта высокоточная техника выпускается сегодня на производственных участках, в экспериментальных лабораториях и становится привычной.
В настоящее время действуют волоконно-оптические линии первого «поколения». Монтируются системы второго «поколения», более совершенные, с повышенной пропускной способностью. Сотрудниками лаборатории перспективных исследований предложен ряд решений по созданию техники третьего «поколения», возможности которой пока еще в полной мере даже трудно представить. Вполне вероятно, что в будущем, набрав определенную комбинацию цифр на аппарате и не выходя из квартиры, абонент сможет по своему выбору посмотреть любую телепрограмму, прочитать хранящуюся в библиотеке книгу, заказать трансляцию спектакля в театре или спортивного матча. Во всех подобных случаях каналом связи между человеком и объектом информации способен стать световод.
Техническая и экономическая целесообразность развития оптических кабельных систем очевидна, хотя их сооружение на первых порах обходится недешево. Но перспективы здесь открываются хорошие. Начать с того, что материалы для километра обычного двухжильного телефонного провода, по которому могут одновременно общаться лишь тридцать абонентов, в десятки раз дороже сырья для изготовления волоконного световода той же длины.
Когда мы разговариваем по телефону, голос нашего собеседника, если он находится на значительном расстоянии, неоднократно усиливается специальными устройствами. Иначе на первых же 2—5 километрах кабеля электрический сигнал ослабляется и вместо речи слышится лишь неясный шум. На ряде линий связи усилители приходится устанавливать через каждые полтора километра. На волоконно-оптических они тоже нужны, но намного реже. Сейчас без регенерации луч света проходит до восьми километров. Исследования показывают: эти участки можно увеличить и до 50—80 километров.
Немаловажны и другие преимущества. «Стеклянные» провода можно укладывать в имеющихся каналах в значительно больших количествах. Никакие внешние помехи не влияют на качество передачи по волоконным световодам. Практически не подвержены они температурным воздействиям: выдерживают любую стужу, способны исправно служить и в раскаленном до 500 градусов состоянии. Пригодны для устройства протяженных магистральных линий на суше и в море, городских телефонных сетей, прокладки коммуникаций в поселках, на предприятиях, судах...
Прозрачные нити световодов, вполне возможно, со временем изменят наши представления о технике передачи информации и предоставят человеку самые разнообразные услуги — от видеотелефона в квартире до чтения свежего выпуска газеты, переданном; подписчику по стеклянному проводу
|
