11.1.4.Становление волоконно-оптических линий связи волс

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) представля-ют собой сверхширокополосную линию связи, состоящую из из-лучателя, преобразующего входной электрический сигнал в оп-тический, волоконно-оптического канала, по которому распро-страняются сверхкороткие оптические импульсы, и фотоприем-ника, преобразующего выходной оптический сигнал в электриче-ский.

В 1966 гг. Ч. Као высказал предположение о возможности волоконно-оптической связи с использованием стеклянных воло-кон (световодов) при условии очистки стекла от примесей. Поч-товое ведомство Англии и ряд коммерческих фирм сразу ини-циировали разработку этой проблемы.

Проект был реализован в 1970 г., когда в американской компании Corning glass было получено кварцевое волокно с зату-ханием менее 16 дб/км. Руководитель электрооптической группы Р. Маурер отказался от стеклянных световодов и технологии "двойной реторты" и начал экспериментировать с кварцем. Раз-работанная им технология подразумевала получение заготовки путем осаждения (SiO2) на внутреннюю поверхность кварцевой трубы, нагретой до высокой температуры (около 2000 С). Ис-пользовали газообразные реактивы и оборудование, которые бы-ли освоены ранее для получения сверхчистых кремниевых пле-нок в технологии ИС. Затем заготовка разогревалась и протяги-валась через фильеры с последовательно уменьшающимися от-верстиями. Получалось тончайшее волокно, покрытое полимер-ной оболочкой и имеющее длину в несколько километров. Для увеличения показателя преломления сердцевину легировали ти-таном, а в дальнейшем, - германием. Была создана принципиаль-но новая среда для передачи световых сигналов, обладающая це-лостной конструкцией без каких-либо дополнительных оптиче-ских элементов. Она отличалась простотой изготовления и экс-плуатации, высокой прочностью, дешевизной. Затухание свето-вого импульса было ничтожно, свет можно было передавать на 1 - 2 км, восстанавливать на выходе до первоначальной величины, вновь передавать и т.д. Световоды, подобно металлическим про-водам, можно было прокладывать под землей, в стенах зданий, встраивать в кабели связи. В 2000 г. изобретение ВОЛС было удостоено Дайперовской премии.

Создание кварцевого волокна в 1970 г. в компании Corning glass подтолкнуло десятки фирм и лабораторий к улуч-шению его параметров и связанных с этим исследованиями зату-хания, потерь передачи, дисперсии и спектра оптических сигна-лов.

Сначала, до 1970 г. в качестве излучателей обычно ис-пользовали светодиоды. Предполагалось, что изобретенный в конце 1962 г. полупроводниковый лазер на основе арсенида гал-лия, станет подходящим излучателем для волоконно-оптической связи. Однако работа при азотной температуре, импульсный ре-жим и короткий срок службы затрудняли их применение. Надеж-ное соединение лазера, напоминающего неоновую лампу, с серд-цевиной волокна, диаметром тоньше волоса, тогда было техноло-гически невозможно. При попытке использования лазеров для открытой (без волокна) атмосферной связи не удавалось снизить влияние погоды и атмосферных явлений на качество связи. От-крытая лазерная связь стала находить применение в космосе.

Создание гетеролазера открыло новый этап в развитии волоконно-оптической связи. Он сразу был признан как наиболее перспективный источник излучения. Спектральные характери-стики лазера и кварцевого волокна были сходны: лазер излучал фотоны с длиной волны около λ = 820 нм. На этой же длине вол-ны волокно имело высокую прозрачность. Поиск новых диапазо-нов длин волн показал, что инфракрасная область излучения (λ = 1550 нм) является наиболее эффективной для передачи сигналов. Это, в свою очередь, подтолкнуло создание новых типов гетеро-лазеров. Развитие оптической связи вызвало усовершенствование конструкций и характеристик лазеров, их массовое промышлен-ное производство и, главное, увеличение срока службы (от сотен - до десятков и сотен тысяч часов).

Первые волокна были одномодовыми (мода - тип распре-деления передаваемого электромагнитного поля). Для упрощения соединения с лазером был увеличен диаметр сердцевины и полу-чены многомодовые волокна. Искажение оптических импульсов было значительным, а скорость передачи была относительно медленной и недостаточной для протяженных линий связи. По-этому с 1972 г. стали изготовлять волокна, в которых показатель преломления плавно уменьшался от центра к периферии. Благо-даря этому световые лучи распространялись по синусоиде, либо скручивались в спираль. Лучи самофокусировались по всей дли-не волокна (self focus).Теория градиентных волокон была разра-ботана академиком А. Микаэляном еще в 1951 г. В 1970-х гг. гра-диентные волокна широко использовали в ВОЛС. Впоследствии опять вернулись к одномодовым волокнам и стали использовать гетеролазеры с длинами волн λ = 1310 нм и λ = 1550 нм. Это по-зволило снизить затухание сигнала, а также минимизировать дисперсию - искажения формы передаваемых световых импуль-сов.

К концу 1970-х гг. начался инженерный период в технике ВОЛС. Были разработаны способы сращивания (сваривания) во-локон друг с другом для получения кабеля любой требуемой длины. Волоконно-оптические кабели были проложены в разных странах, длина отдельных линий превышала 1000 км. Они ус-пешно заменяли телефонные кабели. Технический уровень ВОЛС конца 1970-х гг. характеризуется тем, что одновременно по воло-конному каналу можно было передавать 1000 -10000 телефонных разговоров. Это значительно превосходило возможности кабель-ной связи.