Волоконная оптика - это раздел оптики, в котором изучаются
распространение света и передача информации по световодам. Кроме
того, это одно из наиболее быстро развивающихся направлений
современной лазерной физики. Методы волоконной оптики
используются в оптической связи, в медицинских приборах
(освещение носоглотки, желудка и т. д.), в скоростной
киносъемке, в ядерной физике (регистрация треков ядерных
частиц), в фототелеграфии и телеметрии (преобразователи кода и
шифровальные устройства), в вычислительной технике, акустике и
т. д.
Оптическое волокно представляет собой диэлектрический волновод,
изготовленный из кварцевого стекла. Он имеет световедущую
сердцевину, окруженную оболочкой. Попадая в световедущую
сердцевину, свет распространяется в ней за счет эффекта полного
внутреннего отражения. Этот эффект имеет место при падении луча
света на границу раздела двух сред из среды с большим
показателем преломления.
Кроме основного световода волоконно-оптическая система состоит
из блока оптической передачи (в который поступает и
преобразуется электрический сигнал) и блока оптического
приемника (который оптические сигналы преобразует обратно в
электрические).
История волоконной оптики началась в 1966 году, когда двое
японских ученых Као и Хокэма предложили использовать для
передачи светового сигнала длинные стеклянные волокна.
Понадобилось целое десятилетие для того, чтобы создать
лабораторные образцы волоконных световодов, способных передать
введенную в них мощность света.
В 1970 году фирма «Корнинг Гласе» впервые разработала световод,
пригодный для передачи светового сигнала.
Волоконная оптика имеет много преимуществ по сравнению с
традиционными металлическими линиями связи:
Волоконно-оптический канал имеет намного более широкую полосу
пропускания, чем металлический кабель. То есть он может нести
больше данных.
Оптико-волоконный кабель менее чувствителен к помехам, чем
металлический, и намного тоньше и легче, чем металлический.
Данные могут передаваться в цифровом виде, а не в аналоговом.
Широкая полоса частот (до 1014 Гц) и низкое затухание света в
оптоволокне (~ 0,1-0,2 дБ/км) обеспечивают передачу массивов
информации с высокими скоростями и на большие расстояния (до
сотен километров без регенерации сигнала).
Кварцевое стекло как среда передачи нечувствительно к
электромагнитным полям. Поэтому оптоволокно может прокладываться
вместе с силовыми кабелями, без опасности возникновения
наведенных помех и ошибок при передаче информации.
Оптическое волокно пожаробезопасно и взрывобезопасно, в ВОС
(волоконно-оптическая сеть) обеспечивается гальваническая
развязка между передающим и приемным оборудованием.
Оптическое волокно, как канал связи, имеет высокую степень
защиты от прослушивания и несанкционированного съема информации.
На оптоволоконные световоды не действуют ни электрические, ни
магнитные поля, а температура, при которой они плавятся, равна
2000° С, а эта температура, близкая к околосолнечной.
Волоконная оптика интересна и тем, что носителем информации
является не электромагнитный импульс, а закодированный пучок
света.
Если же сравнивать пропускную способность, то оптоволоконный
световод толщиной с человеческий волос равноценен пучку медной
проволоки толщиной с руку человека.
Основной недостаток волоконной оптики в том, что
волоконно-оптический кабель является самым дорогим из всех типов
кабеля. Волоконно-оптический кабель очень хрупкий, поэтому
монтаж его очень затруднителен.
Одним из важных устройств, в котором применяется волоконная
оптика, является волоконно-оптический телефон, используемый для
двухсторонней связи. Поскольку большинство измерений
предполагает наличие приборов на обоих концах линии или снятие
замеров с одной и другой стороны, без согласованных действий
монтажников организовать их весьма сложно. Использовать с этой
целью радиостанции невозможно, так как протяженность оптических
линий может превышать сотню километров. Какие-либо металлические
изолированные жилы в оптических кабелях, которые могли бы быть
задействованы для организации проводной связи, встречаются очень
редко. Выход один: волоконно-оптический телефон или переговорное
устройство. Они выпускаются как в виде отдельной функционально
завершенной системы, так и в виде системы, совмещенной с
различными приборами (от источника излучения до рефлектометра).
Пожалуй, наиболее разумным выбором станет телефон, встроенный в
источник излучения или совмещенный с измерителем оптической
мощности. В современных оптических линиях связи наиболее широко
используются полупроводниковые лазеры с распределенной обратной
связью. Необходимым элементом таких систем являются оптические
усилители, среди которых, как показывают исследования, весьма
перспективны ВКР-усилители, созданные на основе волоконных
световодов и обладающие большой полосой усиления. Естественно,
необходимым элементом любой системы связи являются сами
волоконные световоды.
