SEJARAH TEKNOLOGI, TEKNOLOGI, OBJEK DI SEKITAR KITA
Talian komunikasi gentian optik. Sejarah ciptaan dan pengeluaran Buku Panduan / Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita Talian komunikasi gentian optik (penghantaran) - sistem gentian optik yang terdiri daripada unsur pasif dan aktif, direka untuk menghantar maklumat dalam julat optik (biasanya berhampiran inframerah).
Pada abad ke-XNUMX, umat manusia telah menyaksikan lonjakan besar dalam perkembangan pelbagai jenis komunikasi, terutamanya telefon, radio dan televisyen. Terima kasih kepada mereka, dan juga terima kasih kepada kemunculan sistem komunikasi angkasa satelit, manusia moden telah menerima peluang yang tidak dapat diakses oleh generasi terdahulu untuk berkomunikasi dengan sudut paling terpencil dan terpencil di planet ini, untuk melihat, mendengar dan mengetahui tentang semua yang berlaku. di dunia. Walau bagaimanapun, dengan semua kelebihan jenis komunikasi tradisional, setiap daripada mereka mempunyai beberapa kelemahan, yang menjadi lebih dan lebih sensitif apabila jumlah maklumat yang dihantar meningkat. Walaupun teknologi terkini, yang boleh memekatkan maklumat yang dihantar melalui kabel dengan ketara, talian telefon utama masih sering terbeban. Lebih kurang sama boleh dikatakan tentang radio dan televisyen, di mana isyarat maklumat dibawa menggunakan gelombang elektromagnet: bilangan saluran TV dan stesen radio, penyiaran dan perkhidmatan yang semakin meningkat, telah membawa kepada gangguan bersama, kepada situasi yang dipanggil "udara sesak. ". Ini adalah salah satu dorongan untuk pembangunan lebih banyak lagi jalur gelombang radio gelombang pendek. Ia diketahui: lebih pendek gelombang yang digunakan untuk penyiaran, lebih banyak stesen radio tanpa gangguan bersama boleh ditampung dalam julat tertentu (ia mudah dilihat dengan memutar tetapan radio: jika kita boleh menangkap hanya beberapa stesen radio pada gelombang panjang , maka sudah ada berpuluh-puluh stesen radio sedemikian pada gelombang pendek dan ultrashort dan beratus-ratus, mereka benar-benar "duduk pada setiap milimeter"). Satu lagi kelemahan jenis komunikasi tradisional ialah secara amnya tidak menguntungkan untuk menggunakan gelombang yang dipancarkan ke ruang bebas untuk menghantar maklumat. Lagipun, tenaga bagi setiap kawasan tertentu di hadapan gelombang sedemikian berkurangan apabila hadapan gelombang meningkat. Untuk gelombang sfera (iaitu, yang merambat secara seragam ke semua arah dari sumber), pengecilan adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak dari sumber gelombang ke penerima. Akibatnya, teknologi radio moden membelanjakan banyak wang untuk mengasingkan dan menguatkan isyarat yang berguna. Gambar yang sama sekali berbeza adalah jika maklumat itu dihantar oleh rasuk atau rasuk terarah sempit. Kerugian dalam kes ini akan lebih kurang. Kelemahan ini menunjukkan bahawa manusia berada di ambang revolusi penting dalam sistem komunikasi, yang akan membawa kepada fakta bahawa pada abad ke-XNUMX, optoelektronik akan menjadi jenis utamanya, yang tidak mempunyai semua kekurangan ini. Dijangkakan dalam dekad pertama abad yang akan datang, semua sistem telefon, televisyen dan komputer baharu akan disambungkan dengan kabel gentian optik menggunakan sinaran laser sebagai pembawa maklumat. Era komunikasi optik moden bermula pada tahun 1960 dengan penciptaan laser pertama. Penciptaan laser secara amnya menimbulkan harapan untuk mengatasi masalah "kesesakan aether" yang cepat dan mudah. Sesungguhnya, penggunaan gelombang mikron cahaya boleh dilihat untuk keperluan komunikasi dan bukannya gelombang radio sentimeter dan milimeter memungkinkan untuk mengembangkan volum maklumat yang dihantar hampir selama-lamanya. Sebagai contoh, sistem komunikasi laser helium-neon mempunyai lebar jalur yang boleh menampung kira-kira satu juta saluran televisyen secara serentak. Walau bagaimanapun, eksperimen pertama menghilangkan ilusi merah jambu. Ternyata atmosfera bumi sangat aktif menyerap dan menyebarkan sinaran optik dan bahawa laser (sekiranya rasuk merambat terus melalui udara) boleh digunakan untuk keperluan komunikasi hanya pada jarak yang sangat dekat (secara purata, tidak lebih daripada 1 km).Semua percubaan untuk mengatasi kesukaran ini tidak berjaya. Ini berlaku apabila, pada tahun 1966, dua saintis Jepun, Kao dan Hokema, mencadangkan penggunaan gentian kaca panjang untuk menghantar isyarat cahaya, sama seperti yang telah digunakan dalam endoskopi dan bidang lain. Artikel mereka meletakkan asas untuk komunikasi gentian optik. Apakah asas tindakan pemandu cahaya? Adalah diketahui umum dari optik bahawa jika pancaran cahaya diarahkan dari medium yang lebih tumpat kepada yang kurang tumpat (contohnya, dari air atau kaca ke udara), maka sebahagian besar daripadanya dipantulkan kembali dari sempadan dua media. . Dalam kes ini, semakin kecil sudut tuju rasuk, sebahagian besar fluks cahaya akan dipantulkan. Melalui eksperimen, seseorang boleh memilih sudut yang begitu lembut di mana semua cahaya dipantulkan dan hanya sebahagian kecil daripadanya mendapat dari medium yang lebih tumpat kepada yang kurang tumpat. Dalam kes ini, cahaya menjadi seperti banduan dalam medium padat dan merambat di dalamnya, mengulangi semua selekohnya. Kesan "cahaya penahan" ini boleh diperhatikan dalam contoh perambatan cahaya di dalam pancutan air, yang ia tidak boleh meninggalkan, sentiasa memantul dari sempadan air dan udara. Dengan cara yang sama, isyarat cahaya dihantar melalui gentian kaca optik. Masuk ke dalamnya, pancaran cahaya merambat ke arah yang berbeza. Sinar yang bergerak pada sudut kecil ke sempadan dua media dipantulkan sepenuhnya daripadanya. Oleh itu, cangkerang memegangnya dengan kuat, menyediakan saluran legap untuk penghantaran isyarat pada kelajuan cahaya yang hampir.
Dalam panduan cahaya ideal yang diperbuat daripada bahan yang benar-benar telus dan homogen, gelombang cahaya harus merambat tanpa henti, tetapi hampir semua panduan cahaya sebenar lebih kurang kuat menyerap dan menyerakkan gelombang elektromagnet disebabkan oleh kelegapan dan ketidakhomogenannya. (Penyerapan kelihatan secara luaran sebagai pemanasan gentian; penyerakan adalah apabila sebahagian daripada sinaran meninggalkan gentian.) Kaca yang kelihatan begitu telus di tingkap, etalase dan teropong sebenarnya jauh daripada seragam. Ini mudah dilihat dengan melihat melalui muka hujung kaca lembaran. Pada masa yang sama, warna hijau kebiruan yang samar menjadi kelihatan serta-merta. Kajian menunjukkan bahawa pewarnaan ini disebabkan oleh sejumlah kecil besi dan tembaga yang terdapat di dalam kaca. Malah cermin mata paling tulen yang dibuat untuk kanta astronomi dan fotografi mengandungi sejumlah besar kekotoran berwarna. Dalam panduan cahaya pertama yang diperbuat daripada kaca sedemikian, kehilangan tenaga adalah sangat tinggi (lebih daripada 1% cahaya yang dimasukkan ke dalamnya hilang setiap 50 m panduan cahaya). Walau bagaimanapun, walaupun dengan kualiti ini, adalah mungkin untuk mencipta peranti yang memungkinkan untuk menghantar cahaya melalui saluran melengkung, memerhatikan permukaan dalaman rongga logam, mengkaji keadaan organ dalaman tubuh manusia, dll. Tetapi untuk penciptaan talian komunikasi batang, panduan cahaya seperti itu tidak banyak digunakan. Ia mengambil masa kira-kira sedekad untuk mencipta sampel makmal gentian optik yang mampu menghantar 1% daripada kuasa cahaya yang dimasukkan ke dalamnya setiap 1 km. Tugas seterusnya ialah membuat kabel panduan cahaya yang sesuai untuk kegunaan praktikal daripada gentian sedemikian, untuk membangunkan sumber dan penerima sinaran. Gentian optik yang paling mudah ialah filamen nipis dielektrik lutsinar. Gelombang cahaya yang dihantar bergerak pada sudut kecil ke paksi gentian dan mengalami pantulan dalaman keseluruhan dari permukaannya. Tetapi panduan cahaya seperti itu hanya boleh digunakan di makmal, kerana dalam keadaan biasa permukaan kaca yang tidak dilindungi secara beransur-ansur ditutup dengan zarah habuk, banyak kecacatan berkembang di atasnya: retakan mikro, penyelewengan yang melanggar syarat untuk pantulan dalaman total cahaya di dalam gentian. , sangat kuat menyerap dan menyerakkan sinar. Kerugian tambahan yang ketara berlaku pada titik sentuhan antara gentian optik dan penyokong yang menyokong kabel yang tidak dilindungi.
Perubahan radikal dalam keadaan dikaitkan dengan penciptaan panduan cahaya dua lapisan. Pemandu cahaya tersebut terdiri daripada helai panduan cahaya yang disertakan dalam sarung lutsinar, yang indeks biasannya lebih rendah daripada helai. Jika ketebalan cangkerang lutsinar melebihi beberapa panjang gelombang isyarat cahaya yang dihantar, maka habuk mahupun sifat medium di luar cangkerang ini tidak mempunyai kesan yang ketara ke atas proses perambatan gelombang cahaya dalam panduan cahaya dua lapisan. Panduan cahaya ini boleh disalut dengan sarung polimer dan bertukar menjadi kabel panduan cahaya yang sesuai untuk aplikasi praktikal. Tetapi untuk ini adalah perlu untuk mencipta kesempurnaan tinggi sempadan antara urat dan cangkang telus. Teknologi paling mudah untuk menghasilkan panduan ringan ialah teras rod kaca dimasukkan ke dalam tiub kaca yang dipasang rapat dengan indeks biasan yang lebih rendah. Kemudian struktur ini dipanaskan. Pada tahun 1970, Corning Glass mempelopori pembangunan panduan cahaya kaca yang sesuai untuk menghantar isyarat cahaya pada jarak yang jauh. Dan pada pertengahan 70-an, panduan cahaya yang diperbuat daripada kaca kuarza ultra-tulen telah dicipta, keamatan cahaya di mana hanya separuh pada jarak 6 km. (Betapa lutsinar kaca tersebut boleh dilihat daripada contoh berikut: jika anda membayangkan kaca optik ultra-jelas setebal 10 km dimasukkan ke dalam tingkap, maka ia akan menghantar cahaya serta kaca tingkap biasa dengan ketebalan satu sentimeter!)
Sebagai tambahan kepada panduan cahaya, sistem komunikasi gentian optik termasuk unit pemancar optik (di mana isyarat elektrik yang memasuki input sistem ditukar kepada denyutan optik) dan unit penerima optik (menerima isyarat optik dan menukarnya menjadi denyutan elektrik). Jika garisan panjang, pengulang juga beroperasi padanya - mereka menerima dan menguatkan isyarat yang dihantar. Dalam peranti untuk memasukkan sinaran ke dalam gentian optik, kanta digunakan secara meluas, yang mempunyai diameter yang sangat kecil dan panjang fokus tertib ratusan dan berpuluh-puluh mikron. Sumber sinaran boleh terdiri daripada dua jenis: laser dan diod pemancar cahaya, yang berfungsi sebagai penjana gelombang pembawa. Isyarat yang dihantar (ia boleh menjadi siaran televisyen, perbualan telefon, dll.) dimodulasi dan ditindih pada gelombang pembawa dengan cara yang sama seperti dalam kejuruteraan radio. Walau bagaimanapun, adalah lebih cekap untuk menghantar maklumat dalam bentuk digital. Dalam kes ini, sekali lagi, tidak kira sama sekali maklumat yang dihantar dengan cara ini: perbualan telefon, teks bercetak, muzik, program televisyen atau imej gambar. Langkah pertama dalam menukar isyarat kepada bentuk digital adalah untuk menentukan nilainya pada selang masa tertentu - proses ini dipanggil pensampelan isyarat dari semasa ke semasa. Telah terbukti (secara matematik dan praktikal) bahawa jika selang T sekurang-kurangnya 2 kali kurang daripada frekuensi tertinggi yang terkandung dalam spektrum isyarat yang dihantar, maka isyarat ini boleh dipulihkan lagi daripada bentuk diskret tanpa sebarang herotan. Iaitu, bukannya isyarat berterusan, tanpa prejudis kepada maklumat yang dihantar, anda boleh menggunakan satu set denyutan yang sangat pendek yang berbeza antara satu sama lain hanya dalam amplitudnya. Tetapi tidak perlu menghantar impuls ini dalam bentuk ini. Oleh kerana mereka semua mempunyai bentuk yang sama dan dialihkan relatif kepada satu sama lain dengan selang masa yang sama T, adalah mungkin untuk menghantar bukan keseluruhan isyarat, tetapi hanya nilai amplitudnya. Dalam contoh kami, pecahan mengikut amplitud masuk ke dalam lapan tahap. Ini bermakna bahawa nilai setiap nadi boleh ditafsirkan sebagai nombor binari. Nilai nombor ini dihantar melalui talian komunikasi. Oleh kerana hanya dua digit, 0 dan 1, diperlukan untuk menghantar setiap nombor binari, ia sangat dipermudahkan: 0 sepadan dengan ketiadaan isyarat, dan 1 dengan kehadirannya. Dalam contoh kami, diperlukan 1/3 T untuk menghantar setiap digit. Isyarat yang dihantar dipulihkan dalam susunan terbalik. Menggunakan isyarat dalam bentuk digital adalah sangat mudah, kerana ia hampir menghapuskan sebarang herotan dan gangguan.
Sistem komunikasi optik masih agak mahal, yang menghalang penggunaannya yang meluas, tetapi tidak ada keraguan bahawa ini hanyalah halangan sementara. Kebaikan dan kelebihannya sangat jelas sehingga ia pasti akan menerima penggunaan yang meluas pada masa hadapan. Pertama sekali, kabel gentian optik sangat tahan terhadap gangguan dan ringan. Apabila menguasai teknologi pengeluaran besar-besaran mereka, mereka boleh menjadi jauh lebih murah daripada kabel elektrik yang digunakan sekarang, kerana bahan mentah untuk mereka sudah jauh lebih murah. Tetapi kelebihan mereka yang paling penting terletak pada hakikat bahawa mereka mempunyai lebar jalur yang besar - dalam satu unit masa, sejumlah besar maklumat boleh dihantar melalui mereka, yang tidak boleh dihantar oleh mana-mana kaedah komunikasi yang diketahui sekarang. Semua kualiti ini harus menyediakan talian komunikasi gentian optik dengan aplikasi pelbagai rupa, terutamanya dalam unit komputer (pengalaman luas telah pun terkumpul dalam mencipta litar mikro yang menggunakan panduan cahaya mikroskopik; kelajuan litar mikro tersebut adalah kira-kira 1000 kali lebih besar daripada litar biasa) , dalam televisyen kabel; maka akan ada penggantian kabel telefon pada talian batang dan penciptaan kabel televisyen; pada masa hadapan, ia dijangka akan menggabungkan semua rangkaian ini menjadi satu rangkaian maklumat. Di banyak negara maju (dan terutamanya di Amerika Syarikat), banyak talian komunikasi telefon telah digantikan dengan panduan cahaya. Penciptaan rangkaian gentian optik bandar sedang diamalkan. Jadi, pada tahun 1976, sistem komunikasi telefon gentian optik digital bandar telah dipasang di bandar besar Amerika di Atlanta. Pengarang: Ryzhov K.V. Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita: ▪ Vinyl Lihat artikel lain bahagian Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita. Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini. Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu: Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan
15.04.2024 Petgugu Global kotoran kucing
15.04.2024 Daya tarikan lelaki penyayang
14.04.2024
Berita menarik lain: ▪ Perubahan iklim boleh menyebabkan alahan kekal ▪ Pemandu tidak akan tertidur di jalan raya ▪ Bahasa Jerman ialah saingan graphene Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu
Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma: ▪ bahagian tapak Dokumentasi normatif mengenai perlindungan buruh. Pemilihan artikel ▪ artikel Sejak kecil, saya tidak suka bujur, sejak kecil saya telah melukis sudut. Ungkapan popular ▪ artikel Bagaimanakah kesan Pauli menghalang gurauan Pauli itu sendiri? Jawapan terperinci ▪ artikel Geganti isyarat giliran Thyristor. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik
Tinggalkan komen anda pada artikel ini: Semua bahasa halaman ini Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web www.diagram.com.ua |