Волоконно-оптическая связь находится в одном шаге от перехода к петабитному диапазону
Выступая на XIV Школе молодых ученых «Актуальные проблемы физики» Евгений Дианов, академик РАН, директор Научного центра волоконной оптики РАН, заявил, что в настоящее время волоконно-оптическая связь находится всего в одном шаге от перехода к петабитному диапазону, сообщается на сайте Физического института им. П.Н. Лебедева.
Во время своего выступления Дианов рассказал о главном достижении волоконно-оптической связи в прошлом году – разработке экспериментальной системы со скоростью передачи информации 1 Петабит/с.
Насыщенная история связи была представлена с 1974 года – с изобретения оптического телеграфа. Дианов вспомнил великих изобретателей и ученых, работы которых заложили основы современной связи, – Попова, Герца, Белла, Маркони и других. Также Евгений Михайлович отметил основные тенденции и этапы эволюции связи и отдельно выделил бурное развитие в XX веке радиосвязи, которому сопутствовало укорочение длин волн радиоизлучения, а также переход к оптическому диапазону.
В настоящее время общая длина волоконных световодов в волоконно-оптических системах связи составляет 1 миллиард километров, а к 2015 году, считает академик, это значение должно вырасти в два раза.
Как известно, волоконные световоды – это тонкие нити из стекла, которые имеют сложную структуру. В самом простом случае они состоят из сердцевины, оболочки, а также защитного покрытия, имеющих разные показатели преломления.
В основе их действия – использование процессов преломления и отражения оптической волны на границе сердцевины и оболочки. Легирование стекла различными элементами позволяет менять показатели преломления.
По словам Дианова, в 1950-х годах появились первые волоконные световоды, однако из-за больших оптических потерь (от 1 до 10 дБ/м) использовать их в протяженных системах связи было невозможно. В 1970-х годах пришла потребность в этих проводниках, и в то время был сделан настоящий прорыв в решении этой важной задачи. Чарльз Као установил, что эти потери возникают из-за высокого поглощения, источником которого являются примеси в кварцевом стекле. Као также предсказал получение волоконных световодов с оптическими потерями ниже 20 дБ/км.
Впоследствии Као получил за это открытие Нобелевскую премию, а его работа дала огромный импульс разработке «чистых» стекол. В 1970 году в США были получены первые волоконные световоды с оптическими потерями менее 20 дБ/км.
В том же 1970 году в Ленинграде команде Ж.И. Алферова (в то время – будущий нобелевский лауреат) впервые удалось получить непрерывную генерацию при комнатной температуре в полупроводниковых лазерах на основе гетероструктур. Она велась на длине волны 0,85 мкм. Отметим, что именно в этом диапазоне работали созданные спустя 10 лет первые коммерческие волоконно-оптические системы связи. В настоящее время на данной длине работают исключительно небольшие оптоволоконные сети, а в магистральных световодах используется длина волны 1,55 мкм.
Еще одним крупным достижением стала разработка очень важного элемента оптоволоконных систем – эффективных усилителей сигнала, которые были изобретены на основе световодов, легированных ионами эрбия. Данный металл оказался единственным из редкоземельной группы, позволившим создать усилитель, который работал в спектральной области вблизи 1,55 мкм, точно совпавшей с областью минимальных потерь современных световодов. В конце 1990-х годов замена использовавшихся электронных ретрансляторов на эрбиевые усилители позволила довести скорость передачи информации до 40 Гбит/с, а также упростить схему линий связи. Таким образом последние препятствия на пути создания высокоскоростных систем дальней связи были почти устранены.
В дальнейшем прогресс в увеличении скорости передачи информации обязан явлению спектрального уплотнения каналов. По словам Дианова, информацию можно передавать на одной частоте по одному световоду, но при этом также можно ввести в него сотню каналов, чуть-чуть на разных длинах волн, чтобы они не взаимодействовали друг с другом. В итоге скорость передачи информации увеличится соответственно числу каналов (разумеется, в пределах полосы усиления этого волоконного усилителя).
Именно благодаря данной разработке скорость передачи информации по одному световоду в коммерческих системах к 2010 году уже составила 10 Тбит/с и в настоящее время продолжает расти.
Читать полностью: http://www.km.ru/science-tech/2013/06/0 … ge-peta-er