|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Línea de comunicación de fibra óptica. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Línea de comunicación de fibra óptica (transmisión): un sistema de fibra óptica que consta de elementos pasivos y activos, diseñado para transmitir información en el rango óptico (generalmente cerca del infrarrojo).
En el siglo XX, la humanidad ha sido testigo de un gran salto en el desarrollo de diversos tipos de comunicación, especialmente la telefonía, la radio y la televisión. Gracias a ellos, y también gracias a la aparición de un sistema de comunicación espacial por satélite, el hombre moderno ha recibido una oportunidad inaccesible para las generaciones anteriores de comunicarse con los rincones más lejanos y recónditos del planeta, de ver, oír y saber de todo lo que sucede. en el mundo. Sin embargo, con todas las ventajas de los tipos tradicionales de comunicación, cada uno de ellos tiene una serie de desventajas, que se vuelven cada vez más sensibles a medida que aumenta el volumen de información transmitida. A pesar de la última tecnología, que puede condensar significativamente la información transmitida por cable, las líneas telefónicas principales siguen estando sobrecargadas. Aproximadamente lo mismo puede decirse de la radio y la televisión, en las que las señales de información se transmiten mediante ondas electromagnéticas: un número cada vez mayor de canales de televisión y estaciones de radio, de transmisión y de servicio, ha llevado a la interferencia mutua, a una situación denominada "aire saturado". ". Este fue uno de los impulsos para el desarrollo de más y más bandas de ondas de radio de onda corta. Se sabe: cuanto más cortas son las ondas utilizadas para la transmisión, más estaciones de radio sin interferencia mutua pueden caber en un rango determinado (esto es fácil de ver girando la configuración de la radio: si podemos captar solo unas pocas estaciones de radio en ondas largas, entonces ya hay docenas de estaciones de radio de este tipo en ondas cortas y ultracortas y cientos, literalmente "se sientan en cada milímetro"). Otra desventaja de los tipos tradicionales de comunicación es que generalmente no es rentable usar ondas radiadas en el espacio libre para transmitir información. Después de todo, la energía por un área determinada del frente de dicha onda disminuye a medida que aumenta el frente de onda. Para una onda esférica (es decir, una que se propaga uniformemente en todas las direcciones desde la fuente), la atenuación es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente de la onda hasta el receptor. Como resultado, la tecnología de radio moderna gasta mucho dinero en aislar y amplificar una señal útil. Una imagen completamente diferente sería si la información fuera enviada por un haz o haz dirigido estrecho. Las pérdidas en este caso serían mucho menores. Estas deficiencias sugieren que la humanidad está al borde de una importante revolución en el sistema de comunicación, lo que conducirá a que en el siglo XXI, la optoelectrónica se convierta en su tipo principal, que no tiene todas estas deficiencias. Se espera que ya en las primeras décadas del próximo siglo, todos los nuevos sistemas de telefonía, televisión e informática estén conectados mediante cables de fibra óptica utilizando radiación láser como portadora de información. La era de la comunicación óptica moderna comenzó en 1960 con la creación del primer láser. La invención de los láseres en general dio lugar a la esperanza de una superación rápida y fácil de los problemas de "aglomeración de éter". De hecho, el uso de ondas micrométricas de luz visible para necesidades de comunicación en lugar de ondas de radio centimétricas y milimétricas hizo posible expandir el volumen de información transmitida casi indefinidamente. Por ejemplo, un sistema de comunicación por láser de helio-neón tiene un ancho de banda que puede acomodar simultáneamente alrededor de un millón de canales de televisión. Sin embargo, los primeros experimentos disiparon las ilusiones color de rosa. Resultó que la atmósfera terrestre absorbe y dispersa de manera muy activa la radiación óptica y que los láseres (en el caso de que el haz se propague directamente por el aire) solo pueden usarse para necesidades de comunicación a una distancia muy corta (en promedio, no más de 1 km) Todos los intentos fueron incapaces de superar esta dificultad. Este fue el caso cuando, en 1966, dos científicos japoneses, Kao y Hokema, propusieron el uso de largas fibras de vidrio para transmitir la señal luminosa, similares a las que ya se utilizan en endoscopia y otros campos. Su artículo sentó las bases para las comunicaciones de fibra óptica. ¿Cuál es la base de la acción de las guías de luz? Es bien sabido por la óptica que si un haz de luz se dirige de un medio más denso a uno menos denso (por ejemplo, del agua o el vidrio al aire), entonces una parte significativa se refleja desde el límite de los dos medios. . En este caso, cuanto menor sea el ángulo de incidencia del haz, mayor parte del flujo luminoso se reflejará. Experimentalmente, se puede elegir un ángulo tan suave en el que toda la luz se refleje y solo una parte insignificante pase de un medio más denso a uno menos denso. En este caso, la luz resulta como prisionera en un medio denso y se propaga en él, repitiendo todos sus recodos. Este efecto de "retención de la luz" se puede ver en el ejemplo de la propagación de la luz dentro de un chorro de agua, del que no puede salir, reflejándose constantemente desde la frontera entre el agua y el aire. De la misma manera, se transmite una señal de luz a través de una fibra óptica de vidrio. Al entrar en su interior, el haz de luz se propaga en diferentes direcciones. Los rayos que viajan en un ángulo pequeño al límite de dos medios se reflejan completamente en él. Por lo tanto, el caparazón los sujeta firmemente, proporcionando un canal opaco para la transmisión de señales a casi la velocidad de la luz.
En guías de luz ideales hechas de material absolutamente transparente y homogéneo, las ondas de luz deberían propagarse sin cesar, pero casi todas las guías de luz reales absorben y dispersan ondas electromagnéticas más o menos fuertemente debido a su opacidad y falta de homogeneidad. (La absorción aparece externamente como el calentamiento de la fibra; la dispersión es cuando parte de la radiación sale de la fibra). El vidrio que parece tan transparente en las ventanas, escaparates y binoculares en realidad dista mucho de ser homogéneo. Esto es fácil de ver mirando a través de la cara del extremo de la hoja de vidrio. Al mismo tiempo, su tenue color verde azulado se vuelve inmediatamente visible. Los estudios muestran que esta coloración es causada por pequeñas cantidades de hierro y cobre que se encuentran en el vidrio. Incluso los anteojos más puros fabricados para lentes astronómicos y fotográficos contienen grandes cantidades de impurezas de color. En las primeras guías de luz fabricadas con este tipo de vidrio, las pérdidas de energía eran muy altas (más del 1% de la luz que se introducía se perdía por 50 m de guía de luz). Sin embargo, incluso con esta cualidad, fue posible crear dispositivos que permitieron transmitir la luz a través de canales curvos, observar las superficies internas de las cavidades metálicas, estudiar el estado de los órganos internos del cuerpo humano, etc. Pero para la creación de líneas de comunicación troncales, tales guías de luz fueron de poca utilidad. Tomó alrededor de una década crear muestras de laboratorio de fibras ópticas capaces de transmitir el 1% de la potencia de luz introducida en ellas por 1 km. La siguiente tarea fue hacer un cable guía de luz adecuado para uso práctico a partir de una fibra de este tipo, para desarrollar fuentes y receptores de radiación. La fibra óptica más simple es un filamento delgado de un dieléctrico transparente. Las ondas de luz transmitidas viajan en ángulos pequeños al eje de la fibra y experimentan una reflexión interna total desde su superficie. Pero tal guía de luz solo puede usarse en un laboratorio, ya que en condiciones normales la superficie de vidrio sin protección se cubre gradualmente con partículas de polvo, se desarrollan muchos defectos: microfisuras, irregularidades que violan las condiciones para la reflexión interna total de la luz dentro de la fibra. , muy fuertemente absorben y dispersan los rayos. Se producen pérdidas adicionales significativas en los puntos de contacto entre la fibra óptica y los soportes que soportan el cable desprotegido.
Un cambio radical en la situación se asoció con la creación de guías de luz de dos capas. Tales guías de luz consistían en una hebra de guía de luz encerrada en una vaina transparente, cuyo índice de refracción era menor que el de la hebra. Si el espesor de la capa transparente excede varias longitudes de onda de la señal de luz transmitida, entonces ni el polvo ni las propiedades del medio fuera de esta capa tienen un efecto significativo en el proceso de propagación de ondas de luz en una guía de luz de dos capas. Estas guías de luz se pueden recubrir con una funda de polímero y convertirse en un cable de guía de luz adecuado para aplicaciones prácticas. Pero para esto es necesario crear una gran perfección del límite entre la vena y la capa transparente. La tecnología más simple para fabricar una guía de luz es que el núcleo de la barra de vidrio se inserte en un tubo de vidrio ajustado con un índice de refracción más bajo. Entonces esta estructura se calienta. En 1970, Corning Glass fue pionera en el desarrollo de guías de luz de vidrio adecuadas para transmitir señales de luz a largas distancias. Y a mediados de la década de 70, se crearon guías de luz de vidrio de cuarzo ultrapuro, cuya intensidad de luz se redujo a la mitad solo a una distancia de 6 km. (La transparencia de este tipo de vidrio se puede ver en el siguiente ejemplo: si imagina que se inserta en la ventana un vidrio óptico ultra claro de 10 km de espesor, ¡entonces transmitirá la luz tan bien como el vidrio de una ventana ordinaria de un centímetro de espesor!)
Además de la guía de luz, el sistema de comunicación de fibra óptica incluye una unidad de transmisión óptica (en la que las señales eléctricas que ingresan a la entrada del sistema se convierten en pulsos ópticos) y una unidad de recepción óptica (que recibe señales ópticas y las convierte en pulsos eléctricos) . Si la línea es larga, los repetidores también operan en ella: reciben y amplifican las señales transmitidas. En los dispositivos para introducir radiación en fibras ópticas, se utilizan ampliamente lentes que tienen un diámetro muy pequeño y una distancia focal del orden de cientos y decenas de micras. Las fuentes de radiación pueden ser de dos tipos: láseres y diodos emisores de luz, que funcionan como generadores de ondas portadoras. La señal transmitida (puede ser una emisión de televisión, una conversación telefónica, etc.) se modula y se superpone a la onda portadora de la misma forma que en la ingeniería de radio. Sin embargo, es mucho más eficiente transmitir información en forma digital. En este caso, nuevamente, no importa en absoluto qué información se transmite de esta manera: una conversación telefónica, un texto impreso, música, un programa de televisión o una imagen de una fotografía. El primer paso para convertir una señal a formato digital es determinar sus valores en ciertos intervalos de tiempo; este proceso se denomina muestreo de señal a lo largo del tiempo. Se ha demostrado (tanto matemática como prácticamente) que si el intervalo T es al menos 2 veces menor que la frecuencia más alta contenida en el espectro de la señal transmitida, entonces esta señal puede restaurarse aún más desde una forma discreta sin ninguna distorsión. Es decir, en lugar de una señal continua, sin perjuicio de la información transmitida, puede aplicar un conjunto de pulsos muy cortos que se diferencian entre sí solo en su amplitud. Pero no hay necesidad de transmitir estos impulsos de esta forma. Dado que todos tienen la misma forma y están desplazados entre sí por el mismo intervalo de tiempo T, es posible transmitir no toda la señal, sino solo el valor de su amplitud. En nuestro ejemplo, el desglose por amplitud se divide en ocho niveles. Esto significa que el valor de cada pulso se puede interpretar como un número binario. El valor de este número se transmite a través de la línea de comunicación. Dado que solo se necesitan dos dígitos, 0 y 1, para transmitir cada número binario, se simplifica mucho: 0 corresponde a la ausencia de una señal y 1 a su presencia. En nuestro ejemplo, para transmitir cada dígito se necesita 1/3 T. La señal transmitida se restablece en el orden inverso. Aplicar una señal en forma digital es muy conveniente, ya que prácticamente elimina cualquier distorsión e interferencia.
El sistema de comunicación óptica todavía es relativamente caro, lo que dificulta su adopción generalizada, pero no hay duda de que esto es solo un obstáculo temporal. Sus méritos y ventajas son tan obvios que sin duda debe recibir un uso generalizado en el futuro. En primer lugar, los cables de fibra óptica son muy resistentes a las interferencias y ligeros. Al dominar la tecnología de su producción en masa, pueden ser mucho más baratos que los cables eléctricos que se utilizan actualmente, ya que las materias primas para ellos ya son mucho más baratas. Pero su ventaja más importante radica en el hecho de que tienen un gran ancho de banda: en una unidad de tiempo, pueden pasar cantidades tan grandes de información que no pueden transmitirse por ninguno de los métodos de comunicación conocidos actualmente. Todas estas cualidades deberían proporcionar líneas de comunicación de fibra óptica con aplicaciones multifacéticas, principalmente en unidades informáticas (ya se ha acumulado mucha experiencia en la creación de microcircuitos que utilizan guías de luz microscópicas; la velocidad de tales microcircuitos es aproximadamente 1000 veces mayor que la de los convencionales unos), en la televisión por cable; luego habrá un reemplazo de cables telefónicos en líneas troncales y la creación de cables de televisión; en el futuro, se espera combinar todas estas redes en una sola red de información. En muchos países desarrollados (principalmente en los EE. UU.), muchas líneas de comunicación telefónica ya han sido reemplazadas por guías de luz. Se está practicando la creación de redes urbanas de fibra óptica. Así, en 1976, se instaló en la gran ciudad estadounidense de Atlanta el sistema de comunicación telefónica urbana digital por fibra óptica. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Reactor nuclear de neutrones rápidos ▪ Termo
Una nueva forma de controlar y manipular señales ópticas
05.05.2024 Teclado Primium Séneca
05.05.2024 Inaugurado el observatorio astronómico más alto del mundo
04.05.2024
▪ Diferencias entre infarto de miocardio masculino y femenino ▪ El estado psicológico del soldado mostrará un marcador especial ▪ Un nuevo método de fotosíntesis ayudará a resolver el problema del hambre ▪ El tomate produce vitamina D
▪ sección del sitio Dosímetros. Selección de artículos ▪ artículo Costura con agujas de madera. expresión popular ▪ artículo Apretando la soga. Consejos de viaje
Hogar | Biblioteca | Artículos | Mapa del sitio | Revisiones del sitio
www.diagrama.com.ua |
Recomendamos artículos interesantes. sección 
Ver otros artículos sección 
Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica:
Todos los idiomas de esta página