Волоконно-оптические кабели произвели революцию в передаче данных по всему миру и используются во множестве приложений, благодаря своей устойчивости к шумам и воздействию электромагнитных помех.
Технология оптоволоконных кабелей имеет интересную историю и впервые была изобретена в 1920-х годах. С течением времени в эту удивительную технологию было внесено множество усовершенствований. Это привело к широкому использованию волоконно-оптических кабелей во многих областях, включая Интернет, медицинская промышленность и мобильная связь. Эти кабели будут способствовать развитию высокотехнологичных систем в будущее.
Продолжайте читать, чтобы узнать больше об истории создания волоконно-оптических кабелей, их современном применении и перспективах развития.
Предшественник волоконно-оптического кабеля:
The Telegraph
В 1800-х годах была разработана электрическая телеграфия как способ общения друг с другом на больших расстояниях. Первый успешный эксперимент был проведен сэром Чарльзом Уитстоном и Уильямом Фотергиллом Куком в 1837 году. Эта технология используется и сегодня, если вы когда-нибудь набирали международный номер для телефонного звонка или посылали кому-то за границу цветы! Электрическая телеграфия заложила основу для будущего развития оптоволоконных кабелей; она позволила отправлять сообщения на большие расстояния, не прибегая к дорогостоящей транспортировке людей (и не подвергая их жизни риску в таких опасных местах).
Телефон:
Александр Грэм Белл запатентовал свой проект телефона в 1876 году, а в 1878 году установил первую телефонную линию. Хотя удивительно, что для изобретения телефона потребовалось так много времени, люди уже тогда представляли себе будущее, в котором они смогут общаться с помощью голоса, не прибегая к физической передаче своего голоса другому человеку, как это делала электрическая телеграфия.
Медный провод:
Основным предшественником оптоволоконного кабеля является медный провод. Это основной способ передачи данных для проводных сетей. Провода ограничены определенным расстоянием и качеством, прежде чем они начнут деградировать и терять силу сигнала. Волоконная оптика позволяет передавать данные гораздо дольше, поскольку кабели не так быстро разрушаются со временем.
Телефонные кабели из медных проводов были самым распространенным способом передачи и приема данных между компьютерами и другими электронными устройствами. Эти устройства назывались "модемы", которые преобразовывали цифровой код в звуковые сигналы, чтобы по телефонным линиям можно было передавать изображения и текст. Проблема с этими кабелями заключалась в том, что они быстро перегружались, и существовала максимальная скорость, после которой информация больше не могла быть отправлена. Чтобы современные технологии, такие как Интернет, сотовые телефоны и потоковые сервисы, могли эффективно работать, необходимо было разработать более быстрый метод.
Медный провод используется в большинстве коммуникационных устройств, использующих электричество для передачи данных. Данные по медному проводу передаются со скоростью 1-2 Мб/с, причем для достижения этой скорости требуется 100 миллионов бит в секунду. У медной проволоки есть несколько недостатков, к которым относятся нагрев, искрение и стоимость. Поскольку существуют более новые методы передачи информации на более высоких скоростях, медные провода сейчас используются гораздо реже, чем до изобретения оптоволоконных кабелей.
Кто изобрел оптоволоконный кабель?
Волоконно-оптические кабели были изобретены доктором Нариндером Сингхом Капани, который родился в Амритсаре, Индия, 31 марта 1926 года. Он запатентовал первый волоконно-оптический кабель в 1964 году. Он смог получить изображение с помощью света и отразить его от зеркала, чтобы то же самое можно было наблюдать с другой стороны, доказав, что его метод работает. Изучая способы использования света в коммуникациях, Нариндер Сингх Капани создал волоконно-оптический кабель, который на долгие годы изменил способ передачи данных.
Первая передача данных по оптоволокну состоялась в 1974 году, и в том же году произошли два важных события в новой технологии: появилось одномодовое оптоволокно, а за пределами Северной Америки впервые был проложен подводный волоконно-оптический кабель.
Когда оптоволоконный кабель появился на наших глазах?
Поскольку оптоволоконные кабели передают данные гораздо быстрее, чем медные провода, они используются в технике, использующей электричество для связи, например, в компьютерах и смартфонах. Хотя первое оптическое волокно было изобретено еще в 1965 году, широкое применение в коммуникационных целях оно получило только в 1990-х годах.
1965: Первое оптическое волокно из пластика
В 1965 году Дэниел Нобл продемонстрировал первое пластиковое волокно из полиэтилена. Это была длинная нить, которая могла передавать изображение на расстояние до 50 метров. В 1970 году он показал свое изобретение Конгу Харальду Йорну Вангу в исследовательском центре Ширрифф-Мью в Дании. Вместе они усовершенствовали оригинальную конструкцию Дэниела Нобла, сделав пластиковую сердцевину меньше. Они назвали его "Оптическое волокно" и запатентовали идею в 1974 году.
1960-1980-е годы: Оптические волокна для связи
В 1970 году ученые из компании Corning Glass Works создали оптическое волокно, способное передавать изображение на большие расстояния без ухудшения качества. В 1973 году была создана первая линия дальней связи с использованием оптических волокон. Первые коммерческие кабели были мономодовыми (MMF), то есть они могли передавать только один луч света за раз. Это означало, что скорость передачи данных должна была быть снижена, чтобы все лучи света успешно достигали места назначения.
1980s: Пластиковые оптические волокна для связи
В начале 1980-х годов в моду вошли пластиковые оптические волокна. Они были дешевы в производстве и совместимы с существующими волоконно-оптическими технологиями. К 1983 году некоторые компании использовали пластиковые волокна для передачи данных на большие расстояния.
1990-е - настоящее время: Многомодовые волокна для связи
Многомодовые волокна имели недостатки, связанные с ограниченной пропускной способностью. Их нельзя было использовать для дальней связи, но они были дешевы в производстве и просты в изготовлении, поэтому их до сих пор используют в Интернете.
2000s: Одномодовое волокно для коммуникаций
Одномодовые волокна изготавливаются из стекла, чтобы уменьшить потери сигнала на больших расстояниях. Они дороже многомодовых волокон, но способны передавать огромные объемы данных на очень высоких скоростях.
2015 - настоящее время: Пластиковые оптические волокна для связи
Начиная с 2015 года пластиковые оптические волокна используются для масштабной передачи данных на короткие расстояния. Это можно увидеть на примере таких инноваций, как проект Google Project Loon, в котором компьютерные системы используются вместе с воздушными шарами, оснащенными антеннами сотовой связи, для передачи интернета в сельские районы.
Какое место занимает оптоволоконный кабель в нашей жизни?
-Интернет-услуги
Волоконно-оптический кабель во многом способствовал расширению спектра интернет-услуг. Использование оптоволоконного кабеля позволило повысить скорость интернета, увеличить пропускную способность широкополосной сети и проникновение интернета. Увеличение скорости передачи данных привело к росту объема данных, которые можно передавать по оптоволоконному кабелю.
Пропускную способность широкополосной сети можно увеличить за счет установки большего количества волокон в конкретном кабеле. Волоконная оптика также обеспечивает гибкость развертывания, поскольку не требует прямой видимости, как медные кабели. Это означает, что труднодоступные для медных кабелей участки теперь доступны, поскольку оптоволокно устойчиво к шумовым помехам и затуханию.
-Голосовые и видеоуслуги
В телекоммуникационной отрасли все чаще используются волоконно-оптические кабели для передачи голоса и видео. Это связано с тем, что один конец оптоволоконного кабеля может быть подключен к телефонной станции, а другой - к телефону в помещении клиента. Это означает, что все голосовые и видеосигналы, передаваемые по медным проводам на телефонной станции, будут передаваться и по оптоволоконному кабелю.
-Развлечения
Волоконно-оптический кабель также может использоваться для передачи световых пучков информации, таких как звук и изображения, в развлекательных целях. Это можно сделать, передавая пучки света в волокно на передатчике, а затем разделяя два или более пучков света на приемнике. Этот процесс повторяется в нескольких местах по всей длине волоконно-оптического кабеля.
-Медицинские услуги
Одним из самых малоиспользуемых направлений применения оптоволоконного кабеля является медицина, но у него есть множество перспективных применений, включая стоматологию и операционные. Стоматологические работы могут выполняться с использованием волоконной оптики для освещения и увеличения. Волоконно-оптическая технология также может отражать изображения в операционных залах благодаря использованию источников ламп-вспышек с оптическими волокнами.
-Применение телекоммуникаций в автомобилях
Технология оптоволоконных кабелей широко используется в телекоммуникационных приложениях в автомобилях для передачи информации, связанной с автомобилем, такой как скорость и работа двигателя. Это позволило автопроизводителям уменьшить количество проводов в автомобилях, что снижает вес и повышает эффективность использования топлива.
-Промышленное использование
Волоконно-оптический кабель широко используется в различных областях промышленности. Это такие устройства, как медицинское оборудование для визуализации, центры управления двигателями, системы автоматизации производства и системы управления технологическими процессами. Оптоволокно позволяет передавать большие объемы данных быстро и с минимальными шумовыми помехами, что дает возможность использовать мощные приборы без помех. Эти преимущества позволили оптоволоконным кабелям заменить медные провода в этих приложениях.
-Телекоммуникационные услуги
В телекоммуникационной отрасли оптоволоконные кабели позволяют поставщикам услуг сократить количество линий связи между головной станцией и другими точками сети. Это уменьшает затухание сигнала и другие шумовые помехи, связанные с длинными медными проводами, что создает более сильный и надежный сигнал.
Оптоволоконные кабели также позволяют операторам связи предлагать более высокую скорость Интернета, увеличивать пропускную способность широкополосных сетей и передавать большие объемы данных для предоставления таких услуг, как телевидение и телефонная связь.
-Медицинские приборы
Волоконно-оптический кабель используется в медицине для проведения эндоскопических процедур, которые помогают врачам в диагностике и лечении заболеваний, а также в хирургических операциях. Волоконно-оптическая технология используется в эндоскопах благодаря своей способности передавать свет без значительного затухания на большие расстояния, что позволяет проводить более точную диагностику и лечение.
-Кабели Undersea
Волоконно-оптический кабель широко используется в подводных кабелях связи (также известных как подводные кабели). Эти оптоволоконные кабели прокладываются по поверхности морского дна для передачи информации между континентами, что позволяет осуществлять международные телекоммуникации. Волоконно-оптические кабели используются потому, что они устойчивы к шумовым помехам и другим условиям, встречающимся под водой.
-Военное применение
Благодаря устойчивости к шумовым помехам оптоволоконные кабели можно использовать для передачи зашифрованных сигналов, не опасаясь их перехвата. Военные широко используют оптоволоконные технологии для передачи сигналов беспилотным летательным аппаратам, истребителям и другим военным машинам.
-Невероятная скорость и пропускная способность
Развитие оптоволоконных кабелей привело к появлению технологий, способных обеспечить невероятные скорости и пропускную способность. К ним относятся FTTH, FTTC и FTTB. Эти три поколения волоконно-оптических технологий увеличили скорость и производительность волоконно-оптических кабелей.
С недавним развитием оптоволоконного кабеля мы стали свидетелями невероятной скорости и пропускной способности передачи данных. Благодаря такой скорости мы можем с легкостью передавать информацию. Оптоволокно - это безопасная, надежная и молниеносная передача данных, которая уже много лет является надежным источником информации. Крупные компании, такие как Google и Facebook, используют эти кабели, потому что они лучше всех знают об их точности и надежности.
-Многоразовое применение
Этот тип кабеля полезен для человека, поскольку, в отличие от медного провода, который имеет ограниченный радиус действия и может использоваться только для одной цели, оптоволокно может применяться самыми разными способами. Это делает его очень экономичным, а также сокращает количество отходов за счет уменьшения количества компонентов, необходимых для передачи информации. Использование волоконной оптики в коммуникационных целях позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды и количество транспорта, вызванное электрическими кабелями.
Где в будущем будет использоваться оптоволокно?
В ближайшие несколько лет мы увидим постоянный рост объема данных, которые передаются на большие расстояния по оптоволоконному кабелю, не требуя усиления или регенерации.
Для этого средства связи не существует ограничений по расстоянию, а значит, оно может передавать информацию в любое место без каких-либо потерь, что делает его идеальным для транспортировки больших объемов данных на большие расстояния.
-Увеличение пропускной способности широкополосного доступа
Один из способов, с помощью которого оптоволокно поможет усовершенствовать наше общество, - это увеличение пропускной способности широкополосной связи. Этого можно добиться, проложив больше волокон в существующих кабелях и разработав новые кабели с еще большим количеством волокон. Со временем мы можем стать свидетелями увеличения объема данных, которые можно передавать по оптоволоконному кабелю, а также снижения стоимости каждого волокна.
Хотя оптоволоконные кабельные системы уже используются для обеспечения доступа в Интернет в домах, ожидается, что эта тенденция сохранится и в будущем, поскольку все больше людей устают от традиционных услуг, таких как кабельные модемы, которые медленны и ограничивают потребление полосы пропускания. Ожидается, что с распространением FTTH 90% домохозяйств будут иметь доступ к высокоскоростному широкополосному соединению с помощью этого средства.
-Сети большой протяженности
Еще одно место, где оптоволоконные технологии будут использоваться все чаще, - это сети дальней связи. Расстояние, на которое передаются данные по оптоволоконному кабелю, может достигать 200 000 км без усиления, в то время как медные кабели требуют ретрансляторов через каждые 100-200 метров. Поэтому неудивительно, что за последние несколько десятилетий подводные кабели были практически полностью заменены на оптоволоконные.
-Высокоскоростные каналы связи между центрами обработки данных
Центры обработки данных - это дорогостоящие объекты недвижимости, где компании размещают свои серверы и другое оборудование, необходимое для ведения бизнеса в Интернете. Волоконно-оптические кабели будут играть ключевую роль в соединении этих центров обработки данных, поскольку они обеспечивают огромную пропускную способность, необходимую для передачи больших объемов информации между различными местами на высоких скоростях.
-Домашняя сеть
Волоконная оптика также может использоваться для передачи информации внутри дома, обеспечивая более быструю связь между различными устройствами в доме. Это касается и компьютеров, и бытовой техники, и даже развлекательных устройств, таких как телевизоры. Людям станет проще подключать свои смартфоны, планшеты, телевизоры, ноутбуки и т. д. друг к другу по беспроводной связи, не беспокоясь о нехватке пропускной способности или проблемах безопасности.
-Эффективные системы управления сетью
Существует множество различных способов использования волоконно-оптических технологий для повышения эффективности управления сетями. Использование мультиплексирования с разделением по длине волны позволило очень эффективно использовать широкополосные соединения благодаря возможности передавать данные на разных длинах волн.
Также можно использовать технологию пассивных оптических сетей с волоконной оптикой для эффективного соединения различных сетей между собой, что позволяет оптимизировать работу.
-Подводные кабельные системы высокой пропускной способности
Подводные кабельные системы будут и дальше играть важную роль в обеспечении высокоскоростной связи между странами, особенно в регионах, не имеющих сухопутных границ. Это не только наиболее экономически выгодный вариант для стран, разделенных большими водоемами, но и более надежная защита от стихийных бедствий, таких как цунами и землетрясения, которые могут разрушить наземные линии связи.
-Волокно в дом
Еще одна важная тенденция - внедрение оптоволоконных технологий в самих домах, также известных как Fiber to the Home или FTTH. Одно из главных преимуществ этой технологии - отсутствие необходимости прокладывать множество кабелей при подключении устройств, что означает уменьшение количества кабелей в стенах и более удобное подключение.
-Продолжение роста мобильных устройств
Один из лучших способов следить за новыми технологическими разработками - это мобильные устройства, поскольку на них обычно устанавливаются все новейшие программы и приложения. В последние годы оптоволоконные технологии стали очень популярны среди мобильных устройств, и ожидается, что эта тенденция сохранится из-за растущего спроса на более высокую скорость потокового видео и загрузки, которые требуют большой пропускной способности.
-Расширение сети интернет-провайдеров и поставщиков телекоммуникационных услуг
По мере того как все больше людей будут подключаться к Интернету, будет расти спрос на услуги провайдеров и операторов связи. Это особенно актуально для развивающихся регионов, где доступ к высокоскоростной широкополосной связи затруднен из-за географических ограничений, таких как большие расстояния или отсутствие выхода к морю. Волоконно-оптические технологии помогают решить эту проблему, предоставляя надежные варианты высокоскоростного подключения.
Для доступа к большим объемам данных по сети требуется большая пропускная способность, которая может быстро забиться, если не использовать ее эффективно. Один из способов оптимизации использования полосы пропускания - использование общих носителей, таких как устройства сетевого хранения данных (NAS), облачные вычисления, чтобы все пользователи сети могли быстро и легко получать доступ к данным и обмениваться ими.
-Улучшение управления электросетями
Оптоволоконный кабель также можно использовать в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечные батареи, чтобы обеспечить более быстрый и надежный способ передачи данных от источника к потребителю. Проложить оптоволоконный кабель от солнечной батареи до соседнего дома гораздо проще и дешевле, чем провести электричество на большие расстояния.
-Снижение затрат на пропускную способность
В последние годы мы видим, что цена на пропускную способность постоянно снижается благодаря новым разработкам в области широкополосных технологий и снижению стоимости сырья (например, стекла).
Волоконно-оптические кабели продолжат эту тенденцию, поскольку по сравнению с традиционными медными системами в них задействовано очень мало физических материалов, что означает большую экономию для интернет-провайдеров и операторов связи, приобретающих собственное оборудование.
Заключительные слова:
Волоконно-оптические кабели являются важной частью информационно-телекоммуникационной отрасли, поскольку они передают данные с большей пропускной способностью, чем другие типы кабелей. Волоконная оптика находит применение в различных областях, таких как интернет-соединения, телефонные линии, сигналы кабельного телевидения и многое другое.
С развитием новых технологий, использующих для передачи данных свет, а не электричество или радиоволны, мы можем увидеть, как медно-волоконный кабель устареет в течение 10 лет из-за своей ограниченной пропускной способности - современные технологии уже превзошли его в разы!
У этого типа проводов большое будущее; всегда найдется применение, в котором они будут ярче своих конкурентов. Из этой статьи вы узнали, как работает оптоволоконный кабель и для чего он используется, так что теперь вы сможете поразить друзей своими знаниями на следующем званом ужине.