Оптичний зв’язок

ОПТИ́ЧНИЙ ЗВʼЯЗО́К — звʼязок, в якому для пере­дава­н­ня інформації (даних) використовують світло. О. з. можна реалізовувати візуально або за допомогою електрон. при­строїв. Найперші візуал. форми такого звʼязку, зокрема й димові сигнали, створені кілька тисячоліть тому. У писем. джерелах 4 ст. до н. е. згадуються гідравлічні теле­графні семафори, що використовували у Греції. Здавна по­стійно діючими навігац. орієнтирами для суден були маяки. Запороз. козаки для оповіще­н­ня про напад ворогів на під­вище­н­нях роз­міщували сигнал. вежі (за 5–10 км одна від одної). Кожний сигнальник побл. місця своєї варти роз­палював велике вогнище, унаслідок чого пові­домле­н­ня про просува­н­ня чужого війська за 2–3 год. досягало Січі. Подіб. метод у над­звичай. ситуаціях все ще можуть використовувати моряки. Т. зв. оптич. теле­граф — це система веж з поворот. мех. елементами для пере­дава­н­ня інформації за допомогою візуал. сигналів. Інформація кодується положе­н­ням цих елементів; сигнал зчитується, коли вони знаходяться у фіксованому положен­ні. 1792 у Франції зʼявила­ся перша діюча оптична семафорна лінія. Мережа з 556 станцій заг. протяжністю 4800 км покривала всю франц. територію та була повністю виведена з екс­плуатації 1880. Візуал. сигнал. при­строями для О. з. (пере­важно з викори­ста­н­ням азбуки Морзе) є сигнал. лампи (напр., лампи Альдіса). Сучасні сигнал. лампи ви­промінюють сфокусовані світл. імпульси. Це досягається від­крива­н­ням і закрива­н­ням затвору, встановленого перед лампою, за допомогою пере­микача з ручним або автоматич. керува­н­ням. Лампи пере­важно оснащені оптич. прицілом і найчастіше роз­міщуються на морських суднах. У дис­петчер. вежах аеропортів також використовують лампи з кодованими авіац. світл. сигналами. Вони ви­промінюють червоний, білий і зелений кольори, що до­зволяє надавати різні вказівки льотчикам у польоті або на землі (напр., «до­зволено приземлитися» або «до­зволено злітати»). У них замість азбуки Морзе використовують 12 стандартизов. команд. Першим без­дрот. соняч. теле­графом, що пере­давав інформацію спалахами від­битого дзеркалом соняч. світла (пере­важно за допомогою азбуки Морзе), був геліо­граф. Сигнали створювали поворотом дзеркала або пере­рива­н­ням променя затвором. На­прикінці 19 — на поч. 20 ст. геліо­граф був простим, але ефектив. інструментом для мит­тєвого О. з. на великі від­стані.

1880 амер. вчений А.-Г. Белл зі своїм помічником Ч.-С. Тейнтером вина­йшов фотофон, що став першим електрон. при­строєм для О. з. Їм вдалося за допомогою світл. променя пере­дати без­дрот. голос. телефон­не пові­домле­н­ня на значну, як для того часу, від­стань — прибл. на 213 м. При­стрій складався з плоского дзеркала з гнучкого матеріалу, на тильну сторону якого спрямовувався людський голос, під дією якого дзеркало ставало опуклим або увігнутим і таким чином поперемін­но роз­сіювало та конденсувало світло. Таким чином, яскравість від­битого променя світла змінювалася від­повід­но до коливань звук. хвиль, що діяли на дзеркало. Спочатку фотофон. при­ймач, як і пере­давач, був не­електрон­ним, а використовував фото­акустич. ефект у вуглеці. У своїй остаточ. електрон. формі при­ймач фотофону використовував простий фотодетектор із селеновою коміркою у фокусі параболіч. дзеркала. Електрич. опір елемента змінювався обернено пропорційно падаючому на нього світлу, тобто його опір був вищим при тьмяному та меншим при яскравому освітлен­ні. Селен модулював струм, що протікає через коло, і струм пере­творювався назад у звук за допомогою навушників. Пізніше систему неодноразово удосконалювали, але її так і не почали широко за­стосовувати на практиці.

Нині найпоширенішим типом ка­налу пере­дачі інформації в О. з. є оптоволокно. Для реалізації звʼязку створюють оптич. сигнал за допомогою пере­давача (пере­важно з електрич. сигналу), ретранс­люють його вздовж волокна, контролюючи рівень та спотворе­н­ня, отримують оптич. сигнал за допомогою при­ймача, пере­творюючи його в електрич. сигнал. Пере­давачами в оптоволокон. лініях звʼязку пере­важно є світлодіоди або лазерні діоди. Інфрачервоне світло використовують частіше, ніж видиме, оскільки оптичні волокна пере­дають ін­фрачервоні хвилі з меншим ослаб­ле­н­ням і дис­персією. Кодува­н­ня сигналу пере­важно здійснюють про­стою модуляцією інтенсивності. Потреба в періодич. під­силен­ні сигналу була вирішена впровадже­н­ням волокон. під­силювача, що збільшив від­стань звʼязку за значно менших витрат. Перші системи оптоволокон. О. з. були роз­роблені 1973 амер. компанією «Optelecom Inc.» для армії США та компанії «Chevron». На роз­виток оптич. мереж вплинуло комерц. впровадже­н­ня 1996 амер. компанією «Ciena Corporation» щільного мультиплексува­н­ня з роз­поділом по довжині хвилі. Телекомунікац. компанії за допомогою оптоволокон. О. з. здійснюють Інтернет-звʼязок і пере­дава­н­ня сигналів кабел. телебаче­н­ня та телефон. сигналів. Оптичне волокно використовують в медицині, оборон. галузі, промисловості, а також як світловод або давачі для вимірюва­н­ня, напр., тиску та температури. Станом на 2020 для потреб О. з. по всьому світу було роз­горнуто понад 5 млрд км оптоволокон. кабелів. По­стійне вдосконале­н­ня компонентів оптоволокон. О. з. до­зволило досягнути пере­дава­н­ня інформації по одному ка­налу зі швидк. 1 Тбіт/сек., а мультиплексува­н­ня — отримати замість одного ка­налу понад пів тисячі ка­налів, досягнувши сумар. ефектив. швидк. пере­дачі даних понад 10 Пбіт/сек. Прокла­да­н­ня оптоволокон. кабелю потребує знач. часу, зусиль та коштів. Оптичне волокно є склад. високотехнол. продуктом, властивості якого знач. мірою ви­значають характеристики оптоволокон. ліній звʼязку. Намага­н­ня зменшити як витрати, так і вплив середовища, що пере­дає оптич. сигнал, при­звело до створе­н­ня систем без­дрот. О. з., в яких сигнал поширюють через земну атмо­сферу або вакуум (косміч. про­стір) електромагніт. хвилями ближнього інфрачервоного, видимого та далекого ультрафіолет. діапазонів. Вплив земної атмо­сфери обме­жує дальність викори­ста­н­ня таких систем до кількох кілометрів, хоча ві­домі випадки встановле­н­ня звʼязку на від­стані бл. 50 км. Тому без­дрот. О. з. часто використовують для телекомунікацій т. зв. остан. милі. Найпоширенішим за­стосува­н­ням без­дрот. О. з. інфрачервоного діапазону є пульти ди­станц. керува­н­ня. У косміч. просторі без­дрот. системи О. з. при невеликих обʼємах, малій масі та низькому енерго­споживан­ні можуть забезпечувати високу швидкість пере­дачі даних та звʼя­зок на далекі та над­далекі від­стані. Для такого звʼязку пере­важно використовують неодимовий лазер, ви­промінюва­н­ня якого з довж. хвилі 1,06 мкм потрапляє у вікно про­зорості атмо­сфери. Для забезпече­н­ня глобал. широкосмуг. покри­т­тя створюють космічну оп­тичну сітчасту мережу із сотнями чи навіть тисячами супутників. Прикладом успіш. за­стосува­н­ня без­дрот. О. з. в косміч. просторі є встановле­н­ня 2005 лазер. звʼяз­ку між Землею та амер. косміч. апаратом «Messenger», що знаходився на від­стані 24 млн км. Супутники «Starlink» оснащують лазер. терміналами. Ця технологія до­зволяє пере­давати інформацію між супутниками та на поверх­ню планети. Інженери холдингу «Alphabet Inc.», якому належить транс­нац. корпорація «Google Inc.», роз­робили та ви­пробували в Африці новітню систему лазер. звʼязку «Project Taara». За допомогою лазерів встановлено звʼязок зі швидк. 20 Гбіт/сек. між двома установками в межах прямої видимості (5 км). При цьому канал працював без збоїв 99,9 % часу, не­зважаючи на туман, легкий дощ і пролітаючих птахів. Компанія «Apple» запатентувала в США технологію без­дрот. О. з., що може пере­давати дані швидше, ніж «Bluetooth» і «Wi-Fi».

Завантажити статтю