Światłowodowi rekordziści

Zastanawiałeś się kiedyś, w jakiś sposób internet przenosi cię jednym kliknięciem na drugi koniec świata w ciągu kilku sekund? Możliwe, że łączysz się z globalną siecią bezprzewodową przez telefon komórkowy albo przez miedziany kabel wpięty do komputera. Jednak te sposoby komunikują cię tylko z twoim dostawcą internetu. On z kolei łączy się z całym światem przy użyciu… światła. Bo właśnie ono odpowiedzialne jest za przenoszenie informacji w światłowodzie. Z kolei światłowody oplatają cały świat, łącząc ze sobą najodleglejsze zakątki.

A czy myślałeś o tym w jaki sposób komunikujesz się z odległymi serwerami w Stanach Zjednoczonych lub Australii? Jest to możliwe dzięki kablom światłowodowym, które biegnąc po dnie oceanów, łączą kontynenty. Najdłuższym podwodnym światłowodem jest SEA-ME-WE 3 (skrót od South-East Asia – Middle East – Western Europe 3), który ma 39 tysięcy kilometrów długości i łączy Australię, Azję, Bliski Wschód i Europę Wschodnią.

Pierwszy na świecie światłowodowy kabel telekomunikacyjny został stworzony w 1977 we Włoszech. Miał on 9 kilometrów długości i łączył dwie centrale telefoniczne w Turynie. Już rok później kabel Polskiej produkcji podłączył centrale w Lublinie.

Miejscem narodzin Polskich światłowodów jest Wydział Chemii Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie (UMCS). Spektakularny sukces, jakim było uruchomienie w 1978 roku pierwszego kabla światłowodowego, pozwolił na podjęcie decyzji o stworzeniu w ówczesnej strukturze PPTiT (Polska Poczta, Telegraf i Telefon, a po przekształceniach w 1990 r. Telekomunikacji Polskiej S.A.) Ośrodka Techniki Optotelekomunikacyjnej w Lublinie, którego celem było opracowanie technologii światłowodów dla telekomunikacji.

Dziś największą siecią światłowodową w Polsce dysponuje Orange Polska. Ma ona w chwili obecnej ponad 100 tysięcy kilometrów długości i nieustannie się rozrasta.

Jeśli chodzi o przesyłanie informacji światłowód ma zdecydowaną przewagę nad innymi mediami. Pierwsze, co trzeba wziąć pod uwagę, to fakt, że informacje przesyłane są z prędkością światła, czyli teoretycznie szybciej już się nie da. Taką autostradę grubości ludzkiego włosa można „powiększyć”, przesyłając dane na różnej długości fali (na różnych kolorach). Tak jak człowiek rozróżnia kolory, tak podobnie robią to urządzenia transmisyjne. Im subtelniejsze są różnice tonalne, tym system jest bardziej skomplikowany, ale potrafi „upchać” w światłowodzie więcej informacji. Należy przy tym podkreślić, że tak przesyłane dane nie są wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne, zmianę temperatury czy inne czynniki zewnętrzne, a straty mocy są znikome w porównaniu z innymi medium. Przykładowo sygnału przesyłanego z mocą pozwalającą na pokonanie 100 km światłowodu nie jesteśmy w stanie wykorzystać po 10 m transmisji w powietrzu.

Łącze światłowodowe ma też przewagę nad metalowymi kablami, jeśli chodzi o prędkość przesyłania danych. Trwa nieustanny wyścig w tym zakresie. Komercyjne systemy, również te, które pracują w sieci Orange, oferują prędkość na poziomie 100 gigabitów na sekundę. Wdrażane są kolejne generacje urządzeń o przepustowości 1 terabita na sekundę. Można znaleźć doniesienia o testach laboratoryjnych, gdzie po pojedynczym włóknie przesyłane jest nawet 255 terabitów na sekundę – to tak jakby przekopiować 32 dyski 1-terabitowe w przeciągu 1 sekundy! Chociaż taka prędkość nie przyda się raczej zwykłym użytkownikom internetu, to na pewno znajdzie zastosowanie w ośrodkach naukowych, gdzie przetwarzane są ogromne ilości danych.

Kabel światłowodowy ma mniejszą średnicę i jest zdecydowanie lżejszy od swojego miedzianego odpowiednika. Jego wagę i gabaryty doceniła NASA, wykorzystując go w budowie promów i rakiet kosmicznych. Powszechnie stosowany jest w samolotach i coraz częściej sięgają po niego projektanci samochodów. Nic dziwnego, w tych dziedzinach „odchudzenie” maszyn jest zawsze jednym z najważniejszych zadań stawianych przed inżynierami.
Światłowód jest traktowany jako bezpieczne medium. Jednak choć ctrudno to sobie wyobrazić, to do takiego kabla, podobnie jak w przypadku starych kabli telefonicznych, można „podczepić się” i „podsłuchiwać” tych, którzy z niego korzystają. Jest to technicznie bardziej skomplikowane niż w przypadku klasycznego telefonu i wymaga drogiego specjalistycznego sprzętu. Często wiąże się też z czasowym przerwaniem światłowodu (przerwą w transmisji danych). Także w tym względzie nowa technologia ma przewagę nad miedzianym kablem.

O grubości kabla światłowodowego decyduje liczba włókien i rodzaj warstwy ochronnej. Samo włókno wykonane jest ze szkła o średnicy 125 µm (grubość ludzkiego włosa). Powierzchnia aktywna, która „przewodzi” światło, to ok 7 proc. (10 µm średnicy rdzenia). Światłowód to krucha konstrukcja, którą chroni się bezpośrednio, nakładając warstwy lakieru, przez co zwiększa swoją średnicę dwukrotnie. Dzięki temu włókno staje się bardziej elastyczne i wytrzymałe na zrywanie, może wytrzymać obciążenie do 1 kg. Pokolorowane włókna pakuje się w postaci kabli, których konstrukcja bardziej lub mniej chroni włókna przed uszkodzeniami mechanicznymi. Do naszych domów trafiają rozwiązania o milimetrowej średnicy z pojedynczym włóknem. Przeciętny kabel podmorski ze stalowym płaszczem może mieć średnicę przekraczającą 5 cm, mieścić nawet 100 włókien, a metr takiego kabla waży powyżej 8 kg.

W teorii wydaje się, że to bardzo niestabilna konstrukcja, ale jej odpowiednie zabezpieczenie sprawia, że światłowody są dość mocne i trwałe. W domowych warunkach znamy je z cienkich, świecących kabelków, ale podobne do nich przewody w zastosowaniu profesjonalnym mogą nawet leżeć... na dnie oceanu! Transatlantycki kabel komunikacyjny łączący Stany Zjednoczone z Europą ma 7000 kilometrów. A to tylko jeden z wielu takich kabli łączących cały świat. Na stronie submarinecablemap.com każdy z nas może prześledzić globalną sieć komunikacyjną rozmieszczoną na dnach mórz i oceanów. Według danych TeleGeography sieć składa się obecnie z około 428 podwodnych kabli o łącznej długości ponad 1,1 mln kilometrów!

Oprócz telekomunikacji światłowody znalazły zastosowanie także w medycynie, optoelektronice, telewizji, monitoringu, motoryzacji. Służą także jako światła dekoracyjne. Najbardziej praktycznym wykorzystaniem światłowodu z perspektywy zwykłych odbiorców są dzisiaj superszybkie łącza internetowe. Prędkości, które dawniej pozostawały wyłącznie w sferze marzeń, dziś może wykorzystać każdy, znajdujący się w zasięgu np. sieci światłowodowej Orange o prędkości 600 Mbit/s. Co ważne, jeśli pojawi się taka potrzeba, już dzisiaj jesteśmy gotowi zaoferować na tym samym światłowodzie usługi na poziomie 1Gbit/s i więcej.