Деловая пресса

Главная

О проекте

Партнеры

Рассылка

Свидетельства СМИ

Реклама

Контакты

Публикации

Разместить информацию
Портал электронных
средств массовой информации
для предпринимателей


Поиск
Расширенный поиск


ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗДАНИЯ


Бизнес за рубежом



Новости электронной коммерции



Российские политические портреты



Новости малого бизнеса



Вести Отечества



Новости Cистемы ММЦ



Внешнеэкономическое обозрение



Россия выбирает



Торговая неделя



Москва: мэр и бизнес



Новые технологии



Налоги и бизнес



Бизнес и криминал



Деловая Москва



Лизинг Ревю



Маркетинг и практика предпринимательства





Новые технологии

  номер 38 (111) от 26.09.2001 Архив


<< предыдущая статья     оглавление     следующая статья >>


ОПТИЧЕСКИЙ БЕСПРЕДЕЛ

Американские исследователи доказали, что можно создать оптоволокно практически неограниченной емкости, только рынку оно пока не нужно

Телекоммуникационный мир взбудоражен новым открытием. Ученые самой большой частной исследовательской лаборатории мира Bell Labs рассчитали максимальную пропускную способность оптического волокна - основной составляющей всех современных магистральных телекоммуникационных сетей. Оказалось, что можно создать волокно, которое будет пропускать до 100 терабит информации одновременно, а это в 10 раз больше, чем считалось ранее, и как минимум в 100 раз больше, чем могут самые продвинутые современные системы, основанные на многожильном кабеле. Если учесть, что в кабеле обычно несколько десятков или сотен волокон, то оптическая транспортная среда оказывается практически беспредельной для передачи информации.

В отличие от проблем микропроцессорной индустрии, где миниатюризация микросхем через десяток-другой лет достигнет физического предела, или энергетики, где дешевый газ скоро подойдет к концу, связисты, казалось бы, еще как минимум сто лет могут спать спокойно. У них в руках вот-вот может появиться материал бесконечной емкости. Впрочем, возникла проблема другого рода - исследования ученых сильно опередили практические нужды.

Солнечный луч смеялся и пел

Использовать свет для передачи информации человек пытался с древнейших времен. Разжег костер у реки - на том берегу поняли: тревога. Разжег два - отбой тревоги. Столь же стара и история стекла. Но соединить два этих столь привычных для человека материала и соорудить из них что-нибудь полезное попытались лишь в 50-х годах нашего века.

В эпоху индустриальной революции световые сигналы, несущие данные, передавали только по воздуху. Одним из зачинателей этой технологии был русский изобретатель Иван Кулибин, который одновременно с французом Клодом Шаппом в 90-х годах XVIII века изобрел оптический телеграф. Но дальше экспериментального образца дело тогда не пошло. Век спустя изобретатель телефона американец Александр Грехем Белл попытался применить свет для передачи голоса. В 1880 году он установил на крышах двух домов в Вашингтоне зеркала. Одним он сфокусировал солнечный свет и направлял его с одного здания на другое, а затем говорил в устройство, которое заставляло зеркало вибрировать. На принимающем устройстве детектор воспринимал вибрирующий луч и преобразовывал его в речь, так же как телефон делает это с электрическим сигналом. "Я слышал, как солнечный луч смеялся, кашлял и пел", - записал он потом в своем дневнике. Но как только тучка закрывала солнце, его замечательный прибор переставал работать. Исследователям стало ясно, что луч надо направлять не по воздуху, а по прозрачному световоду, например по стеклянной трубке, но дело сдвинулось только после второй мировой войны.

В 1951 году голландский ученый Абрахам Ван Хиил и англичане Хэрольд Хопкинс и Нариндер Капани независимо друг от друга начали создание из стекла жгутов, по которым можно было бы передавать изображение. Это было нужно для гастроскопов и другой медицинской аппаратуры. Но если световой сигнал запускался по обыкновенной стеклянной нити, то он очень быстро рассеивался в окружающей среде: запущенный луч не доходил до конца нити. Для стеклянного жгута нужна была отражающая оболочка. Сначала Ван Хиил делал оболочку из пластика, но оказалось, что он поглощает слишком много света. Капани предложил делать и сердцевину и оболочку волокна из стекла, только с разными показателями преломления. Сердцевина должна была быть как можно более прозрачной, а оболочка, напротив, служить фактически зеркалом. Английскому ученому удалось сварить стеклянное волокно, в котором потери действительно уменьшились. Идея оказалась отличной, этот принцип передачи света по двухслойному световоду действует и поныне.

Правда, волокно Капани не было еще достаточно прозрачно и передача сигнала на большие расстояния исключалась. Кроме того, не хватало мощных источников света. Так бы и осталась эта идея применимой только для медицинских приборов, если бы в 1954 году российские ученые Николай Басов и Александр Прохоров и одновременно американец Чарльз Таунс не изобрели мазер, а в 1959 году - лазер. После этого стало возможным получить мощный узконаправленный пучок света, идеально подходящий для передачи сигнала через многометровую стеклянную нить.

Донести один процент

Связисты впервые серьезно начали рассматривать возможность передачи голоса по оптическому волокну в начале 60-х. Медные кабели, царствовавшие тогда в индустрии, не могли справиться со все нарастающим потоком информации. Скорость передачи была ограничена величиной около 0,1-1 Гбит в секунду, причем сигнал затухал очень быстро. Заменить медные кабели на оптические было бы возможно, если бы усилители сигнала ставили хотя бы через каждый километр, как это делалось тогда на медных проводах. При этом волноводы, чтобы сигнал можно было потом распознать и усилить, должны были доносить до ближайшего передатчика как минимум 1% мощности первоначального лазерного луча. Значит, надо было создать волокно с подходящим затуханием импульса (в оптике оно измеряется величиной децибел на километр). В 1965 году работающий в британской телефонной компании STL ученый Чарльз Као доказал: для того чтобы световая волна, проходя километр по волокну, теряла не более 99% мощности, коэффициент его затухания должен быть 20 децибел на километр.

Идеей Као вдохновились ученые американской стекольной компании Corning Роберт Маурер, Дональд Кек и Пит Шульц, которые в 1966 году провели измерения, показавшие, что в обычном волокне сигнал затухал до 1% на расстоянии меньше метра. Исследователи решили использовать вместо обычного стекла синтетический кварц. Но для того чтобы волна, отражаясь, проходила по волокну, коэффициент преломления у сердцевины должен был быть выше, чем у оболочки. А у кварцевого стекла он был изначально очень низок. Поэтому в сердцевину ученые решили добавлять смеси, как бы специально замутнить ее, повышая коэффициент преломления. Одновременно надо было уменьшать затухание. Но главное - новый тип волокна должен был состоять из тонкой сердцевины и толстой оболочки. Было решено сначала делать оболочку, а на ее внутренние стенки напылять кварц сердцевины. Стоит отметить, что все эти манипуляции производились с чрезвычайно тонкой нитью диаметром около 0,1 мм. Через пять лет упорного труда в 1970 году учеными наконец-то было получено волокно с затуханием 16 децибел на километр при длине волны 633 нанометра.

Параллельно совершенствовались и лазеры. В 1970 году в мае Жорес Алферов в Ленинградском физико-техническом институте имени Иоффе, а в июне ученые Bell Labs объявили о создании полупроводникового лазера. Он был компактнее, дешевле и экономичнее своих предшественников. Казалось, революция в магистральных коммуникациях началась! Но не тут-то было.

Мода должна быть одна

Когда специалисты Corning пришли со своим замечательным волокном к единственному тогда оператору связи Америки AT & T, то получили суровый отказ. Компания AT & T сама тогда занималась производством (позже производственная часть отделилась и превратилась в компанию Lucent Technologies), а ученые входящей в его состав Bell Labs сами были уже близки к получению нужного волокна. Не загорелась желанием создавать оптоволоконную сеть и STL. Рынки Европы и особенно Японии были закрыты для сторонних производителей, к тому же во всем мире действовало мощное медное лобби. Производители медных кабелей не стремились осваивать новую продукцию с туманными перспективами. После нескольких лет мытарств Corning все-таки удалось создать СП с кабельными компаниями - британской BICC, французской CGE, итальянской Pirelli, немецкой Siemens и японской Furukawa. Но дальше опытных сетей проект не продвинулся.

Первым на поток было поставлено так называемое многомодовое волокно, по которому импульс передавался в виде нескольких световых лучей (мод), распространявшихся с разной скоростью по зигзагообразной траектории (см. схему). Пока импульсы доходили до приемного устройства, они теряли форму. И сигнал, преодолевший достаточно большое расстояние, невозможно было определить. Происходило это потому, что диаметр сердечника (светонесущей жилы) был почти на два порядка больше длины волны передачи.

В начале 80-х на рынке появилось принципиально новое волокно - одномодовое (вообще-то первое такое опытное волокно было сделано в компании Americian Optical в 1959 году, но из-за невысокого качества, дороговизны и сложности изготовления, отсутствия подходящих лазеров оно так и не дошло до серийного производства). В одномодовом волокне диаметр светонесущей жилы составляет 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч. Одномодовое волокно дороже многомодового, зато позволяет строить уже трансконтинентальные сети, так как сигнал в нем размывается намного меньше.

В 1978 году AT & T, British Post Office и STL заключили договор о постройке первой подводной трансатлантической волоконно-оптической магистрали именно на одномодовом волокне. Проект был реализован через десять лет. А первая сеть на одномодовом волокне в США была запущена в 1982 году от Нью-Йорка до Вашингтона. С середины 80-х на Западе начался волоконно-оптический бум.

В СССР тоже бились над проблемами волокна, правда, обособленно от всего мира: существовало эмбарго на поставки таких систем из США. Поэтому нашим ученым пришлось осваивать полный цикл: волокно-кабель-регенераторы-системы передач. В 1976 году в Физическом институте Академии наук была опробована волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) для соединения блоков ЭВМ на расстоянии 350 м на основе созданных световодов. Работы шли и в Институте радиотехники и электроники АН, ГосНИИ кварцевого стекла и на многих оборонных предприятиях, а непосредственно волокно варили на заводе в Гусе-Хрустальном. Удалось создать волокно с затуханием 0,25 децибела и наладить его промышленное производство. Результатом всех этих усилий стали введенные в строй волоконные линии Волховстрой-Ленинград, Ленинград-Сосновый Бор, Ленинград-Минск. Но с конца 80-х отрасль начала разваливаться и сейчас фактически перестала существовать. В России в настоящее время функционируют около десятка заводов, производящих оптоволоконный кабель. Но все они питаются волокном Corning, Fujikura и, до недавнего времени, Lucent Technologies.

Нелинейные эффекты

Совершенствование одномодового волокна продолжалось все 80-е годы. Кроме затухания, которое в итоге достигло 0,18-0,21 децибела на километр, ученые боролись с дисперсией - зависимостью скорости распространения волны от ее длины. В итоге им удалось подвести ее к нулевой отметке. Совершенствовались и передатчики, они были способны передавать сотни мегабит в секунду. Но оказалось, что только электронными способами по одному волокну невозможно модулировать быстрее чем 10 гигабит в секунду. В то же время полоса пропускания в обычном диапазоне (1500 нанометров) оценивалась как минимум в 1-10 терабит в секунду, то есть в 1000 раз больше, и глупым казалось не использовать этот потенциал. Потом появился Интернет, и рынок передачи данных требовал все новых и новых емкостей. Ученые предложили очередное ноу-хау - технологию "плотного спектрального уплотнения", или, как еще ее называют, разноцветную оптику, более известную в среде специалистов под английским сокращением DWDM (dence wavelength-division multiplexing). Технология заключается в том, что по одномодовому волокну одновременно запускаются несколько волн разных длин. Пропускная способность резко повышается, но, кроме уже известных дисперсии и затухания, влиять на распространение сигнала начинают совсем иные, нелинейные эффекты, возникающие из-за взаимодействия волн "уплотненного сигнала" друг с другом. Например, скорость распространения сигнала по волокну перестает быть постоянной и становится функцией интенсивности света. Можно сравнить это с помехами в радиоканале. Иногда в какой-то точке диапазона можно услышать сразу два канала, и оба плохо. Так случилось и в волоконной оптике. На выходе вместо четкой последовательности импульсов подчас возникала полная неразбериха.

Надо было делать новое волокно, в котором влияние волн друг на друга свелось бы к минимуму. Изготовить такое волокно оказалось сложной задачей, хотя все физические "нелинейные" процессы, казалось бы, давно описаны. Лучше всего это удалось Lucent Technologies, немного отстал по характеристикам волокна и ее давний конкурент Corning. К сожалению, Lucent Technologies, столкнувшаяся с серьезными финансовыми проблемами этим летом, продала большую часть своего волоконного бизнеса японской Furukawa, а два завода - Corning.

Теперь ученые Bell Labs задали новую планку. Тщательно проанализировав на бумаге все известные нелинейные эффекты, они пришли к выводу, что возможно создание волокна, полоса пропускания которого может быть увеличена до 100 терабит в секунду. То есть в кварцевую ниточку толщиной в одну десятую миллиметра можно вместить сегодняшний телефонный трафик всего мира. Теоретики поставили новую задачу перед инженерами. Казалось бы, оптикам пора снова идти к жаркой печи, подсыпать все более экзотические добавки и варить новое волокно. Но стоит ли это делать?

Утраченные иллюзии

Еще два года назад можно было бы однозначно сказать - да. В 1998-1999 годах на волне интернет-бума строились самые оптимистичные прогнозы. К 2004 году прогнозировалось, что в Европе будет не хватать емкости, и возник даже такой термин, как "фотонные пробки". Операторы кинулись строить новые сети. Цена волокна, постоянно снижающаяся из года в год, подскочила с 30-40 до 70-80 долларов за километр. За последние четыре года только в США, согласно данным агентства Reuters, было проложено 39 млн миль (около 62 млн км) оптического волокна.

В 2000 году сети, использующие волокно DWDM, начали массово вводиться в строй. И тут как раз подоспел кризис, сначала интернет-компаний, а потом и всей телекоммуникационной индустрии. По оценкам CS First Boston, проложенный сейчас в мире кабель загружен трафиком меньше чем на один (!) процент. Эта ситуация характерна и для США, и для Европы. В России еще круче: в большинстве сетей проложено простое одномодовое волокно, и за последние два года только компания "Транстелеком" строила свою сеть, где часть волокна специально изготовлена для систем DWDM, надеясь, вероятно, на скачкообразный рост трафика. Но реальность пока совсем иная. Переизбыток трафика есть только на направлении Москва-Санкт-Петербург. Только это направление по загруженности входит в европейскую тридцатку. Все остальные кабели сильно недозагружены. Так что разработчики волокна могут спокойно отложить результаты исследований Bell Labs в дальний ящик. ("Эксперт", 24.09.2001)




<< предыдущая статья     оглавление     следующая статья >>


 
БЕСПЛАТНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ
ИНФОРМАЦИИ

  • ДОБАВИТЬ коммерческое предложение

  • ОПУБЛИКОВАТЬ информацию об организации

  • ОСТАВИТЬ заявку на кредит / инвестирование

  • РАЗМЕСТИТЬ объявление о покупке / продаже бизнеса

  • РАЗМЕСТИТЬ информацию о вакансии

  • Бесплатные сервисы онлайн



    КУРСЫ ВАЛЮТ ЦБ РФ
    на 21.03.2020
    USD78,0443-2,1127
    EUR84,1552-3,1117
    E/U1,0783-0,0104
    БВК80,7942-2,5623
    Все валюты

    ПОГОДА 
    Россия, Московская обл., Москва
    днем
    ночью

    (прогноз)
    Погода в России и за рубежом

    ВАШЕ МНЕНИЕ



      Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
    Российский деловой портал «Альянс Медиа»
     · Бизнес России
    Бизнес-образование
     · Бизнес-план
     · БИНФО
     · Благотворительность
     · Бухгалтерский учет
     · Вся Россия
     · ВЭД
    Госзаказ
     · Дистанционный консалтинг
     · ЖКХ
     · Законы
     · Зоокластер
     · Инвестиции
     · Инновации
     · Исследования
    Исторические документы
     · ИТ и связь
     · Кино
     · Кластер инноваций
     · Кластерное развитие
     · Коммерческие предложения
    Легпром
     · Маркетинг
     · Мероприятия
     · Молодежь
     · Наука
     · Недвижимость
     · Охрана труда
     · Размещение пресс-релизов
    Пресса
     · Продукция и услуги
     · Работа
     · Рассылки
     · Реклама и PR
     · Ремесленничество
     · Рестораны
     · Русский язык
    Система ММЦ
     · Словарь
     · Социальное общество
     · Спорт
     · Стиль Мода Дизайн
     · Субконтрактация
    ТВ - Первый канал бизнеса
     · Тесты
     · Транспорт
     · Финансовые рынки
     · Экология
    Адыгея
     · Алтай
     · Амурская область
     · Архангельск
     · Астрахань
     · Башкортостан
     · Белгород
     · Брянск
     · Бурятия
    Владимир
     · Волгоград
     · Вологда
     · Воронеж
     · Дагестан
     · Еврейская АО
     · Забайкальский край
     · Иваново
     · Ингушетия
    Иркутск
     · Кабардино-Балкария
     · Калининград
     · Калмыкия
     · Калуга
     · Камчатка
     · Карачаево-Черкессия
     · Карелия
    Кемерово
     · Киров
     · Коми
     · Кострома
     · Краснодар
     · Красноярск
     · Курган
     · Курск
     · Ленинградская область
    Липецк
     · Магадан
     · Марий Эл
     · Мордовия
     · Москва
     · Московская область
     · Мурманск
     · Ненецкий АО
    Нижний Новгород
     · Новгород
     · Новосибирск
     · Омск
     · Орел
     · Оренбург
     · Осетия
     · Пенза
     · Пермь
     · Приморье
    Псков
     · Республика Алтай
     · Республика Крым
     · Ростов-на-Дону
     · Рязань
     · Самара
     · Санкт-Петербург
     · Саратов
    Сахалин
     · Свердловская область
     · Севастополь
     · Смоленск
     · Ставрополь
     · Тамбов
     · Татарстан
     · Тверь
     · Томск
    Тула
     · Тыва
     · Тюмень
     · Удмуртия
     · Ульяновск
     · Хабаровск
     · Хакасия
     · ХМАО-Югра
     · Челябинск
     · Чечня
    Чувашия
     · Чукотка
     · Якутия
     · Ямало-Ненецкий АО
     · Ярославль
    Дальневосточный ФО
     · Приволжский ФО
     · Северо-Западный ФО
     · Северо-Кавказский ФО
     · Сибирский ФО
     · Уральский ФО
    Центральный ФО
     · Южный ФО
    Австралия
     · Австрия
     · Азербайджан
     · Аргентина
     · Армения
     · АТЭС
     · Белоруссия
     · Бельгия
     · Болгария
     · Бразилия
    Великобритания
     · Венгрия
     · Вьетнам
     · Германия
     · Греция
     · Грузия
     · Дания
     · ЕАЭС
     · Египет
     · Израиль
     · Индия
    Ирландия
     · Испания
     · Италия
     · Казахстан
     · Канада
     · Кипр
     · Киргизия
     · Китай
     · Куба
     · Латвия
     · Литва
    Молдавия
     · Монголия
     · Нидерланды
     · Норвегия
     · Польша
     · Португалия
     · Румыния
     · Сербия
     · Словакия
     · Словения
    СНГ
     · Таджикистан
     · Тайвань
     · Туркмения
     · Турция
     · Узбекистан
     · Украина
     · Финляндия
     · Франция
     · Хорватия
    Черногория
     · Чехия
     · Швейцария
     · Швеция
     · Эстония
     · Южная Корея
     · Япония
    2003 - 2020 © НДП "Альянс Медиа"
    Правила републикации
    материалов сайтов
    НП "НДП "Альянс Медиа"

    Политика конфиденциальности