ההיסטוריה של תקשורת סיבים אופטיים ויישומיה בזמנים מודרניים

סיבים אופטייםתקשורת, תקשורת לוויינית ותקשורת רדיו הם שלושת עמודי התווך של רשתות תקשורת מודרניות, עם סיבים אופטיים

תקשורת היא עמוד התווך בשל יתרונותיה המשמעותיים הרבים

ההיסטוריה של תקשורת סיבים אופטיים

שימוש באור לתקשורת אינו מושג חדש לחלוטין. השימוש של ארצי הקדום במגדלי משואות לאזעקות הוא דוגמה מצוינת לתקשורת אופטית חזותית, וניתן לראות את השימוש של האירופאים באותות דגל להעברת מידע כצורות פרימיטיביות של תקשורת אופטית.

ניתן לאתר את צורת התקשורת האופטית המודרנית לטלפון האופטי שהומצא על ידי אלכסנדר גרהם בל בשנת 1880. הוא השתמש באור השמש כמקור אור, ממקד את האלומה אל מראה רוטטת מול המשדר, גורם לעוצמת האור להשתנות עם הקול, ובכך מווסת את עוצמת האור. בקצה הקולט, מראה פרבולית החזירה את אלומת האור מהאטמוספירה אל סוללה, וקריסטל סלניום פעל כמקלט האופטי, הממיר את אות האור לזרם חשמלי, ובכך העביר בהצלחה אותות קול דרך האטמוספרה. בשל היעדר מקור אור ואמצעי שידור אידיאליים באותה תקופה, לטלפון אופטי זה היה מרחק שידור קצר מאוד וללא יישום מעשי, ולכן התפתחותו הייתה איטית. עם זאת, הטלפון האופטי היה עדיין המצאה מצוינת, שהוכיחה את היתכנות השימוש בגלי אור כגלי נושא להעברת מידע. לכן, ניתן לומר שהטלפון האופטי של בל היה אב הטיפוס של תקשורת אופטית מודרנית.

המצאת המנורה אפשרה לבנות מערכות תקשורת אופטיות פשוטות ולהשתמש בהן כמקורות אור, כמו תקשורת בין ספינות ובין ספינות ליבשה, איתותים לרכבים ורמזורים. למעשה, כל סוג של נורית חיווי היא מערכת תקשורת אופטית בסיסית. במקרים רבים, דיודות פולטות אור פלואורסצנטי בפס רחב (-) יכולות לשמש כמקורות אור. בשנת 1960, האמריקאי רוברט מימן המציא את לייזר האודם הראשון, שבמובן מסוים פתר את בעיית מקורות האור והביא תקווה חדשה לתקשורת האופטית. בהשוואה לאור רגיל, ללייזרים יש רוחב ספקטרלי צר, כיווניות מעולה, בהירות גבוהה במיוחד ומאפיינים טובים של תדר ופאזה עקביים יחסית. לייזרים הם אור קוהרנטי מאוד, והמאפיינים שלהם דומים לגלי רדיו, מה שהופך אותם לנשא אופטי אידיאלי. בעקבות לייזר האודם, הופיעו לייזרים חנקן-מימן (He-Ne) ולייזרי פחמן דו חמצני (CO2) שהוכנסו ליישום מעשי. ההמצאה והיישום של לייזרים הובילו עידן חדש לתקשורת אופטית, שהיה רדום במשך 80 שנה.

מאז שקאו קואן הציע את הרעיון של סיב אופטי כאמצעי שידור ב-1966, תקשורת סיבים אופטיים התפתחה במהירות ממחקר ליישום, עם שדרוגים טכנולוגיים מתמשכים, שיפור מתמיד של יכולות התקשורת (קצב שידור ומרחק ממסר), והרחבת היקף היישום.

חמשת השלבים של תקשורת סיבים אופטיים

השלב הראשון היה תקופת הפיתוח ממחקר בסיסי ליישום מסחרי. החל משנת 1976, בעקבות קצב המחקר והפיתוח, ולאחר בדיקות שטח רבות, מערכת הגלים האופטיים מהדור הראשון הפועלת באורך גל של 0.8 מיקרומטר הוכנסה רשמית ליישום מסחרי בשנת 1978.

השלב השני היה תקופת היישום המעשית, במטרה המחקרית לשפר את קצב השידור ולהגדיל את מרחק השידור, ולקדם במרץ את יישומו.

השלב השלישי התמקד בקיבולת-גבוהה במיוחד ובמרחק-ארוך במיוחד, עם מחקר מקיף ומעמיק- של טכנולוגיות חדשות. במהלך תקופה זו, הושגה תקשורת סיבים אופטיים במצב חד-- של פיזור-לפיזור 1.55 מיקרומטר. מערכת תקשורת סיבים אופטיים זו משתמשת בטכנולוגיית אפנון חיצוני, ומשיגה קצבי שידור של 2.5-10 Gbit/s ומרחקי שידור ללא ריפרטר של 100-150 ק"מ. ניתן להגיע לרמות גבוהות עוד יותר במעבדה.

השלב הרביעי של מערכות תקשורת סיבים אופטיים מאופיין בשימוש במגברים אופטיים להגדלת מרחקי החזר ושימוש בטכנולוגיית ריבוי חלוקת אורך גל (WDM) להגדלת קצב הסיביות ומרחקי החזרה. מכיוון שמערכות אלו משתמשות לפעמים ב-null-בדל או סכימות הטרודיניות, הן נקראות גם מערכות תקשורת אופטיות קוהרנטיות.

השלב החמישי של מערכות תקשורת סיבים אופטיים מבוסס על דחיסה לא ליניארית לביטול הרחבת פיזור הסיבים, השגת שידור קונפורמי של אותות פולסים אופטיים, הידועה גם בשם תקשורת סוליטון אופטית. שלב זה נפרש על פני 20 שנה והשיג התקדמות פורצת דרך.

יישומים של תקשורת סיבים אופטיים מודרניים

סיבים אופטיים יכולים להעביר אותות דיגיטליים ואנלוגיים כאחד. נכון לעכשיו, 90% משירותי התקשורת העולמיים מסתמכים על שידור סיבים אופטיים. עם התפתחות טכנולוגיית תקשורת סיבים אופטיים, מדינות רבות ברחבי העולם שילבו מערכות תקשורת סיבים אופטיים ברשתות התקשורת הציבוריות שלהן, רשתות ממסר ורשתות גישה.

רשתות שדרת פס רחב של סיבים אופטיים ורשתות גישה מתפתחות במהירות והן כיום המוקד העיקרי של מחקר, פיתוח ויישום. ניתן לסכם את היישומים השונים של תקשורת סיבים אופטיים כדלקמן:

(1) רשתות תקשורת:תקשורת סיבים אופטיים נמצאת בשימוש נרחב ברשתות תקשורת והפכה לשיטת המיינסטרים של תקשורת מודרנית.

(2) רשתות מחשבים מקומיות (LAN) ורשתות אזוריות רחבות (WAN) מהוות את האינטרנט.

(3) רשתות מטען והפצה של רשתות טלוויזיה בכבלים, תחנות אדמה לווייניות של מערכות טלוויזיה תעשייתיות, קווי מיקרוגל, מקלטי אנטנה וכו'.

(4) רשתות גישה לסיבים אופטיים לשירותים משולבים.

(5) חיישני סיבים אופטיים. למהדרין, חיישני סיבים אופטיים אינם שייכים לתחום התקשורת. עם זאת, חיישני סיבים אופטיים הם אזור יישום חשוב ביותר של סיבים אופטיים.