Блог Чадюка Вячеслава

 ЕВОЛЮЦІЯ ОПТИЧНОГО ЗВ'ЯЗКУ

     Зв'язок у широкому розумінні цього слова означає взаємодію між об'єктами. Одним із видів оптичного зв'язку є передача енергії від одного об'єкта до іншого, наприклад, від Сонця до Землі або від наземного лазера до дрона. Іншою формою є передача інформації за допомогою світла, і такий оптичний зв’язок має довгу історію, яка почалася кілька тисячоліть тому, коли армії оголошували про свою перемогу чи поразку естафетою багать на пагорбах. У Стародавньому Римі поліровані металеві пластини використовували як дзеркала для передачі сигналів сонячними «зайчиками». У середні віки з'явилися перші оптичні лінії зв'язку, побудовані на просторовому кодуванні символів, наприклад, факелами, розташованими в певних вікнах вежі, а пізніше семафорами (подібно до сигналісту на флоті з прапорами в руках). У 1880 році американський винахідник Олександр Белл розробив свій «фотофон», який дозволив передавати телефонний сигнал сонячним випромінюванням за допомогою вібрації дзеркала, що коливається під дією голосу, і приймати сигнал з відстані кількох сотень метрів селеновим фотоелементом. Це була перша демонстрація передачі людського голосу за допомогою світла, яка відбулася за 19 років до появи радіозв'язку. Але насправді ера оптичного зв'язку почалася на початку 60-х років минулого століття з появою світлодіодів і лазерів.

   За останні десятиліття обсяг інформації, яку необхідно передавати по каналах зв'язку, значно зріс, що пов'язано з розвитком і потребами космічної техніки, телебачення, мобільного зв'язку та Інтернету. Ще в 1956 році, за рік до запуску першого супутника, американський вчений і письменник Джон Пірс, винахідник деяких ультрависокочастотних ламп і терміна «транзистор», попереджав: «Говорячи про проблеми майбутнього зв'язку , ми повинні взяти до уваги деякі положення... Одне з них – пропускна здатність... Протягом багатьох років ми спостерігаємо... безперервне зростання потреби у все більшій пропускній здатності. Ми пройшли довгий шлях від телеграфу, який обмежений смугою пропускання в кілька десятків герц, до передачі голосу, яка вже вимагає смуги в кілька тисяч герц, до телебачення з необхідною смугою в кілька мільйонів герц».

    У 1970-х і 1980-х роках були створені і випробувані різні варіанти лазерного зв'язку у вільному просторі: між наземними точками, між супутником або літаком і наземною точкою, між літаком і підводним човном і т. д. Для прихованого оптичного зв'язку в польових умовах були розроблені біноклі, в яких на основі однієї половини створювався оптичний трансивер, а іншою половиною наводили на трансивер абонента. За потужності інфрачервоного світлодіода в кілька міліват дальність такої лінії зв'язку сягала   1 км.

    У 2005 році була продемонстрована можливість безпечного зв'язку між наземною станцією і супутником, який знаходився на низькій орбіті. Захищений характер передачі інформації забезпечував квантовий розподіл ключів, технологія, яка дозволяє обмінюватися інформацією по відкритих каналах зв’язку, попередньо створивши загальний ключ у вигляді заплутаних станів поляризації фотонів. Особливість цієї технології полягає в тому, що спроба втручання в канал зв'язку руйнує загальний квантовий стан абонентів і стає помітною.

    Квантовий зв'язок між двома дронами був продемонстрований у 2021 році. Один з дронів поширював заплутані фотони, а інший виконував роль оптичного ретранслятора. Застосування ретранслятора дозволило відновити форму хвильового фронту лазерного променя і збільшити дальність зв'язку. У майбутньому подібні системи можуть бути використані для створення мобільних квантових мереж.

    У 1979 році були проведені перші експерименти з використанням відбитого випромінювання інфрачервоних світлодіодів для зв'язку з множинним доступом у приміщеннях.

    У 2007 році німецький професор Гаральд Хаас запропонував оптичний аналог Wi-Fi – технологію Li-Fi. У назві цього виду зв'язку Wi (Wireless – бездротовий) замінили на Li (Light - світловий). У 2011 році на конференції «TED Global» Хаас продемонстрував передачу відеосигналу за допомогою світла, що виходить від світлодіода.

    1990-ті роки ознаменувалися бурхливим розвитком оптоволоконного зв'язку. За три десятиліття оптичні втрати в кварцовому волокні вдалося зменшити з 1000 дб/км до 0,1 дБ/км, що зробило реальним будувати на ньому оптичні лінії зв’язку. З'явилася технологія WDM (Wavelength Division Multiplexing – мультиплексування за довжинами хвиль), що дозволило передавати по оптичному волокну більше сотні сигналів одночасно.