Podstawą funkcjonowania szybkiego internetu jest technologia światłowodowa. W tym artykule dowiesz się, jaka jest zasada działania światłowodu, jakie zjawisko fizyczne odpowiada jednocześnie za zakłócenia przepływu światła w przewodzie i za błękitny kolor nieba oraz na czym polega przewaga światłowodu nad innymi technologiami przesyłu danych.
Światłowód – co to jest?
Światłowód jest cienką jak ludzki włos nitką z włókna szklanego lub tworzywa. Wprowadzone do niego światło lasera płynie, odbijając się od jego ścianek. Odbicie to jest możliwe, ponieważ przewód otoczony jest ekranem o mniejszym współczynniku załamania światła. Zjawisko to nazywane jest odbiciem Fresnela i można zaobserwować je w domowych warunkach. Wystarczy do tego mały laser i butelka wypełniona w całości wodą. Gdy zrobimy małą dziurkę i podświetlimy wypływający strumyczek, zauważymy, że zaczyna cały świecić, tak jakby światło płynęło razem z wodą. Brawo! Właśnie stworzyliśmy prosty światłowód.
Ograniczenia działania światłowodu
Najdłuższy światłowód na świecie ma 39 tys. kilometrów i łączy zachodnią Europę z Azją Południowo–Wschodnią i Australią. Trudno sobie jednak wyobrazić, by światło lasera mogło przebyć bez przeszkód taką odległość. Część strumienia świetlnego ulegnie odbiciu wstecznemu, a część ulegnie rozproszeniu wewnątrz przewodu. Dochodzi tutaj wówczas do zjawiska znanego jako rozpraszanie Rayleigha, czyli rozproszenia światła na drobnych cząstkach lub obiektach (np. mikroskopijnych zabrudzeń lub bąbelków powietrza wewnątrz przewodu). To samo zjawisko odpowiada za błękitny kolor nieba, gdzie światło słoneczne częściowo rozprasza się, uderzając w cząsteczki tlenu i azotu w atmosferze.
Aby określić wydajność światłowodu, czyli czy jego materiał przypadkiem nie rozprasza on za dużo światła, stosuje się urządzenie zwane reflektometrem optycznym. Więcej na temat tych urządzeń można przeczytać na stronie Interlab.pl pod tym linkiem:
https://www.interlab.pl/news/zasada-dzialania-reflektometru-optycznego.html.
Wzmacnianie sygnału świetlnego w światłowodzie
Aby światło mogło pokonać tysiące kilometrów, na pewnych odcinkach światłowodu stosuje się wzmocnienie optyczne. W dużym uproszczeniu: niektóre odcinki światłowodu, tzw. okna wzmocnienia, zawierają pewne pierwiastki, które łatwo przechodzą w stan wzbudzenia. Gdy tylko zderzą się z nimi cząstki światła (fotony) przechodzącego przez światłowód, pierwiastki te emitują własne fotony. Można powiedzieć, że materiał przewodu sam zaczyna świecić, gdy trafi na niego wprowadzone do światłowodu światło.
Przewaga światłowodu nad innymi technologiami przesyłu danych
Ponieważ światłowód jest całkowicie zamkniętą strukturą, przesyłany sygnał świetlny jest wyjątkowo stabilny. Nie przechodzi przez żadne urządzenia (wyjątkiem jest tu sprzęgacz kierunkowy), przez co awaryjność linii jest minimalna. Nie podlega też tak jak sygnał elektryczny, zakłócaniu przez fale elektromagnetyczne. Dzięki tym cechom linie światłowodowe osiągają bardzo dużą wydajność – nawet do 3 Tb/s. Koszt zbudowania i utrzymania infrastruktury światłowodowej jest też dużo niższy niż w przypadku tradycyjnych linii telefonicznych.
