Kuituoptiikkaviestintä, satelliittiviestintä ja radioviestintä ovat nykyaikaisen valokuituverkkojen kolme pilaria
viestintä on tärkein tukipilari sen monien merkittävien etujen vuoksi
Kuituoptisen viestinnän historia
Valon käyttö viestinnässä ei ole täysin uusi käsite. Muinaisen maani majakkatornien käyttö hälytyksissä on erinomainen esimerkki visuaalisesta optisesta viestinnästä, ja eurooppalaisten lippusignaalien käyttöä tiedon välittämiseen voidaan pitää primitiivisinä optisen viestinnän muotoina.
Nykyaikaisen optisen viestinnän muoto voidaan jäljittää Alexander Graham Bellin vuonna 1880 keksimään optiseen puhelimeen. Hän käytti valonlähteenä auringonvaloa, kohdistaen säteen lähettimen edessä olevaan värisevään peiliin, jolloin valon voimakkuus muuttui äänen mukana, mikä moduloi valon voimakkuutta. Vastaanottopäässä parabolinen peili heijasti valonsäteen ilmakehästä akkuun, ja seleenikide toimi optisena vastaanottimena, muuntaen valosignaalin sähkövirraksi, siirtäen näin onnistuneesti äänisignaaleja ilmakehän läpi. Ihanteellisen valonlähteen ja väliaineen puuttuessa tuolloin tällä optisella puhelimella oli hyvin lyhyt lähetysetäisyys ja sillä ei ollut käytännön sovellusta, joten sen kehitys oli hidasta. Optinen puhelin oli kuitenkin edelleen loistava keksintö, joka osoitti mahdollisuuden käyttää valoaaltoja kantoaaltoina tiedon välittämiseen. Siksi voidaan sanoa, että Bell-optinen puhelin oli modernin optisen viestinnän prototyyppi.
Lampun keksintö mahdollisti yksinkertaisten optisten viestintäjärjestelmien rakentamisen ja niiden käytön valonlähteinä, kuten laivojen ja laivojen ja maan välisen kommunikoinnin, autojen suuntavilkut ja liikennevalot. Itse asiassa mikä tahansa merkkivalo on perus optinen viestintäjärjestelmä. Monissa tapauksissa valonlähteinä voidaan käyttää laajakaistaisia fluoresoivia valodiodeja (LED). Vuonna 1960 amerikkalainen Robert Maiman keksi ensimmäisen rubiinilaserin, joka tietyssä mielessä ratkaisi valonlähteiden ongelman ja toi uutta toivoa optiseen viestintään. Tavalliseen valoon verrattuna lasereilla on kapea spektrin leveys, erinomainen suuntaavuus, erittäin korkea kirkkaus ja hyvät suhteellisen tasaisen taajuuden ja vaiheen ominaisuudet. Laserit ovat erittäin koherenttia valoa, ja niiden ominaisuudet ovat samanlaiset kuin radioaaltojen, joten ne ovat ihanteellisia optisia kantoaaltoja. Rubiinilaserin jälkeen ilmestyivät typpi-vety (He-Ne) ja hiilidioksidilaserit (CO2), ja niitä otettiin käyttöön käytännössä. Lasereiden keksiminen ja soveltaminen aloitti optisen viestinnän uuden aikakauden, joka oli ollut lepotilassa 80 vuotta.
Siitä lähtien, kun Kao Kuen ehdotti valokuitua siirtovälineeksi vuonna 1966, optinen kuituviestintä on kehittynyt nopeasti tutkimuksesta sovelluksiin jatkuvan teknologisen päivityksen, jatkuvasti parantavan viestintäkyvyn (lähetysnopeus ja välitysetäisyyden) ja sovellusalueen laajentamisen myötä.
Kuituoptisen viestinnän viisi vaihetta
Ensimmäinen vaihe oli kehitysvaihe perustutkimuksesta kaupalliseen soveltamiseen. Vuodesta 1976 alkaen, tutkimus- ja kehitysvauhdin ja monien kenttäkokeiden jälkeen, ensimmäinen -sukupolven optinen aaltojärjestelmä, joka toimii 0,8 μm:n aallonpituudella, otettiin virallisesti kaupalliseen käyttöön vuonna 1978.
Toinen vaihe oli käytännön soveltamisjakso, jonka tutkimuksen tavoitteena oli siirtonopeuden parantaminen ja siirtoetäisyyden kasvattaminen sekä sen soveltamisen tarmoaminen.
Kolmannessa vaiheessa keskityttiin erittäin{0}}suuriin kapasiteettiin ja ultra{1}}pitkiin etäisyyksiin sekä kattavaan ja-syvälliseen uusien teknologioiden tutkimukseen. Tänä aikana saavutettiin 1,55 μm:n dispersio-siirtymä yksimuotoinen-optinen kuituyhteys. Tämä optinen kuituviestintäjärjestelmä käyttää ulkoista modulaatiotekniikkaa, joka saavuttaa 2,5–10 Gbit/s siirtonopeudet ja 100–150 km:n toistoetäisyydet ilman toistimia. Laboratoriossa voidaan saavuttaa jopa korkeampia tasoja.
Kuituoptisten viestintäjärjestelmien neljännelle vaiheelle on tunnusomaista käyttää optisia vahvistimia toistimien etäisyyksien lisäämiseen ja aallonpituusjakomultipleksointitekniikkaa (WDM) bittinopeuden ja toistimien etäisyyksien lisäämiseksi. Koska nämä järjestelmät käyttävät toisinaan null-difference- tai heterodyne-malleja, niitä kutsutaan myös koherenteiksi optisiksi viestintäjärjestelmiksi.
Kuituoptisten viestintäjärjestelmien viides vaihe perustuu epälineaariseen pakkaukseen kuitudispersion levenemisen kumoamiseksi, jolloin saavutetaan optisten pulssisignaalien konforminen lähetys, joka tunnetaan myös nimellä optinen soliton-viestintä. Tämä vaihe on kestänyt yli 20 vuotta ja on saavuttanut uraauurtavaa edistystä.
Nykyaikaisen kuituoptisen viestinnän sovellukset
Optinen kuitu voi lähettää sekä digitaalisia että analogisia signaaleja. Tällä hetkellä 90 % maailmanlaajuisista viestintäpalveluista perustuu valokuitusiirtoon. Optisen kuituviestintätekniikan kehityksen myötä monet maat ympäri maailmaa ovat sisällyttäneet valokuituviestintäjärjestelmiä yleisiin tietoliikenneverkkoihinsa, välitysverkkoihinsa ja liityntäverkkoihinsa.
Valokuitulaajakaistaiset runkosiirtoverkot ja liityntäverkot kehittyvät nopeasti ja ovat tällä hetkellä tutkimuksen, kehityksen ja sovellusten pääpainopisteitä. Optisen kuituviestinnän eri sovellukset voidaan tiivistää seuraavasti:
(1) Viestintäverkot:Kuituoptista viestintää käytetään laajalti viestintäverkoissa, ja siitä on tullut nykyaikaisen viestinnän valtavirta.
(2) Tietokoneiden lähiverkot (LAN) ja suuralueverkot (WAN) muodostavat Internetin.
(3) Kaapelitelevisioverkkojen runko- ja jakeluverkot, teollisuustelevisiojärjestelmien satelliittimaa-asemat, mikroaaltouunilinjat, antennivastaanottimet jne.
(4) Kuituoptiset liityntäverkot integroituja palveluja varten.
(5) Kuituoptiset anturit. Tarkkaan ottaen valokuituanturit eivät kuulu viestinnän alaan. Kuituoptiset anturit ovat kuitenkin erittäin tärkeä kuituoptiikan sovellusalue.
