ISTORIC FIBRE OPTICE

ISTORIC FIBRE OPTICE

Un sistem de comunicatii reprezinta transmiterea unei informatii intre 2 puncte distincte, fie separate de cativa kilometri sau de oridunul miilor de kilometri. Pentru transmiterea informatiei se folosesc unde electromagnetice, a caror frecventa poate varia de la cativa megahertzi pana la cativa terahertzi. Sistemele de comunicatii optice folosesc frecvente purtatoare de ordinul a 100 THz, folosind radiatii infrarosii, in apropierea spectrului vizibil.

Folosirea luminii pentru comunicare, dateaza din antichitate. Majoritatea civilizatiilor foloseau focul sau fumul pentru a transmite o anumita informatie (de exemplul mesajul despre caderea Troiei, mentionat de Eschil in trilogia Ortensia, a fost transmis pe o distanta de cca. 400 km folosind fumul).

Aceste metode au dezavantajul ca nu se pot transmite mesaje complexe, ci numai un numar mic de mesaje simple. Astfel telegraful optic inventat la sfartsitul secolului al XVIII-lea de Claude Chappe (4 caractere/minut) si perfectionat de Abraham Edelcrantz (12 caractere/minut) a fost folosit cu succes in cateva tari europene. Descoperirea telegrafului si mai apoi a telefonului au revolutionat comunicatiile.

In 1880 Graham Bell a patentat videofonul prin care se folosea un semanal luminos modulat pentru a transmite un semnal electric. O oglinda, asezata pe diafragma unui microfon, vibra impreuna cu acesta transmitand un semnal luminos variabil. Receptorul era format dintr-o oglinda parabolica, avand in focar un fotorezistor cu seleniu, pentru conversia semnalului luminos in semnal electric. Metoda era eficienta pe o distata de maxim 200 m.

Toate aceste metode au dezavantajul ca depind foarte mult de conditiile exterioare si de faptul ca se foloseste aerul ca ghid de dielectric.

Primele studii legate de transmisia luminii printr-un ghid transparent au fost realizate in 1854 de john Tyndall care a aratat ca un fascicul de lumina proiectat intr-un jet de apa se mentine in interiorul acestuia chiar daca jetul de apa isi modifica directia.

Dezvoltarea retelelor de telefonie la nivel global, a dus la un progres al sistemelor de comunicatii ce foloseau cabluri coaxiale sau microunde. Dezavantajul acestora este rata de bit relativ mica (maxim 274 Mb/s pentru cel mai avansat cablu coaxial, realizat in 1975) si distanta mica intre repetoare (cca. 1 km).

Atenuarea este minima pentru 1550 nm, dar dispersia este minima pentru 1310 nm. Pentru retele de fibra optica pe distante scurte se foloseste banda de 850 nm, iar pentru retele pe distate lungi banda de 1310 nm si cea de 1550 nm. Banda de 1680 nm este folosita mai rar, datorita atenuarii comparabile cu banda de 1550 nm si costurilor mai ridicate de operare.

La inceputul anilor '60 se foloseau fibrele optice obtinute din sticla, dar in domenii nelegate de telecomunicatii deoarece prezentau o atenuare de 1000 dB/km. Studiile lui Charles Kao si Charles Hockham, de la Standard Telecommunication Laboratory din Anglia in 1966 au aratat ca telecomunicatiile bazate pe fibre optice pot deveni eficiente daca se pot obtine fibre optice cu atenuare de cel mult 20 dB/km (adica la distanta de 1 km sa se receptioneze 1% din energia luminoasa emisa). [ref. 1, pag. 1-9]

Primele sisteme de comunicatii folosind fibra optica (prima generatie), utilizau surse de lumina operand la 850 nm si aveau o capacitate de aproximativ 100 Mb/s, cu o distanta intre repetoare de 10 km, datorita carora puteau concura cu succes cu sistemele de cominicatii prin cablu coaxial. A doua generatie folosea laseri cu semiconductori cu InGaAsP, operand in jurul lungimii de unda de 1310 nm, unde atenuarea prin fibra optica sub 1 dB/km si dispersia este minima au dus la un produs rata de bit-distanta de ordinul a 80 Gb/s-km.

A treia generatie de sisteme de comunicatie utiliza fibre optice operand in jurul lungimii de unda de 1550 nm (unde atenuarea este de aproximativ 0 dB/km). Desi atenuarea este minima in jurul acestei lungimi de unda, disperersia este relativ ridicata. Acest inconvenient a fost rezolvat folosind fibre optice cu dispersie translatata (fibre optice a caror dispersie minima este in jurul valorii de 1550 nm) si laseri cu un sigur mod longitudinal, ajungandu-se la 400 Gb/s-km.

Rata de bit a putut fii crescuta si mai mult datorita multiplexarii in lungimea de unda si detectiei coerente a luminii (generatia a 4-a de sisteme de comunicatie prin fibra optica). Folosind amplificatoare optice in locul celor opto-electronice a dus la obtinerea unor produse rata de bit-distanta de ordinul a 1020 Tb/s-km (in 1985 S. B. Poole de la University of Southampton a realizat un amplificator optic folosind o fibra optica dopata cu erbiu - EDFA).

Ultima generatie de comunicatii prin fibre optice (generatia a 5-a) se bazeaza pe utilizarea solitonilor (impulsuri optice care isi pastreaza forma la propagarea printr-un mediu fara atenuare, datorita compensarii dispersiei prin efectele neliniare aparute in fibra optica). Folosind amplificatoare Raman si mai tarziu amplificatoare optice s-au realizat sisteme cu un produs rata de bit-distanta de ordinul a 100 Tb/s-km, utilizand multiplexarea in lungimea de unda. Cercetarile efectuate de Bell Labs folosind multiplexarea in lungime de unda (DWDM), au dus la obtinerea unei rate de bit de 1Tb/s (s-au transmis 100 de semnale diferite, cu o rata de 10 Gb/s fiecare) pe o distanta de 400 km.aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

Fig.1.1 Absortia selectiva a luminii in fibra optica si cele 4 benzi distincte; progresul in domeniul realizarii fibrelor optice si dezvoltarea sistemelor de comunicatii folosind fibre optice (ref. [2], pag. 4)

Primul cablu optic transatlantic de comunicatii a dat in functiune in 1988 (TAT-8) si lega Statele Unite ale Americii de Franta si Anglia. Acesta avea o capacitate de 40.000 circuite telefonice modulate la 296 Mb/s, si folosea regeneratoare electronice la fiecare 46 km.

Cel mai nou cablu optic submarin este TAT-14 (2001), intre S.U.A. si cateva state europene, pe o distanta de aproximativ 15.000 km, lucrand la 1310 nm pentru atenuare mica, si folosind multiplexarea in lungime de unda prin care 16 semnale optice sunt multiplexate intr-unul singur    cu o capacitate de 10 x 64 Gb/s (in total 640 Gb/s), adica aproape 9.700.000 de circuite telefonice [7].