Kiudoptika võtab võimust


Kui te tänapäeval räägite telefoniga või kasutate interneti teenuseid, siis võite olla absoluutselt kindel, et mingis kohas väljub teie saadetud informatsioon elektrit juhtivast vaskkaablist ning siseneb kummalisse klaaskiudu, mida nimetatakse kiudoptiliseks kaabliks.

Kiudoptika on meie ellu tulnud kuidagi märkamatult ja ilma suurema kärata. Vahel harva ilmub teade mõnest uuest avatud kiudoptilisest kaablist ka ajalehtede veergudele ja seetõttu pole mõiste ise sugugi tundmatu. Kuid kui palju me tegelikult ikka teame kiudoptikast peale selle, et kaabeltelevisoonifirmad üksteise kaableid puruks raiuvad?

Valgus kannab infot

Kui vaskkaablis kantakse informatsiooni edasi elektriliselt, siis kiudoptilises kaablis teeb seda valgus. Juba muistsed egiptlased kasutasid peegeldunud päikesevalgust signaliseerimiseks ja sama on täheldatud ka teiste muistsete rahvaste juures. Kuid õhus liigub valgus teatavasti vaid sirgjooneliselt ning peale selle on tal ka kalduvus üsna kiiresti sumbuda.

Tõeliseks läbimurdeks tuleks siin pidada inglise füüsiku John Tyndalli avastust, et vihmaveerennis olevast tillukesest august allavoolanud veenire võib endaga ka valgust kaasa tuua. Ja kui tuul veeniret kallutab, ei välju valgus temast, vaid "kallutub" koos veenirega.

Ka tuntud leidur Alexander Graham Bell oli valguse kasutamisest tõsiselt sisse võetud ning ta ehitas isegi telefoni, mis kasutas just valgust kõne edasikandmiseks. Kuid kahjuks oli sellel süsteemil nii palju puudusi, et Bell ise loobus oma leiutise edasiarendamisest. Ning kogu edaspidine telefonside arenes vaskjuhtmete ja elektrilise informatsioonivahetuse baasil.

Samas teadsid ju kõik, et optiliselt võib edastada hulga suuremaid informatsioonikoguseid kui elektriliselt, kuid probleemiks oli just kvaliteetse klaasist kiu valmistamine, mida mööda seda informatsiooni edasi kanda. Alles 70. aastate keskel suutsid Corningi kompaniis USA-s töötavad teadlased Robert Maurer, Donald Keck ja Peter Schultz luua tõepoolest kasutatava klaasist kiu. Selleks kulus aga peaaegu kakskümmend aastat pingelisi katsetusi ning mitmeid miljoneid dollareid raha.

1976. aastal paigaldatigi maailma esimene kiudoptiline kaabel ja sellest hetkest algaski kiudoptika võidukäik, mis on nüüdseks kestnud kakskümmend aastat. Praeguseks on maailmas paigaldatud juba selline kogus kiudoptilisi kaableid, et nende kogupikkus ulatuks Kuule ja tagasi 28 korda. Ja see arv suureneb lausa päevadega.

Kiudoptika edastab palju

Et vastata, miks kiudoptika on nii hea, tuleks veidike uurida füüsikat. Optilise kiu tööpõhimõte tuleneb täieliku sisepeegelduse nähtusest. Kui valgus sisestada optilisse kiudu nurga all, mis on väiksem kui niinimetatud piirnurk, siis teoreetiliselt pole võimalik valguse väljapääsemine optilise kiu külgedelt, vaid see peegeldub pidevalt optilisse kiudu tagasi, kuni lõpuks väljub kiu teisest otsast.

Sõltuvalt optilise kiu kvaliteedist, väljub teisest otsast kas rohkem või vähem valgust, sest tahes-tahtmata toimub kiu defektidel teatud hajumine ning valguse intensiivsust vähendab ka valguse neeldumine klaasis. Kuid optilise kiu suurim eelis vaskjuhtme ees tuleneb valguse äärmiselt suurest sagedusest. Informatsiooni keeles tähendab see tuhandeid kordi enam ülekantud bitte sekundis.

Kas te oskate kujutleda, et näiteks "Santa Barbara" kolm seeriat on võimalik piki valguskiudu edasi kanda ühe sekundi jooksul? On isegi välja arvutatud, et 100 grammi raskust optilist kiudu läbinud informatsioonihulga sama kiireks edasikandmiseks vaskkaablit pidi läheks vaja kaablit, mille kaal oleks 33 tonni. Praeguse tehnikataseme juures on võimalik läbi kahe optilise kiu pidada üheaegselt kuni 25 000 telefonikõnet ja ka see arv suureneb pidevalt. Kuna informatsiooni edastamine toimub valguse abil, siis ei karda kiudoptiline kaabel ka muidu nii tavalisi elektrilisi häireid.

Rääkides kiudoptilisest kaablist, ei saa me kuidagi mööda minna ka seadmetest, mis ühelt poolt suunavad informatsiooni kaablisse ja teiselt poolt võimaldavad selle kaablist kättesaamist. Esmalt tuleks muidugi elektrilised signaalid muundada optilisteks. Selleks kasutatakse miniatuurseid pooljuhtlasereid, mis õigupoolest ei kiirgagi nähtavat valgust, vaid lühilainelist infrapunakiirgust.

Valguskaabel tungib kõikjale

Pooljuhtlaseri ja optilise kiu ühendamine on küllalt keeruline ülesanne, sest valguse kadu tuleb viia miinimumini. Sama probleem tuleb lahendada ka kiu teises otsas, kus paikneb vastuvõttev fotodiood, mis muundab valguse tagasi elektriliseks signaaliks.

Kui signaali tuleb edastada suurte vahemaade taha, siis tahtmatult peab seda vahepeal võimendama. See tekitab omajagu probleeme, sest kõik võimendid tarbivad ka elektrit ja seega peab kiudoptilises kaablis jääma kohta ka vaskjuhtmetele ning vahepealsetele võimenditele. Raskusi saab vähendada, kui suurendada informatsiooni edastamiseks kasutatavate valguslainete lainepikkust veelgi. Juba uuritakse pingeliselt võimalusi, kasutamaks tulevikus lainepikkust kuni 10 mikromeetrit, kuid praegusel momendil on veel raske leida materjali, mis sellises piirkonnas oleks läbipaistev ning millest oleks võimalik ka juuspeent valguskiudu valmistada.

Ei pea vist olema eriline prohvet, väites, et juba lähemas tulevikus on valguskaablid jõudnud igasse kodusse ja kontorisse. Milline saab siis olema meie igapäevane elu? Esiteks muidugi hoiame kokku hulga kallihinnalist vaske. Kuid mis saab tavapärasest telefonist, mille pärast eelkõige kogu valguskaabelduse buum käima lükati? Ja televisioonist? Ja internetist? Kõigi eelduste kohaselt kaovad need mõisted üldse meie kõnepruugist, asendudes mingi uue globaalse terminiga.

Telekanalite viimnepäev koidab

Mis mõtet olekski tavalisel telefonil, kui optilist liini pidi võime mitte ainult rääkida, vaid samal ajal ka näha oma vestluspartnerit ja mitte ainult ühte, sest liinide läbilaskvus võimaldab üheaegselt tervete videokonverentside korraldamist.

Kõige hullemini mõjutab "optiline revolutsioon" muidugi televisiooni. Olgugi, et juba praegu on meil kõigil teatud valikuvabadus vaadatava programmi suhtes, pole see õigupoolest veel mingi valik, sest me võime vaid valida programmi edastajat, mitte aga programmi sisu ennast. Ma ei oskagi nagu ette kujutada, mismoodi peaksime tulevikus õhtuti oma aega sisustama, kui me võime vaadata ükskõik millist saadet või filmi ükskõik mis maalt. Tundub juba praegu üsna hirmuäratavana!

Ja siinkohal ei näigi enam nii arusaamatu see meeleheitlik võitlus telekanalite vahel reklaamiraha pärast, sest tuleb ju loomulikult võtta veel, mis võtta annab. üsna pea saabub ju aeg, kus reklaamiraha ei saa enam mitte televisioonikanal, vaid ainult konkreetne saade.

Arvatavasti pole meil kõigil ka enam mõtet igal hommikul tööle rutata, sest sama edukalt võime ka kodus tööd teha, olles sõna otseses mõttes kogu maailmaga ühendatud. Ka mitmed kauplused võiksid oma ruumid vabastada, sest kaupu võib edukalt tellida otse mingisugusest virtuaalkauplusest. Eks ole ju praegugi internetis arenev süsteem selle uue kaubanduse lipukandjaks.

Sääraste prognooside tegemist võib ju lõputult jätkata, kuid üks on kindlasti selge - meie kõigi ellu tuleb juba üpris pea suuri murranguid ja selleks tuleb ka valmis olla. Ja nende murrangute põhjustajaks on imepeenike klaasikiud.

JüRI KRUSTOK

Target Ärileht