Стеклянный волоконный проводник света

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Жорес Иванович Алфёров
Zhores Ivanovih Alferov.jpg
Во время посещения Владимиром Путиным и Герхардом Шредером Научно-образовательного центра Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, 10 апреля 2001 года
Дата рождения:  1930
Место рождения: Витебск, Белорусская ССР СССР
Гражданство: СССР, Россия
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
Научная сфера: физика полупроводников
Альма-матер: ЛЭТИ
Известен как: Выдающийся советский и российский физик, единственный ныне здравствующий — из проживающих в России — российский лауреат Нобелевской премии по физике.
Стеклянные (из кварца) волоконные световоды, проводящие лучи света

Стеклянный волоконный проводник света или волоконная оптика — средства, применяемые для целей связи и коммуникаций.

Введение[править]

В 60-70 годы, академик Жорес Иванович Алфёров — советский и российский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 2000 года, один из первых разработчиков лазерного излучения, в своих экспериментах по вопросам прохождения лазерного луча в различныз средах. Он был первым, кто начал запирать лазерный луч света, проводимого в стеклянном проводнике. Получив первый полупроводниковый лазер, начались его опыты по передаче информации с помощью лазерного луча. Также первые его эксперименты проводились на открытом воздухе, но помехи мешали получить эффект полноценной передачи луча. Луч стали проводить в стеклянном проводнике, окружённого различными средами, с разными показателями преломления. Здесь и обнаружили, что луч может проходить через границы сред, например, воды и воздуха. При нормальном падении луча, при столкновении его с другой средой с другим показателем преломления, луч света тормозился. Так вот, изменив угол падения луча, подобрав среду оболочки луча, луч стал многократно отражаться и проходить, в чём основная заслуга и в этой области достижений Жорес Ивановича Алфёрова.

Создание лазеров[править]

Создание лазеров, которое было основным направлением работ Алфёрова, их широкое развитие привело к появлению ряда новых направлений науки и техники вообще. И одним из таких направлений является современная волоконная оптика, опирающаяся на стеклянные световоды (например, на базе волокон чистого кварцевого стекла) с низкими оптическими потерями. Особенно наиболее важной и развитой в настоящее время областью применения волоконной оптики является волоконно-оптическая связь.[1]

Разработка стеклянных волоконных световодов с низкими оптическими потерями была связана с потребностью в создании передающей среды для систем оптической связи.

История[править]

В начале века после знаменитых, успешных опытов А.С. Попова начала бурно развиваться радиосвязь, в связи с тем, что при освоении нового радиодиапазона создавались монохроматические источники радиоколебаний. Динамика развития шла по пути освоения все более коротких радиоволн, так как это позволяло передавать больший объем информации. Передача сигналов в оптической среде с её диаппазонм практически не использовалась для целей связи. Главным образом потому, что в оптике не было монохроматических источников излучений.

После создания лазеров началась разработка линий связи в оптическом диапазоне. Уже для этого имелась начальная элементарная база, а принципиальная методика исследований была уже разработана в радиодиапазоне. Первые опыты по передаче информации с помощью лазерного луча через свободную атмосферу показали, что в силу метеорологических условий она не является подходящей средой для передачи света на значительные расстояния. Использование оболочек световода с корректирующими элементами изолировало свет от влияния нестабильной атмосферы, однако делало передающие линии сложными, громоздкими и дорогостоящими.

Создание волоконных воноводов[править]

Стеклянные волоконные волноводы использовались еще до изобретения лазеров, но так как они имели очень большое затухание, применение их для целей связи не считалось перспективным. После того как в 1966 году было опубликовано Као и Хокхэмом, что большое затухание в стеклянных световодах обусловлено не фундаментальными свойствами самого стекла, а наличием в нем примесей, и что в оптическом диапазоне стекло может иметь затухание менее 20 дБ/км. Эта работа явилась в качестве мощного толчка для разработки стеклянных волоконных волноводов с низким затуханием. Так, в 1970 году фирмой «Корнинг глас» (США) изготовлены стеклянные волоконные волноводы с потерями менее 20 дБ/км в видимой области спектра. Одновременно Ж.И. Алферовым с сотрудниками его лаборатории получена непрерывная генерация излучения при комнатной температуре полупроводникового лазера на основе двойной гетероструктуры GaAlAs. Эти два достижения и явились основой для развитии волоконно-оптической связи. Cпустя немногим более пяти лет, в России были разработаны волоконные волноводы на основе кварцевого стекла с предельно низкими потерями порядка нескольких десятых долей дБ/км (~10-6см-1) в ближней ИК области спектра. Это в свою очередь, с появлением стеклянных волоконных волноводов с такими низкими оптическими потерями стимулировало интенсивные исследования и разработку других элементов систем оптической связи — как полупроводниковых лазеров с большим сроком службы (например, более 10 часов), фотодетекторов, элементов интегральной оптики и т.п. В итоге возникла и бурно развивается направление волоконно-оптической связи. (Академик Е.М. Дианов), [2]

Материалы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Кварцевое стекло
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Органическое стекло
Рис.2. Прохождение лазерного луча в оптическом (акриловый прут из полиметилметакрилата (ПMMA)) волноводе квадратного сечения при эффекте полного внутреннего отражения.

Стеклянные оптические волокна делаются из чистейшего кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного диапазона могут использоваться другие материалы, такие как фторцирконат, фторалюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют показатель преломления около 1,5.

В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон (оргстекло). Сердечник в таком волокне изготовляют из полиметилметакрилата (ПMMA), а оболочку из фторированных ПMMA (фторполимеров).

См. также[править]

Примечания[править]