Jak działa światłowód? Przesył informacji - część 1
Odrobina historii
Jako nośnik informacji światło było wykorzystywane od zamierzchłych czasów. Przy pomocy rozpalanych ognisk ludzie przekazywali sobie różnego rodzaju wiadomości na odległość. Ogień płonący w umówionym miejscu i w uzgodniony wcześniej sposób mógł oznaczać ostrzeżenie przed wrogiem lub informować o śmierci władcy. W wielu starożytnych kulturach istniały sieci świątyń czy obserwatoriów, dzięki którym przekaz odebrany od nadawcy zostawał wyemitowany dalej, trafiając do szerokiej grupy odbiorców, często rozproszonych po znacznym terenie.
W czasach starożytnych dobrze rozbudowaną siecią takich nadajników dysponowało Cesarstwo rzymskie. Dzięki specjalnie wzniesionym budowlom cesarz Klaudiusz przesłał do Rzymu informację o swoim zwycięstwie w Brytanii za pomocą sygnałów świetlnych. Z pewnością wiadomość ta dotarła do stolicy Cesarstwa szybciej niż mógłby ją przywieźć posłaniec jadący konno.
W XVIII–XIX wieku ten sam pomysł został wykorzystany w telegrafie optycznym. Urządzenie pozwalało na zakodowanie liter przy pomocy różnych konfiguracji świateł umieszczonych na ruchomych ramionach. Tym sposobem można było przesyłać tekst w formie sekwencji znaków. Jednak telegraf optyczny szybko został wyparty przez swój elektryczny odpowiednik i wydawało się, że na tym zakończyła się epoka przesyłania informacji przy pomocy światła. Urządzenia elektryczne zaczęły coraz szybciej wypierać swoje starsze odpowiedniki.
W drugiej połowie XX wieku powrócono do idei przesyłania informacji przy pomocy światła. Światło przesyłane odpowiednio zabezpieczonymi przewodami jest niepodatne na zewnętrzne zakłócenia, zatem bardzo trudno zniekształcić sygnał, czego nie można powiedzieć o sygnale elektrycznym. Przewód nie emituje zewnętrznego pola magnetycznego, zatem nie da się podsłuchać przekazywanej informacji bez ingerencji w sieć przesyłową. Poza tym, i jest to najistotniejsza zaleta światłowodów, pozwalają one na przesył ogromnych ilości danych w krótkim czasie (rzędu terabajtów na sekundę), co nie jest możliwe przy technikach bazujących na przesyle prądu elektrycznego.
Fizyczne podstawy działania światłowodu
W przypadku odbicia światła od granicy dwóch ośrodków, część wiązki ulega odbiciu, a część załamaniu. Jeśli światło przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego to przy pewnym kącie padania (zwanym kątem granicznym lub kątem Brewstera) kąt załamania wynosi. Dla kątów padania większych od kąta granicznego w ogóle nie obserwujemy promienia załamanego. Następuje wówczas całkowite wewnętrzne odbicie.
Wykorzystując opisane zjawisko można przesłać światło przy pomocy cienkiej płytki czy włókna optycznego, pozwalając na jego wielokrotne odbicia od granicy materiał-powietrze i propagację wewnątrz materiału. Jednak przy średnicy światłowodu porównywalnej z długością fali światła opis ten staje się nieadekwatny, ponieważ główną rolę grają wówczas efekty falowe.
Sprawdź swoją wiedzę
Jeśli chcesz sprawdzić czy dobrze rozumiesz zasadę działania światłowodu, przejdź przez labirynt od punktu startowego do mety zgodnie z prawem odbicia.
Joanna Borgensztajn
