3. Valgusjuhid

Valguse kasutamisel telekommunikatsioonis on üsna pikk ajalugu. Lihtsaimad seadmed olid peeglid, signaaltuled ja -lambid. Ameerika ajaloost on teada Paul Revere, kes kasutas andmete edastamiseks laternaid. 1870. aastal Briti füüsik John Tyndal demonstreeris teist lahendust. Ta pani üles veenõu, mille ühest küljest ulatus välja toru. Lastes veel voolata sellest torust, juhtis ta veenõu sees veevoogu heleda valguse. Vee langedes kaasnes sellega valguskaar. Sellega demonstreeris ta täielikku sisepeegeldust, mis on tänapäeval optilise telekommunikatsiooni aluseks.

1880. aastal leiutas Alexander Graham Bell valgustelefoni. Bell ise pidas seda suuremaks avastuseks kui oma varasemat leiutist, telefoni. Valgustelefoni kasutamiseks tuli kõnelda mikrofoni, mis pani kõne sagedusega võnkuma peegli. Peeglile suunatud päikesevalgus võimaldas peegli võnkumisega mõjutatud valgust edasi anda läbi õhu 200 meetri kaugusele. Vastuvõtjas pani seleenkristallile suunatud valgus selle võnkuma ja muutis heli kuuldavaks.


Kuigi valgustelefoni sai edukalt kasutada vestlusteks läbi õhu oli sellel ka mitmeid nõrkusi: seda ei saadud kasutada öösel, vihma sadades ega ka siis, kui keegi juhtus saatja ja vastuvõtja vahele jääma. Seetõttu Bell loobus sellest ideest.

Laiema kasutuse leidis kindlamalt levivate raadiosageduste kasutamine. Edastatava infomahu suurenemisega võeti kasutusele järjest kõrgemad elektromagnetiliste lainete sagedused, mis võimaldasid edastada rohkem informatsiooni.

Kasutatavad sagedused

Joonis 3.1. Elektromagnetlainete sageduslik jaotus

 

Uuesti tärkas huvi optilise side vastu alles 1960 aastate alguses seoses laserite kasutuseletulekuga.

Laser leiutati 1950 aastate lõpus. Seade genereeris kitsalt suunatud valgusvoo, mis võis kanda andmeid pika vahemaa taha. Kahjuks olid selle seadme kasutamisel samad nõrkused, mis Belli valgustelefonil. Kuigi seda sai kasutada öösel, ei toiminud ta rahuldavalt vihmas, udus ja saatja ning vastuvõtja vahel pidi olema otsenähtavus.

Ettepaneku dielektriliste valgusjuhtide kasutamiseks tegid 1966. a. enamvähem üheaegselt Kao, Hockham ja Werts. Algsete valgusjuhtide sumbuvus oli väga suur (1000 dB/km) ning ületas tunduvalt koaksiaalkaablite sumbuvuse ((5 kuni 10) dB/km). Kümne aastaga vähendati sumbuvust valgusjuhtides kuni 5 dB/km. Tänapäeval valmistatakse valguskiudu, mille sumbuvus on väiksem kui 0.25 dB/km. Algselt väga lühikese tööeaga (paar tundi) laserite arendusega jõuti 1973 aastaks tööeani 1000 tundi ja 1977 aastaks tööeani 7000 tundi. Tänapäeval on jõutud tööeani 25 ja isegi 100 aastat.

Juhitav optiline kommunikatsioon pidi ootama 20. sajandini. Esimene klaaskiu kaudu optilise side alane patent anti välja firmale AT&T 1934. aastal. Sel ajal ei olnud veel olemas materjale ega tehnoloogiaid optilise valguskiu valmistamiseks praktiliseks kasutamiseks kõlbliku madala sumbuvusega. Sellise valguskiu tootmise alguseni kulus aega veel kolmkümmend aastat.

Valgusjuhtide eelised:

  • potentsiaalne väga lai sagedusriba. Võimalik on mõne GHz laiune sagedusriba sadade km kaugusele;
  • väikesed edastuskaod (kuni 0,2 dB/km), mis on valgusjuhtide oluliseks eeliseks;
  • häirekindlus väliste elektromagnetiliste väljade suhtes ja olematu läbikoste;
  • väiksemad mõõtmed ja kergem kaal;
  • turvalisus: praktiliselt on võimatu valgusjuhis kulgevat signaali lugeda ilma sellise tegevuse tuvastamiseta vastuvõtja juures;
  • elektriline ohutus: kuna signaal levib isoleermaterjalis on see hästi kasutatav plahvatus- ja tuleohtlikus keskkonnas.