Orange obchodził Światowy Dzień Światłowodu. Jak się okazuje, nie tylko ludzie mają swoje święta. Światłowód to niezwykła technologia. Wiązka światła mknie przez wytrzymałe włókno szklane cieńsze niż ludzki włos. W efekcie otrzymujemy potężne prędkości transmisji danych rzędu giga, tera, a nawet petabitów na sekundę. Z okazji święta światłowodu zapraszam na garść, albo nawet dwie, ciekawostek o tej technologii.
Data święta, bo ta jest oczywiście nieprzypadkowa. 4 listopada to rocznica urodzin Sir Charlesa Kuen Kao. To chiński fizyk i laureat nagrody Nobla z fizyki za przełomowe osiągnięcia w transmisji światła przez światłowody dla komunikacji optycznej. Wkład Kao w rozwój wiedzy o światłowodzie był na tyle znaczący, że to właśnie jego urodziny stały się świętem światłowodu.
Pierwszy światłowód w telekomunikacji: Turyn i Lublin
Na początek nieco historii. Włókno szklane, z którego składa się światłowód wykorzystywane było już w starożytności. Jednak pierwsze zastosowania jako medium do przekazywania informacji przypadają na XVIII i XIX wiek. To właśnie w 1790 bracia Chappe stworzyli telegraf optyczny. Niecałe sto lat później zdecydowanie bardziej znany Alexander Bell opatentuje pierwszy telefon optyczny. Ale od włókna szklanego do światłowodu droga daleka. Na tyle daleka, że zajęła kolejne 100 lat. Był to czas bardzo intensywnych badań nad światłem i jego możliwościami, które prowadzone były w różnych częściach świata. Światłowodowy wyścig wygrały Włochy.
Pierwszy na świecie światłowód telekomunikacyjny powstał w 1977 roku. Miał długość 9 kilometrów i łączył centrale telekomunikacyjne w Turynie. A co wspólnego z Turynem ma Lublin? Lublin jest polską stolicą światłowodu. W 1978 roku na Uniwersytecie Marii Curie-Skłodowskiej naukowcy wytworzyli pierwszy polski kabel światłowodowy wielomodowy. Rok później połączyli światłowodem o długości 2,5 km dwie centrale telefoniczne. Z pewnością było co świętować.
Mogłoby wydawać się, że potem było z górki. Jednak potrzebne było niemalże 30 lat do wdrożeń komercyjnych. Prekursor Orange Polska, czyli TP.S.A. rozpoczęła świadczenie usług na bazie FTTH (Fiber To The Home) w 2009 roku. Od tego czasu światłowodowa sieć dostępowa jest intensywnie rozwijana. Obecnie w zasięgu światłowodu Orange jest 7,5 miliona gospodarstw domowych, co stanowi ok. 50% wszystkich polskich gospodarstw. Łączna długość kabli światłowodowych w sieci Orange to 230 tysięcy km.
Rekordowa prędkość
Światłowód znany jest ze swojego ogromnego pasma przepustowości. Przekłada się ono na bardzo duże prędkości transmisji danych. W sieciach FTTH zaczynaliśmy od setek megabitów na sekundę, teraz mówimy już o prędkości rzędu 2 Gb/s na wielu urządzeniach i 1 Gb/s na jednym. W naszej siedzibie testowaliśmy już nawet usługi o prędkości 10 Gb/s, które umożliwiają podłączenie wielu urządzeń i zapewniają komfortowe korzystanie z domowej sieci bez utraty jakości połączenia. Tak wysoka przepustowość to rozwiązanie dla rosnącego ruchu sieciowego. Porównując rok 2023 do 2022 transmisja danych dla sieci stacjonarnej wzrosła o 23%. W przypadku światłowodu było to aż 51%. Nie ma się co dziwić jego rosnącej popularności.
Jeśli chodzi o wartości eksperymentalne, to uzyskiwane prędkości są znacznie wyższe. Dwa lata temu przeprowadziliśmy próbę transmisji i uzyskaliśmy prędkość na poziomie 11,2 Tb/s. Wykorzystaliśmy do tego siedmiordzeniowy światłowód, w którym każdy z rdzeni odpowiadał za przesyłanie danych z prędkością 1,6 Tb/s. Ale chciałoby się powiedzieć „To jeszcze nic!”. W tym roku naukowcy z Japonii, Australii, Holandii i Włoch uzyskali 1,7 Pb/s na odcinku 67 km. W swoim doświadczeniu wykorzystali światłowód zawierający 19 rdzeni. Czy to rekord świata? Nie. Chińczycy osiągnęli prędkość… 4,1 Pb/s! Ich światłowód również składał się z 19 rdzeni. Jak widać możliwości są właściwie nieograniczone.
Poza dużą prędkością, która pozwala streamować czy płynnie oglądać filmy w jakości 4K, największymi zaletami światłowodu są bardzo małe opóźnienia oraz bezawaryjność. Technologię światłowodową cechuje bardzo niskie opóźnienie (tzw. ping) rzędu pojedynczych milisekund. Może być to istotne zwłaszcza dla miłośników gier on-line. Światłowód jest też najmniej awaryjną technologią. Na jakość łącza nie wpływają warunki pogodowe, zakłócenia elektromagnetyczne czy, co ważne, długość samego światłowodu. Gdyby było inaczej nikt nie zdecydowałby się ciągnąć po dnach oceanów światłowodów i oprzeć na nich światowej łączności. A przecież tak właśnie jest.
Światłowód nie jedną ma… warstwę
Włókno światłowodowe mimo, że bardzo małe, składa się z warstw. We włóknie jednomodowym są to: szklany rdzeń i płaszcz, zabezpieczone specjalną warstwą ochronną – pokryciem pierwotnym. Światło, będące nośnikiem informacji biegnie w rdzeniu odbijając się od granicy pomiędzy rdzeniem a płaszczem.
Dla zobrazowania jak mały jest światłowód dodamy, że ludzki włos ma ok. 0,06 – 0,08 mm, a więc ok. 60-80 µm (mikrometrów). Rdzeń światłowodu jednomodowego ma 9 µm – to kilka razy mniej. W przypadku światłowodu wielomodowego rdzeń jest większy i ma ok. 50-60 µm średnicy. Różnią się one sposobem transmisji światła we włóknie.
Nie tylko w telekomunikacji
Choć światłowód kojarzony jest głównie z telekomunikacją, to znalazł szerokie zastosowanie również w innych dziedzinach. W medycynie wykorzystuje się go głównie w diagnostyce: w endoskopach, laparoskopach czy innych wziernikach, które muszą być cienkie i giętkie. Światłowód wykorzystuje się też w oświetleniu w przemyśle motoryzacyjnych i lotniczym. Ze względu na swoją niezawodność i szybkość transmisji sprawdza się też w przekazywaniu informacji pomiędzy różnymi częściami pojazdu np. w systemach bezpieczeństwa.
Światłowód jest ultra szybki, niezawodny, stabilny i już teraz rewolucjonizuje nasze podejście do łączności i transmisji danych. Ale nie stawiajmy kropki na końcu zdania, wymieniając możliwości światłowodu. Z pewnością jeszcze nas zaskoczy. NASA prowadzi badania nad światłowodem wytwarzanym na stacji kosmicznej w warunkach mikrograwitacji. Kosmiczny światłowód ma mieć jeszcze lepsze właściwości niż ten ziemski. Kwestią kłopotliwą i kosztowną pozostaje transport, więc przekonamy się jeszcze co i na jaką skalę z tego wyniknie. Niezaprzeczalne pozostaje jednak, że światłowód, ziemski czy kosmiczny, jest jedną z najważniejszych technologii naszych czasów.