Komunikacija putem optičkih vlakana jedan je od najbržih, najučinkovitijih i naširoko korištenih prijenosnih medija koje je čovječanstvo do danas izumilo, s više od 90% globalne informacijske komunikacije koja se prenosi putem optičkih vlakana. Trenutno je Kina postala glavni proizvođač i korisnik optičkih kabela. Godine 2023. proizvodnja optičkih kabela u Kini dosegla je 323 milijuna jezgrenih kilometara, što je jednako obilasku Zemlje više od 8{4}} puta.
Ovaj članak zadire u povijest komunikacije optičkim vlaknima, istražujući "svjetlosnu komunikaciju" koja je preplivala rijeku povijesti.
"Svjetlo" koje je prešlo tisućljeće
Prije 3, 000 godina, svjetlost, u obliku "vatre" i "svjetlosti", bila je praktičan prirodni fenomen koji je privukao ljudsku pozornost zbog svoje sposobnosti da pruži toplinu i osvjetljenje. "Mo Jing" iz 450-250 prije Krista, koji su napisali Mozi i njegovi učenici, sadrži znanstvene zapise o svjetlosti koja putuje u ravnim linijama, uključujući opažanja zrcalne refleksije i rupice, što ukazuje na razvoj optike.
Tijekom razdoblja Zapadnog Zhoua, kralj You od Zhoua palio je svjetioničke vatre kako bi zabavio Baosija, što je u konačnici dovelo do pada dinastije Zapadni Zhou. Ovo se smatra klasičnim primjerom drevne optičke komunikacije, gdje su se svjetionici koristili za prijenos informacija o neprijateljskim invazijama, iskorištavajući brzi prijenos svjetlosnih signala.
Najraniji koncept optičkih vlakana
Godine 1840. francuski znanstvenik Daniel Colladon proveo je eksperiment u kojem je izbušio rupu u kanti napunjenoj vodom, dopuštajući da voda polako istječe. Kad je svjetlo obasjano u vodeni tok, primijetio je da svjetlo prati smjer vodenog toka, savijajući se duž putanje. Ovo je bio fenomen loma svjetlosti. Tek 1950. godine britanski znanstvenici demonstrirali su debelo presvučeno optičko vlakno koje je moglo prenositi svjetlost, slično modernoj optičkoj vlakni, ali sa značajnim prigušenjem, što je označilo početak optičkih vlakana.
Zora ere optičkih vlakana
Trenutak crvotočine od laboratorija do industrije za komunikaciju optičkim vlaknima dogodio se 1960-ih. Inženjer i budući dobitnik Nobelove nagrade Charles Kao objavio je povijesno značajan rad u kojem analizira glavne uzroke gubitka prijenosa optičkih vlakana. On je teoretski predložio da je moguće smanjiti gubitak na 20dB/km i predložio da se takva optička vlakna mogu koristiti za komunikaciju.
Vođen tom teorijom, 1970. Corning Incorporated u Sjedinjenim Američkim Državama proizvodi optička vlakna s gubitkom od 20dB/km, čime je dokazana održivost optičkih vlakana kao komunikacijskog medija. Istovremeno, Bell Labs je izumio poluvodičke lasere koji su koristili galijev arsenid (GaAs) kao materijal, a koji su se zbog svoje male veličine intenzivno koristili u optičkim komunikacijskim sustavima. Do 1972. gubitak prijenosa optičkih vlakana smanjen je na 4dB/km, čime je službeno započela era optičke komunikacije.
Kina: Progonitelj
Druga revolucija optičkih vlakana započela je 1980-ih, s razvijenim zemljama koje su u velikoj mjeri komercijalizirale komunikacijsku tehnologiju optičkih vlakana. Prvo je bilo višemodno vlakno G3651, pogodno za niske brzine prijenosa od 34Mbit/s i diode koje emitiraju svjetlost (LED). Kako su se brzine prijenosa povećavale i pojavljivale laserske diode, tradicionalna jednomodna vlakna G.652 postala su naširoko korištena. U 1990-ima, sa širokom primjenom EDFA i WDM tehnologija, uveden je novi tip jednomodnog vlakna s pomakom nenulte disperzije (NZDSSF), ili G.655 vlakna. Nakon gotovo dva desetljeća brzog razvoja, komunikacijska brzina optičkih vlakana porasla je s 45 Mbit/s 1978. na 40 Gbit/s danas.
Iako je Kina počela istraživati komunikaciju optičkim vlaknima 1970-ih, utrka za sustizanjem svjetla još je dugačak put. Godine 1988., prepoznajući važnost optičke komunikacije nakon prikupljanja određenih znanstvenih istraživanja, Kina je započela s izgradnjom "Osam horizontala i osam vertikala" svjetlovodne komunikacijske glavne prijenosne mreže velikog kapaciteta. Godine 1996. prva SDH oprema službeno je ušla u industriju optičkih prijenosnih mreža, označavajući da komunikacija optičkim vlaknima u Kini više nije samo infrastrukturni projekt pod vodstvom vlade, već živopisno i raznoliko razvijajuće tržište.
Od 2006. do danas, komunikacijska tehnologija i internet prošli su kroz sustavnu i dramatičnu evoluciju. Od nadolazećeg koncepta Interneta stvari (IoT) i proliferacije mobilnih uređaja do postupne integracije IoT-a u industriju i život, opetovano spominjani koncept "sve povezano" postavio je nove zahtjeve za komunikacijske mreže. Nadalje, transformacija prema inkluzivnosti na poslovnom dijelu, sa širokim usvajanjem industrijske inteligencije, pametne industrije i poslovnih usluga u oblaku, ugrađuje optičku komunikaciju dublje u više poduzeća kao neizostavan dio. Konačno, metamorfoza komunikacijske tehnologije, s pojavom 5G i primjenom Wi-Fi 6 protokola, označava kontinuiranu težnju čovječanstva za brzinom svjetlosti. Kao bitna komponenta komunikacijskog mosta, očekuje se da će optička komunikacija proći temeljne tehnološke transformacije.
Usred ove evolucije, svjedoci smo svjetske želje za tehnološkim napretkom i osjetljivosti na napredak koja daleko nadilazi našu maštu.
Gledajući unatrag na kineski naizgled neupadljiv put komunikacije optičkim vlaknima, također možemo vidjeti svjetlucave zvijezde inovacija.
"Vlakna do stola"
Trenutačno, uz kontinuiranu pojavu novih tehnologija kao što su GIS, digitalni blizanci, BIM i metaverzum, tradicionalne lokalne mreže više ne mogu zadovoljiti sve veće zahtjeve raznih industrija za propusnošću mreže, stabilnošću i malom latencijom. Komunikacija od optičkih vlakana bolje je opremljena za podnošenje golemog pritiska koji donose budući ogromni zahtjevi za podacima i brzim računalstvom. S globalnim trendom gradnje širokopojasnih i optičkih mreža, "fiber to the desk" postao je neizbježan smjer.
Među raznim širokopojasnim pristupnim tehnologijama, pasivna optička LAN (POL) tehnologija, sa svojim prednostima velikog kapaciteta, velike udaljenosti prijenosa, niže cijene i podrške za punu uslugu, postala je popularna tehnologija i igrat će značajnu ulogu u budućnosti.
Neometano globalno umrežavanje
Razvoj ljudske ekonomije doveo je do brzog porasta komunikacijskih potreba, a val novih tehnoloških revolucija glavna je pokretačka snaga društvenog napretka. U budućnosti mreža s vlaknima, pod stalnim inovacijama, vidjet ćemo budućnost u kojoj će svjetlosne veze biti sveprisutne.
Čovječanstvo je dugo tragalo za svjetlom, a svjetlo je putovalo milijune svjetlosnih godina naprijed.
Ipak, kada uvedemo ovaj koncept u naše svakodnevne živote, nalazimo da se ta udaljenost "milijuna svjetlosnih godina" čini prilično kratkom. Prije jednog stoljeća mogli smo čuti samo slabašne zvukove koje donosi svjetlost kroz tanki komad tinjca. Stoljeće kasnije otvaramo svoje telefone i računala, a lako dostupna svjetlost u našim dlanovima projicira krajolik s druge strane Zemlje u stvarnom vremenu. Ovo putovanje jurnjave za svjetlom neće završiti; progonitelji svjetla nastavit će hvatati snagu svjetla i koristiti je za promjenu svijeta.