Благодаря огромной пропускной способности оптический кабель все шире применяется в информационно-вычислительных и телевизионных сетях, где требуется передавать большие объемы информации с исключительно высокой надежностью. Ожидается, что в скором времени оптический кабель будет дешев в изготовлении и свяжет между собой крупные города и вычислительные центры.
Разработка в 1960 - 1961 гг. лазера - источника когерентного излучения в световом диапазоне - стимулировала широкий интерес к использованию света для передачи информации. Поскольку лазер (Laser -Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - оптический квантовый генератор) является источником монохроматического света (в отличие от света обычной лампочки), он дает возможность осуществлять направленное излучение, модулируемое как обычная несущая на радиочастоте.
Телевизионный сигнал модулирует оптическое излучение лазера. При этом в одном оптоволоконном кабеле можно передавать тысячи цифровых телевизионных каналов. Передавать информацию с помощью световой несущей можно двумя способами: в атмосфере и по искусственному проводнику света - световоду. Предпочтительней, естественно, является второй способ, его мы и рассмотрим.
Световод представляет собой широкополосную передающую среду. Толщина световода незначительна - он тоньше человеческого волоса. Это позволяет упаковывать огромное число световодов в структуру с малым поперечным сечением и получать компактный оптический кабель, размеры которого даже необходимо искусственно увеличивать для удобства обращения с ним. Световод состоит из сердцевины с большим показателем преломления и оболочки, покрывающей сердцевину. Существует большое число разновидностей оптических волокон. Их классифицируют по применяемым материалам (например, группа кварцевых стекол), структуре (с плавным или ступенчатым изменением показателя преломления) и др. признакам.
Для получения волоконного световода должна быть изготовлена сложная структура. Выбор материалов для изготовления оптического волокна определяется рядом требований. Во-первых, материал должен вытягиваться в тонкую нить, быть прозрачными иметь разные показатели преломления сердцевины и оболочки. Подходящими материалами являются пластмассы и стекла. Во-вторых, из-за требований малого затухания световых волн в световоде (по крайней мере, менее 20 дБ/км) работа по выбору материалов для световодов является одной из важнейших. Пластмассы вследствие больших молекул и наличия в их структуре водорода вызывают рассеяние и поглощение распространяющегося сигнала. У стекла есть свои недостатки, основной из которых связан с трудностями получения его высокой химической чистоты. Стекла являются смесями, и число их разновидностей огромно. Наиболее подходящими для оптических волокон оказывается оксидное стекло и одна из его разновидностей - кварцевое. Исходными материалами для изготовления волокон являются карбонаты натрия и кальция, борная кислота, кремнезем (песок) и окись свинца. От состава стекла зависят вязкость, показатель преломления и коэффициент теплового расширения. Волокна обычно получают из кварцевого стекла с высоким содержанием SIO2.
Волокно слишком хрупкая нить, чтобы им пользоваться непосредственно. На его основе изготовляют оптический кабель. Один из вариантов конструкции кабеля таков: в центре сечения располагаются стальные нити, служащие упрочняющими элементами, как правило, они покрываются оболочкой, затем по периметру укладываются оптические волокна с полимерной защитой.
Для оптической связи оптимально использование следующих длин волн: 0,85; 1,05; 1,3; 1,6 мкм, а для передачи в атмосфере - 10 мкм. В качестве источника света обычно используется лазер на арсениде галлия с длиной волны излучения 0,84 мкм и средней мощностью от 1 до 10 мВт. Это излучение находится в невидимой части спектра (видимый диапазон спектра занимает область от 0,4 мкм - фиолетовый цвет, до 0,8 мкм - красный цвет). Кроме источника света в передающее устройство входит модулятор. На приемном конце линии сигналы детектируются фотодиодом. Для исключения ошибок часто применяется помехоустойчивое кодирование.
Существует еще одно направление в волоконной оптике - волоконные световоды среднего инфракрасного диапазона. Потери в этих световодах примерно 0,01 дБ/км в области длин волн 2 - 15 мкм.