Tässä blogikirjoituksessa tutkimme internet-teknologian kehitystä ADSL:stä valokuituiseen internetiin ja valokuituisen internetin suurten siirtonopeuksien taustalla olevia periaatteita.
Vuoden 1995 tienoilla ihmiset yhdistivät modeemit puhelinlinjoihin päästäkseen internetiin nopeuksilla, jotka olivat nykystandardeihin verrattuna erittäin hitaita. Tämä järjestely tarkoitti, että internetin käytön aikana ei voinut soittaa tai vastaanottaa puheluita – tilanne, jota on nykyään vaikea kuvitella. Vuonna 1999 laulaja Yoo Seung-jun jopa esitteli ADSL:n televisiomainoksessa iskulauseella "ISDN toimii, mutta minä olen ADSL". Sekä ISDN että ADSL ovat sähköisiä, langallisia tiedonsiirtomenetelmiä, joissa käytetään kuparijohtoja. Myöhemmin, kun valokuituinen tiedonsiirto optisten kaapeleiden avulla yleistyi, tiedonsiirtonopeudet paranivat dramaattisesti – verrattomalle tasolle menneisyyden nopeuksiin.
On hyvin tiedossa, että valo kulkee erittäin nopeasti. Verrattuna menneisyyden kuparijohtimiin perustuvaan tiedonsiirtoon, nykyinen valokuitupohjainen tiedonsiirto tarjoaa paljon suurempia siirtonopeuksia. Esimerkiksi 1 Gbps tarkoittaa, että 1 Gbps dataa voidaan siirtää sekunnissa – nopeus, joka riittää lataamaan noin 2 Gt:n elokuvan noin 16 sekunnissa. Nykyään jopa kotitalouksien internetpalvelut tarjoavat gigabitin luokkaa olevia nopeuksia, kun taas datakeskukset ja runkoverkot hyödyntävät siirtotekniikoita, jotka vaihtelevat sadoista Gbps:stä terabitteihin sekunnissa. Valokuituyhteyden suurten siirtonopeuksien ansiosta voimme nauttia paljon sujuvammasta internet-kokemuksesta. Se, mitä yleisesti kutsutaan "valokuitulaajakaistaksi", viittaa juuri tähän optiseen tiedonsiirtomenetelmään.
Se, että sitä kutsutaan optiseksi viestinnäksi, ei kuitenkaan tarkoita, että koko prosessissa käytettäisiin vain valoa. Myös sähköllä on ratkaiseva rooli. Kuvitellaan kaksi ihmistä keskustelemassa verkossa. Kun viesti kirjoitetaan tietokoneella A, se muunnetaan ensin sähköiseksi signaaliksi. Tämä sähköinen signaali muunnetaan sitten valosignaaliksi lähettävän pään sähkö-optisen muuntimen kautta ja lähetetään valona optista kaapelia pitkin. Vastaanottopään optinen muuntaja muuntaa sen takaisin sähköiseksi signaaliksi ja näyttää tekstiviestinä tietokoneella B. Vaikka A ja B olisivat eri maissa, viesti toimitetaan lähes välittömästi, koska signaali kulkee erittäin suurella nopeudella – lähellä valonnopeutta – optista kaapelia pitkin.
Miten valosignaalit välittyvät optisen kaapelin sisällä? Periaate on täydellinen sisäinen heijastus, joka johtuu taitekertoimien eroista. Taitekerroin on arvo, joka osoittaa, kuinka paljon hitaammin valo kulkee tietyssä väliaineessa verrattuna sen nopeuteen tyhjiössä. Optisen kaapelin sisällä on ydin, jolla on korkea taitekerroin, ja sitä ympäröi kuori, jolla on alhaisempi taitekerroin. Täydellinen sisäinen heijastus on ilmiö, jossa valo heijastuu kokonaan rajapinnasta, kun se kulkee korkeamman taitekertoimen omaavasta väliaineesta alhaisemman taitekertoimen omaavaan väliaineeseen ja tulokulma ylittää kriittisen kulman. Koska valo kulkee suhteellisen hitaammin ytimessä ja nopeammin kuoressa, tapahtuu täydellinen sisäinen heijastus; optiset kaapelit hyödyntävät tätä periaatetta valosignaalien siirtämiseen ilman, että ne pääsevät ulos.
Tämä saattaa herättää kysymyksen: vaikka kaikki valo heijastuisi täydellisen sisäisen heijastuksen kautta, eikö osa siitä itse asiassa absorboidu, jolloin signaali heikkenee? Aivan kuten valo heikkenee meren syvyyden kasvaessa, valon intensiteetti optisessa kuidussa heikkenee vähitellen etäisyyden kasvaessa. Siksi optisen kuidun suorituskykyä arvioidaan sen perusteella, kuinka vähän signaali vaimenee tietyllä etäisyydellä. Kuituoptisen teknologian alkuaikoina signaalit heikkenivät merkittävästi jo muutaman sadan metrin jälkeen; nykyään on kuitenkin kaupallistettu erittäin pienihäviöisiä optisia kuituja, jotka mahdollistavat tehokkaan siirron kymmenien kilometrien tai sitä pidemmillä etäisyyksillä. Lisäksi pitkän matkan viestinnässä asennetaan optisia vahvistimia heikentyneiden signaalien vahvistamiseksi, mikä varmistaa vakaan kansainvälisen viestinnän mantereiden ja merenpohjan yli.
1990-luvun lopulla käytettiin pääasiassa sähköisiä langallisia tiedonsiirtomenetelmiä, jotka käyttivät kuparijohtimia – kuten modeemeja, ISDN:ää ja ADSL:ää. Nykyään optisesta tiedonsiirrosta valokuitukaapeleiden avulla on tullut internetin ydinteknologia, ja sekä siirtonopeus että vakaus ovat parantuneet merkittävästi aiempaan verrattuna. Syy optisen tiedonsiirron korkeaan suorituskykyyn on se, että signaalit lähetetään valon muodossa optisten kaapeleiden kautta, ja täydellisen sisäisen heijastuksen periaatetta käytetään signaalihäviöiden minimoimiseksi jopa pitkillä etäisyyksillä. Optinen tiedonsiirtotekniikka kehittyy jatkuvasti, ja sen odotetaan tarjoavan entistä nopeamman ja vakaamman internet-ympäristön tulevaisuudessa.
