W tym wpisie na blogu przyjrzymy się ewolucji technologii internetowej od ADSL do internetu światłowodowego, a także zasadom, na których opiera się wysoka prędkość transmisji internetu światłowodowego.
Około 1995 roku ludzie podłączali modemy do linii telefonicznych, aby uzyskać dostęp do internetu z prędkością, która jak na dzisiejsze standardy była niezwykle niska. Taka konfiguracja uniemożliwiała wykonywanie i odbieranie połączeń telefonicznych podczas korzystania z internetu – sytuacja, którą dziś trudno sobie wyobrazić. W 1999 roku piosenkarz Yoo Seung-jun zaprezentował nawet ADSL w reklamie telewizyjnej z hasłem: „ISDN działa, ale ja jestem ADSL”. Zarówno ISDN, jak i ADSL to elektryczne, przewodowe metody komunikacji wykorzystujące przewody miedziane. Później, wraz z upowszechnieniem się komunikacji światłowodowej za pomocą kabli optycznych, prędkość transmisji danych znacznie wzrosła – do poziomu nieporównywalnego z przeszłością.
Powszechnie wiadomo, że światło porusza się bardzo szybko. W porównaniu z komunikacją opartą na kablach miedzianych z przeszłości, dzisiejsza komunikacja światłowodowa oferuje znacznie wyższe prędkości transmisji. Na przykład 1 Gb/s oznacza, że można przesłać 1 Gb/s danych na sekundę – prędkość wystarczająco dużą, aby pobrać film o rozmiarze około 2 GB w około 16 sekund. Obecnie nawet domowe usługi internetowe oferują prędkości rzędu gigabitów, podczas gdy centra danych i sieci szkieletowe wykorzystują technologie transmisji od setek Gb/s do terabitów na sekundę. Dzięki wysokim prędkościom transmisji światłowodów możemy cieszyć się znacznie płynniejszym korzystaniem z internetu. To, co powszechnie nazywa się „światłowodowym łączem szerokopasmowym”, odnosi się właśnie do tej optycznej metody komunikacji.
Jednak to, że nazywa się to komunikacją optyczną, nie oznacza, że w całym procesie wykorzystywane jest tylko światło. Energia elektryczna również odgrywa kluczową rolę. Wyobraźmy sobie dwie osoby rozmawiające online. Gdy wiadomość jest wpisywana na komputerze A, jest ona najpierw konwertowana na sygnał elektryczny. Ten sygnał elektryczny jest następnie konwertowany na sygnał świetlny za pomocą konwertera elektryczno-optycznego po stronie wysyłającej i przesyłany jako światło wzdłuż kabla optycznego. Następnie jest on konwertowany z powrotem na sygnał elektryczny przez konwerter elektryczno-elektryczny po stronie odbierającej i wyświetlany jako wiadomość tekstowa na komputerze B. Nawet jeśli A i B znajdują się w różnych krajach, wiadomość jest dostarczana niemal natychmiast, ponieważ sygnał porusza się z bardzo dużą prędkością — bliską prędkości światła — wzdłuż kabla optycznego.
Jak przesyłane są sygnały świetlne wewnątrz kabla optycznego? Zasada tego zjawiska leży w całkowitym wewnętrznym odbiciu, które występuje z powodu różnic współczynnika załamania światła. Współczynnik załamania światła to wartość wskazująca, o ile wolniej światło porusza się w danym ośrodku w porównaniu z jego prędkością w próżni. Wewnątrz kabla optycznego znajduje się rdzeń o wysokim współczynniku załamania światła, otoczony płaszczem o niższym współczynniku załamania światła. Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko, w którym światło jest całkowicie odbijane na granicy faz, gdy przechodzi z ośrodka o wyższym współczynniku załamania do ośrodka o niższym współczynniku załamania, a kąt padania przekracza kąt krytyczny. Ponieważ światło porusza się stosunkowo wolniej w rdzeniu, a szybciej w płaszczu, występuje całkowite wewnętrzne odbicie; kable optyczne wykorzystują tę zasadę do przesyłania sygnałów świetlnych bez wydostawania się na zewnątrz.
Może to nasuwać pytanie: nawet jeśli całe światło jest odbijane przez całkowite wewnętrzne odbicie, czy część z niego nie jest w rzeczywistości absorbowana, co powoduje osłabienie sygnału? Tak jak światło słabnie wraz ze wzrostem głębokości w oceanie, tak natężenie światła w światłowodzie stopniowo maleje wraz ze wzrostem odległości. Dlatego wydajność światłowodu ocenia się na podstawie tego, jak mało sygnał jest tłumiony na danej odległości. We wczesnych latach technologii światłowodowej sygnały znacznie słabły już po kilkuset metrach; jednak dziś skomercjalizowane są światłowody o wyjątkowo niskich stratach, umożliwiające wydajną transmisję na odległości dziesiątek kilometrów lub więcej. Ponadto, w komunikacji dalekosiężnej, wzmacniacze optyczne są instalowane w celu wzmocnienia osłabionych sygnałów, zapewniając stabilną komunikację międzynarodową między kontynentami i dnem morskim.
Pod koniec lat 1990. XX wieku wykorzystywano głównie przewodowe metody komunikacji elektrycznej wykorzystujące przewody miedziane, takie jak modemy, ISDN i ADSL. Obecnie komunikacja optyczna wykorzystująca światłowody stała się podstawową technologią Internetu, a zarówno prędkość, jak i stabilność transmisji uległy znacznej poprawie w porównaniu z przeszłością. Powodem, dla którego komunikacja optyczna oferuje tak wysoką wydajność, jest fakt, że sygnały są przesyłane w postaci światła przez kable optyczne, a zasada całkowitego wewnętrznego odbicia jest wykorzystywana do minimalizacji strat sygnału nawet na duże odległości. Technologia komunikacji optycznej stale się rozwija i oczekuje się, że w przyszłości zapewni ona jeszcze szybsze i bardziej stabilne środowisko internetowe.
