I det här blogginlägget utforskar vi internetteknikens utveckling från ADSL till fiberoptiskt internet och principerna bakom fiberoptiskt internets höga överföringshastigheter.
Runt 1995 brukade man ansluta modem till telefonlinjer för att få tillgång till internet med hastigheter som var extremt låga enligt dagens mått mätt. Denna uppställning innebar att man inte kunde ringa eller ta emot telefonsamtal medan man använde internet – en situation som är svår att föreställa sig nu. År 1999 introducerade sångaren Yoo Seung-jun till och med ADSL i en TV-reklam med sloganen "ISDN fungerar, men jag använder ADSL". Både ISDN och ADSL är elektriskt trådbundna kommunikationsmetoder som använder koppartrådar. Senare, när fiberoptisk kommunikation med optiska kablar blev utbredd, förbättrades dataöverföringshastigheterna dramatiskt – i en grad som inte kan jämföras med tidigare.
Det är välkänt att ljus färdas mycket snabbt. Jämfört med den kopparbaserade kommunikationen från förr erbjuder dagens fiberoptiska kommunikation mycket högre överföringshastigheter. Till exempel betyder 1 Gbps att 1 Gbit data kan överföras per sekund – en hastighet som är tillräckligt snabb för att ladda ner en film på cirka 2 GB på ungefär 16 sekunder. Idag erbjuder även internettjänster för bostäder hastigheter i gigabit-intervallet, medan datacenter och stamnät använder överföringstekniker som sträcker sig från hundratals Gbps till terabit per sekund. Tack vare de höga överföringshastigheterna för fiberoptisk kommunikation kan vi njuta av en mycket smidigare internetupplevelse. Det som vanligtvis kallas "fiberoptiskt bredband" syftar just på denna optiska kommunikationsmetod.
Men bara för att det kallas optisk kommunikation betyder det inte att endast ljus används genom hela processen. Elektricitet spelar också en avgörande roll. Låt oss föreställa oss två personer som chattar online. När ett meddelande skrivs på dator A omvandlas meddelandet först till en elektrisk signal. Denna elektriska signal omvandlas sedan till en ljussignal via en elektrisk-till-optisk omvandlare i sändaränden och överförs som ljus längs den optiska kabeln. Den omvandlas sedan tillbaka till en elektrisk signal av den optiska-till-elektriska omvandlaren i mottagaränden och visas som ett textmeddelande på dator B. Även om A och B befinner sig i olika länder levereras meddelandet nästan omedelbart eftersom signalen färdas med en mycket hög hastighet – nära ljusets hastighet – längs den optiska kabeln.
Hur överförs ljussignaler inuti en optisk kabel? Principen bakom detta ligger i total intern reflektion, vilket sker på grund av skillnader i brytningsindex. Brytningsindex är ett värde som anger hur mycket långsammare ljus färdas i ett specifikt medium jämfört med dess hastighet i vakuum. Inuti en optisk kabel finns en kärna med högt brytningsindex, omgiven av en mantel med lägre brytningsindex. Total intern reflektion är ett fenomen där ljus reflekteras fullständigt vid gränssnittet när det färdas från ett medium med högre brytningsindex till ett med lägre brytningsindex, och infallsvinkeln överstiger den kritiska vinkeln. Eftersom ljus färdas relativt långsammare i kärnan och snabbare i manteln sker total intern reflektion; optiska kablar använder denna princip för att överföra ljussignaler utan att låta dem komma ut.
Detta kan väcka frågan: även om allt ljus reflekteras genom total intern reflektion, absorberas inte en del av det faktiskt, vilket gör att signalen försvagas? Precis som ljus försvagas när djupet ökar i havet, minskar ljusintensiteten i en optisk fiber gradvis när avståndet ökar. Därför utvärderas prestandan hos en optisk fiber genom hur lite signalen dämpas över ett givet avstånd. I fiberoptikens tidiga dagar försvagades signalerna avsevärt efter bara några hundra meter; men idag har optiska fibrer med extremt låg förlust kommersialiserats, vilket möjliggör effektiv överföring över avstånd på tiotals kilometer eller mer. Dessutom installeras optiska förstärkare i långdistanskommunikation för att förstärka försvagade signaler, vilket säkerställer stabil internationell kommunikation över kontinenter och över havsbotten.
I slutet av 1990-talet användes främst elektriska trådbundna kommunikationsmetoder med koppartrådar – såsom modem, ISDN och ADSL. Idag har optisk kommunikation med fiberoptiska kablar blivit kärntekniken för internet, och både överföringshastighet och stabilitet har förbättrats avsevärt jämfört med tidigare. Anledningen till att optisk kommunikation erbjuder så hög prestanda är att signaler överförs i form av ljus genom optiska kablar, och principen om total intern reflektion används för att minimera signalförlust även över långa avstånd. Optisk kommunikationsteknik fortsätter att utvecklas och den förväntas ge en ännu snabbare och mer stabil internetmiljö i framtiden.
