Кіріспе

Ақпаратты жеткізу үшін жарықты пайдалану

Оптикалық байланыс, сондай-ақ оптикалық телекоммуникация деп те аталады, – бұл ақпаратты жеткізу үшін жарықты қолдана отырып, қашықтықтан байланыс жасау. Оны визуалды түрде немесе электрондық құрылғыларды пайдалану арқылы жүзеге асыруға болады. Оптикалық байланыстың ең алғашқы қарапайым түрлері бірнеше мың жылдарға созылады, ал осы мақсатта жасалған ең алғашқы электр құрылғысы – 1880 жылы ойлап табылған фотофон. Оптикалық байланыс жүйесі хабарды оптикалық сигналға түрлендіретін таратушыны, сигналды оның түпкілікті жеріне жеткізетін арнаны және алынған оптикалық сигналдан хабарды қайта жаңғыртатын қабылдағышты пайдаланады. Электрондық жабдық қолданылмаған жағдайда, "қабылдағыш" – бұл сигналды визуалды түрде бақылап, түсіндіретін адам болады, сигнал қарапайым (мысалы, маяк отының болуы) немесе күрделі (мысалы, түс кодтарын пайдаланатын немесе Морзе әліпбисімен жіберілетін жарықтар) болуы мүмкін. Қазіргі заманғы байланыс оптикалық талшықтарды, оптикалық күшейткіштерді, лазерлерді, коммутаторларды, маршрутизаторларды және басқа да осымен байланысты технологияларды пайдаланатын оптикалық желілік жүйелерге негізделген. Ашық кеңістіктегі оптикалық байланыс сигналды кеңістікке жіберу үшін лазерлерді қолданады, ал жердегі түрлері географиялық жағдайлар мен ауа-райымен шектеледі. Бұл мақалада оптикалық байланыстың әртүрлі түрлеріне кіріспе берілген.

Көрнекі нысандар

Түтін сигналдары, маяк оттары, гидравликалық телеграфтар, кеме жалаулары және семафор желілері сияқты визуалды техникалар оптикалық байланыстың ең алғашқы түрлері болды. Гидравликалық телеграф семафоры б.з.д. IV ғасырдағы Грекияға дейін жетеді. Теңізшілер қауіпсіздік сигналдарын әлі күнге дейін төтенше жағдайларда қолданады, ал маяқтар мен навигациялық жарықтар навигациялық қауіптер туралы хабарлайды. Гелиограф күн сәулесін алыстағы бақылаушыға шағылыстыру үшін айна қолданады. Сигнал беруші айнаны бұрып, күн сәулесін көрсеткенде, алыстағы бақылаушы алдын ала келісілген сигнал беру кодын жіберуге болатын жарық жарқылдарын көреді. Әскери кемелер көбінесе сигнал шамдары мен Морзе кодын осыған ұқсас қолданады. Ұшақ пилоттары, әсіресе түнде, қауіпсіз қону үшін визуалды жақындау еңістігінің (VASI) жарық жүйелерін жиі пайдаланады. Әскери ұшақтар әуе кемесіне қонғанда да осыған ұқсас жүйені пайдаланады. Түсті жарық жүйесі ұшақтың стандартты қону жолына қатысты биіктігін көрсетеді. Сонымен қатар, әуежайдың бақылау мұнаралары радио байланысы бұзылған ұшақтарға нұсқаулар беру үшін әлі де Альдис шамдарын пайдаланады.

Семафор желісі

Семафорлық телеграф, сондай-ақ "семафор желісі", "оптикалық телеграф", "жалюзилі телеграф тізбегі", "Шаппе телеграфы" немесе "Наполеондық семафор" деп аталады, – бұл визуальды сигналдар арқылы ақпаратты жеткізуге арналған жүйе. Ол бұрылатын қолдары немесе жалюзилері бар мұнараларды пайдаланады, олар жапырақшалар немесе қайырмалар деп те аталады. Ақпарат механикалық элементтердің орналасуымен кодталады және жалюзи бекітілген күйде болғанда оқылады. Семафор желілері электр телеграфының алдағысы болды. Олар ұзақ қашықтыққа хабар жеткізу үшін пошташылардан әлдеқайда жылдам болды, бірақ кейін оларды алмастырған электр телеграф желілеріне қарағанда әлдеқайда қымбат және құпиялылығы төмен болды. Семафорлық телеграф станцияларының жұбы көпір сала алатын ең үлкен қашықтық географиялық жағдайларға, ауа-райына және жарыққа байланысты шектеледі. Сондықтан, практикалық қолдануда көптеген оптикалық телеграфтар ұзын қашықтықты көпірлеу үшін релелік станциялар желісін пайдаланды. Әрбір релелік станцияға желі бойынша хабарларды алға-артқа жеткізу үшін білікті оператор-байқаушылар тобы қажет болды. Семафордың қазіргі заманғы дизайнын алғаш рет британдық ғалым Роберт Хук болжаған. Ол 1684 жылы Корольдік қоғамға ұсынған еңбектерінде визуальды телеграфияның толық және нақты суреттемесін берген. Оның ұсынысы (оны өткен жылы Вена шайқасынан кейінгі әскери алаңдаушылықтар ынталандырған) оның өмірінде іске асырылмады. Бірінші операциялық оптикалық семафор желісі 1792 жылы француз инженері Клод Шаппе және оның бауырлары құрған, олар Францияны 556 станциядан тұратын, жалпы ұзындығы бар желімен жапты. Ол 1850 жылға дейін әскери және ұлттық байланыс үшін пайдаланылды. Көптеген ұлттық қызметтер Шаппе жүйесінен өзгеше сигнал беру жүйелерін қабылдады. Мысалы, Ұлыбритания және Швеция жалюзилі панельдер жүйесін қабылдады (Шаппе бауырларының бұрышты таяқшалар жақсы көрінеді деген пікіріне қарсы). Испанияда инженер Агустин де Бетанкур өзінің жүйесін жасады, оны осы мемлекет қабылдады. Бұл жүйе көптеген еуропалық сарапшылар, тіпті Францияда да Шаппе жүйесінен жақсы деп есептелді. Бұл жүйелер 18-шы ғасырдың соңы мен 19-шы ғасырдың басында танымал болды, бірақ электр телеграфымен бәсекелесе алмады және 1880 жылға қарай толығымен қолданыстан шықты. WDM қазір әлемдегі барлық жоғары сыйымды оптикалық жүйелердің ортақ негізі болып табылады.

Алғашқы оптикалық байланыс жүйелері Optelecom, Inc. компаниясы арқылы АҚШ армиясына және Chevron компаниясына жеткізілді, бұл кәсіпорынды оптикалық күшейткіштің және лазердің ойлап табушысы Гордон Гульд құрған.

Фотофон

Фотофон (алғашқыда радиофон деп аталды) – жарық сәулесі арқылы сөйлеуді таратуға мүмкіндік беретін байланыс құрылғысы. Оны Александр Грэм Белл мен оның ассистенті Чарльз Самнер Тейнтер 1880 жылдың 19 ақпанында Вашингтон қаласындағы 1325 ‘L’ көшесіндегі Беллдің зертханасында бірлесіп ойлап тапты. Кейін екеуі де Белл құрған және қаржылаған Вольта зертханалық қауымдастығының толық мүшелері болды. 1880 жылдың 21 маусымында Беллдің ассистенті Франклин мектебінің шатырынан Беллдің зертханасының терезесіне дейін, шамамен 213 метр (700 фут шамасында) қашықтықта, сымсыз дауыстық телефон хабарын жіберді. Белл фотофонды өзінің ең маңызды өнертабысы деп есептеді. Беллдің атына берілген 18 патенттің төртеуі фотофонға арналған, ол оны өзінің «ең үлкен жетістігі» деп атады және қайтыс болғанға дейін бір тілшіге фотофонның «мен жасаған ең ұлы өнертабыс, телефоннан да артық» екенін айтты. Фотофон 1980 жылдары кеңінен қолданыс тапқан оптикалық талшықты байланыс жүйелерінің алдағысы болды. Фотофонға (Сигнал беру және байланыс аппараты, Фотофон деп аталады) арналған негізгі патент 1880 жылдың желтоқсанында берілді. Басқа бос кеңістіктегі жүйелер жоғары дерек жылдамдығымен, ұзақ қашықтықтағы байланысты қамтамасыз ете алады, олардың кішкентай салмағы мен төмен қуат тұтынуы оларды ғарыштағы байланысқа қолайлы етеді. Жаһандық кеңжолақты жабуды қамтамасыз етуді көздеген жоспарланған спутниктік топтар осы артықшылықтарды пайдаланады және спутниктер арасындағы байланыс үшін лазерлік байланысты қолданады, нәтижесінде жүзден мыңға дейін спутниктерді қамтитын ғарышқа негізделген оптикалық желі құрылады. Жалпы алғанда, бағытталмаған оптикалық сигналдарды тарату оптикалық сымсыз байланыс (OWC) деп аталады. Мысалдарға инфрақызыл диодтарын (LED) пайдаланатын орташа қашықтықтағы көрінетін жарық байланысы және қысқа қашықтықтағы IrDA жатады.