Становление волоконной оптики

После Второй мировой войны начались новые исследова-ния в области передачи светового сигнала с помощью светово-дов.

В. Хиил (Голландия) и Н. Капани (Англия) независимо друг от друга проводили эксперименты по созданию гибких стек-лянных жгутов для передачи изображений. Н. Капани ввел тер-мин "волоконная оптика" (fiber optics). В. Хиилу принадлежит идея изоляции волокон друг от друга с помощью пластика, что существенно уменьшало светопотери. В 1958-1959 гг. были по-лучены стеклянные волокна в светоизолирующей стеклянной оболочке с более низким показателем преломления, обеспечи-вающим эффект полного внутреннего отражения. Была разрабо-тана технология получения двухслойных стеклянных волокон со ступенчатым уменьшением показателя преломления от сердцеви-ны к оболочке. В таких волокнах "сердцевина" и "оболочка" от-личаются по оптическим характеристикам (nс>nоб), благодаря че-му световой луч, введенный с торца, распространяется только по сердцевине, постоянно отражаясь от оболочки. В начале 1950-х гг. была разработана технология изготовления таких волокон так называемым методом "двойной реторты".

В 1957-1958 гг. впервые в мире советский ученый О. Косминский предложил использовать свет для передачи больших объемов информации по искусственным оптическим линиям пе-редачи. О. Косминский и В. Кузьмичев разработали общую схему световодной системы связи и основные типы световодов, а также основные принципы построения оптических многоканальных систем связи. Первыми световодами были полые трубы с идеаль-но гладкими стенками (аналоги световодов В. Чиколева), для ко-торых было главным прямолинейность и идеальность внутренней поверхности. Эксперименты с такими световодами, проведенные в Государственном оптическом институте (ГОИ) им. С. Вавилова, позволили передать сигналы с полосой частот 100 мгц на рас-стояние 10 км. Позднее аналогичные опыты проводились в Ин-ституте радиотехники и электроники АН СССР (ИРЭ).

Начиная с 1950-х гг., тончайшие волоконные световоды, конструктивно объединяемые в жгуты, широко использовались в приборостроении, измерительной технике, для подсветки труд-нодоступных мест, в качестве медицинских эндоскопов, для пе-редачи и преобразования изображений.

К 1960-м гг. был сформулирован основной принцип во-локонной оптики - передача света по двухслойному диэлектри-ческому световоду. На этом построены все современные ВОЛС для связи и систем передачи данных.

Появление оптического волокна и его потенциальные возможности воспринимали в обществе как "новая эра в развитии оптики". Однако о реальной оптической связи говорить было еще рано. Волокна обладали высоким коэффициентом поглощения света. Интенсивность света падала вдвое на каждый метр во-локна, поэтому их длина не превышала метра. Прозрачность стеклянных волокон также оставляла желать лучшего. Наличие примесей (железа, меди, окислов натрия и кальция и пр.) и техно-логия "двойной реторты" позволяли производить волокна с зату-ханием менее 2000 дб/км, что было необходимо для коммерче-ского применения ВОЛС. Кроме того, было очевидным, что важ-нейшим элементом оптических систем является совершенный излучатель, на роль которого лампы накаливания не подходили. К концу 1960-х гг. общее мнение специалистов сводилось к тому, что за последнее десятилетие волоконно-оптические технологии не обнаружили существенных практических перспектив. Реаль-ная история оптической связи началась после создания гетерола-зера.

Таким образом, в началу Второй мировой войны электро-ника прошла путь от опытов М. Фарадея, описавшего причудли-вые свойства сульфида серебра, до создания электронных ламп, радио- и радиолокационных систем на их основе. Революцион-ные преобразования в физической картине мира имели глобаль-ное значение для развития человеческой цивилизации.

Вторая мировая война вывела электронику в ряд ведущих направлений. Послевоенные годы характеризовались небывалы-ми темпами развития электронной промышленности в развитых странах и бурным внедрением электроники во многие сферы че-ловеческой деятельности. В США и странах Европы резко уве-личился спрос на бытовые приборы. У населения США было опасение, что из-за угрозы корейского кризиса и начала "холод-ной войны" будет ощущаться нехватка бытовых товаров. Возник большой спрос на радиоприемники и детали к ним, проигрывате-ли и магнитофоны. Производство электронных потребительских товаров стало приносить большую коммерческую выгоду, объе-мы продаж стали рекордными.

Электроника заняла важное место в военной технике. Это - радиолокация, управляемые снаряды и ракеты, вычислительная техника, освоение космического пространства. С началом "хо-лодной войны" и гонки вооружений разработка электронных компонентов для военных систем в США и СССР форсировалась. Военное противостояние подталкивало ведущие страны к вложе-нию значительных средств в разработку электронных компонен-тов, технологий электроники и микроэлектроники для новых сис-тем вооружения и аэрокосмических комплексов. В 1960-е гг. это стимулировало развитие электронной промышленности, что по-зволило разработать электронное вооружение и начать исследо-вания космоса.

Значимость изобретения полупроводникового транзисто-ра для электроники сопоставима лишь с революцией в физике в начале ХХ в., когда были сформированы принципиально новые представления о микромире. Революция в электронике положила начало созданию качественно новой электроники - твердотель-ной, базирующейся на полупроводниковых приборах и инте-гральных схемах. Если до изобретения транзистора электроника обеспечивала главным образом связь, автоматику, системы управления, то "новая" электроника привела к кардинальным преобразованиям в науке, технике и обществе - она оказала непо-средственное влияние на формирование современного социума, положив начало созданию "информационного общества".

Изобретение планарной технологии изготовления инте-гральных схем, позволяющей параллельно в едином цикле фор-мировать тысячи кристаллов, каждый из которых содержит мил-лионы компонентов, стало величайшим научно-техническим достижением ХХ в. Эта технология принципиально изменила возможности электроники и резко расширила области ее приме-нения. В 1970-е гг. началось повсеместное внедрение вычисли-тельной техники в промышленность и быт человека. Интеграль-ные схемы составили основу дальнейшей компьютеризации и информатизации общества, поскольку виртуальный мир совре-менных компьютеров имеет вполне материальную основу - крем-ниевые чипы. Широчайшее применение ИС в военной, промыш-ленной и бытовой технике привело к появлению новых рынков товаров и услуг и, как следствие, иного "качества жизни" людей.

10.3. Контрольные вопросы:

1. Какие представления об электричестве сложились к се-редине ХVIII в.? На каких открытиях они базировались?

2. Назовите открытия в области электричества и магнетиз-ма, сделанные во второй половине ХVIII в. Какова значимость этих открытий?

3. Проследите историю развития теории "электромагнитно-го поля".

4. Как исторически развивались идеи о корпускулярно-волновой природе света? Какие научные открытия легли в ее ос-нову?

5. Назовите основные этапы в исследовании полупровод-ников в период с конца ХIХ в. по 1930-е гг.?

6. Как развивались полупроводниковые излучатели и фото-приемники до и после Второй мировой войны?

7. Опишите предысторию электронных приборов, включая теоретические и практические разработки.

8. Как повлияла Вторая мировая война на развитие элек-троники? Поясните на примерах.

9. В чем, на Ваш взгляд, состоит революционная роль соз-дания транзистора и планарной технологии изготовления инте-гральных схем?

10. Проследите историю создания лазера с момента теоре-тических предсказаний лазерного эффекта до создания рабочего образца.

11. Назовите основные изобретения в области механиче-ского и электронно-механического телевидения.

12. Какие теоретические и практические разработки лежат в основе оптической связи?

13. Назовите первые разработки в области счетных уст-ройств. Как повлияли открытия в области электроники на созда-ние первых компьютеров?