Первое применение световоды получили в медицине. Появилась возможность для просматривания желудка и других внутренних органов вводить туда тонкие жгутики из двух световодов (по одному подают свет, а по другому — изображение рассматриваемого объекта). Световоды используют также в технике, с их помощью рассматривают внутренние части машин, недоступные для визуального осмотра.

Использование в качестве световодов диэлектриков с оптическими свойствами более высокими, чем у стекла, сделало световоды серьезными конкурентами традиционным линиям связи (в тех случаях, когда речь не идет о связи между движущимися объектами). Это относится прежде всего к системам промышленного контроля и управления, а также низовым телефонным сетям внутри ЭВМ.

КАКОВЫ ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ?

Наибольший эффект применение волоконно-оптических линий связи (из-за их помехоустойчивости, малого веса, будущей дешевизны) даст там, где может быть использована их большая пропускная способность.

Сюда относятся прежде всего внутриобъектные системы, например самолетные, где решающими являются помехозащищенность и вес системы. Эти же показатели привлекают конструкторов корабельных систем и систем передачи информации между блоками в электронных вычислительных машинах. Не исключено применение световых кабелей для телевидения, передачи через абонентский телевизор изображений газетных, журнальных и книжных страниц из библиотек, учетных центров и специальных информационных служб.

Соединив кабельное телевидение с видеотелефонной сетью, можно обмениваться визуальной информацией, а магнитная лента позволит абоненту использовать информацию, полученную в его отсутствие.

Соединив световодными кабелями автоматические телефонные станции не только внутри городов, но и между городами, осуществив трансляцию по ним телевизионных передач, мы получим колоссальную экономию массы дефицитных материалов, сократим расходы на оборудование и содержание ретрансляционных станций.

Развитие волоконно-оптических систем передачи информации приведет к существенной перестройке измерительных и управляющих комплексов.

Вместо электрических микрофонов появятся оптические, уже разрабатываются разнообразные подобные приборы, приспособленные для присоединения к свето- водным кабелям.

Применение гибких световодов поможет передаче достаточно больших мощностей или импульсов света с большой энергией, тем самым повысит возможности лазерной технологии и медицины.

ЧТО ТАКОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ?

Дальнейшее развитие волоконной оптики привело к созданию принципиально новых приборов — оптико- электронных приборов, или ОЭП.

Их применяют там, где возможности человека ограничены (при работе в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах в области недостаточной чувствительности глаза), и там, где человек по какой-то причине находиться не может (в условиях высоких температур и радиационной опасности). В этих устройствах мы имеем дело не только со световыми сигналами и их передачей, но и с взаимодействием световых лучей с электрическим полем, т. е. взаимодействием фотонов и электронов.

Большие возможности перед ОЭП открылись после создания лазеров. Часто ОЭП предназначаются для решения тех же задач, где используют и однотипные по назначению радиоэлектронные приборы. Однако радиоэлектронные и оптико-электронные приборы работают в различных диапазонах спектра электромагнитных волн.

Итак, оптико-электронными называют приборы, в которых информация об исследуемом или наблюдаемом объекте переносится оптическим излучением, а ее первичная обработка сопровождается преобразованием энергии излучения в электрическую энергию.

В обобщенную схему ОЭП входят источник излучения, оптическая система, приемник излучения и выходной блок. Источник излучения создает материальный носитель информации — поток излучения. В некоторых случаях источник излучения дополняют передающей оптической системой, которая направляет поток на исследуемый объект или непосредственно в приемную оптическую систему.

Приемная оптическая система собирает поток, испускаемый наблюдаемым объектом или отраженный от него, формирует этот поток и направляет на приемник излучения. Приемник превращает сигнал, переносимый потоком излучения (оптический сигнал), в электрический.

Выходной блок (система вторичной обработки информации) формирует сигнал, по своим параметрам удовлетворяющий требованиям исполнительной автоматической системы.

ИСПОЛЬЗУЮТ ЛИ ВОЛОКОННУЮ ОПТИКУ В ЭВМ?

Уже созданы электронно-вычислительные машины, все элементы которых работают на лучах света, обмениваясь ими через нити — световоды. Имеются и автоматические телефонные станции, на которых нет ни одного электрического или электромагнитного реле.

По оптико-электронным линиям можно передавать и телефонный разговор, и программу цветного телевидения, и любой другой вид информации.

ЧТО ДАЕТ СОЕДИНЕНИЕ ЛАЗЕРА С ВОЛОКОННОЙ ОПТИКОЙ?

Лазерные лучи когерентны, поэтому оптико-электронные системы, соединенные с лазером, обладают колоссальной информационной емкостью и четкой направленностью сигнала. Достаточно сказать, что один лазерный луч эквивалентен 200 телевизионным каналам.

Волоконная оптика — одна из самых молодых наук современности, наука-младенец, и перспективы, открывающиеся сегодня перед ней, — это лишь незначительная часть того, что может возникнуть и возникнет в недалеком будущем.

В 1925–1926 гг. советский писатель А.Н.Толстой написал и опубликовал первый вариант романа «Гиперболоид инженера Гарина». В нем автор рассказал о некоем инженере Гарине, укравшем идею у своего коллеги, который изобрел аппарат, позволяющий получить сверхмощное световое излучение. Сила излучения была такова, что оно было в состоянии разрушать горы, превращать в пар огромные массы воды, проникать в глубь Земли до жидкого гипотетического оливинового пояса — «кладовой золота». Свое изобретение инженер Гарин использовал прежде всего во зло людям в стремлении стать мировым диктатором, добыв из земных недр несметное количество золота. Это произведение А.Н.Толстого можно по праву назвать научно-фантастическим романом, опередившим свое время на четверть века.

А КАК ВСЕ ПРОИСХОДИЛО В ЖИЗНИ?

В 1951 г. А.М.Прохоровым были проведены исследования по радиоспектроскопии: изучалось поведение молекул в электромагнитных полях радиочастотного диапазона.

Вскоре после этого молодыми учеными Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым (ныне известными академиками) была выдвинута идея создания молекулярного генератора, который основан на индуцированном (вынужденном) испускании электромагнитных колебаний сверхвысоких частот (СВЧ) молекулами или атомами под действием поля излучения. Необходимо заметить, что существование такого излучения наряду со спонтанным (самопроизвольным) было предсказано А. Эйнштейном еще в 1916 г.

И вот через три года упорного труда, в 1954 г., были разработаны и исследованы молекулярные квантовые генераторы — мазеры — в СССР Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым, а независимо от них в США — Ч. Таунсом.

Создание молекулярного генератора ознаменовало рождение новой области физики — квантовой электроники, стоящей на стыке между радиофизикой и оптикой.

Эта область интенсивно развивается в настоящее время, причем ведущую роль в этом развитии играют советские физики, о чем свидетельствует присуждение в 1964 г. Нобелевской премии Н. Г. Басову и А. М. Прохорову (совместно с американцем Ч. Таунсом).

В конце 60-х годов выявились возможности создания квантового генератора оптического диапазона — лазера — этого своеобразного «гиперболоида XX века».

Само слово «лазер» образовано от начальных букв английской фразы «Light Amplification by Stimulated emission of Radiation», что означает «усиление света путем индуцированного испускания излучения».