TKK | Tietoverkkolaboratorio | Opetus

Optinen tietoliikenne



Kuva 1. Erilaisia kuituja. Lähdeviite:
www.pcifiber.com

Johdanto

Optisen tietoliikenteen historia on pidempi kuin usein arvataankaan. Modernilta kalskahtavasta käsitteestä huolimatta optista tietoliikennettä on harjoitettu 1790-luvun lopulta alkaen. Ranskalainen insinööri Claude Chappe kehitti tuolloin tornien kärkeen sijoitettujen lippujen asentoihin perustuvan optisen lennättimen. Näitä lippuja kulloinkin vuorossa oleva operaattori sääteli eri asentoihin.

Alunperin siis optinen tietoliikenne ei ratsastanut siihen nykyisin yhdistetyllä valtavalla nopeudella, vaikka jalan matkaava viestinviejä järjestelmälle jäikin toiseksi. Sääolosuhteet vaikuttivat viestien etenemiseen, eikä järjestelmä, ymmärrettävistä syistä, sopinut pitkien viestien välittämiseen. Niinpä tämä optisen tiedonsiirron varhainen taidonnäyte jäikin täysin unohduksiin 1800-luvun puolivälissä keksityn sähkölennättimen syrjäyttämänä.

Pian keksittiin, ettei ilma olekaan täysin optimaalinen valon kantaman viestiliikenteen välitysmediana, ja alettiin tutkia eri vaihtoehtoja. 1800-luvun teknologia ei mahdollistanut valon kulkua johdoissa yhtä jouhevasti kuin sähkön, mutta tähän oli pian luvassa parannus. Parannuksen nimi oli kokonaisheijastus.

Jos valo tulee kahden eri väliaineen rajapintaan kulmassa, joka pinnan normaalin suhteen on suurempi kuin tietty, väliaineen ja valon ominaisuuksista riippuva rajakulma, se heijastuu lähes täysin takaisin tuloaineeseen. Tämä tärkeä oivallus mahdollisti optisten kuitujen kehityksen muodossa, joka on tälle dokumentille relevantti.

Seuraavaa suurta virstanpylvästä optisen tietoliikenteen alalla saatiinkin odottaa. Optisia kuituja voitiin käyttää jo lyhyen matkan tiedonsiirrossa, ja etenkin sovelluksissa, joissa siirrettävä tieto oli muodoltaan suhteellisen staattista. Taipuisalla kuitukimpulla saatiin kuva siirrettyä paikasta, jonne perinteisillä välineillä ei olisi mitään asiaa, toiseen paikkaan, joka oli huomattavasti suotuisampi tiedon käsittelyä varten. Tässä vaiheessa, 1940- ja 1950 -luvuilla, ei käynyt edes mielessä, että samaa teknologiaa voitaisiin soveltaa myös modernissa tietojenkäsittelyssä. Asiaan vaikutti suurelta osin se, ettei ollut olemassa juuri tietokoneita, saati sitten sellaisia tietokoneita, joissa optisesta tiedonsiirrosta olisi hyötyä. Mutta tärkeää pohjatyötä oli tehty.

Vuonna 1958 tapahtui tietokoneiden kannalta oleellinen kehitysaskel optisen tiedonsirron alalla. Vaikka Bell Labsin Arthur L. Schawlow'n ja Charles H. Townesin kehittämä LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ei sinällään ollut taikasana optisen tietoliikenteen taivaaseen, se tarjosi kuitenkin oleellisia etuja verrattuna aikaisempiin optisiin tiedonsiirtojärjestelmiin. Laserilla voitiin tuottaa valoa, jonka aallonpituus oli hyvin tarkkaan rajattu. Pian myöskin havaittiin, ettei ilmakehä muuttuvine olosuhteineen sovellu tiedon välittämiseen edes tällä, tietyssä mielessä ylivertaisella valonlähteellä: Laservalo on kuitenkin "vain" valoa, joka siroaa ilmakehän epäpuhtauksista siinä missä mikä tahansa muukin valo. Optisiin kuituihin laser kuitenkin soveltuu erittäin hyvin. Laservalo on täysin homogeenista, eli siinä on vain yhtä, valon synnyttämiseen käytetyistä aineista riippuvaa aallonpituutta. Tämä mahdollistaa optisten kuitujen sovittamisen niissä kuljetetun valon ominaisuuksiin nähden. Valoa voitiin moduloida hyvin nopeasti ja tarkasti, eli suurten tietomäärien siirtäminen tuli mahdolliseksi.

Laserin keksimisen jälkeen optisen tietoliikenteen tutkimuksessa on keskitytty lähinnä kuitutyyppien parantamiseen. Optisilla kuiduilla on heikkoutensa: valo vaimenee ja aallonpituudet saattavat "vaellella" hieman pitkillä etäisyyksillä. Sähköiseen tiedonsiirtoon suunnitellut johtokoodaukset, tai muut matalan tason tietoliikenneominaisuudet eivät aina ole sopivia optisille verkoille.

Vaikka optisen tiedonsiirron tulemista joka kotiin on kuulutettu niin kauan kuin moni jaksaa muistaa, ei mullistavaa vallankumousta tällä alalla ole havaittu. On puhuttu täysin optisista tietokoneista, tietoverkoista, kaapelitelevisioista ym., mutta useimmissa kodeissa seinästä tulee silti valonpilkahduksen sijaan normaali sähköinen signaali. Tähän on monta syytä. Ei ole kustannusteknisesti järkevää tarjota yleisesti täysin optista tietoliikennettä paikasta A paikkaan B, jos välissä on täysin toimiva sähköinen siirtoverkko . Nopeudessa saatava hyöty ei todennäköisesti ole lisäkustannusten arvoinen. Kehitystä kuitenkin tapahtuu sekä materiaalitekniikassa että siirtoprotokollissa. Tämä yhdistettynä tietoverkoissa liikkuvan tiedon määrän valtavaan kasvuun saattaa tarjota hyvinkin nopeita muutoksia lähitulevaisuudessa. Tietokoneissa ja tietoverkoissa törmätään hyvin pian sähköisten laitteiden ikäviin rajoituksiin, joita optisilla kuiduilla ei ole.

Tämä sivu on tehty Teletekniikan perusteet -kurssin harjoitustyönä.
Sivua on viimeksi päivitetty 08.12.2000 09:36
URL: http://www.netlab.tkk.fi/opetus/s38118/s00/tyot/55/index.shtml