Billeder og lyd gennem tråde af glas
LYS har fra gammel tid været et symbol på visdom og forstand. Men nu er det ikke længere blot et symbol. I de senere år er lyset også begyndt rent faktisk at overtage rollen som formidler af enhver form for data. I dag kan lys sende alle former for meddelelser af sted over meget lange afstande. For at nå så vidt har en udvikling været nødvendig på to områder. Man har måttet udvikle (1) en særlig slags lys og (2) en særlig slags lysleder.
En række spændende nye opfindelser har i dag gjort det muligt i et forrygende tempo at sende ufattelige mængder informationer af enhver art over store afstande ved hjælp af lysstråler. Ved at gøre brug af en ny, effektiv teknik kan man i dag afsende og modtage billeder og lyd med formidabel hast ved hjælp af knapt synlige lysstråler, der bevæger sig igennem hårfine glastråde. Disse spindelvævstynde glastråde, der er indlagt i beskyttende kabler, er allerede taget i brug mellem visse byer i De Forenede Stater, i Europa og Japan. Man er også i færd med at nedlægge dem i havene fra det ene kontinent til det andet.
Hvordan er dette muligt, eftersom det jo er en kendt sag at lys normalt bevæger sig i lige linjer? Hvordan får man de små lysstråler til at forblive i glastrådene når de runder et hjørne? Hvordan kan strålerne række så langt og indeholde så kolossale informationsmængder? En speciel form for lys gør det hele muligt, nemlig kohærent lys.
Kohærent lys
Når det gælder overførsel af informationer kan man illustrere fordelen ved en kohærent lysstråle frem for en almindelig lysstråle ved at sammenligne de lysfotoner der bevæger sig gennem glasfibertrådene med mænd der kommer gående hen ad en vej. En lysstråle bestående af almindeligt lys kan sammenlignes med en flok mænd, alle af forskellig højde, der er ude af trit og kommer i vejen for hinanden når de går. En kohærent lysstråle kan derimod sammenlignes med en deling soldater der alle er lige høje og kommer marcherende i takt i lige rækker. Det er en selvfølge at mænd der går i takt uden at støde ind i hinanden, kan tilbagelægge en længere strækning lettere og med et mindre tab af energi. Det er sådan det forholder sig med kohærent lys.
Her vil nogle måske sige: ’Hvorfor er der gået så lang tid inden man har fundet ud af at anvende lys på denne måde? Hvorfor har ingen tænkt på det noget før?’ I virkeligheden er metoden ikke fuldstændig ny. Mindst én person, nemlig opfinderen Alexander Graham Bell, indså fordelene ved at overføre tale ved hjælp af lys, og i 1880 forklarede han dette i et skrift med titlen: „Selen og fotofoner.“
Dette var en meget fremsynet idé, men uden kohærent lys ville opfindelsen kun have haft begrænset værdi. Det var imidlertid først i 1960’erne, da man udviklede de såkaldte LASER-stråler (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, lysforstærkning ved stimuleret udsendelse af stråler), at den første af de nødvendige forudsætninger var til stede. Graham Bell manglede også det andet væsentlige element — en effektiv lysleder der kunne formidle informationerne.
Hvordan virker disse sindrige lysledere af glas?
Mens arbejdet med udviklingen af laserstråler fortsatte, var andre i gang med at udvikle sindrigt sammensatte glasmaterialer af stor klarhed der gjorde det muligt for de kohærente laserstråler at bevæge sig over meget lange afstande. Dette materiale blev forarbejdet til hårfine glasfibre.
Mange har sikkert set lysende glasfibre anvendt i borddekorationer. Disse dekorationer fremstilles ved at man anbringer bundter af glas- eller plasticfibre i vifteform som var de blomsterarrangementer, hvorefter almindeligt lys sendes igennem den ende af fibrene der er fastgjort til foden. Dette giver i det mindste en forestilling om hvordan man kan få lys til at bevæge sig gennem bøjede glastråde frem for i en lige linje. (Figur 1) I sådanne dekorationer bevæger lyset sig ikke særlig langt.
For at sætte lyset i stand til at bevæge sig over meget større afstande end det kræves i dekorationer, har man uden om lyslederen anbragt flere lag glas eller plastic. Disse specielle lag bevirker at enhver lysstråle der forsøger at bryde ud af lyslederen kastes tilbage, og derved undgår man et betydeligt lystab. Der findes flere sindrige variationer i fremstillingen og sammensætningen af disse glaslag. De mange variationer kan hver på sin måde og under forskellige omstændigheder hjælpe lyset til at bevæge sig over store afstande. (Figur 2)
Skønt disse glastråde eller fibre i vid udstrækning har forøget muligheden for at transmittere og lede lyset, er det stadig nødvendigt at lyset ledes ind i trådene i den rette vinkel. Lyset skal ledes ind i lyslederne i eller under den såkaldte grænsevinkel. Vi kan forstå princippet når vi tænker på at en helt blank overflade på en sø kan virke som et spejl. Nogle gange kan man se træerne langs søen spejle sig i overfladen. Denne spejleffekt opstår ved at lyset rammer øjet fra en meget stump vinkel. I netop denne vinkel, der kaldes grænsevinklen, tilbagekastes lyset fra overfladen som var den et spejl. På samme måde bliver lyset når det sendes ind i glasfibertrådene i eller under grænsevinklen, reflekteret på den indvendige side i glasfiberen som var den et spejl, og lystabet bliver derfor meget minimalt.
Man regner med at disse stråler vil kunne række op til 40 kilometer eller mere i de tynde tråde uden at lyset behøver at forstærkes. Fremtidsudsigterne ser endog mere lovende ud. Ifølge en nylig udarbejdet rapport har man nu udviklet glasfibertråde med en ultralav dæmpning „der kan transmittere data tusinder af kilometer uden forstærkning undervejs“.
For at beskytte disse enestående lysledere er det nødvendigt at omgive dem med forskellige lag af beskyttende materiale. Desuden forstærkes kablerne ofte med yderst holdbare fibre og tråde, foruden at der indføjes elektriske ledere. (Figur 3) Anbragt i sådanne beskyttende kabler udgør glasfibertrådene et så effektivt materiale til transmission af store mængder information at den elektriske strøm der sendes gennem almindelige kobberledninger bliver helt udkonkurreret. Dette er især tilfældet når det drejer sig om store afstande. Men hvordan er det muligt at transmittere data, billeder og lyd ved at sende denne særlige form for lys gennem de tynde glasfibertråde?
Hvordan glasfibertrådene fungerer
Den særlige form for lysstråler og de geniale glasfibertråde virker i sig selv imponerende, men måden hvorpå disse stråler formidler deres kolossale mængder information er ikke mindre imponerende. Hemmeligheden ligger for en stor del i lysets enorme hastighed, som er på omkring 300.000 kilometer i sekundet. Noget andet der spiller ind er lysbølgernes utroligt høje frekvens, der når helt op på flere milliarder hertz. Ved at udnytte disse høje frekvenser, og ved at udsende lysimpulser i kodeform, er man i stand til at sammenhobe enorme mængder information i de lysstråler der ledes ned gennem de tynde glasfibertråde. Men lad os se på hvordan det lader sig gøre at tale og høre ved hjælp af lys.
Hvordan tale overføres ved hjælp af lys
At sende og opfange tale og billeder ved hjælp af lys indebærer at man må tage vore dages mest komplicerede teknologi i brug. Lad os se på nogle få af de forhold der gør sig gældende når man skal transmittere tale og billeder ved hjælp af lys, og derved få et lille indblik i processen.
Skønt transmissionen foregår ved hjælp af lys er udgangspunktet nøjagtig det samme som før. Man taler i telefonen, og lydbølgerne fra stemmen omdannes konstant til elektriske signaler. Derefter bliver signalerne afsendt i brudstykker ved meget høj hastighed. Processen ligner den der foregår i et filmkamera, der jo faktisk tager en række stillbilleder, eller brudstykker af bevægelsen. Disse billeder bliver forevist et efter et, hurtigt efter hinanden, hvorved tilskueren får indtryk af bevægelse. På samme måde skilles disse elektriske brudstykker ud og omdannes gennem en trindelt proces til kodeform, for derefter at blive omdannet til lysimpulser. De kodede lysimpulser ledes nu gennem glasfibertråden til modtageren. Den samme proces i omvendt rækkefølge omdanner lyset til lydbølger der registreres i telefonrøret. Men hvilken gavn har vi af dette system i øjeblikket, og hvordan er fremtidsudsigterne?
Fordele ved det nye system
Netop som det er begyndt at gå op for os at vi efterhånden har fået et verdensomspændende kommunikationsnet, er der altså fremstået et helt nyt system. De nye lyslederkabler, der også kaldes fiberoptik, vil erstatte telefonnettets multilederkabler, mikrobølgenet og endog visse telesatellitter, hvilket vil medføre et væld af fordele.
■ Kommunikation uden interferens. En af de væsentligste fordele brugeren opnår ved at telefontransmissionen foregår gennem optiske lyslederkabler, er at alle de former for interferens eller forstyrrelser vi hidtil har været vant til, praktisk taget forsvinder. Lynnedslag, stærkstrømsledninger og generatorer har hidtil skabt generende forstyrrelser og støj. End ikke stærkt beskyttede kobberledere har kunnet modvirke at nogle af disse former for støj er sluppet igennem.
Hvis dine telefonsamtaler delvis er blevet sendt via satellit, har du måske bemærket at lyden forsinkes en brøkdel af et sekund, eller måske har du oplevet atmosfæriske forstyrrelser. Førhen kan der endog have været ekko på linjen. Ved at bruge optiske lyslederkabler vil man kunne undgå sådanne forsinkelser, og modtagelsen vil blive klar og støjfri.
■ Kommunikation uden aflytning. En af de enestående fordele ved optiske lyslederkabler er at de er sikre mod uvedkommende aflytning. Indtil dato har man ikke fundet frem til nogen måde hvorpå man kan ’aflytte’ lysbølger, i det mindste ikke uden at signalet dæmpes så kraftigt at det vil afsløre forehavendet.
■ Kolossal kapacitet. Vi kan forstå hvilken fantastisk informationskapacitet der ligger i transmission ved hjælp af lys, når vi får at vide at tusinder af telefonsamtaler kan overføres ved hjælp af blot to lysledere. Man anslår at det samlede indhold af Websters uforkortede ordbog kan sendes tusinder af kilometer på seks sekunder gennem en enkelt glastråd.
■ Pladsbesparende og modstandsdygtig. Mange steder nyder man allerede nu gavn af denne nye opfindelse. Storbyområder høster gavn af nye, højtydende kommunikationssystemer der kræver langt mindre udstyr. Relæstationer som fylder flere rum kan nu erstattes med fiberoptisk udstyr der kun kræver meget lidt plads. Selv afsidesliggende områder såsom de amerikanske koraløer Florida Keys kan nu glæde sig over et støjfrit telefonnet. Saltvand er tilbøjeligt til at forårsage kortslutninger og få kablernes isolering til at gå i opløsning. Med lyslederkabler er nedbrydningen imidlertid minimal.
Et blik ind i fremtiden
Fremtiden inden for denne teknik tegner særdeles lovende. Omstillingen lader til at gå langt hurtigere end mange havde forventet. Det siges at et af de største problemer er at vælge et system der ikke er forældet allerede når det bliver installeret.
■ Lyd, billeder og data styret fra én terminal. Bladet High Technology skrev i udgaven for februar 1986 under overskriften „Fremtidsudsigter“ at „optiske lyslederkabler hurtigt er blevet det foretrukne system i USA når der skal transmitteres lyd, billeder og data — især over store afstande“. Artiklen fortsætter: „Vi er begyndt at udvikle et net bestående af lyslederkabler som vil nå helt ud i hjemmene. Der anvendes en terminal som kan behandle lyd og billeder og . . . anmode en database om oplysninger.“ Dette gør det muligt for i det mindste nogle at købe ind, ’gå i banken’, købe flybilletter og få adgang til en form for biblioteksservice fra deres egen stue. Det vil endog blive muligt for dem at se deres venner mens de fører en telefonsamtale med dem — alt sammen ved hjælp af lys der ledes gennem disse enestående glastråde.
[Ramme på side 15]
Lysledere — de tynde glasfibertråde der kan benyttes til overførsel af store mængder telesignaler — omtales også meget i Danmark. Man hører ofte følgende to begreber:
Hybridnet: Et landsdækkende kabel-tv-net, hvor man på hovedstrækningerne anvender lyslederkabler og på det sidste stykke ud til forbrugerne bruger almindelige kobberkabler.
Bredbåndsnet: Et landsdækkende net af lysledere der føres helt ud til den enkelte forbruger. Gennem bredbåndsnettet kan føres tv-kanaler, radio, telefonsamtaler og tovejs tv samt mange andre former for data — alt samlet i ét system af kabler.
[Illustrationer på side 14]
Lyset forsvinder ikke ud gennem siden på tråden, men kastes tilbage
Fibertråde og kabler af stor holdbarhed beskytter lyslederne
En glas- eller plasticbeklædning mindsker mængden af lys der slipper ud
[Illustration på side 16]
Det lille lyslederkabel kan klare mindst lige så mange telefonsamtaler som det tykke kabel af normal art