Światłowody będą coraz lepsze

Na temat technologii światłowodowych w przemyśle rozmawiamy z doktorantem Politechniki Łódzkiej z Katedry Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych – Bartłomiejem Guzowskim. W jego katedrze prowadzone są m.in. badania związane z wieloma rodzajami czujników światłowodowych oraz optycznymi sieciami telekomunikacyjnymi.

Jak obecnie wygląda zastosowanie technologii światłowodowych?

Światłowody wykorzystuje się przede wszystkim jako medium transmisyjne w usługach telekomunikacyjnych. Ponieważ światłowody są małe (pojedyncze szklane włókno jest tylko dwa razy grubsze od ludzkiego włosa), lekkie, mają bardzo małe tłumienie (nawet ok. 0,2 dB/km dla fali 1550 nm), to można w nich przesyłać sygnały 100 Gb/s, a nawet Tb/s na odległości dochodzące do 100 km. Dlatego też w sieciach szkieletowych łączących z sobą miasta, państwa czy też kontynenty światłowodów używa się już od wielu lat. Ostatnio bardzo wyraźnie widać zastosowanie światłowodów w obszarze tzw. „ostatniej mili”, a więc odcinka pomiędzy siecią dystrybucyjną a użytkownikiem. Wprowadzenie światłowodów do naszych domów przekłada się na znaczący wzrost liczby usług (takich jak szybszy Internet, telewizja IPTV, usługi e-learningowe, gry online, zdalna opieka zdrowotna czy też e-administracja) dostępnych dla użytkowników.

Wykorzystanie światłowodów w przemyśle

Drugim sposobem wykorzystania światłowodów jest użycie ich jako czujników. Ponieważ w światłowodzie propagowane jest światło, a nie prąd – jak to się dzieje w kablach miedzianych, to kable światłowodowe są odporne na wszelkiego typu zakłócenia elektromagnetyczne i jednocześnie nie są źródłem takich zakłóceń. Nie ma również możliwości wystąpienia tzw. zwarcia, a przez to można je z powodzeniem stosować w środowiskach zagrożonych wybuchem, np. w kopalniach. Za pomocą światłowodów do centralnego systemu przesyłane są wyniki pomiarów wielkości kluczowych dla przebiegu tego procesu (temperatury, ciśnienia, parametrów przepływu) oraz dane z elementów wyposażenia platformy (pomp, głowicy odwiertu, separatorów trójfazowych rozdzielających ropę, gaz, wodę oraz piasek, generatorów, sprężarek oraz systemów zabezpieczeń). Kolejną branżą jest budownictwo. Odkształcenia światłowodów, a więc ich zginanie, zgniatanie, rozciąganie wpływa na tłumienie sygnału. Tę właściwość bardzo często wykorzystuje się w budownictwie, aby dokonywać pomiarów zmian w konstrukcji wszelkiego rodzaju budowli (np. ugięcia mostów).

Światłowody wykorzystuje się również w energetyce do sterowania i nadzorowania wszelkiego typu obiektów elektroenergetycznych. Dzięki ich odporności na zakłócenie elektromagnetyczne można je z powodzeniem prowadzić wzdłuż napowietrznych linii wysokiego napięcia.

Światłowody zawitały również do przemysłu motoryzacyjnego. W niektórych markach montowane są już optyczne magistrale danych MOST. Dzięki temu oprócz zwiększenia szybkości przesyłu danych pomiędzy czujnikami a jednostką centralną, co przekłada się na poprawienie poziomu bezpieczeństwa, zwiększona została liczba i jakość usług multimedialnych dostępnych w samochodach.

Podsumowując: światłowody służą jako czujniki zarówno w maszynach, jak i w przemyśle. Wykrywają drgania, wszelkiego rodzaju odkształcenia mechaniczne w konstrukcjach budowli czy też pojawienie się jakiejś cieczy (czujniki zanurzeniowe). Ponieważ są lekkie, pracują w zakresie temperatur od –40°C do 120°C. Są również odporne na starzenie, dlatego wykorzystuje się je w coraz to nowych zastosowaniach.

A w którą stronę zmierza technologia? Co można w światłowodach poprawić i nad czym prowadzicie badania?

Poprawić można jeszcze wiele rzeczy: zwiększyć odporność mechaniczną i optyczną światłowodów na odkształcenia mechaniczne, zwiększyć ilość danych przesyłanych w światłowodzie; rozwijać nowego typu czujniki.

W Katedrze Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych PŁ, w której pracuję, od ponad 15 lat prowadzimy wiele prac badawczych poświęconych technologiom światłowodowym. Nasze prace koncentrują się głównie nad wprowadzeniem połączeń optycznych (opartych na światłowodach) do zintegrowanych połączeń elektronicznych. Dzięki temu uzyskamy o wiele szybszą i lepszą wymianę informacji. Dziś dostępne są na rynku tzw. „optyczne USB”, umożliwiające szybką transmisję danych, a wkrótce pojawią się bardzo szybkie optyczne komputery.

Oprócz tego od kilku lat w mojej katedrze rozwijamy badania związane z wieloma rodzajami czujników światłowodowych oraz optycznymi sieciami telekomunikacyjnymi. W katedrze działa pierwsza sieć typu FTTD (Fiber To The Desk) w Polsce, zaprojektowana i wykonana m.in. przez naszych studentów.