Umumiy tushunchalar Oʻralgan juft kabel Shisha tolali kabel

5. Shisha tolali kabel orqali ma’lumotlarni uzatish negizi

Insoniyat taraqqiyotida aloqaning, xususan, optik aloqaning roli katta boʻlgan, bunga sabab uning tarqalish tezligining juda kattaligidir, ham toʻgʻri chiziqli tarqalish va boshqa xususiyatlariga bogʻliq. Masalan, XVIII asrda quyosh nurini qaytaruvchi koʻzgulardan foydalanish asosida ishlaydigan optik telegraf
va murakkab signallarni uzatish qobiliyatiga ega boʻlgan semoforlar yaratildi. Axborotni masofaga uzatishda yorugʻlik nurining qulayligini sezgan amerikalik telefon ixtirochisi A.Bellbundan 125yil avval optik telefon (fotofon)ni yaratdi.
U oʻzining qurilmasi yordamida odam ovozini nur orqali 200 metr masofaga uzatdi. Bunda mikrofonning tebranishidan qaytuvchi quyosh nuri ovozni tashuvchi boʻlib xizmat qildi. Hozirgi kunda deyarli har bir uyda radio, televizor va telefon bor, shaharlar va maydonlar oʻrtasida yotqizilgan kabellar yordamida koinotdan Yerning sun'iy yoʻldoshlari orqali keng miqyosda axborotlar uzatilib turiladi. Ammo aloqa texnikasining rivojlanishi, elektronikaning zamonaviy yutuqlari, elektromagnit toʻlqinlarining sm va mm diapazonining oʻzlashtirilishi ham hozirgi paytda mislsiz koʻpayib ketayotgan axborot talablariga javob bermay qoldi: amaliyot axborotning zichligi, uzatish chastotasining oshirilishi aloqa kanallarini zichlashtirish kabi qator talablarni qoʻymoqda. Shuning uchun ham dunyo mutaxassislari birinchi navbatda optik diapazonga qayta-qayta e'tibor bera boshladilar. Shuningdek, dunyodagi miskonlari borgan sari kamayib bormoqda. Vaholanki, texnikada juda kerak boʻlgan bumetallning deyarli yarmi kabellar uchun ishlatiladi. Olimlarning taxmini boʻyicha mis ishlab chiqarish XXI asrda keskin ravishda kamayadi. Demak, biror chora topilmasa, kabel ishlab chiqarish tushkunlikka uchrashi turgan gap. Shuning uchun ham mis simlardan voz kechib, axborotni shaffof shishatolalar orqali nur yordamida uzatishga oʻtish lozimligini tushunib yetildi. Demak, shishatolalarni ishlatish ikki ijobiy yutuqqa—axborot uzatish tezligini keskinoshirib, qimmat hisoblangan misni kattamiqdorda iqtisodqilishga imkonberadi. Ta’kidlash lozimki, OʻYuCh-diapazoni (q=1-20sm) boʻlgan elektro magnit toʻlqinlar mukammal oʻzlashtirilgandan soʻng navbat optik diapazonga yetib keldi. 60- yillarda kashf etilgan lazerlar ham katta samara bermadi. Chunki axborotni lazer nuri bilan ochiq atmosferada uzatish yaxshi natija bermadi. Bunga sabab atmosferadagi temperatura, havo oqimi, changlar, tuman va h.k. tinimsiz oʻzgarib turganligi uchun ochiq havo nur oʻtkazuvchi muhit sifatida ishlatishga yaroqsizligi aniqlandi. Lazer nuri trubalar ichida uzatib koʻrildi, lekin bu yoʻl ham foyda bermadi. Shuni aytish kerakki, nur oʻtkazuvchi shishatolalar
60-yillarda ma’lum edi. Ularning diametri 100 mkm boʻlib, oʻzak va uni oʻrab olgan qobiqdan iborat edi. Oʻzakning sindirish koʻrsatkichi qobiqning sindirish koʻrsatkichidan biroz katta boʻlishi kerak. Lazer nurini shunday tolalar orqali uzatishga urinib koʻrildi, ammo bunday tolalar juda katta yutish koeffisiyentiga ega boʻlib, taxminan 1000db/kmga teng. Bunday tolaga kiritilgan nur bir necha metr masofadan soʻng deyarli butunlay yutilib ketadi. Ammo 1966 yilda ingliz olimlari Kaova Xokxem oʻzlarining ilmiy izlanishlarida optik shishalardagi nurning yutilish sabablarini taxlil qilib, nurning yutilishiga asosiy sabab He,Ni,Si,Sg va shunga oʻxshash metallar shisha sintez qilinayotganda tashqaridan (havodan, tigeldan) kirib qolgan metallionlari ekan. Maqola mualliflari agar shishalar ana shu ionlardan tozalansa, yutish koeffisiyenti<20db/km boʻlgan tolalar olish mumkinligini isbotlab berdilar. Bu maqoladan soʻng dunyo miqyosida yutish koeffisiyenti kichik boʻlgan nur oʻtkazuvchi tolalarni olish boʻyicha ishlar juda kuchayib ketdi. Nihoyat, 1970-yil “KorningGlass” firmasi mutaxassislari toʻlqin uzunligi 063mkm boʻlgan nur uchun yutish koeffisiyenti 20db/kmdan kichik boʻlgan nur uchun nur oʻtkazuvchi tolalarni yaratdilar. Bunday tolalar uzun toʻlqinli optik aloqa liniyalarida ishlatsa boʻladigan sifatlarga ega edi. Shuning uchun 1970-yil tolali optikaning tugʻilgan yili deb sanalaboshlandi. Ana shundan soʻng tolali optika aloqa simisli koʻrilmagan tezlik bilan rivojlanib ketdi, ular ishlatiladigan sohalar koʻpaya boshladi: telefon tarmoqlari orqali ishlaydigan televideniye, aviatsiya va dengiz flotida, bortaloqasi, hisoblash texnikasi, texnologik jarayonlarni boshqarish va nazorat qilish tizimi va h.k. ham ishlatila boshlandi. Bundan tashqari, nurli tolalarning tashqaridan tushuvchi elektromagnit toʻlqinlarning ta’sirini sezmasligi, vaznlari kam va ixchamligi ham aniqlandi. Shunday qilib, optik aloqa tizimlarining negizi shaffof va toza shishadan qilingan tola boʻlib, u yaxshi xizmat qiladi.

7-rasm. Shisha tolali kabeldan nurni tarqalishi

Optika qonunlaridan ma’lumki, tola ichiga kiritilgan nur tashqariga chiqmasdan tarqala oladi. Bunda tola toʻgʻri chiziq boʻyicha yoʻnalgan yoki barabanga oʻralgan boʻlishi mumkin. Buning sababi nur tola ichida tarqalar ekan, uning chegarasiga tushadi va yana ichkariga toʻla qaytadi. Bu nur tolaning ikkinchi chegarasiga tushadi va yana undan ichkariga toʻla qaytadi va h.k., bu jarayon uzluksiz davom etadi. Demak, nurning tarqalish sharti uning tolayon chegarasida toʻla ichki qaytishi ekan. Bu juda oddiy va optikada keng qoʻllaniladigan hodisadir. Farazqilaylik (12.8-rasm), nur sindirish koʻrsatkichi n1 va radiusi boʻlgan silindr shaklidagi muhitda tarqalayotgan boʻlsin. Tashqi muhitning sindirish koʻrsatkichi 2 boʻlsin. U holda nur ikki muhit chegarasiga tushganda sinadi va qisman qaytadi. Sinish (q2) va tushish (q1) burchaklari Snellius qonuniga boʻysinadi: n1 Sina1 qn2 Sina2 yoki Sina1qn2/n1 Sina2 Agar biz tushish burchagini (q1) kattalashtirib borsak, sinish burchagi a2 ham ortib boradi va ikkinchi muhitga singan nur tola chegarasiga qarab koʻproq egila boshlaydi. q1 burchak ma’lum kritik qiymatga erishgan daq 2q 90° boʻladi. Bu holda singan nur tola chegarasi boʻylab tarqaladi va ikkinchi muhitga oʻtmaydi, toʻla ichki qaytish sodir boʻladi.

8-rasm. Shisha tolali kabelni tuzilish konstruksiyasi

Bu burchak Sina 1Tqn2/n1 ga teng biladi. Nihoyat tushish burchagi a1qa1T boʻlganda tola chegarasiga tushayotgan nur energiyasining deyarli hammasi yana tola ichiga qaytadi. Shisha tola nur tarqatishga juda qulay muhit boʻlsa ham, uning kamchiliklari bor:

1. 
   U ochiq havoda (p2<1) boʻlgani uchun unga tashqi muhit ta'sir koʻrsatadi, uning ustiga changlar oʻtirib iflos qiladi, bu esa nurning soʻnishiga olib keladi;
   
2. 
   Tolani ushlab turuvchi tayanchlarning kontaktlarida qoʻshimcha soʻnish paydo boʻladi. Bundan tashqari, shishatola moʻrt boʻladi: Agar uning ustiga qandaydir muhofaza qatlamlari yotqizilmasa, sinib ketishi juda oson. Bu kamchiliklar ikki qatlamlik hisobiga bartaraf etiladi.(7.16-rasm). Shishalitolalar choʻzib olinib (qqT=2000°sga yaqin), barabanlarga oʻrab olinganliklari uchun bunday tolalarda nurning troyektoriyasi egri chiziq boʻlib, uning aniq qaytadigan chegarasi shishatola nur tarqatishga juda qulay muhit boʻlsa ham, uning kamchiliklari mavjud.