Položením třetího transpacifického supervýkonného kabelu FASTER s výkonem 60 Tb/s se Google spolu s pěti nejvýznamnějšími telekomunikačními společnosti rozhodl zpřístupnit rychlý internet na všech kontinentech. Podle expertů v dosud položených optických kabelech slouží dvě miliardy jako vlásek tenkých optických vláken. Ing. Jan Tůma
Půl století boje optoelektroniky proti útlumu Že světlo lze vést a dokonce ohýbat skleněnými vlákny, objevili vědci až po druhé světové válce, když křemíková vlákna povlékli jiným sklem s menším optickým indexem lomu. Cestu k optickým kabelům otevřela roku 1970 americká sklárna Corning Glass zavedením výroby z preformy tažených vláken s tisíckrát menším podílem tak zvaných přechodových prvků, které snížily přirozený útlum kolem 1000 dB/km pod 5 dB/km. I tuto ztrátu na experimentálních trasách první generace optických kabelů musely dohánět elektro-optické zesilovače. První, tzv. mnohavidová vlákna podle vstupního úhlu odrážela laserové paprsky tenkým obalem. Strměji vstupující paprsky se opožďovaly, a signál se tím do dálky „rozmazával“. Bellovým laboratořím se podařilo průměr skleněného jádra zmenšit, a když pro plášť použily sklo s indexem lomu k povrchu se zmenšujícím, vznikla vlákna gradientní, vhodná už k přenosu kmitočtů kolem 100 MHz, jaké požadoval přenos televize. Aby se po jediném vláknu mohlo přenášet několik tisíc navzájem se nerušících telefonních hovorů nebo dat, musely telekomunikace použít tzv. pulzně-kódovou modulaci PCM. Na prvních experimentálních optických kabelových trasách v britském Dorsetu a v Japonsku roku 1971 byla poprvé vyzkoušena vlákna s útlumem pod 0,5 dB/km. Cesty ke zvýšení kapacity optických kabelů Bylo jasné, že přesně zformovanými (koherentními) parsky laseru nebo emitujícími LED- -diodami lze hovorové nebo datové signály na vysílací straně několika možnými metodami modulovat, a na přijímací straně demodulací původní signál s minimálním zkreslením obnovit. Roku 1980 se dařily přenosy na vzdálenost 20 km, o pět let později již optické kabely začaly konkurovat koaxiálním kabelům. K využití mimořádné šířky pásma optických vláken přispěl zejména vlnový multiplex (WDM), umožňující po jediném vláknu vysílat více signálů současně na různých vlnových délkách. Nesmírně rychlý pokrok ve vývoji laserů i modulátorů použití superrychlého vstřikování nosičů informace umožňují po pětadvacetiletém vývoji zázraky. Když lasery v roli vysílačů narazily na hranici zvyšování počtu záblesků nesoucích hovory i data, našlo se lepší řešení: laserový paprsek je vysílán nepřetržitě a informaci do něj vkládají modulátory z aktivních polymerů s velikostí knoflíku od košile. Dalším šlágrem optotroniky se staly tzv. vláknové lasery v roli zesilovačů signálu, zabudované přímo do vláken. Na přelomu do 21. století dokázaly britské a japonské optické kabely s erbiovými zesilovači přenášet data rychlostí 100 Gb/s – což odpovídá jednomu milionu současně vedených hovorů! To už ale výzkumníci pracovali na páté generaci, využívající optické impulsy (solitony), šířící se vláknem prakticky beze ztrát. Hned první optický kabel TAT-8, položený roku 1988 mezi New Yorkem a Francií po dnu Atlantického oceánu v délce 6700 km, dokázal současně přenášet osm tisíc hovorů. Jak se ukázalo, každý kilogram skla v optickém kabelu ušetřil už na začátku éry optotroniky světu asi 16 tun mědi, jinak potřebné pro výrobu do té doby používaných měděných kabelů se stejnou přenosovou kapacitou. Digitální kompresí a multiplexováním DWDM se později podařilo zvýšit kapacitu TAT-8 na 40 tisíc hovorů. Zdokonalené technologie kladení Stočený kabel z obrovských cívek původně v podpalubí, dnes volně stočený ve vanách na horních palubách širokých kabelokladečů se spouští po záďových kladkách na dno rychlostí až 10 km/h. Tah v kabelu kontrolují a řídí palubní počítače, pozici lodí řídí satelitní navigace GPS. Díky stabilizátorům se plavidlo nezastavuje ani při silném vlnobití. Pomaleji to jde jen v okolí břehů, na které bývá kabel zatahován pomocí ukládacího pluhu asi metr hluboko do dna, aby ho nepoškodily kotvy rybářských lodí. Většinou musí být podložen a pokryt betonovými deskami. Internet znásobil přenosové požadavky Do přelomu století se napříč oceány podařilo zejména pod vlajkou společností AT&T, Alcatel- -Lucent, British Telecom a kanadské CANTAT položit kolem půl milionu kilometrů optických kabelů. Začátkem roku 2000 byla Evropa s USA propojena už šesti magistrálními kabely TAT přes Kanárské ostrovy, sedmý ji propojil s Jižní Amerikou, osmý s Kapským městem. Citelně však chybělo spojení s vyspělými asijskými státy, s Hongkongem a Šanghají. Internetem stále více zatěžované relace si proto Evropa musela v dalších letech zařizovat přes Spojené státy, které byly s Tokiem propojeny přes Tichý oceán šesti optickými kabely. Kapacita vláken i kabelů rok od roku stoupala. Transatlantský TAT-14 položený roku 2001 po čtyřech vláknech s propustností 9,6 Gb/s je na 16 vlnových délkách díky celkové kapacitě 640 Gb/s schopen současně přenášet až 9,7 milionu telefonních hovorů! Roku 1996 byla atlantská i tichomořská podmořská síť optických kabelů propojena 13 500 km dlouhým pozemním optickým kabelem TSL, vedeným z Evropy přes Moskvu, Novosibirsk a Vladivostok do Tokia jako tzv. asijská spojka. Nečekaný nápor internetu na telekomunikační dálnice však volal po ještě razantnějším řešení spojení Evropy se „samurajskými“ státy. Investoři ze Saúdské Arábie, Japonska, Thajska a Hongkongu vložili dvě milardy dolarů do položení šest centimetrů tlustého kabelu FLAG (Fiberoptical Link Around the Globe), který tak roku 1998 propojil dvanáct států na třech kontinentech, místy až v pětikilometrové hloubce. Jen Egyptem prochází po souši v podzemním potrubí podél břehů Suezského průplavu, v jehož málo hlubokém korytu by mu hrozilo poškození. Dva páry skleněných vláken FLAG dnes přenášejí současně 600 tisíc hovorů. O rok později byl po stejné trase položen ještě výkonnější 38 000 km dlouhý podmořský optický kabel Sea-Me-We 3, spojující Frankfurt nad Mohanem průlivem La Manche, Suezským průplavem a Indickým oceánem přes Singapur do australského Perthu s větví napojenou na Šanghaj a Vladivostok. Roku 2001 jej překonal 40 tisíc kilometrů dlouhý kabel Africa One, obepínající Afriku kolem dokola. Přenosové výkony neustále rostly. Transatlantský TAT-14 položený roku 2001 po čtyřech vláknech s propustností 9,6 Gb/s na 16 vlnových délkách díky celkové kapacitě 640 Gb/s je schopen současně přenášet až 9,7 milionu telefonních hovorů! Nekončící rekordy optických sítí Od roku 2002 boom kabelokladecí lodní flotily poklesl. Na koncové body podmořské sítě se začaly horečně napojovat pozemní magistrály globální optické sítě. Podle odhadů v ní v současné době slouží dvě miliardy kilometrů optických vláken. Na nejvýkonnějších trasách vzrostly přenosové rychlosti nad 40 Gb/s, avšak trend začal směřovat až k terrabitové oblasti. Roku 2006 dosáhl Frauenhoferův institut v Německu čtyřfázovou modulací světelných pulzů v optickém kabelu přenosové rychlosti 2,56 Tb/s, o pět let později 26 Tb/s, dosažených při 160 různých vlnových délkách v multiplexu 320 signálů ve dvou polarizacích na trase dlouhé 240 km. Pro lepší představu: taková linka za vteřinu přenese 30 milionů internetových přenosů nebo jednu miliardu stránek textu nebo půl miliardy telefonních hovorů současně. Zní to jako utopie. Vědci u Frauenhofera se nechali slyšet, že během deseti let dosáhnou na připravovaných podmořských kabelech šesté generace kapacity až 100 Tb/s! Optická vlákna se dočkala Nobelovy ceny! Svět takový pokrok po zásluze ocenil 10. prosince 2009 udělením Nobelovy ceny Charlesu Kuenu Kaovi, jehož objevný článek o revolučním způsobu snížení útlumu ve vláknech zveřejněný spolu s jeho spolupracovníkem v červenci roku 1966 v prestižním britském časopisu „Proceedings of the Institution of Electrical Engineers“ zásadně přispěl k rozvoji optických komunikací. Kabel šesté generace Kabel FASTER, do kterého se rozhodlo Google s pěti dalšími firmami investovat 300 milionů amerických dolarů, má ve druhé polovině roku 2016 propojit japonská pobřežní města Chikura a Shima s telekomunikačním centrem Google v americkém Portlandu. Odtud je ale plánováno podobným typem pozemního kabelu propojení telekomunikačních center v kalifornském San Jose, v Atlantě, Salt Lake City, Nashville, v Charlotte, San Antoniu a severokarolinském Raleighu. Bude složen ze šesti vláken nové generace schopných přenášet 100 Gb/s a s využitím multiplexu o stovce vlnových délek zvládne přenos 60 Tb/s! Google slibuje tímto projektem otevřít rychlé širokopásmové spojení údajně pěti miliardám uživatelů na světě, kteří dosud nemohou přijímat internet. Předpokládá totiž jeho další „volný“ přenos cestou WLAN třemi různými cestami, na kterých pracují vývojáři. Podle Google by to mohl být systém 180 minisatelitů, obíhajících kolem zeměkoule, nebo solárně poháněné drony, případně retranslátory, nesené heliem plněnými balony. Na obzoru jsou ale ještě dramatičtější změny. Na výkonné a rychlé optické páteřní sítě od ústředen do domácností bohužel navazují konvenční měděné vodiče, které drasticky brzdí vysokorychlostní přenosy velkých objemů dat. Technologie levných pozemních optických linek se hledají – především pro uživatele Androidů a cloudových služeb.