Coraz popularniejszy w Polsce Å›wiatÅ‚owód w klasycznym zastosowaniu pozwala przesyÅ‚ać dane z ogromnÄ… prÄ™dkoÅ›ciÄ… i zapewnia superszybki dostÄ™p do internetu. Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej szukajÄ… jednak innych, nietelekomunikacyjnych zastosowaÅ„ wÅ‚ókien optycznych. Efektem ich prac jest już jeden z dwóch istniejÄ…cych na Å›wiecie Å›wiatÅ‚owodowych sejsmografów rotacyjnych, który pozwala badać zjawiska sejsmiczne towarzyszÄ…ce trzÄ™sieniom ziemi, rejestrować ruchy rotacyjne wysokich budowli i przewidywać tÄ…pniÄ™cia w kopalniach. Z myÅ›lÄ… o administracji rzÄ…dowej badacze rozwijajÄ… też metody kodowania binarnego, które pozwolÄ… zabezpieczyć Å›wiatÅ‚owody przed podsÅ‚uchami z zewnÄ…trz.
– Informacje w Å›wiatÅ‚owodzie sÄ… przesyÅ‚ane w postaci kodowanych impulsów Å›wiatÅ‚a. Pojedyncze wÅ‚ókno Å›wiatÅ‚owodowe, które pozwala nam transmitować to Å›wiatÅ‚o przez ocean, ma już w tej chwili pojemność liczonÄ… w petabitach na sekundÄ™. To sÄ… wielkoÅ›ci niewyobrażalne dla zwykÅ‚ego czÅ‚owieka. Dla przykÅ‚adu UE chciaÅ‚a, żeby do 2020 roku każdy z jej obywateli miaÅ‚ dostÄ™p do internetu szerokopasmowego o prÄ™dkoÅ›ci 1 gigabita na sekundÄ™. Pojemność wÅ‚ókna przesyÅ‚ajÄ…cego Å›wiatÅ‚o za ocean jest już milion razy wiÄ™ksza – tÅ‚umaczy w rozmowie z agencjÄ… informacyjnÄ… Newseria dr inż. PaweÅ‚ Marć, kierownik ZakÅ‚adu Technicznych ZastosowaÅ„ Fizyki na Wydziale Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej.
W klasycznym zastosowaniu Å›wiatÅ‚owód zapewnia superszybki dostÄ™p do internetu. WedÅ‚ug raportu UrzÄ™du Komunikacji Elektronicznej Å›wiatÅ‚owody należą do najszybciej rozwijajÄ…cych siÄ™ technologii dostÄ™powych. Tylko w 2020 roku w Polsce przybyÅ‚o 25 tys. km sieci Å›wiatÅ‚owodowej, a liczba użytkowników internetu dostarczanego za pomocÄ… FTTH (z ang. Å›wiatÅ‚owód do domu) wzrosÅ‚a o 36 proc. (w ciÄ…gu ostatnich dwóch lat o 71 proc.).
Podobnie jak w przypadku Å‚Ä…cza bazujÄ…cego na tradycyjnych miedzianych kablach również w przypadku Å›wiatÅ‚owodu sygnaÅ‚ jest przesyÅ‚any za pomocÄ… zer i jedynek, ale zamiast sygnaÅ‚u elektrycznego jest to fala Å›wiatÅ‚a z zakresu podczerwieni (niewidzialna dla wzroku).
– Informacja w Å›wiatÅ‚owodzie jest przesyÅ‚ana w sposób cyfrowy, to znaczy, że Å›wiatÅ‚o jest zakodowane, a każda informacja jest zamieniona na ciÄ…g zer i jedynek i przesyÅ‚ana z olbrzymiÄ… szybkoÅ›ciÄ…. Z drugiej strony znajduje siÄ™ urzÄ…dzenie elektroniczne, które przetwarza to na zmiany natężenia prÄ…du i odczytuje tÄ™ informacjÄ™. I to jest wÅ‚aÅ›nie przesyÅ‚ cyfrowy – wyjaÅ›nia prof. dr hab. inż. Leszek R. Jaroszewicz z WydziaÅ‚u Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej, czÅ‚onek korespondent PAN.
Przewód Å›wiatÅ‚owodowy skÅ‚ada siÄ™ z pÅ‚aszcza, wewnÄ…trz którego jest rdzeÅ„ wykonany najczęściej z kwarcu, oraz zewnÄ™trznej warstwy ochronnej, pokrytej polimerowÄ… powÅ‚okÄ…. Taka konstrukcja ma zapewnić, że Å›wiatÅ‚o, przewodzÄ…ce zapisanÄ… cyfrowo informacjÄ™, bÄ™dzie nieczuÅ‚e na wszelkie zewnÄ™trzne zaburzenia podczas wielokilometrowej transmisji i wzdÅ‚uż niezwykle krÄ™tej drogi.
– ÅšwiatÅ‚owód nie wyczerpaÅ‚ jeszcze swoich możliwoÅ›ci. Nieustannie testowane sÄ… nowe technologie wytwarzania bardzo skomplikowanych struktur antyrezonansowych, struktur z rdzeniem powietrznym, które można zastosować jako ekwiwalenty dla standardowych wÅ‚ókien Å›wiatÅ‚owodowych. Sam pojedynczy Å›wiatÅ‚owód wciąż ma też wystarczajÄ…cÄ… pojemność informacyjnÄ… do tego, żebyÅ›my mogli komunikować siÄ™ ze sobÄ… w czasie rzeczywistym czy prowadzić streaming wideo nawet w pakietach 4K – wskazuje dr inż. PaweÅ‚ Marć.
Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej pracujÄ… też nad nietelekomunikacyjnymi zastosowaniami Å›wiatÅ‚owodów. WykorzystujÄ… wÅ‚ókna optyczne – a szerzej mówiÄ…c, fotonikÄ™ Å›wiatÅ‚owodowÄ… – gÅ‚ównie jako czujniki do pomiaru zewnÄ™trznych pól fizycznych (temperatury, naprężenia, wilgotnoÅ›ci etc.), chemicznych, a nawet biologicznych. Każde takie rozwiÄ…zanie wymaga jednak „uczulenia” wÅ‚ókna Å›wiatÅ‚owodowego na dane czynniki. W tym celu naukowcy modyfikujÄ… budowÄ™ wÅ‚ókien i strukturÄ™ ich pokrycia (np. poprzez odpowiednie warstwy metaliczne, polimerowe, grafenowe). To w poÅ‚Ä…czeniu z zaawansowanymi technikami detekcji umożliwia wykrywanie wybranych czynników z bardzo duża precyzjÄ….
Jednym z takich nietelekomunikacyjnych zastosowaÅ„ Å›wiatÅ‚owodu, opracowanym przez badaczy z WAT, jest detekcja drgaÅ„ rotacyjnych. Pozwala ona badać zjawiska sejsmiczne towarzyszÄ…ce trzÄ™sieniom ziemi, rejestrować ruchy rotacyjne wysokich budowli czy też przewidywać tÄ…pniÄ™cia w kopalniach, których skutki mogÄ… być katastrofalne.
– TrzÄ™sienia ziemi i tÄ…pniÄ™cia w kopalniach można mierzyć za pomocÄ… tradycyjnych sejsmometrów. Natomiast w ukÅ‚adach Å›wiatÅ‚owodowych szukamy też możliwoÅ›ci odbioru rotacyjnych skÅ‚adowych takiego trzÄ™sienia ziemi. W przypadku takiego zjawiska – poza tym, że grunt drga fizycznie – może też wystÄ™pować skrÄ™cenie pÅ‚aszczyzny, w której to drganie siÄ™ odbywa. I tutaj wykorzystujemy interferometr w bardzo specyficznej konfiguracji optycznej. Mamy nadziejÄ™, że ten sposób pomiaru siÄ™ ugruntuje – mówi kierownik ZakÅ‚adu Technicznych ZastosowaÅ„ Fizyki na Wydziale Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej.
– W podobny sposób przewiduje siÄ™ także tÄ…pniÄ™cia w kopalniach, czyli osuniÄ™cie, zawalenie siÄ™ części korytarza. Kiedy ono wystÄ™puje, to w innych miejscach pojawiajÄ… siÄ™ naprężenia, od których rozchodzÄ… siÄ™ drgania. Te drgania majÄ… podobnÄ… charakterystykÄ™ jak drgania trzÄ™sieÅ„ ziemi. Można powiedzieć, że tÄ…pniÄ™cia w kopalniach to takie lokalne, bliskie trzÄ™sienia ziemi – dodaje prof. Leszek Jaroszewicz.
Efektem pracy naukowców z WAT jest Å›wiatÅ‚owodowy sejsmograf rotacyjny. To jedno z zaledwie dwóch takich urzÄ…dzeÅ„ na Å›wiecie.
– Drugie wytwarza firma iXblue z Francji – mówi czÅ‚onek korespondent PAN. – Natomiast w Polsce jeden z tych sejsmografów znajduje siÄ™ obecnie w podziemiach zamku Książ, w Obserwatorium Sejsmologicznym Polskiej Akademii Nauk. Niestety wycieczki turystyczne po zamku powodujÄ…, że nasze badania mogÄ… być prowadzone tylko w nocy. Druga lokalizacja to GÅ‚ówny Instytut Górnictwa w Katowicach, którego stanowiska badawcze pozwalajÄ… na monitorowanie zaburzeÅ„ wystÄ™pujÄ…cych w Å›lÄ…skim regionie górniczym.
Na bazie wÅ‚ókien Å›wiatÅ‚owodowych polskim badaczom udaÅ‚o siÄ™ skonstruować też m.in. platformÄ™ czujnikowÄ… do pomiaru mikroustrojów biologicznych, generator wirów optycznych dla potrzeb komputerów kwantowych i system pomiaru niebezpiecznych zwiÄ…zków w powietrzu (w tym np. Å›rodków bojowych). Jednym z ostatnich rozwiÄ…zaÅ„ – rozwijanych z myÅ›lÄ… o administracji rzÄ…dowej – jest z kolei kodowanie binarne dla zabezpieczeÅ„ antypodsÅ‚uchowych linii transmisyjnych.
– Od wielu lat rozwijana jest technika kodowania informacji po stronie nadawcy i odbiorcy. Tym, którzy chcÄ… nas podsÅ‚uchać i przeprowadzajÄ… np. ataki komputerowe, staramy siÄ™ to matematycznie utrudnić. Natomiast sam Å›wiatÅ‚owód nie jest chroniony. A zatem wiedzÄ…c, który Å›wiatÅ‚owód bÄ™dzie wykorzystywany przez nadawcÄ™ i odbiorcÄ™, można mechanicznie uzyskać do niego dostÄ™p, a nastÄ™pnie odebrać część sygnaÅ‚u, analizować ten sygnaÅ‚ optycznie i elektronicznie, a w koÅ„cu rozkodować przesyÅ‚anÄ… informacjÄ™. My natomiast budujemy ukÅ‚ad optoelektroniczny, który wykorzystamy do tego, aby przeciwdziaÅ‚ać tego typu atakom, bo teraz nie jesteÅ›my nawet w stanie ich wykryć – zapowiada dr inż. PaweÅ‚ Marć.
Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej byli gośćmi nowego formatu spotkaÅ„ Good Morning Science w ramach inicjatywy klubu Trend House, zaÅ‚ożonego przez FundacjÄ™ Venture Café Warsaw. MisjÄ… klubu jest Å‚Ä…czenie innowatorów i rozwiÄ…zywanie ważnych problemów spoÅ‚ecznych, ekonomicznych i technologicznych. Trend House obecnie liczy ponad 160 czÅ‚onków, w tym osobistoÅ›ci ze Å›wiata nauki, biznesu i ekosystemu innowacji.
