автореферат диссертации по истории, специальность ВАК РФ 07.00.10
диссертация на тему: История отечественной лазерной связи

Полный текст автореферата диссертации по теме "История отечественной лазерной связи"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ

На правах рукописи

ПЕТРОВА Елена Николаевна

ИСТОРИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВЯЗИ

Специальность: 07.00.10 - история науки п техники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Институте истории естествознания и техники им. С.И.Вавилова Российской Академии наук. Научный руководитель - д.т.н., проф. И.Н. Троицкий

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, проф. A.C. Беланов кандидат технических наук В.П. Борисов

Ведущее предприятие - Московский Технический Университет связи и информатики

Защита состоится "2" ноября 1995 г. в 15 часов на заседании Специализированного совета К 003.11.03 при ИИЕТ РАН по адресу: 103012, Москва, Старопанский пер. д. 1/5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института истории естествознания и техники РАН

Автореферат разослан "_"_

1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 003.11.03

кандидат технических наук

В.Р.Михеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одной из основных задач историко-научных исследований является изучение форм и методов научного познания, становления и развития отдельных научно-технических отраслей. Истори-ко-научный метод, который при этом используется, особенно актуален при анализе комплексных направлений, находящихся в процессе интенсивного развития и имеющих важное практическое значение. Только тщательно прослеживая весь ход развития таких областей техники, можно выявить главную линию этого процесса и указать на имеющиеся здесь узловые проблемы.

Лазерная связь составляет одну из таких комплексных областей техники, окончательно сформировавшуюся во второй половине XX в. Она приобретает все большую актуальность и является одним из главных направлений научно-технического прогресса.

Можно без преувеличения сказать, что приход оптоэлектронных систем и оптических кабелей связи на смену электрическим имеет такое же значение для науки и техники, какое в свое время имела замена вакуумных ламп транзисторными приборами.

Актуальность и необходимость, высокая технико-экономическая эффективность и фундаментальная практическая значимость применения волоконно-оптических линий связи (по сравнению с традиционными системами передачи информации) определяются прежде всего их способностью передавать большие потоки информации. Использование волоконных световодов вместо металлических проводников позволяет перейти в технике связи на оптические частоты, на несколько порядков превышающие частоты СВЧ диапазона, а увеличение частоты несущей расширяет диапазон пропускаемых системой связи полосы частот.

В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) при частоте оптической несущей порядка 1013 - 1014 Гц, ширина полосы пропускания потенциально может быть в 104 - 106 раз больше, чем в системах радиосвязи, использующих электромагнитные волны с частотами 10б - 109 Гц. Оптические системы передачи информации знаменуют собой возникновение принципиально нового направления в информатике и технике связи.

Проблема ВОЛС по своей общегосударственной значимости в настоящее время стоит на одной ступени с проблемами атомной энергетики и космической индустрии.

В настоящее время оптические кабели вышли из стадии опытных испытаний и вступили в стадию массового практического внедрения. В первую очередь они используются для устройства соединительных линий между городскими АТС, где они заменяют весьма металлоемкие кабели с медными жилами. Оптические линии получают широкое развитие на магистральных и зоновых сетях связи. Развитие оптических кабелей в технике связи (телевидении, видеотелефонии, передаче данных и др.) обусловлено большой пропускной способностью кабелей и их высокой помехозащищенностью.

Весьма перспективно применение оптических систем в кабельном телевидении, которое обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания индивидуальных абонентов. В этом случае обеспечивается заказная система приема и предоставляется возможность абонентам получать на экране своих телевизоров справочные данные из библиотек, учебных центров и др.

Проложены подводные магистрали оптической связи через Атлантический и Тихий океаны на тысячи каналов.

Получают дальнейшее развитие и усовершенствованные опто-электронные устройства, предназначенные для передачи и приема сигналов. Интегральная оптика позволяет упростить схемы линейных регенераторов приемо-передающей аппаратуры и обеспечить их надежность и экономичность.

Темпы развития волоконной техники и производства оптических кабелей на мировом рынке опережают темпы развития других отраслей техники и составляют 40% в год. Соответственно обширна и литература, посвященная лазерной связи, и, что главное, она очень быстро пополняется в связи с разработкой новых направлений в развитии волоконной оптики.

Материалы исследований. При проведении исследований были использованы источники трех видов.

Во-первых, труды по общей истории науки и техники, которые позволяют ознакомиться с общими принципами анализа исторического развития и дают методологию проведения историко-научных исследований.

Во-вторых, краткие исторические очерки в ряде монографий и учебников по данной области техники. Эти литературные источники содержат ряд отдельных моментов или коротких этапов развития исследования и практического применения лазерной связи и не раскрывают естественнонаучные предпосылки, лежащие в ее основе.

К третьему типу источников относится научная и техническая литература по данному вопросу.

Цель работы. Целью данной диссертационной работы является:

1. Отбор, систематизация и анализ фактов, отраженных в имеющемся материале. Обозначение границ периодов развития лазерной техники связи.

2. Анализ научно-технических предпосылок возникновения лазерной связи.

3. Историко-научный анализ развития лазерной связи за период ее существования.

4. Раскрытие роли развития лазерной связи в формировании нового информационного общества.

Научная новизна работы. Наряду с большим интересом к технике оптической связи наблюдается широкий интерес к истории ее развития и практического использования. Между тем, специальные исследования по истории данного вопроса в настоящее время пока не проводились. Отдельные сведения исторического характера дают, как правило, лишь исторические справки. В то же время, для того, чтобы обоснованно анализировать современный технический уровень лазерной связи и направления будущего ее развития, необходимо раскрыть частные и общие закономерности развития данной отрасли техники в прошлом.

В истории лазерной связи выделены три периода:

1. До 1964 г. Научно-технические предпосылки возникновения лазерной связи.

2. 1964-1970 гг. Лазерная связь в открытом пространстве и в световодных линиях.

3. С 1970 г. по настоящее время. Волоконно-оптические линии связи.

Разработанная периодизация развития лазерной связи как новой научно-технической отрасли основана на комплексной оценке параметров, определяющих состояние данной области техники. В качестве критерия для оценки исследуемых объектов взята пропускная способность систем связи.

В диссертационной работе подробно рассмотрена эволюция конструкций и характеристик различных лазерных систем связи, а также оптических волокон и кабелей.

Методы исследований. В соответствии с поставленными в научном исследовании задачами, наряду с основным методом - историко-научным анализом, в работе были использованы методы системного анализа, что позволило получить объективную информацию о рассматриваемой проблеме.

Применение методов системного анализа обусловлено представлением лазерной связи в качестве сложной комплексной системы.

Практическая значимость и реализация результатов. По теме исследования опубликовано 14 печатных работ.

Материалы данной диссертации были использованы в учебном процессе Московского Технического Университета Связи и Информатики (МТУСИ) в учебных курсах "Оптические системы передачи" и "Волоконно-оптические сети и каналы связи", а также могут быть полезны при создании обобщающих работ, касающихся истории лазерной связи, и в работе научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций при разработке прогнозов дальнейшего развития оптической связи.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили положительную оценку на следующих конференциях и семинарах: Семинар "Повышение эффективности и помехоустойчивости телевизионных систем" - Севастополь, 1993; XXXV Конференция аспирантов и молодых специалистов по истории естествознания и техники - Москва, ИИЕТ, 1993; Конференции профессорско-преподавательского состава - Москва, МТУСИ, 1993, 1994, 1995; Международная школа- семинар "The second International scientific school-

seminar, Dinamic and stochostic wave Phenomena" - Нижний Новгород, 1994; Всероссийская конференция "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи" - Пушкино, 1994; Международный Форум по Информатике -94, секция "Телеком, и выч. сист. связи" -Москва, 1994.

Структура диссертации. Диссертация изложена на_ страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Список литературы включает в себя_названий.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Впервые в истории отечественной науки и техники проведено всестороннее исследование развития отечественной лазерной связи от зарождения до наших дней. В научный оборот введено большое количество новых фактов, позволивших впервые связать воедино имеющиеся в значительной степени разнохарактерные сведения по предмету исследования.

2. Обоснованы принципы периодизации развития лазерной связи и выделены основные хронологические периоды.

3. В работе показано взаимодействие идей и методов, развивающихся в ряде фундаментальных наук с одной стороны, и конструктивных технических решений с другой, и их интеграция в рамках одного научно-технического направления - лазерная связь.

4. При исследовании развития лазерной связи документально доказано, что идея создания самофокусирующего волновода (селфока) принадлежит советским ученым и была выдвинута в 1951 г. A.JI. Микаэляном.

5. В диссертации проанализирована работа различных организаций по созданию отечественной лазерной связи. Показан при-

оритет коллектива ученых A.M. Прохорова, Б.М. Дианова и A.C. Бела-нова в исследовании дисперсионных свойств волокон и расчета структуры волновода с нулевой дисперсией и минимальными оптическими потерями.

6. Выявлена определяющая роль лазерной связи в формировании нового информационного общества в плане создания глобальных цифровых сетей. Обоснована необходимость интенсивного развития лазерной связи в России для интеграции ее в мировую информационную структуру.

Содержание диссертации по главам.

Во введении обоснован выбор темы исследований, ее актуальность и научная новизна, указаны цели и задачи диссертационной работы, формулируется практическая значимость полученных результатов и аргументирована композиция работы.

В первой главе рассмотрены методологические вопросы периодизации развития науки. Вопросы периодизации развития и практического использования отдельной области техники или науки имеют существенное значение. Правильное разделение периодов позволяет научно подойти к пониманию эволюции науки и техники, способствует формированию научно-обоснованных выводов историко-научного исследования. При проведении периодизации развития науки и техники в целом или развития отдельных областей, как, например, лазерная связь, необходимо выявить те характерные для каждого конкретного случая закономерности, которые должны лечь в ее основу. Периодизация опирается на специфику данного объекта и не может быть произвольной или одинаковой для различных областей науки и техники. При этом главная задача заключается в том, чтобы взять в качестве основания для деления на периоды параметры, характеризующие внут-

реннюю логику и закономерности развития объекта исследования. Следует также учитывать и те общие моменты на каждом этапе развития, которые служат фоном для данной конкретной области исследования. С этой целью необходимо учитывать, во-первых, степень проникновения фундаментальной науки в изучаемую область техники и, во-вторых, общую тенденцию развития техники и технологии в выбранной области исследования. В существующей научной и популярной литературе отсутствует полный анализ развития лазерной связи, поэтому предложенная в данной работе периодизация является первым опытом в рассмотрении данного вопроса. На основании изучения литературных источников, архивного поиска и свидетельств очевидцев и участников событий составлена хронологическая таблица.

В диссертации была произведена комплексная оценка развития лазерных систем связи, основанная на выделении и наблюдении за динамикой изменения основных параметров, определяющих состояние данной области техники. Среди этих параметров выделены два основных: максимально возможная скорость передачи и максимальная длина участка регенерации, значения которых могут служить показателями качества системы связи. Сделан вывод, что в истории лазерной связи имеет место революционно-эволюционное развитие, при котором периоды плавного роста показателя качества сменяются скачками, характеризующими границы периодов. Таким образом, в развитии лазерной связи можно выделить три основных периода:

1. до 1964 г. - научно-технические предпосылки возникновения лазерной связи.

2. 1964-1970 гг. - лазерная связь в открытом пространстве и в све-товодных линиях.

3. С 1970 г. по настоящее время - волоконно-оптические линии связи.

В главе 2 рассматриваются предпосылки возникновения лазерной связи до 1964 г. В диссертации анализируется история идеи и средств оптической связи с древнейших времен до середины нашего века в кратком рассмотрении. Оптическая связь, наряду с акустической (звуковой), - один из самых древних видов передачи информации. Отметим, что одна из первых оптических линий связи была создана в 1791-1794 гг. во Франции и оборудована телеграфом Шаппа. В 1794 г. русский изобретатель И.П. Кулибин представил Российской Академии наук свое изобретение - "семафорный телеграф". Он создал также код для передачи букв. Дальнейшее развитие оптических систем связи обусловлено прежде всего развитием технической оптики и оптического производства. В работе рассмотрены оптические приборы А. Манжена, А. Белла, Г. Симона, Ф. Шретера и др.

В настоящее время среди нескольких новых подходов к созданию будущих информационных систем важное место принадлежит опто-электронике. Оптоэлектронику, по аналогии с электроникой, можно определить как раздел науки и техники, в котором изучаются как оптические, так и электронные явления в веществе, их взаимные связи и преобразования. Основой любой оптоэлектронной системы являются: излучатель, преобразующий электрический сигнал возбуждения в сигнал оптического излучения, фотоприемник, осуществляющий обратное преобразование световых сигналов в электрические импульсы и световод. В диссертации дано подробное рассмотрение эволюции этих устройств и их применения. Толчком к созданию фотоэлектрических приемников послужило открытие У. Смитом в 1873 г. явления внутреннего фотоэффекта. В течение последующих лет лаборатории мира занимались исследованием фотопроводимости и связанными с ней явлениями. К 1927 г. было написано около 1500 статей и выдано более 100

патентов, посвященных вопросам фоточувствительности. Явление внешнего фотоэффекта было открыто немецким физиком Г. Герцем в 1887 г. Основные опыты, в результате которых были открыты законы внешнего фотоэффекта, были впервые осуществлены в 1888 г. русским физиком А. Г. Столетовым. Замечательные исследования по теории фотоэлектрического эффекта провел русский ученый А.Ф. Иоффе в 1913 г. Использование явления вторичной электронной эмиссии для многокаскадного усиления тока внутри фотоэлемента привело к созданию в 1930 г. нового фотоприемника, получившего название фотоумножителя. Впервые фотоумножитель с фокусировкой магнитным полем был построен в 1930 г. в СССР JI.A. Кубецким. Наличие посторонних примесей в полупроводниках начала века, сложность их квантовой структуры никак не позволяли получить четкие закономерности внутреннего фотоэффекта. И все-таки спустя более чем четыре десятилетия после обнаружения внутреннего фотоэффекта на его основе были созданы промышленные фотоприемники - селеновые и меднозакисные фоторезисторы. Важность фоторезисторного этапа в истории фотоэлектроники заключается и в том, что были развиты основы теории внутреннего фотоэффекта применительно к сложным многоуровневым квантовым системам, выявлены области возможного применения фотоприемников. Первый полупроводниковый фотодиод был создан в 1950 г. В настоящее время в волоконно-оптических системах связи применяют два типа фотодиодов: p-i-n фотодиоды и лавинные фотодиоды (ЛФД).

Дальнейшее развитие техники связи связано с освоением принципиально новой элементной базы, основанной на достижениях лазерной физики. Вынужденное излучение, лежащее в основе принципа работы лазера было предсказано А.Энштейном в 1916 г. Датой рождения квантовой электроники ( области физики и техники, связанной с разра-

боткой методов генерации и усиления электромагнитных волн с помощью процесса вынужденного излучения) считается 1954 г., когда был создан Н.Г. Басовым A.M. Прохоровым (СССР) и независимо Дж. Гордоном, X. Цейгером и Ч. Таунсом (США) квантовый генератор - мазер. Основы теории генерации и усиления путем вынужденного излучения в субмиллиметровом и оптическом диапазоне были заложены в 1958 - 1960 гг. группой ученых СССР и США (А.М.Прохоров, Н.Г.Басов, Ч.Таунс, А.Шавлов и др.). Первая идея резонатора открытого типа была высказана А.М.Прохоровым (СССР) и Р. Дике (США) в 1958 г., а полупроводникового квантового генератора предложена в 1959 г. Н.Г.Басовым, Б.М.Вулом и Ю.М.Поповым. Первый образец лазера на рубине был создан в 1960 г. Т. Мейманом (США). Вскоре после этого осенью 1960 г., А. Джавану, В. Бенету, Д. Эрриоту (США) удалось получить генерацию за счет индуцированного излучения в газовом разряде (газовый лазер). За несколько лет до этого в СССР и США высказывались соображения и делались попытки осуществления состояния с отрицательным коэффициентом поглощения в газах. В работе В.А.Фабриканта и Ф.А.Бутаевой в 1957 г. содержалась как сама идея, так и изложение основ теории оптических усилителей путем индуцированного излучения в газовом разряде. Будь эта работа опубликована фазу же в каком-либо из центральных периодических изданий, она несомненно оказалась бы полезной при создании газовых лазеров. В 1964 г. советские ученые А.М.Прохоров и Н.Г.Басов и американский ученый Ч.Таунс были удостоены Нобелевской премии по физике за фундаментальные исследования в области квантовой электроники. Первый ин-жекционный лазер с двойной гетероструктурой получен группой Ж.И.Алферова в 1969 г. в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе в Ленинграде. Лазеры с зарощенной гетероструктурой по-

зволяют получить генерацию на одной моде, обладают лучшей временной стабильностью и повышенной линейностью мощности выходного излучения. В связи с этим они становятся наиболее перспективными для волоконно-оптической связи, несмотря на технологические трудности, возникающие при их изготовлении.

В истории развития световодной техники - волоконной оптики можно проследить несколько этапов и направлений: 1) приборостроение на основе полых световодов - световоды В.Н. Чиколева (1860-1974 гг.); 2) прозрачные одножильные безоболочные световоды для передачи излучения (Р. Вуд 1905 г., У. Браг 1930 г., А.М. Халфин 1936 г.); 3) волоконная оптика как регулярный жгут прозрачных волокон - световодов, каждый из которых имеет свою светоизолирующую оболочку (начало развития с 1927 г. А. Барт (Англия), В. Ханзел (США), 1951 г. Ван Хнлл и Н. Капани (Англия), начало технологической реализации - примерно 1960 г.). Большой заслугой советских ученых В.Б. Вейнберга, Д.К. Саттарова и американского Н. Капани является разработка ими независимо друг от друга в 1959 - 1961 гг. технологии изготовления многожильных световодов.

Началом современного этапа развития волоконной оптики следует считать 1961 г. - год технологической реализации первых волоконных элементов с приемлемыми для использования в приборостроении характеристиками. Кроме того, необходимо отметить две заметные вехи на пути создания передающей среды для оптической связи. В 1951 г. А.Л. Микаэлян предложил диэлектрические самофокусирующие волноводы - селфоки. Второй вехой являлось изготовление и исследование селфока в виде стекловолокна в оптическом диапазоне в 1969 г. Изучение научно-технических предпосылок лазерной связи показывает,

что различные элементы технических и технологических решений, используемых в этой области техники, предлагались еще в середине прошлого века, причем как независимо от идей оптической связи, так и для целей передачи сообщений с помощью света.

К 70-м годам прошлого столетия уже существовали зачатки элементов оптической связи: технология вытяжки стеклянного волокна, опыты по распространению света в полых и сплошных световодах, реализация системы оптической связи с прямолинейным распространением света в свободном пространстве. Однако все эти направления существовали разрозненно и развивались независимо друг от друга.

К концу 20-х гг. XX в. были заложены теоретические основы явлений распространения света и распространения высокочастотных колебаний по диэлектрическим волноводам.

В 30-е гг. возникла теория СВЧ-электроники и начались прикладные работы по ИК-технике, а к началу 50-х гг. уже были разработаны генераторы и усилители СВЧ-электроники. С 1950 г. начинаются непосредственные разработки волокон для передачи информации при помощи света в приборостроении, а также фундаментальные исследования в области квантовой электроники.

Период с 1950 г. до 1960 г. ознаменовался появлением новой области техники - волоконной оптики. В то время она нашла широкое применение в приборостроении. Вместе с тем были заложены теоретические и технологические основы для возникновения в последующем принципиально нового раздела волоконной оптики - получение волокон с малыми потерями для целей связи.

Создание полупроводникового лазера в 1960 г. явилось недостающим звеном для реализации систем оптической связи на основе достижений предыдущего периода. Кроме того, создание лазера стимули-

ровало прогресс в поиске технологии получения волокон с малым затуханием для реальных систем связи.

Период 60-х гг. насыщен многосторонним плодотворным взаимодействием между различными областями науки и техники, благодаря которым стала возможной лазерная связь. В эти годы слились воедино несколько направлений исследований и практических разработок: создание полупроводниковых источников и приемников оптического излучения, разработка технологии получения волокон с малыми потерями.

Можно с уверенностью сделать вывод, что появление в различных областях науки и техники работ, ставших впоследствии определяющими в развитии систем лазерной связи, было не случайно. Их объединяет стремление ученых из разных стран освоить новый диапазон частот, который существенно расширяет возможности систем связи.

В главе 3 был рассмотрен период в развитии лазерной связи с 1964 г. по 1970 г. В этот период предметом исследований были открытые оптические системы связи. В качестве источника излучения использовались газовые гелий-неоновые лазеры (длина волны в свободном пространстве 0,63 мкм, частота 4,7 1014 Гц). Этот тип лазера получил широкое распространение. Весной 1964 г. начались совместные работы ЦНИИС с Рязанским институтом газоразрядных приборов. К осени 1964 г. были созданы первые образцы лазеров, пригодных для эксплуатации на линиях связи. В середине 1965 г. была продемонстрирована опытная лазерная установка для передачи телевизионного сигнала (МГУ-Зубовская пл.).

Работы по созданию лазерных линий связи для испытаний в различных климатических условиях продолжались. В работах прини-

мали участие, совместно с отделом А.Г. Мурадяна (ЦНИИС), научные коллективы других предприятий - Красногорский оптико-механический завод, Институты электронной промышленности, государственный оптический институт им. С.М. Вавилова (ГОИ), Ленинградский институт автоматики и телемеханики.

Совершенствование лазеров и успехи в технике приема оптических сигналов в 1965-1966 гг. активизировали исследования влияния не-однородностей показателя преломления атмосферы на распространение пучков лазерного излучения.

За период с 1965 г. по 1977 г. опубликовано более 400 отечественных и зарубежных работ, посвященных вопросам изучения параметров слабых и сильных флуктуаций, их статистических характеристик, влияния флуктуаций коэффициента поглощения и др.

Методы передачи оптического излучения, рассмотренные выше, не смогли устранить основную трудность использования оптического диапазона в наземных системах связи. В условиях сильного дождя, снега или тумана такая система оказывалась неработоспособной, поэтому открытые оптические системы связи получили ограниченное узкоспециальное применение (в частности, для организации связи с подвижными объектами в лазерных системах связи для ближнего космоса).

В 1967 г. было решено начать совместные работы ЦНИИС, НПО "Дальняя связь" (НПО ДС) и ИРЭ АН СССР по созданию на двух полигонах, во Фрязино и в Митькино (Московской области), экспериментальных подземных световодных линий.

В результате на полигоне ИРЭ во Фрязино были проложены две линии. В одной из них исследовались линзовые корректоры, в другой - зеркальные. На полигоне ЦНИИС в Митькино также были соору-

жены две световодные линии общей протяженностью 2 км, с газовыми линзами и зеркальными корректорами.

Однако такие световоды оказались дорогостоящими, требовали сложных методов прокладки в грунт. Поэтому они не нашли практического применения в системах связи.

Проводимые в 60-х годах исследования в других областях по распространению световых лучей вдоль диэлектрических волокон, привели к появлению исключительно многообещающего направления. Успехи в данной области были обеспечены, главным образом, появлением оптических волокон с низкими потерями, что стало решающим фактором в создании современных оптических линий связи. Работы К.С.Као и Дж.А.Хокэма (Англия), опубликованные в 1966 г., показали возможность применения оптического волокна в целях связи.

Это придало второе дыхание, после появления лазеров, широкому распространению оптической связи и дало толчок многочисленным исследованиям с целью создания систем передачи информации по волоконным световодам.

В главе 4 приведена история ВОЛС и перспективы их дальнейшего развития. С 1975г. технология световодной связи развивалась исключительно быстрыми темпами. Она совершенствовалась по мере того, как ученые преодолевали стоящие перед ними препятствия, создавали новые системы, способные быстрее и в больших объемах передавать информацию на все более далекие расстояния. За двадцать последних лет в результате непрерывного прогресса появилось четыре поколения систем световодной связи, каждое из которых было существенным шагом вперед по сравнению с предыдущим.

Первое поколение систем световодной связи было разработано примерно в 1975 г. Уже тогда эти системы могли передавать намного

больше информации, чем кабельные и волноводные линии связи. В первых световодных линиях связи в 1975 г. в качестве передатчика использовались светоизлучающие диоды, которые генерировали излучение на длине волны 0,85 мкм.

Качество системы связи можно характеризовать пропускной способностью, которая определяется как произведение максимальной возможной скорости передачи на максимальную длину связи (участок линии связи без повторителей). В 1981 г. один миллиард битов (один Гбит) можно было передать за одну секунду по системе длиной 10 км. Пропускная способность такой системы составляла примерно 10 Гбит км/с.

В течение следующих пяти лет появилось второе поколение систем световодной связи, пропускная способность которых увеличилась до 50 Гбит км/с на длине волны 1,3 мкм. Переход на такую длину волны уменьшил ослабление сигналов в волокне, поскольку кварцевое стекло гораздо более прозрачно на длине волны 1,3 мкм, чем на 0,87 мкм.

Примерно в 1989 г. в ИОФАНе была разработана технология изготовления световодов с повышенной однородностью кварцевого стекла, на смену двум предыдущим пришли системы связи третьего поколения. Новые волокна обладали малым поглощением света в диапазоне длин волн от 1,2 до 1,6 мкм. Также был уменьшен размер сердцевины световода и создан так называемый одномодовый световод, в котором существенно уменьшается дисперсионное "расплывание" сигнала. В настоящее время в нашей стране осваивается промышленное производство электрооптических элементов и оптического кабеля, работающих в на длине волны 1,55 мкм.

Четвертое (перспективное) поколение основано на новейших системах. Во-первых, перспективно использование частотного разделения каналов, которое заключается в том, что в световод одновременно вводится излучение от нескольких источников, работающих на разных частотах, а на приемном конце с помощью оптических фильтров происходит разделение сигналов. Во-вторых, за последнее время появилось новое направление в развитии волоконной техники - использование среднего инфракрасного диапазона длин волн 2...10 мкм. Ожидается, что потери в этом диапазоне не будут превышать 0,02 дБ/км. Это позволит осуществить связь на большие расстояния и обеспечить участки регенерации длиной до 1000 км. В-третьих, решающий прогресс был достигнут в результате разработки усилителя на волокне, легированном эрбием (ЭВУ). Применение встроенных в волоконную линию ЭВУ позволяет довести длину без регенерационного участка систем связи до сотен и тысяч километров. В-четвертых, разработка средств связи, использующих нелинейные свойства оптических волокон с целью создания соли-тонного режима распространения.

К сожалению, в то время как развитие кабельных сетей США и стран Западной Европы характеризуется широким внедрением оптических кабелей, в нашей стране строительство линий связи на оптических кабелях (ОК) только начинается. Следует отметить, что условия внедрения ОК в России, США и странах Западной Европы различны: широкое распространение ОК В США и странах Западной Европы стало следствием сплошной телефонизации и необходимости создания широкополосных кабельных линий для обеспечения населения и экономики новыми информационными услугами.

В России задача телефонизации страны еще не решена, кроме того, телефонизация распространяется и на отдельные малонаселенные и

сильно удаленные пункты с ограниченной потребностью в каналах связи, но, не смотря на это, использование оптического кабеля является наиболее дешевым решением задачи. Кроме того, цифровизация сетей, необходимость расширения информационных служб увеличивают потребность в широкополосных линиях, расширяя, тем самым, области эффективного применения ОК.

В заключении кратко сформулированы основные положения диссертационной работы. Определена сложная комплексная структура современной системы связи, включающей в себя ВОЛС и ее влияние на научно-технический прогресс. Сделан вывод о том, что в ближайшие годы наибольшую выгоду от использования ОК в нашей стране можно получить на междугородних и международных линиях связи и, в частности на Транссибирской (ТСЛ) и Трансевропейской (ТЕЛ) линиях. Таким образом Россия не может оставаться в стороне от внедрения оптических технологий без риска существенных научных и экономических потерь.

В результате были получены следующие выводы:

1. Впервые в истории отечественной науки и техники проведено всестороннее исследование развития отечественной лазерной связи от зарождения до наших дней. В научный оборот введено большое количество новых фактов, позволивших впервые связать воедино имеющиеся в значительной степени разнохарактерные сведения по предмету исследования.

2. Обоснованы принципы периодизации развития лазерной связи и выделены основные хронологические периоды:

I период - до 1964 гг. - научно-технические предпосылки возникновения лазерной связи. II период - 1964-1970 гг. - лазерная связь в открытом пространстве и в световодных линиях. III период с 1970г. по настоящее время - волоконно-оптические линии связи.

3. В работе показано взаимодействие идей и методов, развивающихся в ряде фундаментальных наук с одной стороны, и конструктивных технических решений с другой, и их интеграция в рамках одного научно-технического направления - лазерная связь.

4. Показано, что развитие техники связи, сопровождавшееся десятикратным повышением частоты приемопередающих устройств каждые шесть лет, к середине XX в. замедлилось при подходе к субмиллиметровому диапазону, а потом и вовсе остановилось. Только создание в 1960 г. источника излучения принципиально нового типа - лазера дало толчок к выходу техники связи из состояния застоя и привело к разработке открытых и световодных линий связи (II период).

5. Приведенный в работе анализ показывает, что системы лазерной связи, разрабатываемые в течении второго периода, имели

серьезные недостатки. Открытые системы связи были сильно подвержены влиянию метеорологических условий и не обеспечивали требуемой надежности связи. Световодные же линии были дорогостоящими и требовали сложных методов прокладки в грунт. Выход из сложившейся ситуации был найден на пути создания оптического волокна с уровнем потерь, пригодным для создания линий связи (1970 г.). Это событие ознаменовало собой начало нового этапа в развитии лазерной связи -волоконно-оптического.

6. Недостаточно быстрое внедрение техники лазерной связи в России обусловлено тем, что не была решена задача производства отечественного высококачественного оптического волокна. В ближайшие годы наибольшую выгоду от использования OK в нашей стране можно получить на междугородних и международных линиях связи.

7. При исследовании развития лазерной связи документально доказано, что идея создания самофокусирующего волновода (селфока) принадлежит советским ученым и была выдвинута в 1951 г. A.JI. Микаэляном.

8. В диссертации проанализирована работа различных организаций по созданию отечественной лазерной связи. Выявлен приоритет коллектива ученых A.M. Прохорова, Е.М. Дианова и A.C. Беланова в исследовании дисперсионных свойств волокон и расчета структуры волновода с нулевой дисперсией и минимальными оптическими потерями.

9. Выявлена определяющая роль лазерной связи в формировании нового информационного общества в плане создания глобальных цифровых сетей. Обоснована необходимость интенсивного развития лазерной связи в России для интеграции ее в мировую информационную структуру.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Троицкий И.Н., Дровенников И.С., Петрова Е.Н. От оптимальной обработки информации к оптимальной обработке знаний. -М.: Электросвязь, № 10, 1992.

2. Петрова Е.Н. Возникновение и развитие лазерной техники связи. -М.: деп. ЦНТИ "Информсвязь", № 1968-СВ 93 от 26.05.93. С.66-81.

3. Петрова Е.Н. К вопросу о применении адаптивного метода при статистическом анализе публикации. -М.: деп. ЦНТИ "Информсвязь", № 2002-СВ 94 от 15.06.94. С.31-63.

4. Петрова Е.Н. Страницы истории становления лазерной связи. -М.: Электросвязь, № 11, 1994.

5. Петрова Е.Н. Основные вехи в становлении и развитии техники лазерной связи. Тезисы докл. конф. Повышение эффективности и помехоустойчивости телевизионных систем. -Севастополь, 1993.

6. Петрова Е.Н. Возникновение и становление лазерной техники связи. Тезисы докл. конф. -М.: МТУСИ, 1993.

7. Петрова Е.Н. История становления оптической связи. Тезисы докл. XXXV конф. аспирантов и молодых специалистов по истории естествознания и техники, -М.: ИИЕТ РАН, 1993.

8. Петрова Е.Н. Многоканальная оптическая связь и основные этапы ее развития. Тезисы докл. конф. -М.: МТУСИ, 1994.

9. Petrova E.N. Optical Fiber Waveguides: Directions of Further Development. Тезисы докл. конф. The second International scientific school-seminar. Dynamic and stochostic wave Phenomena. -Нижний Новгород, 1994.

10. Петрова E.H. Некоторые аспекты истории цифровых лазерных систем связи.Тезисы докл. конф. Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи. -Пушкино, 1994.

11. Петрова E.H. История развития лазерной связи. Тезисы докл. Международный Форум по Информатике -94, секция "Телеком, и выч. сист.связи", -М., 1994.

12. Петрова E.H. История развития лазерной техники связи. В сб. ИИЕТ РАН История науки и техники под ред. А.И. Володарского. -М., 1995.

13. Петрова E.H. История создания глобального кольца волоконно-оптической связи. Тезисы докл. конф. -М.: МТУСИ, 1995.

14. Петрова E.H. Информационное общество и глобальное кольцо волоконно-оптической связи. -М.: деп. ЦНТИ "Информсвязь", №. 2053-СВ 95 от 8.06.95. С. 16-20.