Թելքաօպտիկական կապ

Թելքաօպտիկական կապ, օպտիկաթելքային կապ, տեղեկության փոխանցման եղանակ, որը որպես տեղեկատվական ազդանշանի կրիչ օգտագործում է օպտիկական տիրույթի (մոտակա ինֆրակարմիր) էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը, իսկ որպես ուղորդող համակարգեր՝ թելքաօպտիկական մալուխներ։ Բարձր հաճախության և մուլտիպլեքսավորման լայն հնարավորությունների շնորհիվ թելքաօպտիկական գծերի թողունակությունը բազմակի անգամ գերազանցում է կապի բոլոր այլ միջոցների թողունակության հնարավորությունը և կարող է չափվել վայրկյան/տերաբիթներով։ Օպտիկական թելքում լույսի փոքր մարումը թույլ է տալիս կիրառել թելքաօպտիկական կապը զգալի հեռավորության վրա առանց ուժեղարարների օգտագործման։ Թելքաօպտիկական կապը զերծ է էլեկտրամագնիսական խանգարումներից և դժվարամատչելի է չարտոնված օգտագործման համար. աննկատ որսալ ազդանշանը, որը հաղորդվում է օպտիկական մալուխի միջոցով, տեխնիկապես բավական բարդ է։


== Ֆիզիկական հիմք ==
Թելքաօպտիկական կապը հիմնված է էլեկտրամագնիսական ալիքների ներքին լրիվ անդրադարձման երևույթի վրա, որը տեղի է ունենում բեկման տարբեր ցուցիչներ ունեցող դիէլեկտրիկների բաժանման սահմանին։ Օպտիկական թելքը բաղկացած է երկու տարրից՝ միջուկից, որն անմիջական լուսատարն է, և պարուտակից (պատյանից)։ Միջուկի բեկման ցուցիչը մի փոքր ավելի բարձր է, քան պարուտակի բեկման ցուցիչը, ինչի շնորհիվ լույսի ճառագայթը, միջուկ-պարուտակ սահմանին բազմաթիվ անդրադարձումներ ունենալով, տարածվում է միջուկում՝ առանց դրանից դուրս գալու։


== Օգտագործում ==
Թելքաօպտիկական կապն ավելի ու ավելի լայն կիրառում է գտնում տարբեր բնագավառներում՝ սկսած համակարգիչներից և տիեզերային, ինքնաթիռային և նավային բորտ համակարգերը, մինչև երկար հեռավորությունների վրա տեղեկության փոխանցման համակարգեր, օրինակ, ներկայումս գործում է թելքաօպտիկական կապի գիծ Արևմտյան Եվրոպա-Ճապոնիա, որի  մեծ մասն անցնում է Ռուսաստանի տարածքով։ Բացի այդ, մեծանում է մայրցամաքների միջև ստորջրյա թելքաօպտիկական կապի գծերի ընդհանուր երկարությունը։
Թելքն ամեն տանը (Fiber to the premises, FTTP կամ Fiber to the home, FTTH) եզրույթ է, որն օգտագործվում է համացանցային ծառայությունների մատակարարների կողմից լայնաշերտ հեռահաղորդակցային համակարգերը նշելու համար, որոնք հիմնված են թելքային կապուղու անցկացման և վերջնական օգտվողի տարածքում օպտիկական տերմինալային սարքավորումների տեղադրման միջոցով դրա վերջացման վրա՝ հեռահաղորդակցային ծառայությունների համալիր մատուցելու համար, որը ներառում է.

բարձրարագ համացանց.
հեռախոսային կապի ծառայություններ.
հեռուստատեսության ընդունման ծառայություններ։Օպտիկաթելքային տեխնոլոգիայի օգտագործման ինքնարժեքը նվազում է, ինչն այդ ծառայությունն ավելի մրցունակ է դարձնում ավանդական ծառայությունների համեմատ։


== Պատմություն ==
Մեծ հեռավորությունների վրա տվյալների փոխանցման համակարգերի պատմությունը պետք է սկսել հնությունից, երբ մարդիկ ծխի ազդանշաններ էին օգտագործում։ Այդ ժամանակվանից ի վեր այս համակարգերը կտրուկ բարելավվել են. սկզբում հայտնվել է հեռագիրը, այնուհետև՝ համառանցք մալուխը։ Իրենց զարգացման ընթացքում այս համակարգերը վաղ թե ուշ բախվեցին հիմնարար սահմանափակումների. էլեկտրական համակարգերի համար դա ազդանշանի մարման երևույթն է որոշակի հեռավորության վրա, գերբարձրահաճախական (ԳԲՀ) համակարգերի համար դա կրող հաճաությունն է։ Այդ պատճառով շարունակվում էին սկզբունքորեն նոր համակարգերի որոնումները, և 20-րդ դարի երկրորդ կեսին լուծումկ գտնվեց. պարզվեց, որ լույսի միջոցով ազդանշանի փոխանցումը շատ ավելի արդյունավետ է, քան թե էլեկտրական, թե՛ միկրոալիքային ազդանշանները։
1966 թվականին Չարլզ Կաոն և Հոքհեմը STC լաբորատորիայում (STL) ներկայացրին սովորական ապակուց պատրաստված օպտիկական թելեր, որոնք ունեին բարձր մարում (1000 դԲ/կմ)՝ իրենց մեջ պարունակվող խառնուկների պատճառով, և որոնք կարելի էր հեռացնել։ Պղնձե համառանցք մալուխի համար մարումն այն ժամանակ կազմում էր ընդամենը 5-10 դԲ/կմ։
Տվյալների  փոխանցման օպտիկական համակարգերի մշակման մեջ կային երկու համընդհանուր խնդիր՝ լույսի աղբյուրը և ազդանշանի կրիչը։ Առաջինը լուծվեց 1960 թվականին լազերների գյուտով, երկրորդը՝ 1970 թվականին բարձրորակ օպտիկական մալուխների հայտնվելով։ Դա Corning Incorporated-ի մշակումն էր։ Այդ մալուխներում մարումը կազմում էր մոտ 20 դԲ/կմ, ինչը միանգամայն ընդունելի էր հեռահաղորդակցության համակարգերում ազդանշանի փոխանցման համար։ Նույն ժամանակ մշակվել էին բավականին սեղմ կիսահաղորդչային GaAs-լազերներ։
1975-1980 թվականներին ինտենսիվ հետազոտություններից հետո ստեղծվեց առաջին առևտրային թելքաօպտիկական համակարգը, որն աշխատում էր լույսի 0,8 մկմ ալիքի երկարությամբ և օգտագործում էր գալիումի արսենիդի (GaAs)  հիման վրա ստեղծված կիսահաղորդչային լազեր։ Առաջին սերնդի համակարգերի բիթային արագությունը 45 Մբիթ/վ էր, կրկնիչների միջև հեռավորությունը՝ 10 կմ։
1977 թվականի ապրիլի 22-ին Լոնգ Բիչում, Կալիֆոռնիայի նահանգ, General Telephone and Electronics ընկերությունն առաջինն էր, որ օգտագործեց օպտիկական կապը՝ 6 Մբիթ/վ արագությամբ հեռախոսային տրաֆիկ փոխանցելու համար։
Թելքաօպտիկական համակարգերի երկրորդ սերունդը մշակվել էր առևտրային օգտագործման համար 1980-ականների սկզբին։ Դրանք գործում են InGaAsP լազերներից արձակվող  1,3 մկմ ալիքի երկարությամբ լույսով։ Սակայն նման համակարգերը դեռևս սահմանափակ էին անցուղում տեղի ունեցող ցրման պատճառով։ Բայց արդեն 1987 թվականին այս համակարգերը գործում էին մինչև 1,7 Գբիթ/վ արագությամբ և կրկնիչների միջև 50 կմ հեռավորությամբ։
ԽՍՀՄ-ում առաջին թելքաօպտիկական կապի գծերից մեկը տեղադրվել է Կոնակովոյի ԿԷԿ-ի պեհաշվարկման կենտրոնում։ Ավելի ուշ՝ 1988 թվականի հունվարին, շահագործման է հանձնվել թելքաօպտիկական կապի գիծը, որը ստեղծվել է ԽՍՀՄ-ի և ԳԴՀ-ի միջև միջկառավարական համաձայնագրի շրջանակներում։
Աշխարհի առաջին անդրօվկիանոսային թելքաօպտիկական կապի գծի անցկացումն ավարտվել է 1988 թվականին (Ճապոնիայի և ԱՄՆ-ի միջև), դրա երկարությունը կազեց մոտ 10 հազար կիլոմետր։ Առաջին անդրատլանտյան հեռախոսային օպտիկական մալուխը (TAT-8) շահագործման է հանձնվել նույնպես 1988 թվականին։ Դրա հիմքում ընկած էր Էմանուել Դեսուրվիրի կողմից լավարկված լազերային ուժեղացման տեխնոլոգիան։ TAT-8-ը մշակվում էր որպես առաջին ստորջրյա թելքաօպտիկական մալուխ ԱՄՆ-ի և Եվրոպայի միջև։
Ալիքային մուլտիպլեքսավորման համակարգերի մշակումը հնարավորություն տվեց մի քանի անգամ մեծացնել տվյալների փոխանցման արագությունը մեկ թելքով, այդպիսով 2003 թվականին կապուղիների սպեկտրային խտացման տեխնոլոգիայի կիրառման ժամանակ փոխանցման արագությունը հասավ 10,92 Տբիթ/վ (273 օպտիկական կապուղի՝ յուրաքանչյուրը 40 Գբիթ/վ արագությամբ)։ 2009 թվականին Բելլի լաբորատորիային՝ մուլտիպլեքսավորելով 100 Գբիտ/վ արագությամբ 155 կապուղի, հաջողվեց փոխանցել տվյալները 15,5 Տբիթ/վ արագությամբ 7000 կմ հեռավորության վրա։ 2013-ին Բելլի լաբորատորիայի գիտնականները փորձարկեցին աղմուկախլացման տեխնոլոգիա, որը թույլ է տալիս առանց ազդանշանի կրկնիչների մեկ վայրկյանում 400 Գբիտ փոխանցել օպտոթելքով ավելի քան 12800 կմ հեռավորության վրա։


== Օպտիկական թելքերի միացումը ==
ԹՕԿԳ կառուցման ընթացքում կարևոր խնդիր է հանդիսանում առանձին տարրերի՝ լուսատարների, ճառագայթման աղբյուրների, ընդունիչների միացումը մեկ ընդհանուր համակարգում։ Միացումները պիտի լինեն հուսալի, ունենան նվազագույն կորուստներ և ազդանշանի նվազագույն աղավաղումներ։ Միացումները կարող են լինել կցանային և ոչ կցանային։ Ոչ կցանային են կոչվում այն միացումները, որոնց օգնությամբ երկու թելք կամ մալուխ մեկ անգամ անշարժ կցվում են միմյանց։ Կցանային միացումները հնարավորություն են տալիս բազմակի միացնել և անջատել թելքերը և պարունակում են որոշակի մեխանիզմներ՝ կցաններ։ Դրանք կիրառվում են լուսատարները ճառագայթման աղբյուրների և ընդունիչների հետ միացնելու, շարքից դուրս գալու դեպքում լուսատարների փոխարինման, հսկիչ-չափիչ սարքերի միացման և այլ նպատակների համար։ Ոչ կցանային միացումները չպիտի նվազեցնեն կապի գծի մեխանիկական ամրությունը։ Կորուստները ժամանակակից ոչ կցանային միացումներում չեն գերազանցում տասնորդական դեցիբելները։ Միացման եղանակը կախված է միացվող թելքերի կամ մալուխների տեսակից, սակայն միացման եղանակը հիմնականում բաղկացած է հետևյալ գործողություններից.

մալուխների և թելքերի պաշտպանիչ շերտերի հեռացումը, թելքերի առանձնացումը միմյանցից.
մալուխների ուժային տարրերի միացումը.
մանրաթելերի ճակատների նախապատրաստումը. ճակատները պետք է լինեն մաքուր, հարթ, ողորկ և թելքի առանցքին ուղղահայաց.
միացվող մալուխների թելքերի զույգ առ զույգ համապատասխանեցումը, տեղադրումը միացնող հարմարանքի մեջ.
թելքերի միացումը սոսնձի կամ ջերմամշակման միջոցով.
միացումների պատումը պաշտպանիչ շերտով։


== Ծանոթագրություններ ==