Вместо проводника — диэлектрик

В 1870 году английский физик Джон Тиндаль продемонстрировал интересный опыт распространения света по струе воды. Свет от угольной дуги вводится через линзу в водяную струю. Благодаря многократным внутренним отражениям лучей на границе двух сред — воды и воздуха — струя светилась на всем своем протяжении. Это был первый световод — жидкостный.

Спустя 35 лет другой ученый, Роберт Вуд, предположил, что «свет без больших потерь можно передать от одной точки к другой, пользуясь внутренним отражением от стенок палочки из стекла». Так возникла идея твердого прозрачного световода .

От возникновения этой идеи до ее воплощения прошло 50 лет, пока в конце 1950-х годов не были получены двухслойные стеклянные волокна с различными показателями преломления: большим у внутреннего и меньшим у наружного слоя. Так же, как и в опытах Тиндаля, благодаря многократным отражениям на границе двух сред световой луч распространялся вдоль по волокну — от передающего конца к приемному.

Когда в 1966 году было высказано предположение о возможности использования световодов для передачи сигналов связи, многим это показалось утопией. При передаче по существующим в то время волокнам, даже сделанным из оптических стекол, световой луч настолько быстро ослабевал, что буквально через 10 метров полностью угасал.

Качество телефонной передачи по линии считается удовлетворительным, если мощность сигнала при прохождении от передающего конца к приемному ослабевает не более чем в 1000 раз. Следовательно, допустимое ослабение мощности сигнала не должно превышать 30 децибелов.

Для сопротивления различных материалов пользуются удельными показателями, в данном случае ослабление относится к единице длины линии. Коэффициент ослабления оптических стекол, имевшихся в середине шестидесятых годов, был равен 3000 децибелам на километр. Отсюда и приведенное выше значение возможной дальности передачи по ним.

Судьба оптической передачи сигналов по стеклянным волокнам зависела от того, удастся ли достигнуть такой их прозрачности, при которой существенно уменьшится коэффициент ослабления.

Результаты целеустремленных поисков превзошли самые оптимистические прогнозы. Уже спустя 10—15 лет после первых опытов потери энергии в световодах уменьшились до значений, сопоставимых с потерями в электрических кабелях. От дальности связи по стеклянным волокнам в десятки метров стало возможным перейти к десяткам, а в перспективе даже и к сотням километров.

Как и в линии электрической связи, в точках, где ослабление оптического сигнала достигает допустимого предела, устанавливаются ретрансляторы. В них оптический сигнал сначала преобразуется в электрический, последний усиливается с одновременным восстановлением первоначальной формы (то есть регенерируется), затем электрический сигнал преобразуется обратно в оптический, но уже усиленный, то есть доведенный до первоначальной мощности. Именно этот сигнал и распространяется по линии до следующего ретранслятора.

Так родилось радикальное решение проблемы экономии меди в кабелях связи: появился реальный неметаллический заменитель медных токопроводящих жил.