Před 25 roky začaly optické podmořské kabely propojovat kontinenty. Do současné doby už skleněná vlákna více jak 400 položených transoceánských kabelů zajišťují nepřetržitou širokopásmovou službu zásobování kanceláří a domácností telefonem, internetem a televizí v neustále se rozšiřující globální síti. Před koncem loňského roku hlavní operátoři Microsoft z USA do Evropy a Google z USA do Japonska položili do oceánských hlubin nové typy tzv. přímých vysokorychlostních superkabelů s nepředstavitelnou kapacitou až 160 Tb/s, a ani tím jejich plány nekončí. Nesporný úspěch optotroniky, která k přenosu informací používá fotonů a nikoliv elektronů jako stárnoucí měděné telefonní a telegrafní kabely, má ovšem bohatší historii. Vývoj začal snížením útlumu světla ve skleněných vláknech Aby mohla vést světelné signály na větší dálku, musí být skleněná vlákna povlečena jiným materiálem s menším optickým indexem lomu. Teprve pak se vpuštěný paprsek odráží „cikcak“ od rozhraní obou prostředí. Optický přenos však dokázal konkurovat v přenosu dat na dálku radioreléovým mikrovlnným přenosům, až když Theodor Maimann roku 1960 rozsvítil první laser a do vlákna vpustil koherentní paprsek s frekvencí 300 THz. V Šanghaji narozený doktor chemie Charles Kuen Kao s G. Hockhamem v Anglii a Erich Spitz (v Brně narozený a jako emigrant zaměstnaný u francouzské CSF) se nezávisle na sobě rozhodli jít opačnou cestou než ostatní a tzv. jednovidové vlákno tenké jen několik mikrometrů obalili mnohem silnějším skleněným pláštěm. Vlastnoručně zhotoveným spektrometrem Kao zjistil, že i v nejlepších vláknech křemíkového skla jsou příčinou útlumu (až 1 000 dB/km) stopová množství železa, mědi a niklu a tzv. přechodových kovů. Když pak roku 1970 americká sklárna Corning Glass dokázala z preformy tažených vláken s tisíckrát menším podílem zmíněných škodlivých prvků vyrábět vlákna s útlumem pod 5 dB na délku 1 km, dala se konečně použít k výrobě optických kabelů, vhodných k přenosu kmitočtů kolem 100 MHz, jaké požadoval přenos televize. Technologie výroby vláken se modernizovala zapojením Bellových laboratoří na zvyšování indexu lomu nanášením oxidu germaničitého z plynné fáze. Aby se po jediném vláknu dalo přenášet několik tisíc navzájem se nerušících telefonních hovorů, začaly telekomunikace koncem 70. let s tzv. pulzně kódovou modulací PCM. Proměny optické komunikace Roku 1980 se dař i ly přenosy na vzdálenost 20 km a o pět let později pak optické kabely začaly konkurovat koaxiálním kabelům. K využití mimořádné šířky pásma optických vláken přispěl zejména tzv. vlnový multiplex (WDM), umožňující po jediném vláknu vysílat více signálů současně na různých vlnových délkách. Nesmírně rychlý pokrok ve vývoji laserů i modulátorů umožnil zázraky. Když lasery v roli vysílačů narazily na hranici zvyšování počtu záblesků nesoucích hovory, data nebo video, našlo se lepší řešení: laserový paprsek je vysílán bez přerušování a informaci do něj přenášejí modulátory z aktivních polymerů, s velikostí knoflíku od košile. Dalším šlágrem optoelektroniky se staly tzv. vláknové lasery, zabudované přímo do vláken, v roli zesilovačů signálu. Na přelomu 21. století dokázaly japonské kabely s erbiovými zesilovači přenášet data rychlostí 100 Gb/s – což odpovídá 1 mil. současně vedených telefonních hovorů! To už ale výzkumníci pracovali na páté generaci, využívající optické impulsy (solitony) šířící se vláknem téměř beze ztrát. Potřetí na dno oceánů Každý kilogram skla v optických kabelech ušetřil už na začátku éry optotroniky světu asi 16 t mědi, jinak potřebné pro výrobu do té doby používaných měděných kabelů se stejnou přenosovou kapacitou. Hned první podmořský optický kabel TAT-8, položený v letech 1988–2002 mezi New Yorkem a Francií v délce 6 700 km, dokázal současně přenášet 8 000 hovorů. Digitální kompresí a multiplexováním DWDM později zvýšili jeho kapacitu na 40 tisíc hovorů. Do přelomu století se napříč oceány podařilo zejména pod vlajkou americké společnosti AT&T, Alcatel-Lucent a kanadského CANTATU položit kolem 0,5 mil. km optických kabelů. Rozvoj glob álního propojení Stočený kabel z obrovských cívek v podpalubí 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 nezastavuje ani při silném vlnobití. Pomaleji to jde jen v okolí břehů, na které je kabel zatahován pomocí ukládacího pluhu asi 1 m hluboko do dna, a aby ho nepoškodily kotvy rybářských lodí, bývá podložen a pokryt betonovými nebo litinovými deskami. Kabel se odvíjí z obrovských bubnových zásobníků během plavby, která musí být přerušována v úsecích kolem 100 km, kdy četa v podpalubí montuje hermeticky uzavřené repeatory (optické zesilovače a opakovače signálu) do každého vlákna kabelu. Tato do série zapojená zařízení jsou napájena stejnosměrným proudem vodičem vedeným poblíž osy kabelu z terminálových pozemních stanic. Koncem roku 1999 byla Evropa s USA propojena už devíti magistrálními kabely TAT (Trans-Atlantic Telecommunications) přes Kanárské ostrovy, desátý ji propojil s Jižní Amerikou, jedenáctý s Kapským městem. Citelně chybělo spojení s vyspělými asijskými státy, s Hongkongem a Šanghají. Nastupujícím internetem stále více přetížené relace si proto Evropa musela zařizovat přes Spojené státy, které byly s To-kiem propojeny přes Tichý oceán šesti optickými kabely. Internet znásobil přenosové po žadavky Nečekaný nápor internetu na telekomunikační dálnice však volal po ještě razantnějším řešení spojení Evropy a USA se „samurajskými“ státy. Investoři ze Saudské Arábie, Japonska, Thajska a Hongkongu proto vložili 2 mld. dolarů do položení 6 cm tlustého kabelu FLAG (Fiber- Optic Link Around the Globe), který roku 1998 propojil dvanáct států na třech kontinentech, místy v hloubkách až 5 km. Jen Egyptem procházel po souši v podzemním potrubí po březích Suezského průplavu, v jehož málo hlubokém korytu by mu hrozilo poškození. Dva páry skleněných vláken FLAG dodnes přenášejí současně 600 tisíc hovorů. Jen o rok později byl po stejné trase položen ještě výkonnější 39 tisíc km dlouhý 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. Do roku 2000 jej překonal 40 tisíc km dlouhý kabel Africa One, obklopující Afriku kolem dokola. Přenosové výkony neustále rostly. Roku 2003 položený transatlantický kabel TAT-14 spojující Německo s USA má 64 vláken s kapacitou po 10 Gbit/s. Svět takový pokrok po zásluze ocenil 10. prosince 2009 udělením Nobelovy ceny již zmíněnému Charlesu Kuenu Kaovi. Nekončící rekordy v optických sítích Od roku 2002 sice boom kabelokladecí lodní flotily poklesl, zato na ně a pozemní magistrály se horečně napojovaly pozemní optické sítě. Podle odhadů je v nich dnes globálně propojeno 5 mld. km optických vláken. Na nejvýkonnějších trasách dosahují přenosové rychlosti 40 Gb/s. Trend však zamířil až do terabitové oblasti. Roku 2006 dosáhl Frauenhoferův institut v Německu čtyřfázovou modulací světelných pulzů přenosovou rychlost 2,56 Tb/s. Aktuálního rekordu 25,6 Tb/s dosáhlo při 160 různých vlnových délkách v multiplexu 320 signálů ve dvou polarizacích na trase dlouhé 240 km. Taková linka s jediným vláknem za vteřinu přenese 30 mil. internetových přenosů, nebo 1 mld. stránek textu, nebo půl mld. telefonních hovorů současně. Co tehdy znělo jako utopie, se však loni stalo skutečností – poslední dálkové podmořské kabely šesté generace přicházejí s výkony až přes 100 Tb/s! Výstavbu a přenosy plánují, řídí a financují nejrůznější společnosti, v poslední době pak dominující internetové a facebookové operátorské společnosti. Přímé mezikontinent ální kabely v roli internetov ých dálnic V létě 2016 zprovoznil Google s šesti dalšími společnostmi do té doby „nejrychlejší“ kabel za 300 mil. dolarů, který v délce 9 000 km přes Tichý oceán a v hloubce až 5 000 km propojil centrálu v americkém Oregonu s dvojicí telekomunikačních centrál Japonska v Honšú. Pro rekordně rychlý přenos internetu a videa až 60 Tb/s dostal jméno FASTER. V tu dobu ale konkurenční Facebook s Microsoftem již rozbíhaly spolu se španělskou Télefónicou práce na ještě výkonnějším přímém spojení USA a Evropy. Položený 6 600 km dlouhý transatlantický kabel MAREA od 25. září 2017 s osmi páry optických vláken v každém ze tří pramenů je schopen mezi centrálou na Virginia Beach přes centrálu Telxius-Télefónica ve španělském Bilbau posílit spojení internetové sítě USA s Evropou fantastickým výkonem 160 Tb/s. To znamená, že při plném využití dokáže současně přenášet 71 mil. videozpráv stále oblíbenější služby YouTube. O pokroku v konstrukci a montáži podmořských kabelů mluví už jen to, že vlastní položení kabelu trvalo pouhých pět měsíců. Do uzávěrky tohoto čísla Technického týdeníku přichází aktuální zpráva, že Google se rozhodl bez prodlení zahájit stavbu dalšího vysokokapacitního přímého optického kabelu, který v délce 12 800 km do začátku příštího roku propojí americké Los Angeles s asijským Hongkongem s přenosovou rychlostí 120 Tb/s. Globální internetová mezikontinentální síť se tak geniálně propojuje a umožňuje záskoky i v případě možných poruch způsobených porušením některých kabelů, ke kterému dochází v nízkých vodách u pobřeží kotvami plavidel. Ing. Jan Tůma
