Kuituoptiikan

Kuituoptiikka on tietoliikenne- ja mittausala, joka perustuu valon ohjaamiseen ohuissa lasi- tai muovikuituissa. Perusperiaatteena on kokonaisheijastus, jonka avulla valo pysyy kuidun sisällä ja voi kulkea pitkiä matkoja. Kuidun muodostavat ydin ja vaippa, joiden materiaali ja taittuvuus määrittävät valon kulun ominaisuudet. Yhdys- tai jaottelu tapahtuu usein yhdenmodisiin (single-mode) ja monimodisiin (multimode) kuikuisiin yksikköihin; yhdenmodinen kuitu soveltuu pidemmille etäisyyksille, kun taas multimode on tyypillisesti tarkoitettu lyhyempiin linkkeihin.

Kuituoptiikan kehitys sai alkunsa 1960-luvulla, ja 1970-luvulla osoitettiin, että lasikuitu voi siirtää valoa merkittävästi pienemmillä häviöillä, mikä mahdollisti käytännön tiedonsiirron ja koko teknologian teollistumisen. Keskeisiä nimiä olivat Charles K. Kao ja George Hockham, joiden työ vei teorian ja materiaalitason ratkaisut kaupalliseen käyttöön.

Järjestelmiin kuuluvat kuitu, valonlähde (yleensä laserdiode tai LED), vastaanotin (fotodiodi) sekä liitäntä- ja vahvistuskomponentit. Tekniikka hyödyntää usein wavelength-division multiplexingia (WDM), jonka avulla useat aallonpituudet kulkevat samassa kuidussa ja kasvattavat kokonaiskapasiteettia. Tyypillisiä kuituja ovat piidioksidipohjaiset kuidut sekä muovikuidut, ja käytännössä sovelletaan sekä single-mode- että multimode-kuituja.

Käyttökohteita ovat telekommunikaatio ja internetin runkoverkot, tv- ja dataverkot, lääketiede (esimerkiksi endoskopia), teollisuusanturi- ja mittausjärjestelmät sekä tutkimuslaitteet. Edut ovat korkea kaistanleveys, alhaiset signaalihäviöt, elektromagneettinen häiriöitä kestävyys sekä pienikokoisuus ja kevyt rakenne. Haasteisiin kuuluu asennus- ja liitoskustannukset, taivutus- ja liitoshäviöt sekä komponenttien kustannukset. Tulevaisuudessa kehitys painottuu koherenttipohjaisiin järjestelmiin, entisestään suurempaan kaistanleveyteen WDM:n avulla sekä kuitujen laajentamiseen kotiin ja kvanttioptiikan sovelluksiin. Diffu ottaen huomioida turvallisuusnäkökohdat: kuidut ovat yleisesti turvallisia, mutta laserien suojaus ja asianmukaiset käyttö- ja asennusturvatoimenpiteet ovat tarpeen.