Выход из тупика есть. Для увеличения пропускной способности радиоэлектронных систем требуется повышение их рабочей частоты. Например, система передачи телефонных разговоров работает в полосе частот 100 килогерц. Для удовлетворительной передачи одного телефонного разговора требуется полоса частот до 3,4 килогерца. То есть только при наличии такого диапазона звук X не будет звучать как Ф. Таким образом один кабель может обеспечить тридцать каналов связи, тридцать не мешающих друг другу одновременных телефонных разговоров — каждый в своей полосе частот. Совершенно ясно, что увеличить информационную емкость системы можно, повысив рабочую частоту до мегагерца и более. Так появились системы связи в сверхвысокочастотном диапазоне, интенсивное развитие получили радиорелейные линии. Затем были разработаны системы связи с применением лазеров.
Однако рост потока информации обгоняет развитие средств связи. На современном воздушном лайнере, например, установлена ЭВМ весом около 30 килограммов. В то же время кабели, которые ведут к различным датчикам, весят почти 5 тонн. Львиная доля этого веса приходится на системы экранировки кабелей. В простейшем случае экраны представляют собой «чулок» из металлической проволоки, надетый на центральную жилу. Защита (канализация) требует большого количества остродефицитных цветных металлов. Может получиться так, что вся добываемая медь пойдет на изготовление «чулков» для кабелей.
Итак, из одного тупика мы попали в другой. В подобном случае математики рекомендуют искать выход в новом измерении. Иными словами, надо забыть о металлических каналах связи и придумать что-то принципиально иное.
Представьте стеклянный стержень. С одного конца в него входит пучок световых лучей. Их дальнейшая судьба зависит от угла падения. Если луч попадет в стержень под углом, большим угла полного внутреннего отражения, то он преломится на границе стекло — воздух и безвозвратно покинет стержень. Другой луч попадает в стержень под углом, меньшим угла полного внутреннего отражения. Став пленником стекла, он будет и дальше отражаться от внутренних стенок, пока не покинет стержень с другого конца.
Мы уже говорим о передаче информации по световодам. Преимущества такой связи неоспоримы. Во-первых, скорость передачи информации стала равна скорости света. Во-вторых, полезная полоса частот подскочила до 1014 герц (то есть один световод может обеспечить свыше ста миллиардов каналов связи). В-третьих, вес стекла значительно меньше веса такого же объема металла. Однако имеются и недостатки. Металлическую проволоку можно намотать на барабан, а попробуйте хоть чуть-чуть изогнуть стеклянную палочку! Кроме того, количество световых лучей, покидающих стержень, настолько велико, что до его конца (при достаточной протяженности) почти ничего не доходит. К этому следует добавить и рассеяние света из-за наличия в стекле примесей железа, меди, воды и т. п.
Кажется, что перечисленные технические трудности непреодолимы. Это не так. Стеклянный стержень, утонченный до диаметра 100 микрометров, превращается в нить, которую можно гнуть как угодно и даже завязывать узлами. А для удержания всех лучей внутри этой нити придумали вот что. Луч света покидает световод из-за большой разницы между показателями преломления стекла и воздуха. Если центральную жилу окружить материалом с более высоким показателем преломления, то луч света так и не сможет вырваться наружу.
Остается рассказать, каким образом можно получить сверхтонкое и двухслойное кварцевое стекло без примесей железа, меди и воды.
Понятно, что для выплавки сверхчистого стекла требуется и сверхчистая шихта. В природе наименьшее количество примесей содержится в бразильском кварце. Однако в волокне, полученном из него, затухание волн все-таки слишком велико. Поэтому прибегли к синтетическим методам. В одном из них парогазовую смесь тетрахлорида кремния и водорода подают в факел водородно-кислородного пламени (почти аппарат Вернейля). В результате образуются линейные молекулы кремнезема, которые соединяются друг с дружкой в длинные цепочки. Этот промежуточный материал плавят и после охлаждения получают блоки чистейшего кварцевого стекла. Какова его чистота? Достаточно сказать, что на миллиард атомов кремния приходится всего один атом железа или другой примеси! Вот уж поистине драгоценный камень!