В современных световодах центральная жила толщиной 10 микрометров покрыта оболочкой из чистого кварцевого стекла толщиной до 150 микрометров. Для создания разницы в показателях преломления центральную жилу изготавливают из кварцевого стекла с примесью оксида титана, который значительно улучшает свойства световода. Например, коэффициент термического расширения становится нулевым. Иными словами, при любой температуре длина нити постоянна. Это очень важно в тех случаях, когда длина световода превышает десятки километров.
У древних греков был миф о лидийской девушке Арахне, превращенной богиней Афиной в паука. Арахна могла свить самую тонкую нить и сплести из нее кружево немыслимой красоты. Но вряд ли и она смогла бы изготовить двухслойную паутину.
Процесс на современном заводе начинается с того, что из слитков кварцевого стекла делают стержни (штабики). Их помещают в специальную установку, в которой один конец штабика нагревается до плавления. Вытягиваемая нить проходит через узкое отверстие и наматывается на барабан. Для вытягивания двухслойного световода применяют сдвоенные тигли. В середине дна меньшего тигля имеется отросток, оканчивающийся фильерой. Этот отросток располагается точно над фильерой большого тигля. Дальнейшее понятно: большой тигель заполняется чистым кварцевым стеклом, меньший — стеклом с добавкой оксида титана. Вытекая одновременно, оба стекла застывают, образуя двухслойную нить. Ее покрывают защитной оболочкой, и световод готов.
На таких световодах уже работают телефонные линии передачи на расстояния до 3000 километров. Их ждут промышленные предприятия, где станками и автоматизированными комплексами управляют ЭВМ. В 1990 году должна войти в строй световодная линия связи между Европой и Америкой, проложенная по дну Атлантического океана. Она расширит контакты между континентами.
По кварцу бежит звук. Как вы думаете, почему у нас цветные телевизоры появились позже черно-белых? Правильно, по техническим причинам. Однако что это за причины?
Старые москвичи помнят коммунальные квартиры 50-х годов и телевизионный приемник КВН-49. Возле крошечного экрана собирались не только хозяева квартиры, но и соседи по этажу. Первых дикторов — прелестных Нину Кондратову и Валю Леонтьеву — приветствовали как близких людей. Каждая телевизионная передача живо обсуждалась. Любителей и почитателей набивалось в комнату столько, что для цветного варианта телевизионного приемника места не оставалось. По тем временам к нему полагался кабель длиной 13 километров. Вы спросите, откуда взялась такая цифра?
В цветном телевизоре за передачу на экран всех цветов радуги ответственны несколько узлов. Один из них — линия задержки, и нужна она вот для чего. Изображение на экране формируется из 625 строк, каждая из которых разворачивается в течение 64 микросекунд (напомним, что одна секунда состоит из миллиона микросекунд). В приемнике для формирования цветоразностных сигналов необходимо одновременное присутствие двух цветовых сигналов. Для их совпадения во времени и используется ультразвуковая линия задержки (УЛЗ): задержка производится как раз на необходимые 64 микросекунды.
Попробуем сделать линию задержки из медной проволоки. Телевизионный сигнал будет распространяться по ней со скоростью примерно двести тысяч метров в секунду или 0,2 километра в микросекунду. Для того чтобы задержать его на нужное количество микросекунд, требуется кабель длиной почти 13 километров. Естественно, в коммунальной квартире места для него не найдется.
Конечно, это шутка. Однако поиск материалов, способных служить линиями задержки, был делом серьезным. Решение нашлось только после того, как научились трансформировать электромагнитную волну в звуковую. Как известно, акустические волны распространяются в твердых телах со скоростью примерно 0,2 сантиметра в микросекунду. Для задержки сигнала на 64 микросекунды требуется стержень длиной всего-навсего 13 сантиметров. Он свободно размещается в коробке телевизионного приемника.
Однако что же преобразует электромагнитный сигнал в акустический? Разумеется, кварц!
В 1880 году французские ученые и братья Поль Жан Кюри и Пьер Кюри экспериментировали с кристаллами горного хрусталя. Они подсоединили его к гальванометру и подвергли разнообразным сжатиям и растяжениям. В общем-то опыты могут показаться довольно безумными. Ведь не может в диэлектрике, каковым является кварц, возникнуть электрический ток! Тем не менее стрелка гальванометра двинулась. Причем если кристалл сжимали, то на его гранях, перпендикулярных направлению сжатия, возникали разноименные электрические заряды: на одной грани положительные, на другой — отрицательные. При этом стрелка гальванометра двигалась вправо. Если же кристалл растягивали, то стрелка гальванометра двигалась влево, так как грани перезаряжались.