Jak wynaleziono światłowody

Światłowody to ograniczona transmisja światła przez pręty z długiego włókna, ze szkła lub tworzywa sztucznego. Światło przemieszcza się w procesie wewnętrznego odbicia. Środek rdzenia pręta lub kabla jest bardziej odblaskowy niż materiał otaczający rdzeń. Powoduje to, że światło odbija się z powrotem do rdzenia, gdzie może nadal podróżować w dół włókna. Kable światłowodowe służą do przesyłania głosu, obrazów i innych danych z prędkością zbliżoną do prędkości światła.

Badacze Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck i Peter Schultz wynalazli drut światłowodowy lub „światłowody światłowodowe” (patent nr 3 771 262) zdolne do przenoszenia 65 000 razy więcej informacji niż drut miedziany, przez który informacje przenoszone przez wzór fal świetlnych mogą być dekodowane w miejscu docelowym nawet tysiąca mil z dala.

Opracowane przez nich metody i materiały komunikacji światłowodowej otworzyły drzwi do komercjalizacji światłowodów. Od usług telefonicznych na duże odległości do

• 1854: John Tyndall wykazał Royal Society, że światło można przepuszczać przez zakrzywiony strumień wody, udowadniając, że sygnał świetlny może być zgięty.
• 1880: Alexander Graham Bell wynalazł jego „Photophone, ”który przekazał sygnał głosowy na wiązkę światła. Bell skupił światło słoneczne za pomocą lustra, a następnie przemówił do mechanizmu wibrującego zwierciadło. Po stronie odbiorczej detektor wychwycił wibrującą wiązkę i zdekodował ją z powrotem do głosu, tak samo jak telefon z sygnałami elektrycznymi. Jednak wiele rzeczy - na przykład pochmurny dzień - może zakłócać działanie Photofhone, co powoduje, że Bell wstrzymuje dalsze badania nad tym wynalazkiem.
• 1880: William Wheeler wynalazł system lekkich rur wyłożonych wysoce odblaskową powłoką, która oświetla domy wykorzystując światło z lampy łukowej umieszczonej w piwnicy i kierując światło wokół domu za pomocą Rury.
• 1888: Zespół medyczny Rotha i Reussa z Wiednia użył wygiętych szklanych prętów do oświetlania jam ciała.
• 1895: Francuski inżynier Henry Saint-Rene zaprojektował system giętych szklanych prętów do prowadzenia lekkich obrazów podczas próby wczesnej telewizji.
• 1898: Amerykanin David Smith złożył wniosek o patent na wygiętym szklanym pręcie, które ma być używane jako lampa chirurgiczna.
• Lata dwudzieste: Anglik John Logie Baird i Amerykanin Clarence W. Hansell opatentował pomysł wykorzystania macierzy przezroczystych prętów do przesyłania obrazów odpowiednio dla telewizji i faksu.
• 1930: niemiecki student medycyny Heinrich Lamm był pierwszą osobą, która złożyła pakiet światłowodów w celu wykonania obrazu. Celem Lamma było zajrzenie do niedostępnych części ciała. Podczas swoich eksperymentów donosił, że transmituje obraz żarówki. Obraz był jednak niskiej jakości. Jego wysiłek złożenia patentu został odrzucony z powodu brytyjskiego patentu Hansella.
• 1954: holenderski naukowiec Abraham Van Heel i brytyjski naukowiec Harold H. Hopkins osobno napisał artykuły na temat pakietów obrazowania. Hopkins donosił o obrazowaniu wiązek nieobciążonych włókien, a Van Heel o prostych wiązkach włókien platerowanych. Pokrył gołe włókno przezroczystą okładziną o niższym współczynniku załamania światła. Chroniło to powierzchnię odbicia włókna przed zewnętrznymi zniekształceniami i znacznie zmniejszyło interferencję między włóknami. W tym czasie największą przeszkodą dla opłacalnego zastosowania światłowodów było osiągnięcie najniższej straty sygnału (światła).
• 1961: Elias Snitzer z American Optical opublikował teoretyczny opis włókien jednomodowych, światłowód o tak małym rdzeniu, że mógł przenosić światło tylko w jednym trybie falowodu. Pomysł Snitzera był odpowiedni dla instrumentu medycznego zaglądającego do wnętrza człowieka, ale światłowód miał utratę światła wynoszącą jeden decybel na metr. Urządzenia komunikacyjne musiały działać na znacznie dłuższych dystansach i wymagały utraty światła nie większej niż dziesięć lub 20 decybeli (pomiar światła) na kilometr.
• 1964: Dr C.K. zidentyfikował krytyczną (i teoretyczną) specyfikację. Kao dla dalekiego zasięgu Komunikacja urządzenia. Specyfikacja wynosiła dziesięć lub 20 decybeli strat światła na kilometr, co stanowiło standard. Kao zilustrował również potrzebę zastosowania czystszej formy szkła, aby zmniejszyć utratę światła.
• 1970: Jeden zespół naukowców rozpoczął eksperymenty ze stopioną krzemionką, materiałem o ekstremalnej czystości o wysokiej temperaturze topnienia i niskim współczynniku załamania światła. Badacze Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck i Peter Schultz wynalazli drut światłowodowy lub „Światłowody światłowodowe” (patent nr 3,711,262) zdolne do przenoszenia 65 000 razy więcej informacji niż miedziany przewód. Drut ten umożliwiał dekodowanie informacji przenoszonych przez wzór fal świetlnych w miejscu docelowym oddalonym nawet o tysiące mil. Zespół rozwiązał problemy przedstawione przez dr Kao.
• 1975: Rząd Stanów Zjednoczonych postanowił połączyć komputery w siedzibie głównej NORAD w Cheyenne Mountain za pomocą światłowodów w celu zmniejszenia zakłóceń.
• 1977: pierwszy układ optyczny telefon system komunikacji został zainstalowany około 1,5 mili pod centrum Chicago. Każde włókno światłowodowe zawierało równowartość 672 kanałów głosowych.
• Do końca wieku ponad 80 procent światowego ruchu dalekobieżnego było przenoszone kablami światłowodowymi i 25 milionami kilometrów kabla. Kable zaprojektowane przez Maurer, Keck i Schultz zostały zainstalowane na całym świecie.

Poniższe informacje zostały przesłane przez Richarda Sturzebechera. Pierwotnie został opublikowany w publikacji Army Corp „Monmouth Message”.

W 1958 r. W US Army Signal Corps Labs w Fort Monmouth w stanie New Jersey kierownik Copper Cable and Wire nienawidził problemów związanych z przesyłaniem sygnału spowodowanych przez piorun i wodę. Zachęcił Kierownika ds. Badań Materiałowych Sam DiVita do znalezienia zastępcy miedź drut. Sam pomyślał, że sygnały szklane, światłowodowe i świetlne mogą działać, ale inżynierowie, którzy pracowali dla Sama, powiedzieli mu, że włókno szklane pęknie.

We wrześniu 1959 r. Sam DiVita zapytał 2. porucznika Richarda Sturzebechera, czy wiedział, jak napisać wzór na włókno szklane zdolne do przesyłania sygnałów świetlnych. DiVita dowiedział się, że Sturzebecher, który uczęszczał do szkoły Signal, stopił trzy trójosiowe systemy szklane za pomocą SiO2 w swojej pracy doktorskiej z 1958 roku na Uniwersytecie Alfreda.

Sturzebecher znał odpowiedź. Podczas korzystania z mikroskop Aby zmierzyć współczynnik załamania światła w okularach SiO2, Richard odczuł silny ból głowy. 60-procentowe i 70-procentowe proszki szklane SiO2 pod mikroskopem pozwalały na przechodzenie coraz większej ilości jaskrawego białego światła przez szkiełko mikroskopowe do jego oczu. Pamiętanie bólu głowy i genialnego białego światła z wysokiej SiO2 szkło, Sturzebecher wiedział, że formuła będzie ultra czystym SiO2. Sturzebecher wiedział również, że Corning wytworzył proszek SiO2 o wysokiej czystości, utleniając czysty SiCl4 do SiO2. Zasugerował, aby DiVita wykorzystał swoją moc do udzielenia federalnego kontraktu firmie Corning w celu opracowania światłowodu.

DiVita współpracowała już z badaczami Corninga. Musiał jednak upublicznić ten pomysł, ponieważ wszystkie laboratoria badawcze miały prawo licytować kontrakt federalny. Tak więc w 1961 i 1962 roku pomysł użycia SiO2 o wysokiej czystości do włókna szklanego do przesyłania światła został upubliczniony w ramach przetargu dla wszystkich laboratoriów badawczych. Zgodnie z oczekiwaniami, DiVita udzieliła zamówienia firmie Corning Glass Works w Corning w stanie Nowy Jork w 1962 roku. Federalne finansowanie światłowodów szklanych w Corning wyniosło około 1 000 000 USD między 1963 a 1970 rokiem. Signal Corps Federalne finansowanie wielu programów badawczych w dziedzinie światłowodów trwało do 1985 r., Tym samym rozprowadzając przemysł ten i dzisiejszy przemysł warty wiele miliardów dolarów, który eliminuje drut miedziany w komunikacji rzeczywistość.

DiVita kontynuował codzienną pracę w Korpusie Sygnału Armii USA pod koniec lat 80. i pracował jako konsultant w dziedzinie nanonauki aż do swojej śmierci w wieku 97 lat w 2010 roku.