Hvordan fiberoptik blev opfundet

Fiberoptik er den indeholdte transmission af lys gennem lange fiberstænger af enten glas eller plast. Lyset bevæger sig ved intern reflektionsproces. Stangens eller kablets kernemedium er mere reflekterende end det materiale, der omgiver kernen. Det får lyset til at blive reflekteret tilbage i kernen, hvor det kan fortsætte med at køre ned ad fiberen. Fiberoptiske kabler bruges til transmission af tale, billeder og andre data tæt på lysets hastighed.

Corning Glass-forskerne Robert Maurer, Donald Keck og Peter Schultz opfandt fiberoptisk ledning eller "Optiske bølgelederfibre" (patent nr. 3.711.262), der er i stand til at bære 65.000 gange mere information end kobbertråd, gennem hvilken information båret af et mønster af lysbølger kunne dekodes til en destination, endda tusind miles væk.

Fiberoptiske kommunikationsmetoder og materialer opfundet af dem åbnede døren til kommercialisering af fiberoptik. Fra langdistance-telefontjeneste til internettet og medicinsk udstyr såsom endoskopet, fiberoptik er nu en vigtig del af det moderne liv.

• 1854: John Tyndall demonstrerede overfor Royal Society, at lys kunne ledes gennem en buet strøm af vand, hvilket beviser, at et lyssignal kunne bøjes.
• 1880: Alexander Graham Bell opfandt sin "Photophone, "der transmitterede et stemmesignal på en lysstråle. Bell fokuserede sollys med et spejl og snakede derefter ind i en mekanisme, der vibrerede spejlet. I den modtagende ende hentede en detektor den vibrerende stråle og afkodede den tilbage til en stemme på samme måde som en telefon gjorde med elektriske signaler. Imidlertid kan mange ting - for eksempel en overskyet dag - forstyrre fotofonen, hvilket får Bell til at stoppe yderligere undersøgelser med denne opfindelse.
• 1880: William Wheeler opfandt et system med lette rør foret med en meget reflekterende belægning, der oplyste hjem ved at bruge lys fra en lysbue, der er placeret i kælderen og lede lyset rundt i hjemmet med rør.
• 1888: Det medicinske team af Roth og Reuss fra Wien brugte bøjede glasstænger til at belyse kropshulrum.
• 1895: Den franske ingeniør Henry Saint-Rene designet et system med bøjede glasstænger til at lede lysbilleder i et forsøg på tidligt fjernsyn.
• 1898: Amerikanske David Smith ansøgte om et patent på en bøjet glasstangindretning, der skal bruges som kirurgisk lampe.
• 1920'erne: Engelskmanden John Logie Baird og amerikanske Clarence W. Hansell patenterede ideen om at bruge matriser af gennemsigtige stænger til at transmittere billeder til henholdsvis tv og faksimiler.
• 1930: Den tyske medicinstudent Heinrich Lamm var den første person, der samlede et bundt optiske fibre til at bære et billede. Lamms mål var at se inden i utilgængelige dele af kroppen. Under sine eksperimenter rapporterede han, at han transmitterede billedet af en pære. Imidlertid var billedet af dårlig kvalitet. Hans indsats for at indgive et patent blev nægtet på grund af Hansells britiske patent.
• 1954: hollandsk videnskabsmand Abraham Van Heel og den britiske forsker Harold H. Hopkins skrev separat papirer om billedbehandlingsbundter. Hopkins rapporterede om billedbehandling af bundter af uklædte fibre, mens Van Heel rapporterede om enkle bundter af beklædte fibre. Han dækkede en bar fiber med en gennemsigtig beklædning med et lavere brydningsindeks. Dette beskyttede fiberreflektionsoverfladen mod udvendig forvrængning og reducerede stærkt interferensen mellem fibrene. På det tidspunkt var den største hindring for en levedygtig anvendelse af fiberoptik at opnå det laveste signal (lys) -tab.
• 1961: Elias Snitzer fra American Optical offentliggjorde en teoretisk beskrivelse af enkeltmodusfibre, en fiber med en så lille kerne, at den kun kunne bære lys med kun en bølgeledertilstand. Snitzers idé var okay for et medicinsk instrument, der kiggede inde i mennesket, men fiberen havde et let tab på en decibel pr. Meter. Kommunikationsapparater, der var nødvendige for at køre over meget længere afstande, og krævede et lystab på højst ti eller 20 decibel (en måling af lys) pr. Kilometer.
• 1964: En kritisk (og teoretisk) specifikation blev identificeret af Dr. C.K. Kao til lang rækkevidde meddelelse enheder. Specifikationen var ti eller 20 decibel lystab pr. Kilometer, hvilket etablerede standarden. Kao illustrerede også behovet for en renere form af glas for at hjælpe med at reducere lystab.
• 1970: Et team af forskere begyndte at eksperimentere med smeltet silica, et materiale, der er i stand til ekstrem renhed med et højt smeltepunkt og et lavt brydningsindeks. Corning Glass-forskerne Robert Maurer, Donald Keck og Peter Schultz opfandt fiberoptisk ledning eller "Optiske bølgelederfibre" (patent nr. 3.711.262), der er i stand til at bære 65.000 gange mere information end kobbertråd. Denne ledning gjorde det muligt at afkode information, der var båret af et mønster af lysbølger, til en destination, endda tusind miles væk. Holdet havde løst de problemer, Dr. Kao havde præsenteret.
• 1975: De Forenede Staters regering besluttede at forbinde computere ved NORAD-hovedkvarteret ved Cheyenne Mountain ved hjælp af fiberoptik for at reducere interferens.
• 1977: Den første optiske telefon kommunikationssystem blev installeret omkring 1,5 miles under centrum af Chicago. Hver optiske fiber bar ækvivalent med 672 stemmekanaler.
• Ved udgangen af ​​århundrede blev mere end 80 procent af verdens langtransport transporteret over optiske fiberkabler og 25 millioner kilometer af kablet. Maurer, Keck og Schultz-designede kabler er blevet installeret over hele verden.

Følgende information blev forelagt af Richard Sturzebecher. Det blev oprindeligt offentliggjort i Army Corp-publikationen "Monmouth Message."

I 1958 hadede lederen af ​​Copper Cable and Wire i U.S. Army Signal Corps Labs i Fort Monmouth New Jersey, signaloverføringsproblemerne forårsaget af lyn og vand. Han opfordrede leder af materialeforskning Sam DiVita til at finde en erstatning for kobber tråd. Sam troede, glas, fiber og lyssignaler kunne virke, men ingeniørerne, der arbejdede for Sam, fortalte ham, at en glasfiber ville gå i stykker.

I september 1959 spurgte Sam DiVita 2. lt. Richard Sturzebecher, om han vidste, hvordan man skriver formlen for en glasfiber, der var i stand til at transmittere lyssignaler. DiVita havde fået at vide, at Sturzebecher, der deltog i Signal School, havde smeltet tre triaksiale glassystemer ved hjælp af SiO2 til sin 1958 senior speciale ved Alfred University.

Sturzebecher vidste svaret. Mens du bruger en mikroskop til at måle brydningsindekset på SiO2-briller udviklede Richard en alvorlig hovedpine. De 60 procent og 70 procent SiO2 glaspulvere under mikroskopet tillod større og større mængder strålende hvidt lys at passere gennem mikroskopglasset og ind i hans øjne. Husk hovedpine og det strålende hvide lys fra høj SiO2 glas, Sturzebecher vidste, at formlen ville være ultra ren SiO2. Sturzebecher vidste også, at Corning lavede SiO2-pulver med høj renhed ved at oxidere ren SiCl4 til SiO2. Han foreslog, at DiVita brugte sin magt til at tildele en føderal kontrakt til Corning for at udvikle fiberen.

DiVita havde allerede arbejdet med Corning-forskere. Men han måtte offentliggøre ideen, fordi alle forskningslaboratorier havde ret til at byde på en føderal kontrakt. I 1961 og 1962 blev ideen om at anvende SiO2 med høj renhed til en glasfiber til at transmittere lys offentliggjort i en budopfordring til alle forskningslaboratorier. Som forventet tildelte DiVita kontrakten til Corning Glass Works i Corning, New York i 1962. Den føderale finansiering af glasfiberoptik ved Corning var omkring $ 1.000.000 mellem 1963 og 1970. Signal Corps Federal finansiering af mange forskningsprogrammer om fiberoptik fortsatte indtil 1985, hvorved podning denne industri og fremstiller nutidens multibillion dollar industri, der eliminerer kobbertråd i kommunikation a virkelighed.

DiVita fortsatte med at komme på arbejde dagligt i U.S. Army Signal Corps i slutningen af ​​80'erne og meldte sig frivilligt som konsulent for nanovidenskab indtil hans død i en alder af 97 i 2010.