Hvordan fiberoptikk ble oppfunnet

Fiberoptikk er den inneholdte overføringen av lys gjennom lange fiberstenger av enten glass eller plast. Lyset beveger seg ved prosess med intern refleksjon. Kjernemediet til stangen eller kabelen er mer reflekterende enn materialet som omgir kjernen. Det får lyset til å bli reflektert tilbake i kjernen der det kan fortsette å bevege seg nedover fiberen. Fiberoptiske kabler brukes til å overføre tale, bilder og andre data nær lysets hastighet.

Corning Glass-forskerne Robert Maurer, Donald Keck og Peter Schultz oppfant fiberoptisk ledning eller "Optical Waveguide Fibers" (patent nr. 3 711 262) som er i stand til å bære 65 000 ganger mer informasjon enn kobbertråd, gjennom hvilken informasjon som bæres av et mønster av lysbølger kunne avkodes på en destinasjon til og med tusen miles borte.

Fiberoptiske kommunikasjonsmetoder og materialer som er oppfunnet av dem, åpnet døren for kommersialisering av fiberoptikk. Fra langdistansetelefontjeneste til internettet og medisinsk utstyr som endoskop, fiberoptikk er nå en viktig del av det moderne liv.

• 1854: John Tyndall demonstrerte for Royal Society at lys kunne ledes gjennom en buet strøm av vann, og beviste at et lyssignal kunne bøyes.
• 1880: Alexander Graham Bell oppfant hans "Photophone, "som overførte et stemmesignal på en lysstråle. Bell fokuserte sollys med et speil og snakket deretter inn i en mekanisme som vibrerte speilet. I mottaksenden tok en detektor opp vibrasjonsstrålen og dekodet den tilbake til en stemme på samme måte som en telefon gjorde med elektriske signaler. Imidlertid kan mange ting - for eksempel en overskyet dag - forstyrre fotofonen og føre til at Bell stopper videre undersøkelser med denne oppfinnelsen.
• 1880: William Wheeler oppfant et system med lysrør foret med et meget reflekterende belegg som opplyste hjem ved å bruke lys fra en lysbue-lampe plassert i kjelleren og lede lyset rundt hjemmet med rør.
• 1888: Det medisinske teamet til Roth og Reuss fra Wien brukte bøyde glassstenger for å belyse kroppshulrom.
• 1895: Den franske ingeniøren Henry Saint-Rene tegnet et system med bøyde glassstenger for å lede lysbilder i et forsøk på tidlig fjernsyn.
• 1898: Amerikanske David Smith søkte patent på en bøyd glassstanganordning som skal brukes som kirurgisk lampe.
• 1920-tallet: Engelskmannen John Logie Baird og amerikaneren Clarence W. Hansell patenterte ideen om å bruke matriser av gjennomsiktige stenger for å overføre bilder for henholdsvis TV og faksimiler.
• 1930: Den tyske medisinstudenten Heinrich Lamm var den første personen som samlet et knippe optiske fibre for å bære et bilde. Lamms mål var å se på utilgjengelige deler av kroppen. Under eksperimentene rapporterte han å overføre bildet av en lyspære. Bildet var imidlertid av dårlig kvalitet. Hans innsats for å inngi patent ble nektet på grunn av Hansells britiske patent.
• 1954: nederlandsk forsker Abraham Van Heel og den britiske forskeren Harold H. Hopkins skrev separat artikler om bildebunter. Hopkins rapporterte om bildebehandling av bunter med ubelagte fibre, mens Van Heel rapporterte om enkle bunter med kledte fibre. Han dekket en bar fiber med en gjennomsiktig kledning av en lavere brytningsindeks. Dette beskyttet fiberrefleksjonsoverflaten mot utenfor forvrengning og reduserte forstyrrelser mellom fibrene sterkt. På det tidspunktet var den største hindringen for en levedyktig bruk av fiberoptikk å oppnå det laveste signal (lett) tapet.
• 1961: Elias Snitzer fra American Optical publiserte en teoretisk beskrivelse av enkeltmodusfibre, en fiber med en så liten kjerne at den kunne bære lys med bare en bølgeledermodus. Snitzers ide var i orden for et medisinsk instrument som så på mennesket, men fiberen hadde et lett tap på en desibel per meter. Kommunikasjonsenheter som trengs for å operere over mye lengre avstander og krevde et lett tap på ikke mer enn ti eller 20 desibel (en måling av lys) per kilometer.
• 1964: En kritisk (og teoretisk) spesifikasjon ble identifisert av Dr. C.K. Kao for lang rekkevidde kommunikasjon enheter. Spesifikasjonen var ti eller 20 desibel lett tap per kilometer, noe som etablerte standarden. Kao illustrerte også behovet for en renere form for glass for å redusere tap av lys.
• 1970: Et team av forskere begynte å eksperimentere med smeltet silika, et materiale som er i stand til ekstrem renhet med et høyt smeltepunkt og en lav brytningsindeks. Corning Glass-forskerne Robert Maurer, Donald Keck og Peter Schultz fant opp fiberoptisk ledning eller "Optical Waveguide Fibers" (patent nr. 3 711 262) som er i stand til å bære 65 000 ganger mer informasjon enn kobbertråd. Denne ledningen tillot at informasjon fraktet med et mønster av lysbølger ble dekodet til en destinasjon selv tusen mil unna. Teamet hadde løst problemene som ble presentert av Dr. Kao.
• 1975: USAs regjering bestemte seg for å koble datamaskinene ved NORAD-hovedkvarteret på Cheyenne Mountain ved å bruke fiberoptikk for å redusere forstyrrelser.
• 1977: Den første optiske telefon kommunikasjonssystem ble installert omtrent 1,5 kilometer under Chicago sentrum. Hver optiske fiber hadde tilsvarende 672 stemmekanaler.
• Ved slutten av århundret ble mer enn 80 prosent av verdens langdistansetrafikk ført over optiske fiberkabler og 25 millioner kilometer av kabelen. Maurer, Keck og Schultz-designede kabler er installert over hele verden.

Følgende informasjon ble levert av Richard Sturzebecher. Det ble opprinnelig publisert i Army Corp-publikasjonen "Monmouth Message."

I 1958, hos US Army Signal Corps Labs i Fort Monmouth New Jersey, hatet sjefen for Copper Cable and Wire signaloverføringsproblemene forårsaket av lyn og vann. Han oppfordret leder av materialforskning Sam DiVita til å finne en erstatning for kobber metalltråd. Sam trodde glass, fiber og lyssignaler kan fungere, men ingeniørene som jobbet for Sam fortalte ham at en glassfiber ville gå i stykker.

I september 1959 spurte Sam DiVita 2. lensmann Richard Sturzebecher om han visste hvordan han skulle skrive formelen for en glassfiber som var i stand til å overføre lyssignaler. DiVita hadde fått vite at Sturzebecher, som gikk på Signal School, hadde smeltet tre triaksiale glassystemer ved å bruke SiO2 til sin hovedoppgave fra 1958 ved Alfred University.

Sturzebecher visste svaret. Mens du bruker a mikroskop for å måle refraksjonsindeksen på SiO2-briller, utviklet Richard en alvorlig hodepine. De 60 prosent og 70 prosent SiO2 glasspulverene under mikroskopet tillot høyere og høyere mengder strålende hvitt lys å passere gjennom mikroskopglidet og inn i øynene hans. Husker hodepinen og det strålende hvite lyset fra høy SiO2 glass, Sturzebecher visste at formelen ville være ultra ren SiO2. Sturzebecher visste også at Corning laget SiO2-pulver med høy renhet ved å oksidere ren SiCl4 til SiO2. Han foreslo at DiVita skulle bruke makt for å tildele en føderal kontrakt til Corning for å utvikle fiberen.

DiVita hadde allerede jobbet med forskningsfolk fra Corning. Men han måtte offentliggjøre ideen fordi alle forskningslaboratorier hadde rett til å by på en føderal kontrakt. I 1961 og 1962 ble ideen om å bruke SiO2 med høy renhet til en glassfiber for å overføre lys offentlig informasjon i en anmodning om bud til alle forskningslaboratorier. Som forventet tildelte DiVita kontrakten til Corning Glass Works i Corning, New York i 1962. Føderal finansiering av glassfiberoptikk på Corning var rundt $ 1.000.000 mellom 1963 og 1970. Signal Corps Federal finansiering av mange forskningsprogrammer på fiberoptikk fortsatte fram til 1985, og derved frø denne bransjen og gjør dagens multibillion-dollar industri som eliminerer kobbertråd i kommunikasjon a virkelighet.

DiVita fortsatte å komme på jobb hver dag i U.S. Army Signal Corps på slutten av 80-tallet og meldte seg frivillig som konsulent for nanovitenskap frem til hans død, 97 år gammel i 2010.