Как была изобретена волоконная оптика

Волоконная оптика - это сдерживаемая передача света через длинные волоконные стержни из стекла или пластика. Свет путешествует в процессе внутреннего отражения. Среда сердечника стержня или кабеля является более отражающей, чем материал, окружающий сердечник. Это заставляет свет продолжать отражаться обратно в сердцевину, где он может продолжать распространяться по волокну. Волоконно-оптические кабели используются для передачи голоса, изображений и других данных со скоростью, близкой к скорости света.

Исследователи Corning Glass Роберт Маурер, Дональд Кек и Питер Шульц изобрели волоконно-оптический провод или «Волоконно-оптические волокна» (патент № 3711262), способные нести В 65000 раз больше информации, чем по медному проводу, через который информация, передаваемая с помощью световых волн, может быть декодирована в пункте назначения даже за тысячу миль прочь.

Волоконно-оптические методы связи и изобретенные ими материалы открыли путь к коммерциализации волоконной оптики. От междугородной телефонной связи до

• 1854: Джон Тиндалл продемонстрировал Королевскому обществу, что свет может проходить через изогнутый поток воды, доказывая, что световой сигнал может быть согнут.
• 1880: Александр Грэхем Белл изобрел егофотофон"который передал голосовой сигнал на луче света. Белл фокусировал солнечный свет зеркалом, а затем говорил в механизм, который вибрировал зеркало. На приемном конце детектор улавливал вибрирующий луч и декодировал его обратно в голос так же, как телефон с помощью электрических сигналов. Однако многие вещи - например, облачный день - могут помешать работе фотофона, и Белл прекратит дальнейшие исследования этого изобретения.
• 1880: Уильям Уилер изобрел систему световых трубок с высокоотражающим покрытием, которое освещало дома используя свет от электрической дуговой лампы, установленной в подвале, и направляя свет вокруг дома с трубы.
• 1888: Медицинская команда Рота и Ройса из Вены использовала гнутые стеклянные стержни для освещения полостей тела.
• 1895: французский инженер Генри Сен-Рене разработал систему изогнутых стеклянных стержней для направления световых изображений в попытке раннего телевидения.
• 1898: американец Дэвид Смит подал заявку на патент на устройстве из гнутого стеклянного стержня для использования в качестве хирургической лампы.
• 1920-е годы: англичанин Джон Логи Бэйрд и американец Кларенс В. Ханселл запатентовал идею использования массивов прозрачных стержней для передачи изображений для телевидения и факсимильной связи соответственно.
• 1930: немецкий студент-медик Генрих Ламм был первым, кто собрал пучок оптических волокон для переноса изображения. Целью Ламма было заглянуть внутрь недоступных частей тела. Во время своих экспериментов он сообщил о передаче изображения лампочки. Однако изображение было низкого качества. Его попытка подать патент была отклонена из-за британского патента Ханселла.
• 1954: голландский ученый Авраам Ван Хил и британский ученый Гарольд Х. Хопкинс отдельно писал статьи о связках изображений. Хопкинс сообщил о том, что пучки необработанных волокон визуализируются, а Ван Хил - о простых пучках плакированных волокон. Он покрыл голое волокно прозрачной оболочкой с более низким показателем преломления. Это защищало отражающую поверхность волокна от внешних искажений и значительно уменьшало помехи между волокнами. В то время наибольшее препятствие для жизнеспособного использования волоконной оптики заключалось в достижении наименьшей потери сигнала (света).
• 1961: Элиас Снитцер из American Optical опубликовал теоретическое описание одномодовых волокон, волокна с таким маленьким сердечником, что он мог нести свет только с одной модой волновода. Идея Снитцера была хороша для медицинского инструмента, заглядывающего внутрь человека, но световод имел потерю света в один децибел на метр. Устройства связи должны были работать на гораздо больших расстояниях и требовали потери света не более десяти или 20 децибел (измерение света) на километр.
• 1964: Критическая (и теоретическая) спецификация была определена доктором К.К. Као для дальних связь устройства. Спецификация составляла десять или 20 децибел потерь света на километр, что устанавливало стандарт. Као также проиллюстрировал необходимость в более чистой форме стекла, чтобы уменьшить потери света.
• 1970: одна группа исследователей начала экспериментировать с плавленым кремнеземом, материалом, обладающим чрезвычайной чистотой с высокой температурой плавления и низким показателем преломления. Исследователи Corning Glass Роберт Маурер, Дональд Кек и Питер Шульц изобрели волоконно-оптический провод или «Волоконно-оптические волокна» (патент № 3711262), способные нести в 65000 раз больше информации, чем медный провод Этот провод позволял декодировать информацию, передаваемую шаблоном световых волн, в пункте назначения даже за тысячу миль. Команда решила проблемы, представленные доктором Као.
• 1975 год. Правительство Соединенных Штатов Америки решило связать компьютеры в штаб-квартире NORAD в Шайенн-Маунтин, используя волоконную оптику для уменьшения помех.
• 1977: первый оптический телефон Система связи была установлена ​​примерно в 1,5 милях под центром Чикаго. Каждое оптическое волокно несло эквивалент 672 голосовых каналов.
• К концу столетия более 80 процентов мирового трафика междугородных перевозок осуществлялось по оптоволоконным кабелям и 25 миллионам километров кабеля. Кабели, разработанные Maurer, Keck и Schultz, были установлены по всему миру.

Следующая информация была предоставлена ​​Ричардом Штурцебехером. Первоначально он был опубликован в издании Army Corp «Monmouth Message».

В 1958 году в Лаборатории Корпуса армии США в Форт-Монмуте, штат Нью-Джерси, менеджер Copper Cable and Wire ненавидел проблемы с передачей сигнала, вызванные молнией и водой. Он призвал менеджера по исследованиям материалов Сэма ДиВита найти замену медь провод. Сэм думал, что стеклянные, оптоволоконные и световые сигналы могут работать, но инженеры, работавшие на Сэма, сказали ему, что стеклянное волокно сломается.

В сентябре 1959 года Сэм ДиВита спросил 2-го лейтенанта Ричарда Штурцебехера, знает ли он, как написать формулу для стекловолокна, способного передавать световые сигналы. DiVita узнал, что Штурцебехер, который посещал Школу Сигналов, расплавил три системы трехосного стекла с использованием SiO2 для своей дипломной работы 1958 года в Университете Альфреда.

Штурцебехер знал ответ. При использовании микроскоп для измерения показателя преломления на стеклах SiO2 у Ричарда возникла сильная головная боль. Стеклянные порошки SiO2 60% и 70% под микроскопом позволяли все большему количеству блестящего белого света проходить через предметное стекло микроскопа в его глаза. Вспоминая головную боль и яркий белый свет от высокого SiO2 стеклоШтурцебехер знал, что формула будет ультрачистым SiO2. Штурцебехер также знал, что Корнинг сделал порошок SiO2 высокой чистоты путем окисления чистого SiCl4 в SiO2. Он предложил DiVita использовать свои полномочия для заключения федерального контракта с Corning на разработку волокна.

DiVita уже работал с исследователями Corning. Но он должен был обнародовать эту идею, потому что все исследовательские лаборатории имели право участвовать в торгах по федеральному контракту. Так, в 1961 и 1962 годах идея использования SiO2 высокой чистоты для стекловолокна для передачи света была обнародована во время проведения тендера во всех исследовательских лабораториях. Как и ожидалось, в 1962 году DiVita заключила контракт с Corning Glass Works на Корнинг, Нью-Йорк. Федеральное финансирование стекловолоконной оптики в Корнинге составило около 1 000 000 долларов в период с 1963 по 1970 год. Корпус связи Федеральное финансирование многих исследовательских программ по волоконной оптике продолжалось до 1985 года, что привело к эта индустрия и делает сегодняшнюю многомиллиардную индустрию, которая устраняет медный провод в коммуникациях реальность.

В конце 80-х годов ДиВита продолжал ежедневно приходить на работу в Армейский сигнальный корпус США и добровольно работал консультантом по нанонауке до своей смерти в возрасте 97 лет в 2010 году.