50 років волоконної оптики: винахід волокна з низькими втратами

Dec 19, 2023

Залишити повідомлення

info-604-420


У 1970 році світ був на порозі вибуху даних і комунікацій.
Нові винаходи почали створювати потребу в передачі даних на великі відстані. Восени 1969 року Міністерство оборони США розробило мережу ARPAnet, попередницю Інтернету, яка вперше з’єднала Пентагон та університетські лабораторії. Такі компанії, як Digital Equipment, були зайняті створенням перших мікрокомп’ютерів розміром з холодильник, які були меншими та дешевшими за мейнфрейми розміром кімнати, що означало, що більше компаній могли вести свій бізнес за допомогою даних. Перші банкомати були примітивними. Щоб підтримувати здатність машини читати, паперові таблички з інструкціями були наповнені злегка радіоактивними елементами та вимагали надсилати банківську інформацію клієнтів через Інтернет. Через рік комп’ютерний програміст на ім’я Рей Томлінсон надіслав перший у світі електронний лист і почав використовувати символ @ для розділення імен і адрес.
Глобальні компанії також почали потребувати спілкування один з одним, але мідні телефонні лінії могли передати лише обмежену кількість дзвінків. Якість звуку низька, оскільки дроти не передають достатньо інформації, щоб відтворити голос людини. Попит настільки перевищив пропозицію, що міжнародні дзвінки в один момент коштували 4 долари за хвилину (еквівалентно 27 доларам у 2020 році) або більше.
Зростає потреба передавати великі обсяги даних і розмов на великі відстані за низькою ціною. Щоб задовольнити цю потребу, увагу дослідників за допомогою Чарльза, тодішнього фізика Британської стандартної телекомунікаційної лабораторії, привернула правдоподібна теорія.
Термін «оптичне волокно» з’явився в 1960-х роках. Але спочатку цей термін використовувався для опису оптичних підсилювачів в електронно-променевих трубках (які використовуються для перегляду телебачення), комп’ютерних схем і медичних приладів. Методика працює тільки на коротких відстанях. Коли відстань досягає приблизно 20 метрів (приблизно 65 футів), сигнал майже повністю зникає.
Као був першим, хто припустив, що світ може бути з’єднаний у формі світла, посередником якого є оптичні волокна. У основоположній статті, опублікованій у 1966 році, доктор Као писав, що оптичні волокна теоретично можуть бути набагато кращими за мідні дроти чи радіосигнали. Проблемою є домішки в склі, які також спричиняють те, що вчені називають «загасанням» сигналів. Вченим вдалося знайти "оптичне волокно з низькими втратами," скло, яке може передавати світло на великі відстані без помітної втрати світла. Гіпотеза Као полягала в тому, що, очистивши скло, тонкі пучки волокон зможуть передавати великі обсяги даних на великі відстані з мінімальною втратою сигналу.
Але ніхто не знав, як зробити таке очищене волокно. Британське поштове відомство, яке відповідало за британську телефонну систему, звернулося до Corning за допомогою у пошуку нового типу кабелю високої ємності. Корнінг призначив фізика Роберта Маурера очолити двох нових дослідників: фізика-експериментатора Дональда Кека та хіміка зі скла Пітера Шульца для роботи над проектом.
Проте шлях до інновацій обов’язково повинен уникнути розчарувань численних невдалих експериментів. Протягом цього часу вчені випробували численні скляні комбінації та експерименти на основі різних проектних розмірів і методів виробництва, щоб створити та очистити скляні компоненти, необхідні для експериментів. Одним із завдань було поєднання двох типів скла в одне волокно. Під час кожного випробування техніки витягували волокно зі скляного блоку, покладеного поруч у піч, а потім приєднували волокно до іншого, щоб отримати одне волокно.
У п'ятницю ввечері в серпні 1970 року Кек готувався поставити нещодавно розроблений командою прототип нового оптичного волокна в пристрій для тестування. Хоча він не може дочекатися початку вихідних, Кек хоче випробувати останні результати перед тим, як повернутися додому. Він схилився над мікроскопом і був приголомшений яскравим світлом. «Це було найвеличніше видовище, яке я коли-небудь бачив», — пізніше описав Кек. Втрата світла вимірюється в децибелах, і теорія доктора Као працює, лише якщо світлопроникна здатність скла показує втрату менше 20 децибел. Імпульс світла, що проходить через нове волокно, становить від 16 до 17 децибел. Кек сказав, що того дня у своїй лабораторії відчув дух Едісона і написав «Вау!» в блокноті. .
Як описано в заявці на патент, "світловодне волокно" єоптичне волокноякий може передавати в 65000 разів більше інформації, ніж мідний дріт. Чотири роки потому цей момент «Вау» влітку 1970 року був увічнений патентом США № 3711 262.
Минуло дев'ять років з тих пір, як Corning почала масове виробництво волоконної оптики. Знадобилося ще кілька років, щоб компанії почали використовувати підводні волоконно-оптичні кабелі, які з’єднали б континенти та забезпечили людям недорогий спосіб спілкування. Проте той серпневий день 1970 року завжди позначав початок комунікаційної революції, яка врешті-решт допоможе змінити світ.

Послати повідомлення