Πώς έγινε η χρήση οπτικών ινών

Τα οπτικά ινών είναι η περιεχόμενη μετάδοση του φωτός μέσω ράβδων μακρών ινών είτε από γυαλί είτε από πλαστικό. Το φως ταξιδεύει με διαδικασία εσωτερικής ανάκλασης. Το μέσο πυρήνα της ράβδου ή του καλωδίου είναι πιο ανακλαστικό από το υλικό που περιβάλλει τον πυρήνα. Αυτό προκαλεί ότι το φως συνεχίζει να ανακλάται στον πυρήνα, όπου μπορεί να συνεχίσει να ταξιδεύει προς τα κάτω. Τα καλώδια οπτικών ινών χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση φωνής, εικόνων και άλλων δεδομένων κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

Οι ερευνητές του Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck και Peter Schultz επινόησαν καλώδιο οπτικών ινών ή "οπτικές ίνες ινών" (δίπλωμα ευρεσιτεχνίας # 3,711,262) ικανές να φέρουν 65.000 φορές περισσότερες πληροφορίες από το σύρμα χαλκού, μέσω του οποίου οι πληροφορίες που μεταφέρονται από ένα πρότυπο φωτεινών κυμάτων θα μπορούσαν να αποκωδικοποιηθούν σε έναν προορισμό ακόμα και σε χιλιάδες μίλια Μακριά.

Οι μέθοδοι επικοινωνίας με οπτικές ίνες και τα υλικά που εφευρέθηκαν από αυτούς άνοιξαν την πόρτα για την εμπορευματοποίηση οπτικών ινών. Από τηλεφωνική υπηρεσία μεγάλων αποστάσεων έως

• 1854: Ο Τζόν Τίνταλ έδειξε στη Βασιλική Εταιρεία ότι το φως θα μπορούσε να διεξαχθεί μέσα από ένα καμπύλο ρεύμα νερού, αποδεικνύοντας ότι ένα ελαφρύ σήμα θα μπορούσε να λυγίσει.
• 1880: Αλεξάντερ Γκράχαμ μπελλ εφευρέθηκε το "Φωτοτυπία, "το οποίο μεταδίδει ένα φωνητικό σήμα σε δέσμη φωτός. Το Bell εστίασε το φως του ήλιου με έναν καθρέφτη και στη συνέχεια μίλησε σε ένα μηχανισμό που δονείται τον καθρέφτη. Στο άκρο λήψης, ένας ανιχνευτής πήρε τη δονούμενη δέσμη και την αποκωδικοποίησε σε μια φωνή με τον ίδιο τρόπο που έκανε ένα τηλέφωνο με ηλεκτρικά σήματα. Ωστόσο, πολλά πράγματα - μια συννεφιασμένη μέρα, για παράδειγμα - θα μπορούσαν να επηρεάσουν το φωτοφωτό, προκαλώντας την Bell να σταματήσει οποιαδήποτε περαιτέρω έρευνα με αυτήν την εφεύρεση.
• 1880: Ο William Wheeler εφηύρε ένα σύστημα φωτιστικών σωλήνων με επένδυση με εξαιρετικά αντανακλαστική επίστρωση που φωτίζει σπίτια χρησιμοποιώντας το φως από μια λυχνία ηλεκτρικού τόξου τοποθετημένη στο υπόγειο και κατευθύνοντας το φως γύρω από το σπίτι με το σωλήνες.
• 1888: Η ιατρική ομάδα των Roth και Reuss της Βιέννης χρησιμοποίησε λυγισμένες ράβδους για να φωτίσει τις κοιλότητες του σώματος.
• 1895: Ο γάλλος μηχανικός Henry Saint-Rene σχεδίασε ένα σύστημα λυγισμένων ράβδων γυαλιού για την καθοδήγηση φωτεινών εικόνων σε μια απόπειρα πρόωρης τηλεόρασης.
• 1898: Αμερικανός Δαβίδ Σμιθ αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σε μια λυγισμένη συσκευή γυάλινης ράβδου που θα χρησιμοποιηθεί ως χειρουργική λάμπα.
• 1920: ο Άγγλος John Logie Baird και ο Αμερικανός Clarence W. Η Hansell κατοχύρωσε την ιδέα της χρήσης συστοιχιών από διαφανείς ράβδους για τη μετάδοση εικόνων για τηλεοράσεις και τηλεομοιοτυπίες αντίστοιχα.
• 1930: Ο Γερμανός φοιτητής ιατρικής Heinrich Lamm ήταν ο πρώτος που συνέταξε μια δέσμη οπτικών ινών για να φέρει μια εικόνα. Ο στόχος του Lamm ήταν να κοιτάξει μέσα σε απρόσιτα μέρη του σώματος. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του, ανέφερε τη μετάδοση της εικόνας ενός λαμπτήρα. Ωστόσο, η εικόνα ήταν κακής ποιότητας. Η προσπάθειά του να υποβάλει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας απορρίφθηκε λόγω του βρετανικού διπλώματος ευρεσιτεχνίας της Hansell
• 1954: Ολλανδικά επιστήμονας Ο Abraham Van Heel και ο Βρετανός επιστήμονας Harold H. Hopkins έγραψε ξεχωριστά έγγραφα σχετικά με τις δέσμες απεικόνισης. Ο Hopkins ανέφερε τις δέσμες απεικόνισης των μη κηλιδωμένων ινών, ενώ η Van Heel αναφέρθηκε σε απλές δέσμες επενδυμένων ινών. Καλύπτει γυμνή ίνα με διαφανή επένδυση χαμηλού δείκτη διάθλασης. Αυτό προστατεύει την επιφάνεια αντανάκλασης ινών από εξωτερική παραμόρφωση και μειώνει σημαντικά την παρεμβολή μεταξύ των ινών. Την εποχή εκείνη, το μεγαλύτερο εμπόδιο στη βιώσιμη χρήση των οπτικών ινών ήταν η επίτευξη της χαμηλότερης απώλειας σήματος (φωτός).
• 1961: Ο Elias Snitzer της American Optical δημοσίευσε μια θεωρητική περιγραφή των μονοφασικών ινών, μιας ίνας με πυρήνα τόσο μικρό που θα μπορούσε να μεταφέρει το φως με ένα μόνο τρόπο κυματοδηγού. Η ιδέα του Snitzer ήταν εντάξει για ένα ιατρικό όργανο που κοιτούσε μέσα στον άνθρωπο, αλλά η ίνα είχε ελαφριά απώλεια ενός decibel ανά μέτρο. Συσκευές επικοινωνίας που χρειάζονται για να λειτουργούν σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις και απαιτούν απώλεια φωτός που δεν υπερβαίνει τα δέκα ή 20 ντεσιμπέλ (μέτρηση φωτός) ανά χιλιόμετρο.
• 1964: Μια κριτική (και θεωρητική) προδιαγραφή αναγνωρίστηκε από τον Dr. C.K. Kao για μεγάλη απόσταση επικοινωνία συσκευές. Η προδιαγραφή ήταν δέκα ή 20 ντεσιμπέλ απώλειας φωτός ανά χιλιόμετρο, γεγονός που καθιέρωσε το πρότυπο. Το Kao έδειξε επίσης την ανάγκη για μια καθαρότερη μορφή γυαλιού για να συμβάλει στη μείωση της απώλειας φωτός.
• 1970: Μια ομάδα ερευνητών άρχισε να πειραματίζεται με τηγμένη πυριτία, ένα υλικό ικανό για εξαιρετική καθαρότητα με υψηλό σημείο τήξης και χαμηλό δείκτη διάθλασης. Οι ερευνητές του Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck και Peter Schultz επινόησαν καλώδιο οπτικών ινών ή "Οπτικές ίνες ινών" (δίπλωμα ευρεσιτεχνίας # 3,711,262) ικανές να φέρουν 65.000 φορές περισσότερες πληροφορίες από χάλκινο σύρμα. Αυτό το καλώδιο επέτρεψε τις πληροφορίες που μεταφέρονται από ένα πρότυπο φωτεινών κυμάτων να αποκωδικοποιούνται σε έναν προορισμό, ακόμη και σε απόσταση χιλίων χιλιομέτρων. Η ομάδα είχε λύσει τα προβλήματα που αντιμετώπισε ο Δρ Kao.
• 1975: Η κυβέρνηση των Ηνωμένων Πολιτειών αποφάσισε να συνδέσει τους υπολογιστές στην έδρα NORAD στο βουνό Cheyenne χρησιμοποιώντας οπτικές ίνες για τη μείωση των παρεμβολών.
• 1977: Το πρώτο οπτικό τηλέφωνο το σύστημα επικοινωνίας εγκαταστάθηκε περίπου 1,5 μίλια κάτω από το κέντρο του Σικάγου. Κάθε οπτική ίνας έφερε το ισοδύναμο των 672 καναλιών φωνής.
• Μέχρι το τέλος του αιώνα, περισσότερο από το 80% της παγκόσμιας κίνησης μεγάλων αποστάσεων μεταφέρθηκε μέσω καλωδίων οπτικών ινών και 25 εκατομμυρίων χιλιομέτρων του καλωδίου. Τα καλώδια που σχεδιάστηκαν από την Maurer, Keck και Schultz έχουν εγκατασταθεί παγκοσμίως.

Οι ακόλουθες πληροφορίες υποβλήθηκαν από τον Richard Sturzebecher. Αρχικά δημοσιεύθηκε στη δημοσίευση του Στρατού Corp "Monmouth Message".

Το 1958, στα εργαστήρια στρατιωτικών σημάτων στρατού των Η.Π.Α. στο Fort Monmouth New Jersey, ο διευθυντής του Copper Cable and Wire μίσησε τα προβλήματα μετάδοσης σημάτων που προκλήθηκαν από κεραυνό και νερό. Ενθάρρυνε τον Διευθυντή της Έρευνας Υλικών Sam DiVita να βρει έναν αντικαταστάτη χαλκός σύρμα. Ο Σαμ σκέφτηκε ότι θα μπορούσε να λειτουργήσει γυαλί, ίνες και φωτεινά σήματα, αλλά οι μηχανικοί που δούλευαν για τον Σαμ του είπαν μια ίνα γυαλιού θα σπάσουν.

Τον Σεπτέμβριο του 1959, ο Sam DiVita ρώτησε τον 2ο Lt. Richard Sturzebecher εάν ήξερε πώς να γράψει τον τύπο για μια ίνα γυαλιού ικανή να μεταδίδει φωτεινά σήματα. Η DiVita είχε μάθει ότι ο Sturzebecher, ο οποίος παρακολούθησε τη σχολή Signal, είχε λιώσει τρία τριάξια γυάλινα συστήματα χρησιμοποιώντας SiO2 για τη δουλειά του 1958 στο πανεπιστήμιο Alfred.

Ο Sturzebecher ήξερε την απάντηση. Ενώ χρησιμοποιείτε ένα μικροσκόπιο για να μετρήσει το δείκτη της διάθλασης στα γυαλιά SiO2, ο Richard ανέπτυξε σοβαρό πονοκέφαλο. Οι 60 τοις εκατό και 70 τοις εκατό σκόνες γυαλιού SiO2 κάτω από το μικροσκόπιο επέτρεψε υψηλότερες και υψηλότερες ποσότητες λαμπερού λευκού φωτός να περάσει μέσα από τη διαφάνεια μικροσκοπίου και στα μάτια του. Υπενθυμίζοντας τον πονοκέφαλο και το λαμπρό λευκό φως από το υψηλό SiO2 ποτήρι, Ο Sturzebecher γνώριζε ότι ο τύπος θα είναι εξαιρετικά καθαρό SiO2. Ο Sturzebecher γνώριζε επίσης ότι ο Corning έφτιαξε σκόνη Si02 υψηλής καθαρότητας με οξείδωση του καθαρού SiCl4 σε SiO2. Πρότεινε ότι η DiVita χρησιμοποιεί τη δύναμή του για να συνάψει μια ομοσπονδιακή σύμβαση με την Corning για την ανάπτυξη της ίνας.

Η DiVita είχε ήδη συνεργαστεί με ερευνητές της Corning. Αλλά έπρεπε να κάνει την ιδέα δημόσια, διότι όλα τα ερευνητικά εργαστήρια είχαν το δικαίωμα να υποβάλουν προσφορά για μια ομοσπονδιακή σύμβαση. Έτσι, το 1961 και το 1962, η ιδέα χρήσης υψηλής καθαρότητας SiO2 για μια ίνα γυαλιού για τη μετάδοση του φωτός δημοσιοποιήθηκε σε μια προσπάθεια προσφοράς σε όλα τα ερευνητικά εργαστήρια. Όπως ήταν αναμενόμενο, η DiVita ανέθεσε τη σύμβαση στην Corning Glass Works στο Corning της Νέας Υόρκης το 1962. Η ομοσπονδιακή χρηματοδότηση για οπτικές ίνες γυαλιού στο Corning ήταν περίπου $ 1.000.000 μεταξύ 1963 και 1970. Signal Corps Η ομοσπονδιακή χρηματοδότηση πολλών ερευνητικών προγραμμάτων για οπτικές ίνες συνεχίστηκε μέχρι το 1985, σπέρνοντας έτσι αυτόν τον κλάδο και κάνοντας τη σημερινή βιομηχανία πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων που εξαλείφει το σύρμα χαλκού στις επικοινωνίες α πραγματικότητα.

Η DiVita συνέχισε να εργάζεται καθημερινά στο Σώμα Σήματος Στρατού των Η.Π.Α. στα τέλη της δεκαετίας του '80 και προσφέρθηκε εθελοντικά ως σύμβουλος στη νανοεπιστήμη μέχρι το θάνατό του στην ηλικία των 97 ετών το 2010.