Jak byla vynalezena optická vlákna

Vláknová optika je uzavřený přenos světla dlouhými vláknovými tyčemi ze skla nebo plastů. Světlo prochází procesem vnitřního odrazu. Jádro média tyče nebo kabelu je více reflexní než materiál obklopující jádro. To způsobuje, že světlo se stále odráží zpět do jádra, kde může pokračovat v cestě vláknem. Kabely z optických vláken se používají pro přenos hlasu, obrázků a dalších dat v blízkosti rychlosti světla.

Výzkumníci společnosti Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck a Peter Schultz vynalezli vláknový optický drát nebo „optická vlnovodová vlákna“ (patent # 3,711,262) schopný přenášet 65 000krát více informací než měděný drát, díky nimž by mohly být informace nesené vzorem světelných vln dekódovány v cíli dokonce tisíce mil pryč.

Metody komunikace s vláknovou optikou a materiály, které vynalezli, otevřely dveře komercializaci vláknové optiky. Z dálkové telefonní služby do internet a zdravotnická zařízení, jako je endoskop, optická vlákna jsou nyní hlavní součástí moderního života.

• 1854: John Tyndall předváděl Královské společnosti, že světlo může být vedeno zakřiveným proudem vody, což dokazuje, že světelný signál lze ohnout.
• 1880: Alexander Graham Bell vynalezl jeho “Photophone“, který vyslal hlasový signál na paprsek světla. Bell soustředil sluneční světlo zrcadlem a pak promluvil do mechanismu, který zrcadlo vibroval. Na přijímacím konci zachytil detektor vibrační paprsek a dekódoval jej zpět do hlasu stejným způsobem, jakým telefon pracoval s elektrickými signály. Mnoho věcí, například zamračený den, by však mohlo interferovat s Photophone, což by způsobilo, že Bell zastavil další výzkum tohoto vynálezu.
• 1880: William Wheeler vynalezl systém světlovodů lemovaných vysoce reflexním povlakem, který osvětloval domy pomocí světla z elektrické obloukové lampy umístěné v suterénu a směrování světla kolem domu pomocí potrubí.
• 1888: Lékařský tým Roth a Reuss z Vídně používal ohýbané skleněné tyče k osvětlení tělních dutin.
• 1895: Francouzský inženýr Henry Saint-Rene navrhl systém ohýbaných skleněných tyčí pro vedení světelných obrazů při pokusu o časnou televizi.
• 1898: Američan David Smith přihlášku k patentu na zařízení se zahnutou skleněnou tyčí, které se má použít jako chirurgická lampa.
• 20. léta: Angličan John Logie Baird a American Clarence W. Hansell patentoval myšlenku používat pole průhledných prutů k přenosu obrazů pro televizi a faxy.
• 1930: Německý student medicíny Heinrich Lamm byl první osobou, která sestavila svazek optických vláken, která nesla obraz. Lammovým cílem bylo nahlédnout do nepřístupných částí těla. Během jeho experimentů hlásil, že vysílá obraz žárovky. Obraz však byl nekvalitní. Jeho úsilí o udělení patentu bylo zamítnuto kvůli britskému patentu Hansell.
• 1954: Dutch vědec Abraham Van Heel a britský vědec Harold H. Hopkins samostatně psal referáty o zobrazovacích balíčcích. Hopkins informoval o zobrazování svazků neplátovaných vláken, zatímco Van Heel o jednoduchých svazcích plátovaných vláken. Zakryl holé vlákno průhledným pláštěm s nižším indexem lomu. To chránilo povrch odrazu vláken před vnějším zkreslením a výrazně snížilo rušení mezi vlákny. V té době byla největší překážkou životaschopného využití vláknové optiky dosažení nejnižší ztráty signálu.
• 1961: Elias Snitzer of American Optical publikoval teoretický popis vláken v jednom módu, vlákno s tak malým jádrem, že mohlo nést světlo pouze v jednom vlnovodném režimu. Snitzerův nápad byl v pořádku pro lékařský nástroj vypadající uvnitř člověka, ale vlákno mělo ztrátu světla o jeden decibel na metr. Komunikační zařízení potřebovala k provozu na mnohem delší vzdálenosti a vyžadovala ztrátu světla ne více než deset nebo 20 decibelů (měření světla) na kilometr.
• 1964: Kritická (a teoretická) specifikace byla identifikována Dr. C.K. Kao pro dlouhé vzdálenosti sdělení zařízení. Specifikace byla deset nebo 20 decibelů ztráty světla na kilometr, což stanovilo standard. Kao také ilustroval potřebu čistší formy skla, která pomůže snížit ztráty světla.
• 1970: Jeden tým vědců začal experimentovat s taveným oxidem křemičitým, materiálem schopným extrémní čistoty s vysokým bodem tání a nízkým indexem lomu. Vědci společnosti Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck a Peter Schultz vynalezli drát z optických vláken nebo „Optická vlnovodová vlákna“ (patent č. 3 711 262) schopná nést 65 000krát více informací než měděný drát. Tento drát umožňoval dekódování informací přenášených vzorem světelných vln v místě určení vzdáleném tisíce mil. Tým vyřešil problémy, které představil Dr. Kao.
• 1975: Vláda Spojených států se rozhodla propojit počítače v ústředí NORAD v Cheyenne Mountain pomocí vláknové optiky, aby se snížilo rušení.
• 1977: První optický telefon komunikační systém byl nainstalován asi 1,5 mil pod centrem Chicaga. Každé optické vlákno neslo ekvivalent 672 hlasových kanálů.
• Do konce století bylo více než 80 procent světového dálkového provozu přenášeno přes kabely z optických vláken a 25 milionů kilometrů kabelu. Kabely navržené společností Maurer, Keck a Schultz byly nainstalovány po celém světě.

Následující informace předložil Richard Sturzebecher. Původně vyšlo v publikaci Army Corp "Monmouth Message".

V roce 1958 v laboratoři signálních sborů americké armády ve Fort Monmouth v New Jersey, manažer Copper Cable and Wire, nenáviděl problémy s přenosem signálu způsobené bleskem a vodou. Vyzval manažera materiálového výzkumu Sama DiVity, aby našel náhradu za měď drát. Sam si myslel, že skleněné, vláknové a světelné signály by mohly fungovat, ale inženýři, kteří pro Sam pracovali, mu řekli, že se skleněné vlákno rozbije.

V září 1959 se Sam DiVita zeptal 2. poručíka Richarda Sturzebechera, jestli věděl, jak napsat vzorec pro skleněné vlákno schopné přenášet světelné signály. DiVita se dozvěděl, že Sturzebecher, který navštěvoval Signal School, roztavil tři trojosé skleněné systémy pomocí SiO2 pro svou diplomovou práci z roku 1958 na Alfred University.

Sturzebecher znal odpověď. Při používání a mikroskop pro měření indexu lomu na brýlích SiO2 vyvinul Richard silnou bolest hlavy. Prášky ze skla ze 60% a 70% SiO2 pod mikroskopem umožnily, aby přes sklíčko mikroskopu a do jeho očí procházelo stále větší množství jasného bílého světla. Vzpomínáme na bolesti hlavy a zářivě bílé světlo z vysokého SiO2 sklenka, Sturzebecher věděl, že vzorec bude ultra čistý SiO2. Sturzebecher také věděl, že Corning vyrobil prášek SiO2 o vysoké čistotě oxidací čistého SiCl4 na Si02. Navrhl, aby DiVita využil své moci k udělení federální smlouvy společnosti Corning na vývoj vlákna.

DiVita již spolupracoval s výzkumnými lidmi z Corningu. Ten nápad však musel zveřejnit, protože všechny výzkumné laboratoře měly právo podat nabídku na federální smlouvu. Takže v letech 1961 a 1962 byla myšlenka použití vysoce čistého SiO2 pro skleněné vlákno k přenosu světla zveřejněna ve veřejné nabídce všech výzkumných laboratoří. Jak se očekávalo, DiVita v roce 1962 zadala zakázku společnosti Corning Glass Works v Corningu v New Yorku. Federální financování optiky ze skleněných vláken v Corningu bylo v letech 1963 až 1970 asi 1 000 000 USD. Signal Corps Federální financování mnoha výzkumných programů v oblasti optických vláken pokračovalo až do roku 1985, čímž se setí toto odvětví a výroba dnešního multibilionového průmyslu, který eliminuje měděný drát v komunikaci a realita.

DiVita pokračoval v práci každý den v americkém armádním signalizačním sboru v jeho pozdních 80. letech a dobrovolně působil jako konzultant v oblasti nanověd až do své smrti ve věku 97 let v roce 2010.