50 χρόνια οπτικών ινών: Η εφεύρεση ινών χαμηλής απώλειας

Nov 06, 2020

Αφήστε ένα μήνυμα

Το 1970, ο κόσμος ήταν στα πρόθυρα μιας έκρηξης δεδομένων και επικοινωνιών.


Νέες εφευρέσεις άρχισαν να δημιουργούν την ανάγκη μετάδοσης δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις. Το φθινόπωρο του 1969, το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ ανέπτυξε το ARPAnet, έναν πρόδρομο στο Διαδίκτυο που συνδέει για πρώτη φορά τα εργαστήρια του Πενταγώνου και των πανεπιστημίων. Εταιρείες όπως η Digital Equipment ήταν απασχολημένες με την κατασκευή των πρώτων μικροϋπολογιστών μεγέθους ψυγείου, οι οποίοι ήταν μικρότεροι και φθηνότεροι από τα κεντρικά πλαίσια μεγέθους δωματίου, πράγμα που σημαίνει ότι περισσότερες εταιρείες θα μπορούσαν να διευθύνουν τις επιχειρήσεις τους μέσω δεδομένων. Τα πρώτα ΑΤΜ ήταν πρωτόγονα. Για να υποστηρίξει την ικανότητα ανάγνωσης του&# 39, οι πλάκες εντολών χαρτιού γεμίστηκαν με ελαφρώς ραδιενεργά στοιχεία και απαιτούσαν να στείλουν στους πελάτες&# 39. τραπεζικές πληροφορίες μέσω Διαδικτύου. Ένα χρόνο αργότερα, ένας προγραμματιστής υπολογιστών με την ονομασία Ray Tomlinson έστειλε το πρώτο ηλεκτρονικό μήνυμα της&# 39 και άρχισε να χρησιμοποιεί το σύμβολο @ για να διαχωρίσει ονόματα και διευθύνσεις.


Οι παγκόσμιες επιχειρήσεις άρχισαν επίσης να χρειάζεται να μιλούν μεταξύ τους, αλλά οι χάλκινες τηλεφωνικές γραμμές μπορούσαν να μεταφέρουν μόνο έναν περιορισμένο αριθμό κλήσεων. Η ποιότητα του ήχου είναι αδύναμη επειδή τα καλώδια δεν φέρουν αρκετές πληροφορίες για να αναδημιουργήσουν τη φωνή ενός ατόμου&# 39. Η ζήτηση έχει υπερβεί την προσφορά, ώστε οι διεθνείς κλήσεις σε ένα σημείο να κοστίζουν έως και 4 $ το λεπτό (ισοδύναμο με 27 $ το 2020) ή περισσότερα.


Υπάρχει αυξανόμενη ανάγκη μετάδοσης μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων και συνομιλιών σε μεγάλες αποστάσεις με χαμηλό κόστος. Για να καλυφθεί αυτή η ανάγκη, μια λογική θεωρία ήρθε στην προσοχή των ερευνητών, με τη βοήθεια του Charles, τότε φυσικού στο Βασικό Εργαστήριο Τηλεπικοινωνιών της Βρετανίας.


Ο όρος&"οπτική ίνα GG"; εμφανίστηκε στη δεκαετία του 1960. Αλλά ο όρος χρησιμοποιήθηκε αρχικά για να περιγράψει οπτικούς ενισχυτές σε σωλήνες καθοδικών ακτίνων (που χρησιμοποιούνται για παρακολούθηση τηλεόρασης), κυκλώματα υπολογιστών και ιατρικές συσκευές. Η τεχνική λειτουργεί μόνο σε μικρές αποστάσεις. Όταν η απόσταση φτάνει περίπου τα 20 μέτρα (περίπου 65 πόδια), το σήμα σχεδόν εξαφανίζεται τελείως.


Ο Κάο ήταν ο πρώτος που πρότεινε ότι ο κόσμος μπορεί να συνδεθεί με τη μορφή φωτός, με τη μεσολάβηση οπτικών ινών. Σε ένα σπερματικό έγγραφο που δημοσιεύθηκε το 1966, ο Δρ Kao έγραψε ότι οι οπτικές ίνες θεωρητικά θα μπορούσαν θεωρητικά να είναι πολύ ανώτερες από τα καλώδια χαλκού ή τα ραδιοσήματα. Η πρόκληση είναι οι ακαθαρσίες στο γυαλί, οι οποίες προκαλούν επίσης αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν&«εξασθένηση GG»; σημάτων. Οι επιστήμονες κατάφεραν να βρουν μια&«χαμηλή απώλεια οπτικών ινών, GG». ένα γυαλί που μπορεί να εκπέμπει φως σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς σημαντική απώλεια φωτός. Η υπόθεση του Kao&# 39 ήταν ότι με τον καθαρισμό του γυαλιού, οι δέσμες λεπτών ινών θα μπορούσαν να μεταδώσουν μεγάλες ποσότητες δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις με ελάχιστη απώλεια σήματος.


Αλλά κανείς δεν ήξερε πώς να κάνει μια τέτοια καθαρισμένη ίνα. Το βρετανικό ταχυδρομείο, που ήταν υπεύθυνο για το βρετανικό τηλεφωνικό σύστημα, στράφηκε στο Corning για βοήθεια στην εύρεση ενός νέου τύπου καλωδίου υψηλής χωρητικότητας. Ο Corning διόρισε τον φυσικό Robert Maurer για να οδηγήσει δύο νέους νέους ερευνητές: τον πειραματικό φυσικό Donald Keck και τον χημικό γυαλιού Peter Schultz για να εργαστούν στο έργο.


Ο δρόμος προς την καινοτομία, ωστόσο, είναι υποχρεωμένος να αποφύγει την απογοήτευση πολλών αποτυχημένων πειραμάτων. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι επιστήμονες δοκίμασαν πολλούς συνδυασμούς γυαλιού και πειράματα με βάση διαφορετικά μεγέθη σχεδιασμού και μεθόδους παραγωγής για να δημιουργήσουν και να καθαρίσουν τα γυάλινα εξαρτήματα που απαιτούνται για πειράματα. Μία από τις προκλήσεις ήταν ο συνδυασμός των δύο τύπων γυαλιού σε μία μόνο ίνα. Σε κάθε δοκιμή, οι τεχνικοί τράβηξαν μια ίνα από ένα γυάλινο μπλοκ τοποθετημένο δίπλα-δίπλα σε έναν κλίβανο, και στη συνέχεια προσάρμοσαν την ίνα στην άλλη για να φτιάξουν μία μόνο ίνα.


Την Παρασκευή το απόγευμα του Αυγούστου 1970, ο Keck ετοιμαζόταν να βάλει το νέο μοντέλο της ομάδας&# 39, μιας νέας οπτικής ίνας στη συσκευή για δοκιμή. Αν και δεν μπορεί να περιμένει να ξεκινήσει το Σαββατοκύριακο, ο Keck θέλει να δοκιμάσει τα τελευταία αποτελέσματα πριν επιστρέψει στο σπίτι. Έσκυψε πάνω από το μικροσκόπιο και έκπληκτος από ένα έντονο φως.&«Ήταν το πιο υπέροχο θέαμα που έχω δει ποτέ, GG»; Ο Keck αργότερα περιέγραψε. Η απώλεια φωτός μετράται σε ντεσιμπέλ και η θεωρία του Dr. Kao&# 39 λειτουργεί μόνο εάν η ικανότητα μεταφοράς φωτός του γυαλιού&# 39 δείχνει απώλεια μικρότερη από 20 ντεσιμπέλ. Ο παλμός του φωτός που διέρχεται από τη νέα ίνα είναι μεταξύ 16 και 17 ντεσιμπέλ. Ο Keck είπε ότι ένιωσε το πνεύμα του Edison&εκείνη την ημέρα στο εργαστήριό του και έγραψε το&«Wow!" σε ένα σημειωματάριο.


Όπως περιγράφεται στην αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας, μια&«ελαφριά οδηγός ίνας GG». είναι μια οπτική ίνα που μπορεί να μεταφέρει 65.000 φορές περισσότερες πληροφορίες από το σύρμα χαλκού. Τέσσερα χρόνια αργότερα, αυτό το&«Wow GG»; στιγμή το καλοκαίρι του 1970 αιώνιασε με το Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ Νο. 3711.262.


Έχουν περάσει εννέα χρόνια από την έναρξη της μαζικής παραγωγής οπτικών ινών από την Corning. Χρειάστηκαν αρκετά ακόμη χρόνια για τις εταιρείες να αρχίσουν να χρησιμοποιούν υποθαλάσσια καλώδια οπτικών ινών, τα οποία θα συνδέουν τις ηπείρους και θα παρέχουν έναν τρόπο χαμηλού κόστους για τους ανθρώπους να επικοινωνούν. Ωστόσο, εκείνο το απόγευμα του Αυγούστου το 1970 σηματοδότησε πάντα την αρχή μιας επανάστασης των επικοινωνιών που τελικά θα βοηθούσε στη διαμόρφωση του κόσμου.


Αποστολή ερώτησής