Kako je bila izumljena vlaknasta optika

Vlakna optika je prepuščeno prenašanje svetlobe skozi dolge vlaknene palice iz stekla ali plastike. Svetloba potuje s postopkom notranjega odboja. Jedro medija palice ali kabla je bolj odsevno kot material, ki obdaja jedro. Zaradi tega se svetloba odseva nazaj v jedro, kjer lahko še naprej potuje po vlaknu. Optični kabli se uporabljajo za prenos glasov, slik in drugih podatkov s hitrostjo svetlobe.

Raziskovalci Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck in Peter Schultz so izumili vlakna z optičnimi vlakni ali "optična valovodna vlakna" (patent št. 3.711.262), ki jih lahko nosijo 65.000-krat več informacij kot bakrena žica, s pomočjo katerih bi lahko podatke, ki jih prenaša vzorec svetlobnih valov, dekodirali na cilju celo tisoč milj proč.

Metode in materiali iz optičnih vlaken, ki so jih izumili, so odprli vrata za komercializacijo optičnih vlaken. Od telefonske storitve na dolge razdalje do internet in medicinski pripomočki, kot je endoskop, optična vlakna, so zdaj pomemben del sodobnega življenja.

• 1854: John Tyndall je kraljevski družbi dokazal, da se lahko svetloba vodi skozi ukrivljen tok vode, kar dokazuje, da se lahko svetlobni signal upogne.
• 1880: Alexander Graham Bell izumil svoj "Fotofon, "ki je oddajal glasovni signal na svetlobni žarek. Bell se je z ogledalom osredotočil na sončno svetlobo in se nato pogovoril v mehanizem, ki je vibriral v ogledalu. Na sprejemnem koncu je detektor dvignil vibrirajoči žarek in ga dekodiral nazaj na glas enako kot telefon z električnimi signali. Vendar pa bi lahko marsikaj - na primer oblačen dan - motilo Fotofon, zaradi česar bi Bell prenehal z nadaljnjim raziskovanjem tega izuma.
• 1880: William Wheeler je izumil sistem svetlobnih cevi, obloženih z zelo odsevnim premazom, ki je osvetljeval domove z uporabo svetlobe z električno obločno svetilko, nameščeno v kleti, in usmerjanje svetlobe okoli doma z cevi.
• 1888: Zdravniška ekipa Roth in Reuss z Dunaja je uporabila upognjene steklene palice za osvetlitev telesnih votlin.
• 1895: Francoski inženir Henry Saint-Rene je v poskusu zgodnje televizije zasnoval sistem upognjenih steklenih palic za vodenje svetlobnih slik.
• 1898: Američan David Smith prijavljen za patent na upognjeno stekleno palico, ki se uporablja kot kirurška svetilka.
• 1920. leta: Anglež John Logie Baird in Američan Clarence W. Hansell je patentiral zamisel o uporabi niza prozornih palic za prenos slik za televizijo oziroma faksimile.
• 1930: Nemški študent medicine Heinrich Lamm je bil prvi, ki je sestavil sveženj optičnih vlaken, ki je nosil sliko. Lammov cilj je bil pogledati v nedostopne dele telesa. Med poskusi je poročal o prenosu slike žarnice. Slika pa je bila slabe kakovosti. Njegovo prizadevanje za prijavo patenta je bilo zaradi britanskega patenta Hansell zavrnjeno.
• 1954: Nizozemščina znanstvenik Abraham Van Heel in britanski znanstvenik Harold H. Hopkins je ločeno pisal prispevke o svežnjih za slikanje. Hopkins je poročal o slikovnih svežnjih neoplaščenih vlaken, medtem ko je Van Heel poročal o preprostih svežnjih oblačenih vlaken. Golo vlakno je prekril s prozorno oblogo nižjega indeksa loma. To je zaščitilo odsevno površino vlaken pred zunanjimi popačenji in močno zmanjšalo motnje med vlakni. Takrat je bila največja ovira za učinkovito uporabo optičnih vlaken doseganje najmanjših izgub zaradi signala.
• 1961: Elias Snitzer iz American Optical je objavil teoretični opis enosmernih vlaken, vlakna s tako majhnim jedrom, da bi lahko prenašala svetlobo samo z enim načinom valovoda. Snitzerjeva ideja je bila v redu za medicinski instrument, ki je videti v človeku, vendar je vlakno izgubilo en decibel na meter. Komunikacijske naprave, potrebne za delovanje na veliko daljših razdaljah in zahtevajo izgubo svetlobe največ deset ali 20 decibelov (meritev svetlobe) na kilometer.
• 1964: Kritična (in teoretična) specifikacija je opredelila dr. C.K. Kao za dolge dosege komunikacija naprave. Specifikacija je bila deset ali 20 decibelov izgube svetlobe na kilometer, kar je določilo standard. Kao je ponazoril tudi potrebo po bolj čisti obliki stekla, ki bo pomagala zmanjšati izgubo svetlobe.
• 1970: Ena skupina raziskovalcev je začela eksperimentirati s staljenim silicijevim dioksidom, materialom, ki je izjemno čist z visokim tališčem in nizkim indeksom loma. Raziskovalci Corning Glass-a Robert Maurer, Donald Keck in Peter Schultz so izumili vlakno z optičnimi vlakni oz "Optična valovodna vlakna" (patent št. 3.711.262), ki lahko nosijo 65.000-krat več informacij kot bakrena žica. Ta žica je omogočala, da se informacije, ki jih prenaša vzorec svetlobnih valov, dekodirajo na namembnem mestu, ki je oddaljeno tudi tisoč kilometrov. Skupina je rešila težave, ki jih je predstavil doktor Kao.
• 1975: Vlada Združenih držav se je odločila, da bo za zmanjšanje motenj povezala računalnike na sedežu NORAD na gori Cheyenne z optičnimi vlakni.
• 1977: Prva optika telefon komunikacijski sistem je bil nameščen približno 1,5 milje pod mestom Chicago. Vsako optično vlakno je imelo ekvivalent 672 govornih kanalov.
• Do konca stoletja je več kot 80 odstotkov svetovnega prometa na dolge razdalje potekalo preko kablov optičnih vlaken in 25 milijonov kilometrov kabla. Kabli, oblikovani za Maurer, Keck in Schultz, so nameščeni po vsem svetu.

Naslednje podatke je predložil Richard Sturzebecher. Prvotno je bilo objavljeno v publikaciji Army Corp "Monmouth message".

Leta 1958 je v ameriškem laboratoriju za signalizacijo vojske v Fort Monmouth New Jerseyju vodja bakrenih kablov in žic sovražil težave s prenosom signala, ki jih povzročajo strela in voda. Spodbudil je direktorja raziskav materialov Sama DiVita, da poišče nadomestek za baker žica. Sam je mislil, da lahko steklo, vlakna in svetlobni signali delujejo, toda inženirji, ki so delali za njega, so mu rekli, da se bodo steklena vlakna zlomila.

Septembra 1959 je Sam DiVita vprašal drugega poročnika Richarda Sturzebecherja, če zna napisati formulo za stekleno vlakno, ki je sposobno oddajati svetlobne signale. DiVita je izvedel, da je Sturzebecher, ki je obiskoval šolo signalov, za svojo visokošolsko nalogo leta 1958 na univerzi Alfred stopil tri triosne steklene sisteme s pomočjo SiO2.

Sturzebecher je vedel odgovor. Med uporabo a mikroskop Richard je za merjenje indeksa refrakcije na očala SiO2 razvil močan glavobol. 60-odstotni in 70-odstotni SiO2 stekleni prašek pod mikroskopom je omogočil, da so skozi drsnik mikroskopa in njegove oči prehajale večje in večje količine briljantne bele svetlobe. Spomin na glavobol in sijajno belo svetlobo iz visokega SiO2 kozarec, Sturzebecher je vedel, da bo formula ultra čistega SiO2. Sturzebecher je tudi vedel, da je Corning z oksidacijo čistega SiCl4 v SiO2 naredil prah SiO2 visoke čistoče. Predlagal je, da DiVita uporabi svoje moči, da Corningu podeli zvezno pogodbo za razvoj vlaken.

DiVita je že sodelovala z raziskovalci Corninga. Toda to idejo je moral objaviti, ker so imeli vsi raziskovalni laboratoriji pravico ponuditi zvezno pogodbo. V letih 1961 in 1962 je bila ideja o uporabi SiO2 visoke čistosti za stekleno vlakno za prenašanje svetlobe javno objavljena v razpravah vsem raziskovalnim laboratorijem. Kot je bilo pričakovano, je DiVita leta 1962 naročilo podelila podjetju Corning Glass Works v Corningu v New Yorku. Zvezno financiranje optike iz steklenih vlaken v Corningu je bilo med letoma 1963 in 1970 približno 1.000.000 USD. Signal Corps Zvezno financiranje številnih raziskovalnih programov na področju optičnih vlaken se je nadaljevalo do leta 1985, s čimer se je posejalo ta industrija in današnja večmilijonska industrija, ki odpravlja bakreno žico v komunikacijah a resničnost.

DiVita je v svojih poznih 80-ih letih še naprej vsak dan delal v ameriškem vojaškem signalnem korpusu in se kot svetovalec za nanoznanost prostovoljno prijavil do smrti leta 2010 v starosti 97 let.