50 metų šviesolaidinė optika: mažo nuostolio pluošto išradimas

Nov 06, 2020

Palik žinutę

1970 m. pasaulis atsidūrė ties duomenų ir ryšių sprogimo riba.


Nauji išradimai pradėjo kurti poreikį perduoti duomenis dideliais atstumais. 1969 m. rudenį JAV Gynybos departamentas sukūrė ARPAnet, interneto pirmtaką, kuris pirmą kartą prijungė Pentagono ir universitetų laboratorijas. Tokios įmonės kaip skaitmeninė įranga buvo užsiėmę pirmaisiais šaldytuvo dydžio mikrokompiumerais, kurie buvo mažesni ir pigesni nei kambario dydžio pagrindiniai rėmai, o tai reiškia, kad daugiau įmonių galėjo vykdyti savo verslą per duomenis. Pirmieji bankomatai buvo primityvūs. Siekiant palaikyti mašinos gebėjimą skaityti, popierinės instrukcijų plokštelės buvo užpildytos šiek tiek radioaktyviais elementais ir turėjo siųsti klientų banko informaciją internetu. Po metų kompiuterių programuotojas, pavadintas Ray Tomlinson, atsiuntė pirmąjį pasaulyje elektroninį paštą ir pradėjo naudoti simbolį @, kad atskirtų vardus ir adresus.


Pasaulio įmonėms taip pat pradėjo tekti kalbėtis tarpusavyje, tačiau varinės telefono linijos galėjo atlikti tik ribotą skambučių skaičių. Garso kokybė yra silpna, nes laidai neturi pakankamai informacijos, kad atkurtų žmogaus balsą. Paklausa taip pralenkė pasiūlą, kad tarptautiniai skambučiai vienu metu kainuoja net 4 USD per minutę (atitinka 27 USD 2020 m.) ar daugiau.


Didėja poreikis perduoti didelius duomenų kiekius ir pokalbius dideliais atstumais už mažą kainą. Siekiant patenkinti šį poreikį, į tyrėjų dėmesį atkreipė tikėtina teorija, kurią padėjo Charlesas, tada Didžiosios Britanijos standartinės telekomunikacijų laboratorijos fizikas.


Terminas "optinis pluoštas" atsirado 1960-aisiais. Tačiau terminas iš pradžių buvo naudojamas apibūdinti optinius stiprintuvus katodinių spindulių vamzdeliuose (naudojamuose televizijos žiūrėjimui), kompiuterinėse grandinėse ir medicinos prietaisuose. Technika veikia tik trumpais atstumais. Kai atstumas siekia apie 20 metrų (apie 65 pėdų), signalas beveik visiškai išnyksta.


Kao buvo pirmasis rodo, kad pasaulis gali būti prijungtas šviesos forma, tarpininkavo optinių skaidulų. 1966 m. paskelbtame sėkliškajame dokumente dr. Kao rašė, kad optiniai pluoštai teoriškai gali būti daug pranašesni už varinius laidus ar radijo signalus. Iššūkis yra stiklo priemaišos, kurios taip pat sukelia tai, ką mokslininkai vadina signalų "susitenkinimą". Mokslininkai sugebėjo rasti "mažo nuostolio optinį pluoštą", stiklą, kuris gali perduoti šviesą dideliais atstumais be pastebimo šviesos praradimo. Kao hipotezė buvo ta, kad valant stiklą, plono pluošto ryšuliai galėtų perduoti didelius duomenų kiekius dideliais atstumais su minimaliu signalo praradimu.


Bet niekas nežinojo, kaip padaryti tokį išgrynintą pluoštą. Didžiosios Britanijos paštas, kuris buvo atsakingas už Didžiosios Britanijos telefono sistemą, kreipėsi į Corning, kad padėtų rasti naujo tipo didelės talpos kabelį. Corningas paskyrė fiziką Robertą Maurerį vadovauti dviem naujiems jauniems tyrėjams: eksperimentiniam fizikui Donaldui Keckui ir stiklo chemikui Peteriui Schultzui dirbti prie projekto.


Tačiau kelias į naujoves turi padėti išvengti daugelio nepavykusių eksperimentų nusivylimo. Per šį laiką mokslininkai išbandė daugybę stiklo derinių ir eksperimentų, pagrįstų skirtingais dizaino dydžiais ir gamybos metodais, kad sukurtų ir išvalytų eksperimentams reikalingus stiklo komponentus. Vienas iš iššūkių buvo sujungti dviejų tipų stiklą į vieną pluoštą. Kiekviename bandyme technikai ištraukė pluoštą iš stiklo bloko, kuris yra šalia krosnies, tada pritvirtino pluoštą prie kito, kad padarytų vieną pluoštą.


Penktadienio vakarą, 1970 m. rugpjūtį, Keck ruošiasi įdėti komandos naujai sukurtą naujo optinio pluošto prototipą į bandymo įrenginį. Nors jis negali laukti, kad pradėti savaitgalį, Keck nori išbandyti naujausius rezultatus prieš išvykdami namo. Jis pasilenkė per mikroskopą ir buvo priblokštas ryškios šviesos. "Tai buvo pats didingiausias reginys, kurį kada nors mačiau", – vėliau apibūdino Keck. Šviesos praradimas matuojamas decibelais, o dr. Kao teorija veikia tik tuo atveju, jei stiklo šviesos talpa rodo, kad prarandama mažiau nei 20 decibelų. Šviesos impulsas, einantis per naują pluoštą, yra nuo 16 iki 17 decibelų. Keck sakė, kad jis pajuto Edisono dvasią tą dieną savo laboratorijoje ir parašė "Oho!" užrašų knygelėje.


Kaip aprašyta patentinėje paraiškoje, "šviesos kreipiamasis pluoštas" yra optinis pluoštas, kuris gali turėti 65 000 kartų daugiau informacijos nei varinė viela. Po ketverių metų, kad "Wow" metu 1970 m. vasarą buvo eternalized JAV patentų Nr. 3711,262.


Tai buvo devyneri metai nuo Corning pradėjo masiškai gaminti šviesolaidinę optika. Prireikė dar kelerių metų, kad įmonės pradėtų naudoti posea šviesolaidinius kabelius, kurie sujungtų žemynus ir suteiktų nebrangų būdą žmonėms bendrauti. Tačiau, kad rugpjūčio popietę 1970 m. visada pažymėtas ryšių revoliucijos pradžioje, kad galų gale padėtų pertvarkyti pasaulį.


Siųsti užklausą