Kaip buvo sugalvota skaidulinė optika

Skaidulinė optika yra ribotas šviesos perdavimas per ilgus stiklo arba plastiko pluošto strypus. Šviesa keliauja vidinio atspindžio būdu. Pagrindinė strypo ar kabelio terpė atspindi daugiau nei šerdį supanti medžiaga. Tai lemia, kad šviesa vėl atsispindi šerdyje, kur ji gali toliau keliauti pluoštu. Šviesolaidiniai kabeliai naudojami balsui, vaizdams ir kitiems duomenims perduoti arti šviesos greičio.

„Corning Glass“ tyrinėtojai Robertas Maureris, Donaldas Keckas ir Peteris Schultzas išrado optinio pluošto laidą arba „Optinio bangolaidžio pluoštą“ (patentas Nr. 3 711 262), galintį nešiotis 65 000 kartų daugiau informacijos nei vario viela, per kurią šviesos bangų pavyzdžiu gauta informacija galėtų būti iššifruota net tūkstančio mylių taške toli.

Šviesolaidžių komunikacijos metodai ir jų sugalvotos medžiagos atvėrė duris optinio pluošto komercializavimui. Nuo tolimojo telefono ryšio iki internetas ir medicinos prietaisai, tokie kaip endoskopas, skaidulinė optika, dabar yra pagrindinė šiuolaikinio gyvenimo dalis.

• 1854 m. Johnas Tyndalis karališkajai draugijai pademonstravo, kad šviesa gali būti sklindanti per išlenktą vandens srovę, įrodydama, kad šviesos signalas gali būti sulenktas.
• 1880: Aleksandras Grahamas Bellas sugalvojo savo „Fotofonas“, kuris perduodavo balso signalą šviesos spinduliu. Varpas sutelkė saulės spindulius į veidrodį, tada kalbėjosi su mechanizmu, kuris vibravo veidrodį. Priimančiame gale detektorius pasiėmė vibracinį spindulį ir atkovojo jį balsu taip, kaip telefonas darė su elektriniais signalais. Tačiau daugelis dalykų, pavyzdžiui, debesuota diena, gali trikdyti „Photophone“ telefoną, todėl Bell gali nutraukti bet kokius tolesnius šio išradimo tyrimus.
• 1880 m. Williamas Wheeleris išrado lengvųjų vamzdžių, išklotų labai atspindinčia danga, sistemą, kuri apšvies namus naudojant šviesą iš rūsyje esančios elektros lanko lempos ir nukreipiant šviesą aplink namus su vamzdžiai.
• 1888 m.: Vienos Rotho ir Reusso medicinos komanda panaudojo sulenktus stiklinius strypus kūno ertmėms apšviesti.
• 1895 m.: prancūzų inžinierius Henris Saint-Rene'as sukūrė sulenktų stiklinių strypų sistemą, skirtą nukreipti šviesos atvaizdus, ​​bandant ankstyvą televiziją.
• 1898 m.: amerikietis Davidas Smithas kreipėsi dėl patento ant sulenkto stiklinio strypo įtaiso, kuris bus naudojamas kaip chirurginė lempa.
• 1920-ieji: anglas Johnas Logie Bairdas ir amerikietis Clarence'as W. Hanselis užpatentavo idėją naudoti permatomų strypų masyvus vaizdams perduoti atitinkamai televizijai ir faksimilėms.
• 1930 m. Vokiečių medicinos studentas Heinrichas Lammas buvo pirmasis asmuo, surinkęs optinių skaidulų pluoštą atvaizdui nešioti. Lammo tikslas buvo pažvelgti į neprieinamas kūno dalis. Savo eksperimentų metu jis pranešė perduodantis lemputės atvaizdą. Tačiau vaizdas buvo prastos kokybės. Jo pastangos paduoti patentą buvo paneigtos dėl britų Hanselio patento.
• 1954 m.: Olandas mokslininkas Abrahamas Van Heelis ir britų mokslininkas Haroldas H. Hopkinsas atskirai rašė dokumentus apie vaizdavimo paketus. Hopkinsas pranešė apie neplakiruotų pluoštų pluoštų vaizdavimą, o Van Heel pranešė apie paprastus plakiruotų pluoštų pluoštus. Jis uždengė pliką pluoštą permatomu apatinio lūžio rodiklio apvalkalu. Tai apsaugojo pluošto atspindžio paviršių nuo išorinių iškraipymų ir žymiai sumažino trukdžius tarp pluoštų. Tuo metu didžiausia kliūtis tinkamam skaidulinės optikos naudojimui buvo pasiekti mažiausią signalo (šviesos) praradimą.
• 1961 m.: Eliasas Snitzeris iš „American Optical“ paskelbė teorinį vienmodžių pluoštų, pluošto, kurio šerdis yra toks mažas, kad galėtų nešti šviesą tik su vienu bangos režimu, aprašą. Snitzerio idėja, kad medicinos prietaisas atrodo žmogaus viduje, buvo tinkama, tačiau pluoštas prarado ne mažiau kaip vieną decibelą metrui. Ryšių įrenginiams, kurie turėjo veikti daug didesniais atstumais, reikėjo ne daugiau kaip dešimt ar 20 decibelų (matuojant šviesą) šviesos praradimą per kilometrą.
• 1964 m.: Dr. C.K. nustatė kritinę (ir teorinę) specifikaciją. „Kao“ tolimam naudojimui bendravimas įrenginiai. Šis standartas nustatė dešimt arba 20 decibelų šviesos praradimą vienam kilometrui. Kao taip pat parodė, kad reikia grynesnės formos stiklo, kuris padėtų sumažinti šviesos praradimą.
• 1970 m. Viena tyrėjų komanda pradėjo eksperimentuoti su lydytu silicio dioksidu - medžiaga, galinčia pasiekti ypatingą grynumą, turinčią aukštą lydymosi temperatūrą ir mažą lūžio rodiklį. „Corning Glass“ tyrinėtojai Robertas Maureris, Donaldas Keckas ir Peteris Schultzas išrado optinio pluošto laidą arba "Optiniai bangolaidžio pluoštai" (patentas # 3,711,262), galintys nešti 65 000 kartų daugiau informacijos nei Varinė viela. Ši viela leido iššifruoti šviesos bangų pavyzdžiu gautą informaciją net tūkstančio mylių atstumu. Komanda išsprendė problemas, kurias pateikė daktaras Kao.
• 1975 m. JAV vyriausybė nusprendė susieti kompiuterius NORAD būstinėje Cheyenne kalne, naudodama skaidulinę optiką, kad sumažintų trukdžius.
• 1977 m.: pirmasis optinis telefonu Ryšių sistema buvo įdiegta apie 1,5 mylios po Čikagos miesto centrą. Kiekvienas optinis pluoštas turėjo 672 balso kanalų ekvivalentą.
• Iki šimtmečio pabaigos daugiau kaip 80 procentų tolimųjų reisų pasaulyje buvo pervežta optinio pluošto ir 25 milijonų kilometrų kabeliu. „Maurer“, „Keck“ ir „Schultz“ sukurti kabeliai buvo įdiegti visame pasaulyje.

Šią informaciją pateikė Richardas Sturzebecheris. Iš pradžių jis buvo paskelbtas „Army Corp“ leidinyje „Monmouth Message“.

1958 m. JAV armijos signalo korpuso laboratorijose Fort Monmoute, Naujasis Džersis, „Copper Cable and Wire“ valdytojas nekentė signalo perdavimo problemų, kurias sukelia žaibas ir vanduo. Jis paskatino Medžiagų tyrimų vadybininką Samą DiVitą rasti pakaitalą varis viela. Samas manė, kad stiklas, pluoštas ir šviesos signalai gali veikti, tačiau Samui dirbę inžinieriai jam pasakė, kad stiklo pluoštas sulaužys.

1959 m. Rugsėjį Sam DiVita paklausė 2-ojo leitenanto Richardo Sturzebecherio, ar jis žino, kaip parašyti stiklo pluošto, galinčio perduoti šviesos signalus, formulę. „DiVita“ sužinojo, kad „Stalzebecher“, lankęsis Signalų mokykloje, 1958 m. Alfredo universiteto vyresniojo disertacijos metu ištirpo tris triašės stiklo sistemas, naudodamas SiO2.

Sturzebecheris žinojo atsakymą. Naudodamiesi a mikroskopu norint išmatuoti SiO2 akinių lūžio rodiklį, Ričardui pasireiškė stiprus galvos skausmas. 60 ir 70 procentų SiO2 stiklo milteliai po mikroskopu leido didesnį ir didesnį kiekį ryškios baltos šviesos prasiskverbti pro mikroskopo skaidrę ir į jo akis. Prisimenant galvos skausmą ir nuostabią baltą šviesą iš aukšto SiO2 stiklo, Sturzebecheris žinojo, kad formulė bus ypač gryna SiO2. Sturzebecheris taip pat žinojo, kad Corningas gamino labai grynus SiO2 miltelius, oksiduodamas gryną SiCl4 į SiO2. Jis pasiūlė „DiVita“ panaudoti savo galią sudaryti federalinę sutartį su „Corning“ pluošto plėtrai.

„DiVita“ jau dirbo su „Corning“ tyrėjais. Tačiau jis turėjo paskelbti šią idėją, nes visos tyrimų laboratorijos turėjo teisę siūlyti federalinę sutartį. Taigi 1961 m. Ir 1962 m. Idėja stiklo pluoštui naudoti aukštos grynumo SiO2 šviesai perduoti buvo paskelbta viešai ir siūloma visoms tyrimų laboratorijoms. Kaip ir tikėtasi, „DiVita“ sudarė sutartį su „Corning Glass Works“ Korningo mieste Niujorke 1962 m. Federalinis Korningo stiklo pluošto optikos finansavimas 1963– 1970 m. Sudarė apie 1 000 000 USD. „Signal Corps“ Daugelio optinių pluoštų tyrimų programų federalinis finansavimas tęsėsi iki 1985 m šios pramonės šakos ir šiandieninės milijardų dolerių vertės pramonės, kuri pašalina varinę vielą ryšių srityje a realybe.

Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje „DiVita“ toliau kasdien dirbo JAV armijos signalų korpuse ir savanoriavo nanomokslų konsultantu iki mirties, būdamas 97 metų 2010 m.