Hur Fiberoptik uppfanns

Fiberoptik är den inneslutna överföringen av ljus genom långa fiberstavar av antingen glas eller plast. Ljuset rör sig genom processen för intern reflektion. Stångens eller kabelns kärnmedium reflekterar mer än materialet som omger kärnan. Det gör att ljuset fortsätter att reflekteras tillbaka i kärnan där det kan fortsätta att resa ner fibern. Fiberoptiska kablar används för att överföra röst, bilder och annan data nära ljusets hastighet.

Corning Glass-forskarna Robert Maurer, Donald Keck och Peter Schultz uppfann fiberoptisk tråd eller "Optical Waveguide Fibers" (patent nr 3 711 262) som kan bära 65 000 gånger mer information än koppartråd, genom vilken information som bärs av ett mönster av ljusvågor kan avkodas på en destination till och med tusen mil bort.

Fiberoptiska kommunikationsmetoder och material som uppfanns av dem öppnade dörren för kommersialisering av fiberoptik. Från långväga telefontjänster till internet och medicintekniska apparater som endoskop, fiberoptik är nu en viktig del av det moderna livet.

• 1854: John Tyndall visade för Royal Society att ljus kunde ledas genom en krökt vattenström, vilket bevisade att en ljus signal kunde böjas.
• 1880: Alexander Graham Bell uppfann hans "Photophone, "som sände en röstsignal på en ljusstråle. Bell fokuserade solljus med en spegel och pratade sedan in i en mekanism som vibrerade spegeln. I den mottagande änden tog en detektor upp den vibrerande strålen och avkodade den tillbaka till en röst på samma sätt som en telefon gjorde med elektriska signaler. Många saker - till exempel en molnig dag - kan dock störa fotofonen, vilket får Bell att stoppa all ytterligare forskning med denna uppfinning.
• 1880: William Wheeler uppfann ett system med ljusrör fodrade med en mycket reflekterande beläggning som upplyste hem genom att använda ljus från en ljusbåglampa placerad i källaren och rikta ljuset runt hemmet med rör.
• 1888: Det medicinska teamet för Roth och Reuss i Wien använde böjda glasstavar för att belysa kroppshåligheter.
• 1895: Den franska ingenjören Henry Saint-Rene designade ett system med böjda glasstavar för att leda ljusbilder i ett försök till tidig TV.
• 1898: Amerikanska David Smith ansökte om patent på en böjd glasstavsanordning som ska användas som kirurgisk lampa.
• 1920-talet: Engelsmannen John Logie Baird och amerikanen Clarence W. Hansell patenterade idén om att använda matriser av transparenta stavar för att överföra bilder för tv respektive fax.
• 1930: Den tyska medicinska studenten Heinrich Lamm var den första personen som samlade en bunt optiska fibrer för att bära en bild. Lamms mål var att titta inuti otillgängliga delar av kroppen. Under sina experiment rapporterade han att han överförde bilden av en glödlampa. Bilden var dock av dålig kvalitet. Hans ansträngning att lämna in ett patent avslogs på grund av Hansells brittiska patent.
• 1954: holländska forskare Abraham Van Heel och den brittiska forskaren Harold H. Hopkins skrev separat artiklar om bildbuntar. Hopkins rapporterade om avbildningsbuntar av oklädda fibrer medan Van Heel rapporterade om enkla buntar med klädda fibrer. Han täckte en bar fiber med en transparent beklädnad med ett lägre brytningsindex. Detta skyddade fiberreflektionsytan från yttre distorsion och minskade kraftigt interferensen mellan fibrerna. Då var det största hindret för en användbar användning av fiberoptik att uppnå den lägsta signalförlusten.
• 1961: Elias Snitzer från American Optical publicerade en teoretisk beskrivning av enstegsfibrer, en fiber med en så liten kärna att den kunde bära ljus med bara ett vågledarläge. Snitzers idé var okej för ett medicinskt instrument som tittade inuti människan, men fibern hade en lätt förlust av en desibel per meter. Kommunikationsenheter som behövdes för att arbeta över mycket längre avstånd och krävde en ljusförlust på högst tio eller 20 decibel (ett ljusmätning) per kilometer.
• 1964: En kritisk (och teoretisk) specifikation identifierades av Dr. C.K. Kao för långväga kommunikation enheter. Specifikationen var tio eller 20 decibel ljusförlust per kilometer, vilket fastställde standarden. Kao illustrerade också behovet av en renare form av glas för att minska ljusförlusten.
• 1970: Ett forskargrupp började experimentera med kondenserad kiseldioxid, ett material med extrem renhet med hög smältpunkt och låg brytningsindex. Corning Glass-forskarna Robert Maurer, Donald Keck och Peter Schultz uppfann fiberoptisk tråd eller "Optical Waveguide Fibers" (patent nr 3 711 262) som kan bära 65 000 gånger mer information än koppartråd. Denna tråd gjorde det möjligt att avkoda information som bärs av ett mönster av ljusvågor vid en destination till och med tusen mil bort. Teamet hade löst de problem som Dr. Kao presenterade.
• 1975: USA: s regering beslutade att länka datorerna vid NORAD-huvudkontoret i Cheyenne Mountain med hjälp av fiberoptik för att minska störningarna.
• 1977: Den första optiska telefon kommunikationssystem installerades cirka 1,5 mil under centrum av Chicago. Varje optisk fiber hade motsvarande 672 röstkanaler.
• I slutet av seklet transporterades mer än 80 procent av världens långväga trafik över optiska fiberkablar och 25 miljoner kilometer kabel. Maurer, Keck och Schultz-designade kablar har installerats över hela världen.

Följande information lämnades av Richard Sturzebecher. Det publicerades ursprungligen i Army Corps publikation "Monmouth Message."

1958, vid U.S. Army Signal Corps Labs i Fort Monmouth New Jersey, hatade chefen för Copper Cable and Wire signalöverföringsproblemen orsakade av blixtar och vatten. Han uppmuntrade chef för materialforskning Sam DiVita att hitta en ersättning för koppar tråd. Sam trodde att glas-, fiber- och ljussignaler kan fungera, men ingenjörerna som arbetade för Sam sa till honom att en glasfiber skulle gå sönder.

I september 1959 frågade Sam DiVita andra lt Richard Sturzebecher om han visste hur man skriver formeln för en glasfiber som kan överföra ljussignaler. DiVita hade fått veta att Sturzebecher, som deltog i Signal School, hade smält tre triaxiala glassystem med SiO2 för sin examensarbetare 1958 vid Alfred University.

Sturzebecher visste svaret. När du använder en mikroskop för att mäta brytningsindex på SiO2-glasögon utvecklade Richard en svår huvudvärk. De 60 procent och 70 procent SiO2 glaspulverna under mikroskopet tillät högre och högre mängder briljant vitt ljus att passera genom mikroskopglaset och in i hans ögon. Kommer ihåg huvudvärk och strålande vitt ljus från hög SiO2 glas, Sturzebecher visste att formeln skulle vara ultra ren SiO2. Sturzebecher visste också att Corning tillverkade SiO2-pulver med hög renhet genom att oxidera ren SiCl4 till SiO2. Han föreslog att DiVita skulle använda sin makt för att tilldela ett federalt kontrakt till Corning för att utveckla fibern.

DiVita hade redan arbetat med Corning-forskare. Men han var tvungen att offentliggöra idén eftersom alla forskningslaboratorier hade rätt att bjuda på ett federalt kontrakt. Så 1961 och 1962, idén att använda SiO2 med hög renhet för en glasfiber för att överföra ljus offentliggjordes information i en anbudsuppmaning till alla forskningslaboratorier. Som väntat tilldelade DiVita kontraktet till Corning Glass Works i Corning, New York 1962. Den federala finansieringen för glasfiberoptik vid Corning var cirka 1 000 000 dollar mellan 1963 och 1970. Signal Corps Federal finansiering av många forskningsprogram om fiberoptik fortsatte till 1985 och därmed sådd denna bransch och gör dagens multibillion dollar industri som eliminerar koppartråd i kommunikation a verklighet.

DiVita fortsatte att komma till jobbet dagligen vid U.S. Army Signal Corps i slutet av 80-talet och frivilligt som en konsult för nanovetenskap fram till sin död vid 97 års ålder 2010.