Как была изобретена волоконная оптика

Волоконная оптика – это ограниченная передача света через длинные волоконно-оптические стержни из стекла или пластика. Свет распространяется путем внутреннего отражения. Сердечник стержня или кабеля обладает большей отражающей способностью, чем материал, окружающий сердечник. Это приводит к тому, что свет продолжает отражаться обратно в сердцевину, где он может продолжать двигаться вниз по волокну. Оптоволоконные кабели используются для передачи голоса, изображений и других данных со скоростью, близкой к скорости света.

Кто изобрел волоконную оптику?

Исследователи Corning Glass Роберт Маурер, Дональд Кек и Питер Шульц изобрели волоконно-оптический провод или «оптические волноводные волокна» (патент № 3,711,262), способный передавать в 65000 раз больше информации, чем медный провод, по которому информация переносимый узором световых волн, можно было расшифровать в пункте назначения даже за тысячу миль.

Способы оптоволоконной связи и изобретенные ими материалы открыли двери для коммерциализации оптоволокна. От междугородной телефонной связи до Интернета и медицинских устройств, таких как эндоскоп, волоконная оптика сейчас является важной частью современной жизни.

Временная шкала

  • 1854: Джон Тиндалл продемонстрировал Королевскому обществу, что свет может проходить через изогнутую поток воды, доказывающий, что световой сигнал может быть отклонен.
  • 1880: Александр Грэм Белл изобрел свой «Фотофон», который передавал голосовой сигнал на луче света. Белл сфокусировал солнечный свет с помощью зеркала, а затем обратился к механизму, который заставил зеркало вибрировать. На принимающей стороне детектор улавливал вибрирующий луч и декодировал его обратно в голос так же, как телефон делал с электрическими сигналами. Однако многие вещи – например, пасмурный день – могли помешать работе фотофона, что вынудило Белл прекратить дальнейшие исследования с этим изобретением.
  • 1880: Уильям Уиллер изобрел систему световых труб, покрытых покрытие с высокой отражающей способностью, которое освещало дома с помощью света от дуговой лампы, установленной в подвале и направляющей свет вокруг дома с помощью труб.
  • 1888: Медицинская бригада Рота и Ройсса из Вены использовал изогнутые стеклянные стержни для освещения полостей тела.
  • 1895: французский инженер Генри Сен-Рене разработал систему изогнутых стеклянных стержней для направления световых изображений в попытке создать раннее телевидение.
  • 1898: американец Дэвид Смит подал заявку на патент на устройство из гнутого стеклянного стержня, которое будет использоваться в качестве хирургической лампы.
  • 1920-е годы: англичанин Джон Логи Бэрд и американец Кларенс У. Ханселл запатентовали идею использования массивов прозрачных стержней для передачи изображений для телевидения и факсимильных аппаратов соответственно.
  • 1930: Немецкая медицинская улица udent Генрих Ламм был первым, кто собрал пучок оптических волокон для передачи изображения. Целью Ламма было заглянуть внутрь недоступных частей тела.. Во время своих экспериментов он сообщил о передаче изображения лампочки. Однако изображение было низкого качества. Его попытка подать патент была отклонена из-за британского патента Ханселла.
  • 1954: Голландский ученый Абрахам Ван Хил и британский ученый Гарольд Хопкинс отдельно написали статьи о связках изображений. Хопкинс сообщил о визуализации пучков необложенных волокон, в то время как Ван Хил сообщил о простых пучках плакированных волокон. Он покрыл голое волокно прозрачной оболочкой с более низким показателем преломления. Это защищало отражающую поверхность волокна от внешнего искажения и значительно снижало интерференцию между волокнами. В то время самым большим препятствием для жизнеспособного использования волоконной оптики было достижение минимальных потерь сигнала (света).
  • 1961: Элиас Снитцер из American Optical опубликовал теоретическое описание одномодовых волокон , волокно с настолько малой сердцевиной, что может переносить свет только с одной модой волновода. Идея Снитцера подходила для медицинского инструмента, заглядывающего внутрь человека, но световод имел потери в один децибел на метр. Устройства связи должны были работать на гораздо больших расстояниях и требовали световых потерь не более десяти или 20 децибел (измерение света) на километр.
  • 1964: Критическая (и теоретическая) спецификация была идентифицировано доктором CK Kao для устройств дальней связи. Спецификация составляла десять или 20 децибел светопотери на километр, что и было стандартом. Као также проиллюстрировал потребность в более чистой форме стекла, чтобы уменьшить потери света.
  • 1970: Одна группа исследователей начала эксперименты с плавленым кварцем, материалом, обладающим исключительной чистотой с высокой температурой плавления и низкий показатель преломления. Исследователи Corning Glass Роберт Маурер, Дональд Кек и Питер Шульц изобрели оптоволоконный провод или «оптические волноводные волокна» (патент № 3,711,262), способный передавать в 65000 раз больше информации, чем медный провод. Этот провод позволял декодировать информацию, переносимую световыми волнами, в пункте назначения даже за тысячу миль. Команда решила проблемы, представленные доктором Као.
  • 1975: Правительство США решило соединить компьютеры в штаб-квартире NORAD в Шайенн-Маунтин, используя оптоволокно для уменьшения помех.
  • 1977: Первая система оптической телефонной связи была установлена ​​примерно в 1,5 милях от центра Чикаго. Каждое оптическое волокно передавало эквивалент 672 голосовых каналов.
  • К концу столетия более 80 процентов междугородного трафика в мире передавалось по оптоволоконным кабелям и 25 миллионам километров по оптоволоконным кабелям. кабель. Кабели, разработанные Маурером, Кеком и Шульцем, были проложены по всему миру.

US Army Signal Corp

следующая информация была предоставлена ​​Ричардом Штурцебехером. Первоначально он был опубликован в публикации Army Corp «Monmouth Message».

В 1958 году в США.. Лаборатория армейского корпуса связи в Форт Монмут, штат Нью-Джерси, менеджер компании Copper Cable and Wire ненавидела проблемы с передачей сигнала, вызванные молнией и водой. Он призвал менеджера по исследованиям материалов Сэма ДиВиту найти замену медному проводу. Сэм думал, что стекло, оптоволокно и световые сигналы могут работать, но инженеры, работавшие на Сэма, сказали ему, что стекловолокно может сломаться.

В сентябре 1959 года Сэм ДиВита спросил второго лейтенанта Ричарда Штурцебехера, знает ли он, как написать формулу стекловолокна, способного передавать световые сигналы. ДиВита узнал, что Стурцебехер, который посещал школу сигналов, расплавил три трехосные стеклянные системы с использованием SiO2 для своей старшей диссертации 1958 года в Университете Альфреда.

Штурцебехер знал об этом. ответ. При использовании микроскопа для измерения показателя преломления очков из SiO2 у Ричарда началась сильная головная боль. Стеклянные порошки SiO2 на 60 и 70 процентов под микроскопом позволяли все большему и большему количеству яркого белого света проходить через предметное стекло микроскопа в глаза. Помня о головной боли и ярком белом свете стекла с высоким содержанием SiO2, Штурцебехер знал, что формула будет представлять собой сверхчистый SiO2. Штурцебехер также знал, что Corning производит порошок SiO2 высокой чистоты путем окисления чистого SiCl4 до SiO2. Он предложил ДиВите использовать свои полномочия для заключения федерального контракта с Corning на разработку волокна.

ДиВита уже работал с исследователями Corning. Но он должен был обнародовать идею, потому что все исследовательские лаборатории имели право участвовать в торгах по федеральному контракту. Итак, в 1961 и 1962 годах идея использования SiO2 высокой чистоты в стекловолокне для передачи света была обнародована во всех исследовательских лабораториях. Как и ожидалось, DiVita заключила контракт с Corning Glass Works в Корнинге, штат Нью-Йорк, в 1962 году. Федеральное финансирование стекловолоконной оптики в Corning составило около 1 000 000 долларов в период с 1963 по 1970 год. Signal Corps Федеральное финансирование многих исследовательских программ по волоконной оптике продолжалось до 1985 года. тем самым заполнив эту отрасль и сделав сегодняшнюю многомиллиардную отрасль, исключающую использование медных проводов в коммуникациях, реальностью.

DiVita продолжала ежедневно приходить на работу в Сигнал армии США Corps уже за 80, он добровольно работал консультантом по нанонауке до своей смерти в возрасте 97 лет в 2010 году.

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий