Ako bola vynájdená optická vlákna

Vláknová optika je obmedzený prenos svetla cez dlhé vláknité tyče zo skla alebo plastu. Svetlo prechádza procesom vnútornej reflexie. Médium jadra tyče alebo kábla je viac reflexné ako materiál obklopujúci jadro. To spôsobuje, že svetlo sa odráža späť do jadra, kde môže ďalej putovať po vlákne. Káble z optických vlákien sa používajú na prenos hlasu, obrázkov a iných údajov rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla.

Vedci spoločnosti Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck a Peter Schultz vynašli drôt z optických vlákien alebo „Optické vlnovodové vlákna“ (patent # 3,711,262), ktoré sú schopné prenášať 65 000-krát viac informácií ako medený drôt, prostredníctvom ktorých bolo možné dekódovať informácie prenášané vzorom svetelných vĺn v cieľovom mieste dokonca tisíce kilometrov preč.

Metódy komunikácie s vláknami a materiály, ktoré vymysleli, otvorili dvere komercializácii optických vlákien. Z diaľkovej telefónnej služby do internet a lekárske prístroje, ako je endoskop, optické vlákna sú dnes hlavnou súčasťou moderného života.

• 1854: John Tyndall demonštroval Kráľovskej spoločnosti, že svetlo môže byť vedené zakriveným prúdom vody, čo dokazuje, že svetelný signál môže byť ohnutý.
• 1880: Alexander Graham Bell vynašiel jeho “photophone“, ktorá vysielala hlasový signál na lúč svetla. Bell sústredil slnečné svetlo zrkadlom a potom hovoril do mechanizmu, ktorý zrkadlo vibroval. Na prijímacej strane detektor zachytil vibračný lúč a dekódoval ho späť do hlasu rovnako ako telefón s elektrickými signálmi. Avšak veľa vecí, napríklad zamračený deň, by mohlo interferovať s fotofónom, čo by Bell mohlo zastaviť akýkoľvek ďalší výskum tohto vynálezu.
• 1880: William Wheeler vynašiel systém svetelných rúrok potiahnutých vysoko reflexným povlakom, ktorý osvetľoval domy pomocou svetla z elektrickej oblúkovej žiarovky umiestnenej v suteréne a nasmerovaním svetla okolo domu pomocou rúrky.
• 1888: Lekársky tím vo Viedni Roth a Reuss použil ohnuté sklenené tyče na osvetlenie telesných dutín.
• 1895: Francúzsky inžinier Henry Saint-Rene navrhol systém ohýbaných sklenených tyčí na vedenie svetelných obrazov pri pokuse o skorú televíziu.
• 1898: Americký David Smith prihláška patentu na zariadení so zahnutou sklenenou tyčou, ktoré sa má použiť ako chirurgická lampa.
• 20. roky: Angličan John Logie Baird a American Clarence W. Hansell patentoval myšlienku použitia polí priehľadných tyčiniek na prenos obrázkov pre televíziu a faxy.
• 1930: Nemecký študent medicíny Heinrich Lamm bol prvou osobou, ktorá zostavila zväzok optických vlákien, ktorý niesol obraz. Lammovým cieľom bolo nahliadnuť do neprístupných častí tela. Počas svojich experimentov hlásil prenos obrazu žiarovky. Obrázok však bol nekvalitný. Jeho snaha o udelenie patentu bola zamietnutá kvôli britskému patentu Hansell.
• 1954: holandčina vedec Abraham Van Heel a britský vedec Harold H. Hopkins samostatne písal príspevky o zobrazovacích zväzkoch. Hopkins informoval o zobrazovaní zväzkov neobalených vlákien, zatiaľ čo Van Heel informoval o jednoduchých zväzkoch plátovaných vlákien. Zakryl holé vlákno priehľadným obalom s nižším indexom lomu. To chránilo povrch odrazu vlákien pred vonkajším skreslením a výrazne znížilo interferenciu medzi vláknami. V tom čase bola najväčšou prekážkou životaschopného využívania vláknovej optiky dosiahnutie najnižšej straty signálu (svetla).
• 1961: Elias Snitzer of American Optical publikoval teoretický popis vlákien s jedným režimom, vlákna s tak malým jadrom, že mohlo niesť svetlo iba v jednom móde vlnovodu. Snitzerova myšlienka bola v poriadku pre lekársky nástroj, ktorý sa pozrel dovnútra človeka, ale vlákno malo stratu svetla jeden decibel na meter. Komunikačné zariadenia potrebné na prácu na oveľa dlhších vzdialenostiach a vyžadovali stratu svetla nie viac ako desať alebo 20 decibelov (meranie svetla) na kilometer.
• 1964: Kritickú (a teoretickú) špecifikáciu identifikoval Dr. C.K. Kao pre ďaleký dosah komunikácia zariadení. Špecifikácia bola desať alebo 20 decibelov straty svetla na kilometer, ktorá stanovila normu. Kao tiež ilustroval potrebu čistejšej formy skla, ktorá pomôže znížiť straty svetla.
• 1970: Jeden tím vedcov začal experimentovať s taveným oxidom kremičitým, materiálom schopným extrémnej čistoty s vysokým bodom topenia a nízkym indexom lomu. Vedci spoločnosti Corning Glass Robert Maurer, Donald Keck a Peter Schultz vynašli drôt alebo optický kábel „Optické vlnovodové vlákna“ (patent č. 3 711 262) schopné prenášať 65 000-krát viac informácií ako medený drôt. Tento drôt umožňoval dekódovanie informácií prenášaných vzorkou svetelných vĺn v mieste určenia vzdialenom tisíce kilometrov. Tím vyriešil problémy, ktoré predstavil Dr. Kao.
• 1975: Vláda Spojených štátov sa rozhodla prepojiť počítače v ústredí NORAD v Cheyenne Mountain pomocou vláknovej optiky na zníženie rušenia.
• 1977: Prvý optický telefónne komunikačný systém bol nainštalovaný asi 1,5 míľ pod centrom Chicaga. Každé optické vlákno obsahovalo ekvivalent 672 hlasových kanálov.
• Do konca storočia bolo viac ako 80 percent svetovej diaľkovej prepravy prenášané cez káble z optických vlákien a 25 miliónov kilometrov kábla. Káble navrhnuté spoločnosťou Maurer, Keck a Schultz boli nainštalované na celom svete.

Nasledujúce informácie predložil Richard Sturzebecher. Pôvodne bola uverejnená v publikácii Army Corp „Monmouth Message“.

V roku 1958 v laboratóriách signálnych zborov americkej armády vo Fort Monmouth v New Jersey manažér nenaplnil problémy s prenosom signálu spôsobené bleskom a vodou. Vyzval manažéra materiálového výskumu Sama DiVitu, aby našiel náhradu za meď drôt. Sam si myslel, že sklenené, vláknité a svetelné signály môžu fungovať, ale inžinieri, ktorí pre Sam pracovali, povedali, že sklenené vlákno sa zlomí.

V septembri 1959 sa Sam DiVita opýtal druhého podplukovníka Richarda Sturzebechera, či vie, ako napísať vzorec pre sklenené vlákno schopné prenášať svetelné signály. DiVita sa dozvedel, že Sturzebecher, ktorý navštevoval Signal School, roztavil tri systémy trojosového skla pomocou SiO2 pre svoju diplomovú prácu z roku 1958 na Alfred University.

Sturzebecher poznal odpoveď. Pri používaní a mikroskop na meranie indexu lomu na sklá SiO2 si Richard vyvinul silnú bolesť hlavy. 60% a 70% prášky zo skla Si02 pod mikroskopom umožňovali, aby cez mikroskopické sklíčko a do jeho očí prešlo vyššie a väčšie množstvo žiarivého bieleho svetla. Spomínajúc na bolesti hlavy a brilantné biele svetlo z vysokého SiO2 sklo, Sturzebecher vedel, že vzorec bude ultra čistý Si02. Sturzebecher tiež vedel, že Corning vyrobil prášok SiO2 vysokej čistoty oxidáciou čistého SiCl4 na Si02. Navrhol, aby DiVita využil svoju moc na udelenie federálnej zmluvy spoločnosti Corning na vývoj vlákna.

DiVita už spolupracoval s výskumnými ľuďmi z Corningu. Tento nápad však musel zverejniť, pretože všetky výskumné laboratóriá mali právo uchádzať sa o federálnu zmluvu. V rokoch 1961 a 1962 bola myšlienka použitia SiO2 s vysokou čistotou pre sklenené vlákno na prenos svetla zverejnená vo výzve na predloženie ponuky všetkým výskumným laboratóriám. Ako sa očakávalo, spoločnosť DiVita v roku 1962 zadala zákazku spoločnosti Corning Glass Works v Corningu v New Yorku. Federálne financovanie optiky zo sklenených vlákien v spoločnosti Corning bolo v rokoch 1963 až 1970 asi 1 000 000 dolárov. Signal Corps Federálne financovanie mnohých výskumných programov v oblasti optických vlákien pokračovalo až do roku 1985, čím sa nasadili semená toto odvetvie a vytvorenie dnešného multibiliónového priemyslu, ktorý eliminuje medený drôt v komunikáciách a reality.

DiVita pokračoval v práci každý deň v signálnom zbore americkej armády koncom 80. rokov a dobrovoľne pôsobil ako konzultant v oblasti nanovied až do svojej smrti v roku 2010 v 97 rokoch.