A száloptika 50 éve: Az alacsony veszteségű szálak feltalálása

Dec 19, 2023

Hagyjon üzenetet

info-604-420


1970-ben a világ az adat- és kommunikációs robbanás küszöbén állt.
Az új találmányok megkezdték az adatok nagy távolságra történő továbbításának szükségességét. 1969 őszén az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma kifejlesztette az ARPAnetet, az internet előfutárát, amely először kötötte össze a Pentagont és az egyetemi laboratóriumokat. Az olyan cégek, mint a Digital Equipment, el voltak foglalva az első hűtőszekrény méretű mikroszámítógépek gyártásával, amelyek kisebbek és olcsóbbak voltak, mint a szoba méretű nagyszámítógépek, ami azt jelenti, hogy több vállalat tudta adatszolgáltatással működtetni vállalkozását. Az első ATM-ek primitívek voltak. A gép olvasási képességének támogatása érdekében a papír tájékoztató táblákat enyhén radioaktív elemekkel töltötték meg, és az ügyfelek banki információit kellett elküldeni az interneten keresztül. Egy évvel később egy Ray Tomlinson nevű számítógép-programozó elküldte a világ első e-mailjét, és elkezdte használni a @ szimbólumot a nevek és címek elválasztására.
A globális vállalkozásoknak is szükségük volt arra, hogy beszéljenek egymással, de a réz telefonvonalak csak korlátozott számú hívást tudtak továbbítani. A hang minősége gyenge, mert a vezetékek nem hordoznak elegendő információt ahhoz, hogy újrateremtsék egy személy hangját. A kereslet annyira meghaladta a kínálatot, hogy a nemzetközi hívások egy ponton akár 4 dollárba is kerültek percenként (ez 2020-ban 27 dollárnak felel meg) vagy több.
Egyre nagyobb az igény arra, hogy alacsony költségek mellett nagy mennyiségű adatot és beszélgetést továbbítsanak nagy távolságokra. Ennek az igénynek a kielégítésére egy elfogadható elmélet jutott a kutatók figyelmébe, Charles, a brit Standard Telecommunications Laboratory akkori fizikusa segítségével.
Az "optikai szál" kifejezés az 1960-as években jelent meg. De a kifejezést eredetileg a katódsugárcsövekben (televíziónézésre használt), számítógépes áramkörökben és orvosi eszközökben lévő optikai erősítők leírására használták. A technika csak rövid távolságokon működik. Amikor a távolság eléri a körülbelül 20 métert (kb. 65 láb), a jel szinte teljesen eltűnik.
Kao volt az első, aki felvetette, hogy a világ optikai szálak által közvetített fény formájában összekapcsolódhat. Dr. Kao egy 1966-ban megjelent alapvetô tanulmányában azt írta, hogy az optikai szálak elméletileg sokkal jobbak lehetnek, mint a rézhuzalok vagy a rádiójelek. A kihívást az üvegben lévő szennyeződések jelentik, amelyek a tudósok által a jelek "csillapítását" is okozzák. A tudósoknak sikerült megtalálniuk egy "alacsony veszteségű optikai szál", egy üveg, amely érzékelhető fényveszteség nélkül képes nagy távolságra átvinni a fényt. Kao hipotézise az volt, hogy az üveg megtisztításával a vékony szálkötegek nagy mennyiségű adatot képesek nagy távolságra továbbítani minimális jelveszteséggel.
De senki sem tudta, hogyan kell ilyen tisztított szálat készíteni. A brit telefonrendszerért felelős brit posta Corninghoz fordult segítségért egy új típusú, nagy kapacitású kábel megtalálásához. Corning Robert Maurer fizikust bízta meg két új fiatal kutatóval: Donald Keck kísérleti fizikussal és Peter Schultz üvegkémikussal, hogy dolgozzanak a projekten.
Az innovációhoz vezető út azonban elkerüli a számos sikertelen kísérlet okozta frusztrációt. Ez idő alatt a tudósok számos üvegkombinációt és kísérletet próbáltak ki, amelyek különböző tervezési méreteken és gyártási módszereken alapultak, hogy létrehozzák és megtisztítsák a kísérletekhez szükséges üvegkomponenseket. Az egyik kihívás az volt, hogy a kétféle üveget egyetlen szálban egyesítsék. Mindegyik tesztben a technikusok egy szálat húztak ki egy kemencében egymás mellett elhelyezett üvegtömbből, majd a szálat a másikhoz erősítették, így egyetlen szálat készítettek.
1970 augusztusában, egy péntek estén Keck arra készült, hogy a csapat új optikai szálának újonnan kifejlesztett prototípusát tesztelje a készülékbe. Bár alig várja, hogy elkezdődjön a hétvége, Keck szeretné kipróbálni a legújabb eredményeket, mielőtt hazamegy. A mikroszkóp fölé hajolt, és erős fény kábította. „Ez volt a legcsodálatosabb látvány, amit valaha láttam” – írta le később Keck. A fényveszteséget decibelben mérik, és Dr. Kao elmélete csak akkor működik, ha az üveg fényelvezető képessége 20 decibelnél kisebb veszteséget mutat. Az új szálon áthaladó fényimpulzus 16 és 17 decibel között van. Keck azt mondta, hogy aznap érezte Edison szellemét a laborjában, és ezt írta: "Wow!" egy jegyzetfüzetben. .
Amint azt a szabadalmi bejelentésben leírták, a „fényvezető szál” egyoptikai szálamely 65,000-szer több információt képes szállítani, mint a rézhuzal. Négy évvel később, 1970 nyarán a "Wow" pillanatot a 3711 262 számú amerikai szabadalom örökítette meg.
Kilenc év telt el azóta, hogy a Corning megkezdte az optikai szálak tömeggyártását. Még több évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy a vállalatok elkezdjék használni a tenger alatti optikai kábeleket, amelyek kontinenseket kötnének össze, és alacsony költségű kommunikációs módot biztosítanának az emberek számára. Mégis, 1970-ben az az augusztusi délután mindig egy kommunikációs forradalom kezdetét jelentette, amely végül hozzájárult a világ átformálásához.

A szálláslekérdezés elküldése