50ปีของใยแก้วนําแสง: การประดิษฐ์ของต่ํา- การสูญเสียเส้นใย

Nov 06, 2020

ฝากข้อความ

ในปี 1970 โลกกําลังใกล้จะเกิดการระเบิดของข้อมูลและการสื่อสาร


สิ่งประดิษฐ์ใหม่เริ่มสร้างความจําเป็นในการส่งข้อมูลในระยะทางไกล ในฤดูใบไม้ร่วงปี 1969 กระทรวงกลาโหมสหรัฐฯได้พัฒนา ARPAnet ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของอินเทอร์เน็ตที่เชื่อมต่อห้องปฏิบัติการเพนตากอนและมหาวิทยาลัยเป็นครั้งแรก บริษัท เช่นอุปกรณ์ดิจิตอลกําลังยุ่งอยู่กับการทําไมโครคอมพิวเตอร์ขนาดตู้เย็นเครื่องแรกซึ่งมีขนาดเล็กและถูกกว่าเมนเฟรมขนาดห้องซึ่งหมายความว่า บริษัท จํานวนมากสามารถดําเนินธุรกิจผ่านข้อมูลได้ ตู้เอทีเอ็มแรกเป็นแบบดั้งเดิม เพื่อรองรับความสามารถของเครื่องในการอ่านแผ่นคําสั่งกระดาษเต็มไปด้วยองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีเล็กน้อยและจําเป็นต้องส่งข้อมูลธนาคารของลูกค้าผ่านทางอินเทอร์เน็ต หนึ่งปีต่อมาโปรแกรมเมอร์คอมพิวเตอร์ชื่อ Ray Tomlinson ส่งอีเมลเครื่องแรกของโลกและเริ่มใช้สัญลักษณ์ @ เพื่อแยกชื่อและที่อยู่


ธุรกิจทั่วโลกก็เริ่มจําเป็นต้องพูดคุยกัน แต่สายโทรศัพท์ทองแดงสามารถโทรได้เพียงจํานวน จํากัด เท่านั้น คุณภาพของเสียงอ่อนแอเพราะสายไฟมีข้อมูลไม่เพียงพอที่จะสร้างเสียงของบุคคล อุปสงค์มีอุปทานที่ outstripped เพื่อให้การโทรระหว่างประเทศที่จุดหนึ่งค่าใช้จ่ายมากที่สุดเท่าที่ $4 นาที (เทียบเท่ากับ $27 ในปี 2020) หรือมากกว่า.


มีความต้องการที่เพิ่มขึ้นในการส่งข้อมูลและการสนทนาจํานวนมากในระยะทางไกลในราคาที่ต่ํา เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ทฤษฎีที่เป็นไปได้มาถึงความสนใจของนักวิจัยช่วยโดยชาร์ลส์จากนั้นนักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการโทรคมนาคมมาตรฐานของสหราชอาณาจักร


คําว่า "ใยแก้วนําแสง" เข้ามาดูในปี 1960 แต่เดิมคํานี้ใช้เพื่ออธิบายแอมพลิฟายเออร์ออปติคอลในหลอดรังสีแคโทด (ใช้ในการดูโทรทัศน์) วงจรคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์การแพทย์ เทคนิคนี้ทํางานได้ในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้น เมื่อระยะทางถึงประมาณ 20 เมตร (ประมาณ 65 ฟุต) สัญญาณเกือบจะหายไปอย่างสมบูรณ์


เกาเป็นคนแรกที่แนะนําว่าโลกอาจเชื่อมต่อในรูปแบบของแสงที่ไกล่เกลี่ยโดยเส้นใยแสง ในกระดาษเซมินารีที่ตีพิมพ์ในปี 1966 ดร. Kao เขียนว่าเส้นใยแสงอาจเหนือกว่าสายทองแดงหรือสัญญาณวิทยุ ความท้าทายคือสิ่งสกปรกในแก้วซึ่งยังทําให้เกิดสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "การลดทอน" ของสัญญาณ นักวิทยาศาสตร์มีการจัดการเพื่อหา "ใยแก้วนําแสงสูญเสียต่ํา" แก้วที่สามารถส่งแสงในระยะทางไกลโดยไม่สูญเสียแสงที่น่าสังเวช สมมติฐานของ Kao คือโดยการทําความสะอาดกระจกการรวมกลุ่มเส้นใยบาง ๆ จะสามารถส่งข้อมูลจํานวนมากในระยะทางไกลด้วยการสูญเสียสัญญาณน้อยที่สุด


แต่ไม่มีใครรู้วิธีทําเส้นใยบริสุทธิ์ ที่ทําการไปรษณีย์อังกฤษซึ่งรับผิดชอบระบบโทรศัพท์ของอังกฤษหันไปหา Corning เพื่อขอความช่วยเหลือในการค้นหาสายเคเบิลความจุสูงชนิดใหม่ Corning แต่งตั้งนักฟิสิกส์โรเบิร์ตเมาเรอร์เพื่อนํานักวิจัยรุ่นใหม่สองคน: นักฟิสิกส์ทดลอง Donald Keck และนักเคมีแก้ว Peter Schultz เพื่อทํางานในโครงการ


อย่างไรก็ตามเส้นทางสู่นวัตกรรมถูกผูกไว้เพื่อหลีกเลี่ยงความยุ่งยากของการทดลองที่ล้มเหลวมากมาย ในช่วงเวลานี้นักวิทยาศาสตร์ได้ลองผสมแก้วและการทดลองจํานวนมากตามขนาดการออกแบบที่แตกต่างกันและวิธีการผลิตเพื่อสร้างและชําระส่วนประกอบแก้วที่จําเป็นสําหรับการทดลอง หนึ่งในความท้าทายคือการรวมแก้วสองประเภทเป็นเส้นใยเดียว ในการทดสอบแต่ละครั้งช่างเทคนิคดึงเส้นใยจากบล็อกแก้วที่วางไว้เคียงข้างกันในเตาเผาจากนั้นติดเส้นใยเข้ากับอีกข้างหนึ่งเพื่อทําเส้นใยเดียว


ในตอนเย็นวันศุกร์ในเดือนสิงหาคม 1970 Keck พร้อมที่จะนําต้นแบบที่พัฒนาขึ้นใหม่ของทีมของใยแก้วนําแสงใหม่ลงในอุปกรณ์เพื่อทดสอบ แม้ว่าเขาจะแทบรอไม่ไหวที่จะเริ่มต้นวันหยุดสุดสัปดาห์ แต่ Keck ต้องการลองผลลัพธ์ล่าสุดก่อนที่จะกลับบ้าน เขาเอนตัวไปบนกล้องจุลทรรศน์และตะลึงงันด้วยแสงจ้า "มันเป็นภาพที่งดงามที่สุดเท่าที่ฉันเคยเห็นมา" Keck การสูญเสียแสงจะถูกวัดเป็นเดซิเบลและทฤษฎีของ Dr. Kao จะทํางานได้ก็ต่อเมื่อความสามารถในการแบกแสงของแก้วแสดงให้เห็นถึงการสูญเสียน้อยกว่า 20 เดซิเบล ชีพจรของแสงที่ผ่านเส้นใยใหม่อยู่ระหว่าง 16 และ 17 เดซิเบล เค็คบอกว่าเขารู้สึกถึงจิตวิญญาณของเอดิสันในวันนั้นในห้องแล็บของเขาและเขียนว่า "ว้าว!" ในโน้ตบุ๊ค


ตามที่อธิบายไว้ในการประยุกต์ใช้สิทธิบัตร "เส้นใยคู่มือแสง" เป็นใยแก้วนําแสงที่สามารถพกพาข้อมูลได้มากกว่าลวดทองแดงถึง 65,000 เท่า สี่ปีต่อมาช่วงเวลา "ว้าว" ในช่วงฤดูร้อนปี 1970 เป็นนิรันดร์โดยสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาหมายเลข 3711,262


เป็นเวลาเก้าปีแล้วที่ Corning เริ่มผลิตไฟเบอร์ออปติกจํานวนมาก ต้องใช้เวลาหลายปีกว่าที่ บริษัท จะเริ่มใช้สายเคเบิลใยแก้วนําแสงใต้ทะเลซึ่งจะเชื่อมต่อทวีปและให้วิธีต้นทุนต่ําสําหรับผู้คนในการสื่อสาร แต่ช่วงบ่ายเดือนสิงหาคมในปี 1970 มักจะทําเครื่องหมายจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติการสื่อสารที่จะช่วยปรับโฉมโลกในที่สุด


ส่งคำถาม