50 سال فیبر نوری: اختراع فیبر کم تلفات

Dec 19, 2023

پیام بگذارید

info-604-420


در سال 1970، جهان در آستانه انفجار داده و ارتباطات بود.
اختراعات جدید شروع به ایجاد نیاز به انتقال داده ها در فواصل طولانی کردند. در پاییز سال 1969، وزارت دفاع ایالات متحده ARPAnet را توسعه داد، یک پیشرو برای اینترنت که برای اولین بار پنتاگون و آزمایشگاه های دانشگاه را به هم متصل کرد. شرکت‌هایی مانند Digital Equipment مشغول ساخت اولین میکروکامپیوترهای یخچال بودند که کوچک‌تر و ارزان‌تر از مین‌فریم‌های بزرگ بودند، به این معنی که شرکت‌های بیشتری می‌توانستند کسب‌وکار خود را از طریق داده‌ها اداره کنند. اولین دستگاه های خودپرداز بدوی بودند. برای پشتیبانی از توانایی خواندن دستگاه، صفحات دستورالعمل کاغذی با عناصر کمی رادیواکتیو پر شد و برای ارسال اطلاعات بانکی مشتریان از طریق اینترنت مورد نیاز بود. یک سال بعد، یک برنامه نویس کامپیوتری به نام ری تاملینسون اولین ایمیل جهان را ارسال کرد و شروع به استفاده از نماد @ برای جدا کردن نام ها و آدرس ها کرد.
کسب‌وکارهای جهانی نیز نیاز به گفتگو با یکدیگر داشتند، اما خطوط تلفن مسی تنها می‌توانستند تعداد محدودی تماس را انجام دهند. کیفیت صدا ضعیف است زیرا سیم ها اطلاعات کافی برای بازسازی صدای یک فرد را حمل نمی کنند. تقاضا به حدی از عرضه پیشی گرفته است که هزینه تماس های بین المللی در یک نقطه به 4 دلار در دقیقه (معادل 27 دلار در سال 2020) یا بیشتر می رسد.
نیاز روزافزونی برای انتقال حجم زیادی از داده ها و مکالمات در مسافت های طولانی با هزینه کم وجود دارد. برای برآوردن این نیاز، یک نظریه قابل قبول مورد توجه محققان قرار گرفت که توسط چارلز، فیزیکدان آن زمان در آزمایشگاه استاندارد مخابرات بریتانیا، کمک شد.
اصطلاح "فیبر نوری" در دهه 1960 مطرح شد. اما این اصطلاح در ابتدا برای توصیف تقویت‌کننده‌های نوری در لوله‌های پرتو کاتدی (برای تماشای تلویزیون)، مدارهای کامپیوتری و دستگاه‌های پزشکی استفاده می‌شد. این تکنیک فقط در فواصل کوتاه کار می کند. هنگامی که فاصله به حدود 20 متر (حدود 65 فوت) می رسد، سیگنال تقریباً به طور کامل ناپدید می شود.
کائو اولین کسی بود که پیشنهاد کرد جهان ممکن است به شکل نور به واسطه فیبرهای نوری به هم متصل شود. دکتر کائو در مقاله مهمی که در سال 1966 منتشر شد، نوشت که فیبرهای نوری از نظر تئوری می توانند بسیار برتر از سیم های مسی یا سیگنال های رادیویی باشند. چالش، ناخالصی‌های شیشه است، که همچنین باعث آنچه دانشمندان «تضعیف» سیگنال‌ها می‌گویند. دانشمندان موفق به یافتن یک "فیبر نوری کم تلفات"شیشه ای که می تواند نور را در فواصل طولانی بدون از دست دادن قابل توجه نور منتقل کند. فرضیه کائو این بود که با تمیز کردن شیشه، بسته های فیبر نازک قادر خواهند بود مقادیر زیادی از داده ها را در فواصل طولانی با حداقل تلفات سیگنال منتقل کنند.
اما هیچ کس نمی دانست که چگونه چنین فیبر تصفیه شده ای بسازد. اداره پست بریتانیا که مسئول سیستم تلفن بریتانیا بود، برای یافتن نوع جدیدی از کابل با ظرفیت بالا به کورنینگ مراجعه کرد. کورنینگ فیزیکدان رابرت مورر را به رهبری دو محقق جوان جدید منصوب کرد: فیزیکدان تجربی دونالد کک و شیمیدان شیشه پیتر شولتز برای کار روی این پروژه.
با این حال، مسیر نوآوری از ناامیدی آزمایش‌های ناموفق متعدد جلوگیری می‌کند. در طول این مدت، دانشمندان ترکیب‌ها و آزمایش‌های متعدد شیشه را بر اساس اندازه‌های طراحی و روش‌های مختلف تولید برای ایجاد و خالص‌سازی اجزای شیشه‌ای مورد نیاز برای آزمایش‌ها انجام داده‌اند. یکی از چالش ها ترکیب این دو نوع شیشه در یک فیبر واحد بود. در هر آزمایش، تکنسین ها یک الیاف را از یک بلوک شیشه ای که در کنار هم در یک کوره قرار داده شده بود، می کشیدند، سپس فیبر را به دیگری متصل می کردند تا یک فیبر واحد بسازند.
در یک غروب جمعه در آگوست 1970، کک آماده می‌شد تا نمونه اولیه فیبر نوری جدید تیم را برای آزمایش در دستگاه قرار دهد. اگرچه او نمی تواند برای شروع آخر هفته صبر کند، اما کک می خواهد آخرین نتایج را قبل از رفتن به خانه امتحان کند. او به روی میکروسکوپ خم شد و با نور شدیدی مبهوت شد. کک بعدها توضیح داد: "این باشکوه ترین منظره ای بود که تا به حال دیده بودم." تلفات نور بر حسب دسی بل اندازه گیری می شود و نظریه دکتر کائو تنها در صورتی جواب می دهد که ظرفیت تحمل نور شیشه افت کمتر از 20 دسی بل را نشان دهد. پالس نوری که از فیبر جدید عبور می کند بین 16 تا 17 دسی بل است. کک گفت که روح ادیسون را آن روز در آزمایشگاهش احساس کرده و نوشته است "وای!" در یک دفترچه یادداشت .
همانطور که در درخواست ثبت اختراع توضیح داده شد، "الیاف راهنمای نور" یکفیبر نوریکه می تواند 65،{1}} برابر بیشتر از سیم مسی اطلاعات را حمل کند. چهار سال بعد، آن لحظه "وای" در تابستان 1970 با پتنت شماره 3711262 ایالات متحده جاودانه شد.
نه سال از زمانی که کورنینگ شروع به تولید انبوه فیبر نوری کرد می گذرد. چندین سال دیگر طول کشید تا شرکت‌ها شروع به استفاده از کابل‌های فیبر نوری زیردریایی کنند که قاره‌ها را به هم متصل می‌کند و راهی کم‌هزینه برای ارتباط مردم فراهم می‌کند. با این حال، آن بعد از ظهر اوت سال 1970 همیشه آغاز یک انقلاب ارتباطات بود که در نهایت به تغییر شکل جهان کمک کرد.

ارسال درخواست