الألياف الضوئية هي الإرسال المتضمن للضوء من خلال قضبان الألياف الطويلة إما من الزجاج أو البلاستيك. ينتقل الضوء عن طريق عملية انعكاس داخلي. الوسط الأساسي للقضيب أو الكابل أكثر انعكاساً من المواد المحيطة بالنواة. وهذا يتسبب في استمرار انعكاس الضوء في القلب حيث يمكن أن يستمر في السير عبر الألياف. تستخدم كابلات الألياف الضوئية لنقل الصوت والصور والبيانات الأخرى على مقربة من سرعة الضوء.
من اخترع الألياف البصرية؟
قام باحثو Corning Glass روبرت ماورير ، ودونالد كيك ، وبيتر شولتز باختراع سلك الألياف الضوئية أو "ألياف الموجة الضوئية" (براءة اختراع رقم 3711262) القادرة على حمل معلومات أكثر بـ 65000 مرة من الأسلاك النحاسية ، التي يمكن من خلالها فك تشفير المعلومات التي يحملها نمط من موجات الضوء في وجهة حتى ألف ميل بعيدا.
فتحت طرق ومواد الاتصال بالألياف الضوئية التي اخترعها الباب أمام تسويق الألياف الضوئية. من خدمة الهاتف لمسافات طويلة إلى الأنترنيت والأجهزة الطبية مثل المنظار الداخلي ، وبصريات الألياف هي الآن جزء رئيسي من الحياة الحديثة.
الجدول الزمني
- 1854: أظهر جون تيندال للمجتمع الملكي أنه يمكن إجراء الضوء من خلال مجرى مائي منحني ، مما يثبت أن إشارة الضوء يمكن أن تنحني.
- 1880: ألكسندر جراهام بيل اخترع له "فوتوفوني، "التي نقلت إشارة صوتية على شعاع من الضوء. ركز بيل ضوء الشمس مع مرآة ثم تحدث في آلية اهتزت المرآة. في طرف الاستقبال ، التقط كاشف الشعاع الاهتزازي وفك تشفيره مرة أخرى إلى صوت بنفس الطريقة التي قام بها الهاتف بالإشارات الكهربائية. ومع ذلك ، يمكن لأشياء كثيرة - يوم غائم ، على سبيل المثال - أن تتداخل مع Photophone ، مما يتسبب في توقف بيل عن أي بحث إضافي مع هذا الاختراع.
- 1880: اخترع ويليام ويلر نظامًا من الأنابيب الخفيفة المبطنة بطبقة عاكسة للغاية تضيء المنازل باستخدام الضوء من مصباح القوس الكهربائي الموجود في الطابق السفلي وتوجيه الضوء حول المنزل مع أنابيب.
- 1888: استخدم الفريق الطبي لروث وريوس في فيينا قضبان زجاجية منحنية لإلقاء الضوء على تجاويف الجسم.
- 1895: صمم المهندس الفرنسي هنري سانت رينيه نظامًا من قضبان الزجاج المثني لتوجيه الصور الخفيفة في محاولة للتلفزيون المبكر.
- 1898: الأمريكي ديفيد سميث تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع على جهاز قضيب زجاجي مثني لاستخدامه كمصباح جراحي.
- 1920: الإنجليزي جون لوجي بيرد والأمريكي كلارنس دبليو. حصل هانسل على براءة اختراع لفكرة استخدام صفائف من قضبان شفافة لنقل الصور للتلفزيون والفاكس على التوالي.
- 1930: كان طالب الطب الألماني هاينريش لام أول شخص قام بتجميع حزمة من الألياف الضوئية لحمل صورة. كان هدف لام هو النظر إلى أجزاء الجسم التي يصعب الوصول إليها. خلال تجاربه ، أبلغ عن نقل صورة لمبة كهربائية. ومع ذلك ، كانت الصورة رديئة الجودة. تم رفض جهوده لتقديم براءة اختراع بسبب براءة اختراع هانسيل البريطانية.
- 1954: هولندي عالم أبراهام فان هيل والعالم البريطاني هارولد هـ. كتب هوبكنز بشكل منفصل أوراقًا حول حزم التصوير. أبلغ هوبكنز عن حزم التصوير من الألياف غير الصلبة بينما أفاد Van Heel عن حزم بسيطة من الألياف المكسوة. قام بتغطية الألياف العارية بتكسية شفافة لمؤشر الانكسار السفلي. هذا يحمي سطح انعكاس الألياف من التشويه الخارجي ويقلل بشكل كبير من التداخل بين الألياف. في ذلك الوقت ، كانت أكبر عقبة تعترض الاستخدام المجدي للبصريات الليفية هي تحقيق أدنى خسارة في الإشارة (الضوء).
- 1961: نشر إلياس سنيتزر من American Optical وصفًا نظريًا للألياف أحادية الوضع ، وهي ألياف ذات قلب صغير جدًا لدرجة أنها يمكن أن تحمل الضوء باستخدام وضع دليل موجي واحد فقط. كانت فكرة Snitzer مناسبة لأداة طبية تبحث داخل الإنسان ، لكن الألياف خسرت القليل من الديسيبل لكل متر. تحتاج أجهزة الاتصالات إلى العمل على مسافات أطول بكثير وتتطلب فقدًا للضوء لا يزيد عن عشرة أو 20 ديسيبل (قياس الضوء) لكل كيلومتر.
- 1964: تم تحديد مواصفات حاسمة (ونظرية) من قبل الدكتور س. كاو بعيدة المدى الاتصالات الأجهزة. كانت المواصفات عشرة أو 20 ديسيبل من فقد الضوء لكل كيلومتر ، مما وضع المعيار. أوضح كاو أيضًا الحاجة إلى شكل أنقى من الزجاج للمساعدة في تقليل فقد الضوء.
- 1970: بدأ فريق من الباحثين تجربة السليكا المنصهرة ، وهي مادة قادرة على النقاء الشديد مع نقطة انصهار عالية ومؤشر انكسار منخفض. اخترع باحثو كورنينج جلاس روبرت ماورير ودونالد كيك وبيتر شولتز أسلاك الألياف البصرية أو "ألياف الدليل الموجي البصري" (براءة الاختراع رقم 3711262) قادرة على حمل معلومات أكثر بـ 65000 مرة من سلك نحاس. سمح هذا السلك لفك المعلومات التي يحملها نمط من موجات الضوء في وجهة حتى على بعد ألف ميل. قام الفريق بحل المشاكل التي قدمها الدكتور كاو.
- 1975: قررت حكومة الولايات المتحدة ربط أجهزة الكمبيوتر في مقر NORAD في جبل شايان باستخدام الألياف الضوئية للحد من التداخل.
- 1977: أول بصري هاتف تم تركيب نظام الاتصالات على بعد حوالي 1.5 ميل تحت وسط مدينة شيكاغو. حملت كل ألياف بصرية ما يعادل 672 قناة صوتية.
- بحلول نهاية القرن ، تم نقل أكثر من 80 في المائة من حركة المرور لمسافات طويلة في العالم عبر كابلات الألياف الضوئية و 25 مليون كيلومتر من الكبل. تم تركيب كابلات Maurer و Keck و Schultz في جميع أنحاء العالم.
شركة إشارة الجيش الأمريكي
تم تقديم المعلومات التالية من قبل ريتشارد Sturzebecher. تم نشره في الأصل في منشور Army Corp "Monmouth Message".
في عام 1958 ، في مختبرات فيلق إشارة الجيش الأمريكي في فورت مونماوث بولاية نيوجيرسي ، كره مدير الكابلات النحاسية والأسلاك مشاكل نقل الإشارة الناتجة عن البرق والمياه. وشجع مدير أبحاث المواد سام ديفيتا لإيجاد بديل ل نحاس الأسلاك. يعتقد سام أن الزجاج والألياف وإشارات الضوء قد تعمل ، لكن المهندسين الذين عملوا مع سام أخبروه أن الألياف الزجاجية ستنكسر.
في سبتمبر 1959 ، سأل سام ديفيتا الملازم الثاني ريتشارد ستورزيبيشر إذا كان يعرف كيف يكتب صيغة الألياف الزجاجية القادرة على إرسال إشارات الضوء. علمت DiVita أن Sturzebecher ، الذي كان يحضر مدرسة Signal School ، قد صهر ثلاثة أنظمة زجاجية ثلاثية المحاور باستخدام SiO2 لرسالته العليا عام 1958 في جامعة ألفريد.
عرف Sturzebecher الجواب. أثناء استخدام أ مجهر لقياس مؤشر الانكسار على نظارات SiO2 ، أصيب ريتشارد بصداع شديد. سمحت مساحيق الزجاج 60 و 70 في المائة SiO2 تحت المجهر بكميات أعلى وأعلى من الضوء الأبيض اللامع بالمرور عبر شريحة المجهر إلى عينيه. تذكر الصداع والضوء الأبيض اللامع من ارتفاع SiO2 زجاج، علم Sturzebecher أن الصيغة ستكون SiO2 نقية للغاية. علم Sturzebecher أيضًا أن Corning صنع مسحوق SiO2 عالي النقاء عن طريق أكسدة SiCl4 النقي إلى SiO2. واقترح أن يستخدم DiVita سلطته لمنح عقد فدرالي لشركة Corning لتطوير الألياف.
وقد عملت DiVita بالفعل مع الأشخاص الباحثين في Corning. ولكن كان عليه أن يجعل الفكرة عامة لأن جميع مختبرات البحث لها الحق في تقديم عطاءات على عقد فيدرالي. لذا في عامي 1961 و 1962 ، تم نشر فكرة استخدام SiO2 عالي النقاء لألياف زجاجية لنقل الضوء إلى المعلومات العامة في طلب عروض لجميع مختبرات الأبحاث. كما هو متوقع ، منحت DiVita العقد لشركة Corning Glass Works في Corning ، نيويورك في عام 1962. كان التمويل الفيدرالي لبصريات الألياف الزجاجية في Corning حوالي 1،000،000 دولار بين عامي 1963 و 1970. تواصل Signal Corps الفيدرالي التمويل للعديد من برامج البحث حول الألياف البصرية حتى عام 1985 ، وبالتالي البذر هذه الصناعة وجعل صناعة اليوم بمليارات الدولارات التي تقضي على الأسلاك النحاسية في الاتصالات أ واقع.
استمر DiVita في العمل يوميًا في فيلق إشارة الجيش الأمريكي في أواخر الثمانينيات من عمره وتطوع كمستشار في علم النانو حتى وفاته عن عمر يناهز 97 عام 2010.