50 שנה של סיבים אופטיים: המצאת סיבים בהפסד נמוך

Dec 19, 2023

השאר הודעה

info-604-420


ב-1970, העולם עמד על סף פיצוץ נתונים ותקשורת.
המצאות חדשות החלו ליצור צורך בהעברת נתונים למרחקים ארוכים. בסתיו 1969, משרד ההגנה האמריקאי פיתח את ARPAnet, מבשר לאינטרנט שחיבר לראשונה בין הפנטגון למעבדות האוניברסיטה. חברות כמו Digital Equipment היו עסוקות בייצור המיקרו-מחשבים הראשונים בגודל מקרר, שהיו קטנים וזולים יותר ממיינפריים בגודל חדר, כלומר, יותר חברות יכלו לנהל את העסקים שלהן באמצעות נתונים. הכספומטים הראשונים היו פרימיטיביים. כדי לתמוך ביכולת הקריאה של המכונה, לוחיות הוראות נייר מולאו באלמנטים מעט רדיואקטיביים ונדרשו לשלוח מידע בנקאי של לקוחות דרך האינטרנט. שנה לאחר מכן, מתכנת מחשבים בשם ריי טומלינסון שלח את האימייל הראשון בעולם והחל להשתמש בסמל @ כדי להפריד בין שמות וכתובות.
עסקים גלובליים החלו גם הם להזדקק לדבר אחד עם השני, אבל קווי טלפון נחושת יכלו לשאת רק מספר מוגבל של שיחות. איכות הקול חלשה מכיוון שהחוטים אינם נושאים מספיק מידע כדי לשחזר את קולו של אדם. הביקוש כל כך עלה על ההיצע, עד ששיחות בינלאומיות בשלב מסוים עלו עד 4 דולר לדקה (שווה ערך ל-27 דולר ב-2020) או יותר.
יש צורך הולך וגובר להעביר כמויות גדולות של נתונים ושיחות למרחקים ארוכים בעלות נמוכה. כדי לענות על צורך זה, תיאוריה סבירה הגיעה לידיעתם ​​של חוקרים, בסיוע צ'רלס, אז פיזיקאי במעבדת התקשורת הסטנדרטית של בריטניה.
המונח "סיב אופטי" עלה לעין בשנות ה-60. אבל המונח שימש במקור לתיאור מגברים אופטיים בשפופרות קרני קתודיות (ששימשו לצפייה בטלוויזיה), מעגלי מחשב ומכשירים רפואיים. הטכניקה פועלת רק למרחקים קצרים. כאשר המרחק מגיע לכ-20 מטר (כ-65 רגל), האות כמעט נעלם לחלוטין.
קאו היה הראשון שהציע שהעולם עשוי להיות מחובר בצורה של אור, המתווך על ידי סיבים אופטיים. במאמר מכונן שפורסם ב-1966, כתב ד"ר קאו שסיבים אופטיים יכולים באופן תיאורטי להיות עדיפים בהרבה על חוטי נחושת או אותות רדיו. האתגר הוא הזיהומים בזכוכית, שגורמים גם למה שמדענים מכנים "הנחתה" של אותות. מדענים הצליחו למצוא "סיב אופטי בעל אובדן נמוך"זכוכית שיכולה להעביר אור למרחקים ארוכים ללא אובדן אור ניכר. ההשערה של קאו הייתה שעל ידי ניקוי הזכוכית, צרורות הסיבים הדקים יוכלו להעביר כמויות גדולות של נתונים למרחקים ארוכים עם אובדן אות מינימלי.
אבל אף אחד לא ידע איך להכין סיב מטוהר כזה. משרד הדואר הבריטי, שהיה אחראי על מערכת הטלפון הבריטית, פנה לקורנינג בבקשת עזרה במציאת סוג חדש של כבל בעל קיבולת גבוהה. קורנינג מינה את הפיזיקאי רוברט מאורר להוביל שני חוקרים צעירים חדשים: הפיזיקאי הניסיוני דונלד קק וכימאי הזכוכית פיטר שולץ לעבוד על הפרויקט.
הדרך לחדשנות, לעומת זאת, חייבת למנוע את התסכול של ניסויים רבים כושלים. במהלך תקופה זו, מדענים ניסו שילובי זכוכית וניסויים רבים המבוססים על גדלי עיצוב ושיטות ייצור שונות כדי ליצור ולטהר את רכיבי הזכוכית הדרושים לניסויים. אחד האתגרים היה לשלב את שני סוגי הזכוכית לסיב אחד. בכל בדיקה, טכנאים משכו סיב מגוש זכוכית שהונח זה לצד זה בכבשן, ואז חיברו את הסיב לשני כדי ליצור סיב בודד.
ביום שישי בערב באוגוסט 1970, קק התכונן להכניס את אב הטיפוס החדש של הצוות של סיב אופטי חדש למכשיר לצורך בדיקה. למרות שהוא לא יכול לחכות להתחיל את סוף השבוע, קק רוצה לנסות את התוצאות האחרונות לפני שהוא הולך הביתה. הוא רכן על המיקרוסקופ והיה המום מאור בהיר. "זה היה המראה המפואר ביותר שראיתי אי פעם", תיאר קק מאוחר יותר. אובדן האור נמדד בדציבלים, והתיאוריה של ד"ר קאו עובדת רק אם יכולת נשיאת האור של הזכוכית מראה אובדן של פחות מ-20 דציבלים. דופק האור העובר דרך הסיב החדש הוא בין 16 ל-17 דציבלים. קק אמר שהוא חש את רוחו של אדיסון באותו יום במעבדתו וכתב "וואו!" במחברת. .
כמתואר בבקשת הפטנט, "סיב מנחה קל" הוא אסיב אופטישיכול לשאת פי 65,000 יותר מידע מחוט נחושת. ארבע שנים מאוחר יותר, רגע ה"וואו" הזה בקיץ 1970 הונצח על ידי פטנט אמריקאי מס' 3711,262.
עברו תשע שנים מאז שהחלה קורנינג בייצור המוני של סיבים אופטיים. לקח עוד כמה שנים לחברות להתחיל להשתמש בכבלים סיבים אופטיים תת-ימיים, שיחברו יבשות ויספקו דרך זולה לאנשים לתקשר. אולם אותו אחר הצהריים של אוגוסט ב-1970 סימן תמיד את תחילתה של מהפכת תקשורת שתעזור בסופו של דבר לעצב מחדש את העולם.

שלח החקירה