50 Jahre Glasfaser: Die Erfindung verlustarmer Fasern

Nov 06, 2020

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1970 stand die Welt kurz vor einer Daten- und Kommunikationsexplosion.


Neue Erfindungen machten es notwendig, Daten über große Entfernungen zu übertragen. Im Herbst 1969 entwickelte das US-Verteidigungsministerium ARPAnet, einen Vorläufer des Internets, das erstmals das Pentagon und die Universitätslabors miteinander verband. Unternehmen wie Digital Equipment waren damit beschäftigt, die ersten Mikrocomputer in Kühlschrankgröße herzustellen, die kleiner und billiger als Großrechner in Raumgröße waren, sodass mehr Unternehmen ihre Geschäfte über Daten abwickeln konnten. Die ersten Geldautomaten waren primitiv. Um die Lesefähigkeit der Maschine zu unterstützen, wurden Papieranweisungsschilder mit leicht radioaktiven Elementen gefüllt und mussten den Kunden' Bankinformationen über das Internet. Ein Jahr später schickte ein Computerprogrammierer namens Ray Tomlinson die erste E-Mail der Welt und begann, das @ -Symbol zu verwenden, um Namen und Adressen zu trennen.


Globale Unternehmen mussten auch miteinander sprechen, aber Kupfer-Telefonleitungen konnten nur eine begrenzte Anzahl von Anrufen führen. Die Klangqualität ist schwach, da die Drähte nicht genügend Informationen enthalten, um die Stimme einer Person wiederzugeben. Die Nachfrage hat das Angebot so weit übertroffen, dass Auslandsgespräche zu einem Zeitpunkt bis zu 4 USD pro Minute (entspricht 27 USD im Jahr 2020) oder mehr kosten.


Es besteht ein wachsender Bedarf, große Datenmengen und Konversationen über große Entfernungen zu geringen Kosten zu übertragen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, wurde den Forschern eine plausible Theorie zur Kenntnis gebracht, die von Charles, damals Physiker am Standard Telecommunications Laboratory von Britain GG, unterstützt wurde.


Der Begriff&"optische Faser GG"; kam in den 1960er Jahren in Sicht. Der Begriff wurde ursprünglich verwendet, um optische Verstärker in Kathodenstrahlröhren (zum Fernsehen), Computerschaltungen und medizinischen Geräten zu beschreiben. Die Technik funktioniert nur über kurze Strecken. Wenn die Entfernung ungefähr 20 Meter erreicht, verschwindet das Signal fast vollständig.


Kao war der erste, der vorschlug, dass die Welt in Form von Licht verbunden sein könnte, das durch optische Fasern vermittelt wird. In einem wegweisenden Artikel aus dem Jahr 1966 schrieb Dr. Kao, dass optische Fasern Kupferdrähten oder Funksignalen theoretisch weit überlegen sein könnten. Die Herausforderung sind die Verunreinigungen im Glas, die auch das verursachen, was Wissenschaftler&"Dämpfung GG" nennen. von Signalen. Wissenschaftler haben es geschafft, eine&"verlustarme optische Faser, GG" zu finden; Ein Glas, das Licht über große Entfernungen ohne nennenswerten Lichtverlust durchlassen kann. Die Hypothese von Kao&war, dass die dünnen Faserbündel durch Reinigen des Glases große Datenmengen über große Entfernungen mit minimalem Signalverlust übertragen können.


Aber niemand wusste, wie man eine so gereinigte Faser herstellt. Das britische Postamt, das für das britische Telefonsystem verantwortlich war, wandte sich an Corning, um Hilfe bei der Suche nach einem neuen Typ von Hochleistungskabel zu erhalten. Corning ernannte den Physiker Robert Maurer, um zwei neue junge Forscher zu leiten: den Experimentalphysiker Donald Keck und den Glaschemiker Peter Schultz, um an dem Projekt zu arbeiten.


Der Weg zur Innovation muss jedoch die Frustration zahlreicher fehlgeschlagener Experimente vermeiden. In dieser Zeit haben Wissenschaftler zahlreiche Glaskombinationen und Experimente versucht, die auf unterschiedlichen Designgrößen und Produktionsmethoden basieren, um die für Experimente benötigten Glaskomponenten herzustellen und zu reinigen. Eine der Herausforderungen bestand darin, die beiden Glasarten zu einer einzigen Faser zu kombinieren. Bei jedem Test zogen die Techniker eine Faser aus einem Glasblock, der nebeneinander in einem Ofen angeordnet war, und befestigten die Faser dann an der anderen, um eine einzelne Faser herzustellen.


An einem Freitagabend im August 1970 bereitete sich Keck darauf vor, den neu entwickelten Prototyp einer neuen Glasfaser des Teams&zum Testen in das Gerät einzubauen. Obwohl er es kaum erwarten kann, das Wochenende zu beginnen, möchte Keck die neuesten Ergebnisse ausprobieren, bevor er nach Hause geht. Er beugte sich über das Mikroskop und wurde von einem hellen Licht betäubt.&"Es war der großartigste Anblick, den ich je gesehen habe, GG"; Keck später beschrieben. Der Lichtverlust wird in Dezibel gemessen, und die Theorie von Dr. Kao&funktioniert nur, wenn die Lichttragfähigkeit des Glases&einen Verlust von weniger als 20 Dezibel zeigt. Der durch die neue Faser hindurchtretende Lichtimpuls liegt zwischen 16 und 17 Dezibel. Keck sagte, er habe an diesem Tag in seinem Labor den Geist von Edison&gespürt und schrieb&"Wow!" in einem Notizbuch.


Wie in der Patentanmeldung beschrieben, ist ein&"Lichtleiterfaser GG"; ist eine optische Faser, die 65.000 Mal mehr Informationen als Kupferdraht übertragen kann. Vier Jahre später, dieses&"Wow GG"; Moment im Sommer 1970 wurde durch das US-Patent Nr. 3711,262 verewigt.


Es ist neun Jahre her, seit Corning mit der Massenproduktion von Glasfasern begann. Es dauerte noch einige Jahre, bis Unternehmen anfingen, Untersee-Glasfaserkabel zu verwenden, die Kontinente verbinden und den Menschen eine kostengünstige Möglichkeit zur Kommunikation bieten. Doch dieser Augustnachmittag 1970 war immer der Beginn einer Kommunikationsrevolution, die letztendlich dazu beitragen würde, die Welt neu zu gestalten.


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