光ファイバーがどのように発明されたか

ラフスワン/ゲッティイメージズ

光ファイバーは、ガラスまたはプラスチックの長いファイバー ロッドを介した光の伝送です。光は、内部反射のプロセスによって移動します。ロッドまたはケーブルのコア媒体は、コアを囲む素材よりも反射性が高くなります。これにより、光は反射され続けてコアに戻り、そこでファイバーを下って移動し続けることができます.光ファイバーケーブルは、音声、画像、その他のデータを光速に近い速度で伝送するために使用されます。

光ファイバーを発明したのは誰ですか?

コーニング グラスの研究者である Robert Maurer、Donald Keck、Peter Schultz は、銅線の 65,000 倍の情報を伝送できる光ファイバー ワイヤーまたは「光導波路ファイバー」 (特許番号 3,711,262) を発明しました。千マイル離れた目的地でもデコードされます。

彼らによって発明された光ファイバー通信方法と材料は、光ファイバーの商業化への扉を開きました。市外電話サービスから インターネット 内視鏡や光ファイバーなどの医療機器は、現在、現代生活の主要な部分を占めています。

光ファイバーのタイムライン

前述のように、マウラー、ケック、シュルツは 1970 年に光ファイバー ワイヤを導入しましたが、この技術の作成や導入後の改善につながる多くの重要な開発がありました。次のタイムラインは、主要な日付と開発を強調しています。

1854年

ジョン・ティンダルは王立協会に対して、曲がった水流を通して光を伝導できることを実証し、光信号を曲げることができることを証明しました。

1880年

アレキサンダー・グラハム・ベル 彼の ' を発明した フォトフォン 、光のビームで音声信号を送信しました。ベルは太陽光を鏡で集光し、鏡を振動させる機構に話しかけました。受信側では、検出器が振動ビームを拾い、電話が電気信号で行うのと同じ方法で音声にデコードしました。しかし、曇りの日など、多くのことが Photophone に干渉する可能性があり、Bell はこの発明に関するそれ以上の研究を中止することになりました。

ウィリアム・ホイーラーは、地下に設置された電気アークランプからの光を使用して家を照らし、パイプで家の周りに光を向けることによって、高反射コーティングで裏打ちされた光パイプのシステムを発明しました。

1888年

ウィーンのロスとロイスの医療チームは、体腔を照らすために曲がったガラス棒を使用しました。

1895年

フランスのエンジニア、アンリ・サン=ルネは、初期のテレビで光のイメージを誘導するための曲がったガラス棒のシステムを設計しました。

1898年

アメリカのデビッド・スミス 特許を出願しました 手術用ランプとして使用される曲がったガラス棒デバイス。

1920年代

イギリス人のジョン・ロジ・ベアードとアメリカ人のクラレンス・W・ハンセルは、それぞれテレビとファクシミリの画像を送信するために透明なロッドのアレイを使用するというアイデアの特許を取得しました.

1930年

ドイツの医学生ハインリッヒ・ラムは、光ファイバーの束を組み立てて画像を運ぶ最初の人物でした。ラムの目標は、体のアクセスできない部分の内部を見ることでした。実験中、彼は電球の画像を送信したと報告しました。ただし、画質は悪かったです。特許を出願しようとする彼の努力は、ハンセルの英国特許のために却下されました。

1954年

オランダの 科学者 Abraham Van Heel と英国の科学者 Harold H. Hopkins は、イメージング バンドルに関する論文を別々に書きました。ホプキンスは非クラッド繊維の束のイメージングについて報告し、ヴァン・ヒールはクラッド繊維の単純な束について報告した。彼は、より低い屈折率の透明なクラッドで裸のファイバーを覆いました。これにより、ファイバー反射面を外部歪みから守り、ファイバー間の干渉を大幅に低減しました。当時、光ファイバーを実用的に使用する上での最大の障害は、信号 (光) 損失を最小限に抑えることでした。

1961年

American Optical の Elias Snitzer は、単一モード ファイバーの理論的記述を発表しました。このファイバーは、コアが非常に小さいため、1 つの導波モードのみで光を運ぶことができます。スニッツァーのアイデアは、人間の体内を観察する医療機器としては問題ありませんでしたが、ファイバーの光損失は 1 メートルあたり 1 デシベルでした。通信デバイスは、はるかに長い距離で動作する必要があり、1 km あたり 10 または 20 デシベル (光の測定値) 以下の光損失が必要でした。

1964年

重要な (そして理論上の) 仕様は、Dr. C.K. によって特定されました。花王 長距離用 コミュニケーション デバイス。仕様は、1 キロメートルあたり 10 デシベルまたは 20 デシベルの光損失であり、これが基準を確立しました。花王はまた、光の損失を減らすのに役立つ、より純粋な形のガラスの必要性を説明しました。

1970年

ある研究チームは、融点が高く、屈折率が低く、極めて純度の高い材料である溶融シリカの実験を開始しました。コーニング グラスの研究者である Robert Maurer、Donald Keck、Peter Schultz は、銅線の 65,000 倍の情報を伝送できる光ファイバー ワイヤーまたは「光導波路ファイバー」 (特許番号 3,711,262) を発明しました。このワイヤーにより、光波のパターンによって運ばれた情報を、数千マイル離れた目的地でも解読することができました。チームは、カオ博士によって提示された問題を解決しました。

1975年

米国政府は、干渉を減らすために光ファイバーを使用して、シャイアン マウンテンにある NORAD 本部のコンピューターをリンクすることを決定しました。

1977年

最初のオプティカル 電話 通信システムは、シカゴのダウンタウンの約 1.5 マイル下に設置されました。各光ファイバーは、672 の音声チャネルに相当します。

2000年

20 世紀の終わりまでに、世界の長距離トラフィックの 80% 以上が光ファイバー ケーブルと 2,500 万キロメートルのケーブルで伝送されました。 Maurer、Keck、Schultz が設計したケーブルは、世界中に設置されています。

米陸軍信号隊の役割

以下の情報は Richard Sturzebecher によって提供されました。もともとは陸軍の出版物「Monmouth Message」に掲載されていました。

1958 年、ニュージャージー州フォート モンマスにある米国陸軍信号隊研究所で、Copper Cable and Wire のマネージャーは、雷と水による信号伝送の問題を嫌っていました。彼は、材料研究マネージャーのサム・ディヴィータに、彼の代わりを見つけるよう勧めました。 銅 ワイヤー。サムは、ガラス、ファイバー、および光信号が機能する可能性があると考えていましたが、サムのために働いていたエンジニアは、グラス ファイバーは壊れるだろうと彼に言いました。

1959 年 9 月、Sam DiVita は、光信号を伝達できるガラス繊維の式の書き方を知っているかどうか、Richard Sturzebecher 中尉に尋ねました。 DiVita は、Signal School に通っていた Sturzebecher が、1958 年のアルフレッド大学での卒業論文のために、SiO2 を使用して 3 つの三軸ガラス システムを溶かしたことを知りました。

コーニング グラス ワークスが光ファイバー契約を獲得

Sturzebecher は答えを知っていました。を使用している間 顕微鏡 SiO2 ガラスの屈折率を測定しようとしたとき、Richard は激しい頭痛に襲われました。顕微鏡下の 60% と 70% の SiO2 ガラス粉末により、顕微鏡スライドを通過して彼の目に入る鮮やかな白色光の量がますます多くなりました。頭痛と高 SiO2 からの鮮やかな白色光を思い出す ガラス Sturzebecher は、配合が超高純度の SiO2 であることを知っていました。 Sturzebecher はまた、コーニングが純粋な SiCl4 を酸化して SiO2 にすることで高純度の SiO2 粉末を製造していることも知っていました。彼は、DiVita が彼の力を利用して、繊維を開発するための連邦政府の契約をコーニングに与えることを提案しました。

DiVita はすでにコーニングの研究者と協力していました。しかし、すべての研究機関が連邦政府との契約に入札する権利を持っていたため、彼はアイデアを公開しなければなりませんでした。そのため、1961 年と 1962 年に、高純度の SiO2 を使用して光を伝送するグラス ファイバーを使用するというアイデアが、すべての研究所への入札勧誘で公開されました。予想通り、ディヴィータは 1962 年にニューヨーク州コーニングのコーニング グラス ワークスと契約を結びました。コーニングでのガラス光ファイバーに対する連邦政府の資金提供は、1963 年から 1970 年の間に約 100 万ドルでした。信号隊 光ファイバーに関する多くの研究プログラムに対する連邦政府の資金提供は 1985 年まで続きました。それによってこの業界に種をまき、通信における銅線を排除する今日の数十億ドル産業を現実のものにしています。

DiVita は、80 代後半になっても、米国陸軍信号隊に毎日出勤し、2010 年に 97 歳で亡くなるまで、ナノサイエンスのコンサルタントとして志願しました。