Hoe glasvezel is uitgevonden

Glasvezel is de ingesloten transmissie van licht door lange vezelstaven van glas of kunststof. Het licht reist door het proces van interne reflectie. Het kernmedium van de staaf of kabel is meer reflecterend dan het materiaal rond de kern. Dat zorgt ervoor dat het licht steeds weer terug in de kern wordt gereflecteerd, waar het door de vezel kan blijven reizen. Glasvezelkabels worden gebruikt voor het verzenden van spraak, afbeeldingen en andere gegevens met bijna de lichtsnelheid.

Corning Glass-onderzoekers Robert Maurer, Donald Keck en Peter Schultz hebben glasvezeldraad of "Optical Waveguide Fibers" (patent # 3.711.262) uitgevonden dat in staat is om te dragen 65.000 keer meer informatie dan koperdraad, waardoor informatie die wordt gedragen door een patroon van lichtgolven kan worden gedecodeerd op een bestemming, zelfs duizend mijl weg.

Communicatiemethoden via glasvezel en door hen uitgevonden materialen opende de deur naar de commercialisering van glasvezel. Van telefonie over lange afstand tot

• 1854: John Tyndall demonstreerde aan de Royal Society dat licht door een gebogen waterstroom kon worden geleid, wat bewijst dat een lichtsignaal kon worden verbogen.
• 1880: Alexander Graham Bell bedacht zijn "Fotofoon, "die een spraaksignaal uitzond op een lichtstraal. Bell richtte zonlicht met een spiegel en sprak toen in een mechanisme dat de spiegel trilde. Aan de ontvangende kant pakte een detector de vibrerende straal op en decodeerde deze weer in een stem, net zoals een telefoon deed met elektrische signalen. Veel dingen - bijvoorbeeld een bewolkte dag - kunnen de fotofoon verstoren, waardoor Bell verder onderzoek met deze uitvinding stopt.
• 1880: William Wheeler vond een systeem uit van lichtpijpen bekleed met een sterk reflecterende coating die huizen verlichtte door gebruik te maken van licht van een elektrische booglamp die in de kelder is geplaatst en het licht rond het huis te richten met de pijpen.
• 1888: Het medische team van Roth en Reuss uit Wenen gebruikte gebogen glazen staven om lichaamsholten te verlichten.
• 1895: De Franse ingenieur Henry Saint-Rene ontwierp een systeem van gebogen glazen staven voor het geleiden van lichtbeelden in een poging tot vroege televisie.
• 1898: Amerikaan David Smith octrooi aangevraagd op een gebogen glazen staaf om als chirurgische lamp te gebruiken.
• 1920: Engelsman John Logie Baird en Amerikaan Clarence W. Hansell patenteerde het idee om reeksen transparante staven te gebruiken om respectievelijk beelden voor televisie en faxen over te dragen.
• 1930: Duitse geneeskundestudent Heinrich Lamm was de eerste persoon die een bundel optische vezels samenstelde om een ​​beeld te dragen. Lamm's doel was om in ontoegankelijke delen van het lichaam te kijken. Tijdens zijn experimenten meldde hij het doorgeven van het beeld van een gloeilamp. Het beeld was echter van slechte kwaliteit. Zijn poging om een ​​octrooi in te dienen werd geweigerd vanwege Hansell's Britse octrooi.
• 1954: Nederlands wetenschapper Abraham Van Heel en Britse wetenschapper Harold H. Hopkins schreef afzonderlijk artikelen over beeldbundels. Hopkins rapporteerde over beeldvormende bundels van niet-beklede vezels, terwijl Van Heel rapporteerde over eenvoudige bundels van beklede vezels. Hij bedekte een kale vezel met een transparante bekleding met een lagere brekingsindex. Dit beschermde het vezelreflectie-oppervlak tegen vervorming van buitenaf en sterk verminderde interferentie tussen vezels. Destijds was het grootste obstakel voor een levensvatbaar gebruik van glasvezel het bereiken van het laagste signaal (licht) verlies.
• 1961: Elias Snitzer van American Optical publiceerde een theoretische beschrijving van single-mode vezels, een vezel met een kern die zo klein is dat hij licht kan dragen met slechts één golfgeleider-modus. Snitzer's idee was oké voor een medisch instrument dat in de mens keek, maar de vezel had een lichtverlies van één decibel per meter. Communicatieapparaten moesten over veel langere afstanden werken en vereisten een lichtverlies van niet meer dan tien of twintig decibel (een lichtmeting) per kilometer.
• 1964: Een kritische (en theoretische) specificatie werd geïdentificeerd door Dr. C.K. Kao voor lange afstand communicatie apparaten. De specificatie was tien of twintig decibel lichtverlies per kilometer, waarmee de norm werd vastgesteld. Kao illustreerde ook de behoefte aan een zuiverdere vorm van glas om lichtverlies te helpen verminderen.
• 1970: Een team van onderzoekers begon te experimenteren met gesmolten siliciumdioxide, een materiaal dat extreem zuiver is met een hoog smeltpunt en een lage brekingsindex. Corning Glass-onderzoekers Robert Maurer, Donald Keck en Peter Schultz vonden glasvezeldraad uit of "Optical Waveguide Fibers" (patent # 3.711.262) die 65.000 keer meer informatie kunnen bevatten dan koperdraad. Deze draad zorgde ervoor dat informatie die door een patroon van lichtgolven werd gedragen, kon worden gedecodeerd op een bestemming die zelfs duizend mijl verderop lag. Het team had de problemen van Dr. Kao opgelost.
• 1975: De Amerikaanse regering besloot de computers op het NORAD-hoofdkantoor in Cheyenne Mountain te verbinden met glasvezel om interferentie te verminderen.
• 1977: De eerste optische telefoon communicatiesysteem werd ongeveer 1,5 mijl onder het centrum van Chicago geïnstalleerd. Elke glasvezel had het equivalent van 672 spraakkanalen.
• Tegen het einde van de eeuw ging meer dan 80 procent van het langeafstandsverkeer ter wereld via glasvezelkabels en 25 miljoen kilometer kabel. Door Maurer, Keck en Schultz ontworpen kabels zijn wereldwijd geïnstalleerd.

De volgende informatie is ingediend door Richard Sturzebecher. Het werd oorspronkelijk gepubliceerd in de Army Corp-publicatie 'Monmouth Message'.

In 1958, bij de Signal Corps Labs van het Amerikaanse leger in Fort Monmouth, New Jersey, haatte de manager van Copper Cable and Wire de signaaloverdrachtsproblemen veroorzaakt door bliksem en water. Hij moedigde Manager van Materiaalonderzoek Sam DiVita aan om een ​​vervanger te vinden voor koper draad. Sam dacht dat glas-, glasvezel- en lichtsignalen zouden werken, maar de ingenieurs die voor Sam werkten, vertelden hem dat er een glasvezel zou breken.

In september 1959 vroeg Sam DiVita aan 2e luitenant Richard Sturzebecher of hij wist hoe hij de formule moest schrijven voor een glasvezel die lichtsignalen kan doorgeven. DiVita had vernomen dat Sturzebecher, die de Signaalschool bezocht, drie triaxiale glassystemen had gesmolten met SiO2 voor zijn afstudeerscriptie in 1958 aan de Alfred University.

Sturzebecher wist het antwoord. Tijdens het gebruik van een microscoop om de brekingsindex op een SiO2-bril te meten, ontwikkelde Richard ernstige hoofdpijn. De 60 procent en 70 procent SiO2-glaspoeders onder de microscoop lieten steeds grotere hoeveelheden schitterend wit licht door de microscoopglaasje en in zijn ogen passeren. Denk aan de hoofdpijn en het schitterende witte licht van hoge SiO2 glasWist Sturzebecher dat de formule ultrazuiver SiO2 zou zijn. Sturzebecher wist ook dat Corning zeer zuiver SiO2-poeder maakte door zuiver SiCl4 te oxideren tot SiO2. Hij stelde voor dat DiVita zijn macht zou gebruiken om Corning een federaal contract toe te kennen om de vezel te ontwikkelen.

DiVita had al met Corning-onderzoekers gewerkt. Maar hij moest het idee openbaar maken omdat alle onderzoekslaboratoria het recht hadden om op een federaal contract te bieden. Dus in 1961 en 1962 werd het idee om SiO2 met hoge zuiverheid te gebruiken voor een glasvezel om licht door te geven openbaar gemaakt in een poging om alle onderzoekslaboratoria te informeren. Zoals verwacht gunde DiVita het contract in 1962 aan Corning Glass Works in Corning, New York. De federale financiering voor glasvezel bij Corning bedroeg tussen 1963 en 1970 ongeveer $ 1.000.000. Signal Corps De federale financiering van veel onderzoeksprogramma's op het gebied van glasvezel ging door tot 1985, en zaaide daarmee deze industrie en het maken van de huidige miljardenindustrie die koperdraad in communicatie elimineert realiteit.

DiVita bleef eind jaren 80 dagelijks bij het Signal Corps van het Amerikaanse leger werken en bood zich tot zijn dood op 97-jarige leeftijd in 2010 aan als consultant in nanowetenschappen.