50 عاما من الألياف البصرية : اختراع الألياف منخفضة الخسارة

Nov 06, 2020

ترك رسالة

في عام 1970، كان العالم على وشك انفجار البيانات والاتصالات.


بدأت الاختراعات الجديدة لخلق حاجة لنقل البيانات عبر مسافات طويلة. في خريف عام 1969، طورت وزارة الدفاع الأمريكية ARPAnet، وهي مقدمة للإنترنت التي كانت تربط أولاً مختبرات البنتاغون والجامعة. كانت شركات مثل المعدات الرقمية مشغولة بصنع أول أجهزة كمبيوتر صغيرة بحجم الثلاجة ، والتي كانت أصغر وأرخص من أجهزة الكمبيوتر المركزية بحجم الغرفة ، مما يعني أن المزيد من الشركات يمكنها إدارة أعمالها من خلال البيانات. كانت أجهزة الصراف الآلي الأولى بدائية. ولدعم قدرة الجهاز على القراءة، كانت لوحات التعليمات الورقية مليئة بعناصر مشعة قليلاً ومطلوب منها إرسال المعلومات المصرفية للعملاء عبر الإنترنت. وبعد ذلك بعام، أرسل مبرمج كمبيوتر يدعى راي توملينسون أول بريد إلكتروني في العالم وبدأ في استخدام رمز @ لفصل الأسماء والعناوين.


كما بدأت الشركات العالمية في حاجة إلى التحدث مع بعضها البعض، ولكن الخطوط الهاتفية النحاسية لا يمكن أن تحمل سوى عدد محدود من المكالمات. جودة الصوت ضعيفة لأن الأسلاك لا تحمل معلومات كافية لإعادة صوت الشخص. وقد فاق الطلب العرض لدرجة أن تكلفة المكالمات الدولية في وقت ما تصل إلى 4 دولارات في الدقيقة (أي ما يعادل 27 دولاراً في عام 2020) أو أكثر.


وهناك حاجة متزايدة إلى نقل كميات كبيرة من البيانات والمحادثات عبر مسافات طويلة بتكلفة منخفضة. لتلبية هذه الحاجة، وصلت إلى علم الباحثين نظرية معقولة، بمساعدة تشارلز، ثم الفيزيائي في مختبر الاتصالات القياسية في بريطانيا.


وجاء مصطلح "الألياف البصرية" في عرض في 1960s. ولكن هذا المصطلح كان يستخدم في الأصل لوصف مكبرات الصوت البصرية في أنابيب أشعة الكاثود (المستخدمة لمشاهدة التلفزيون) ودوائر الكمبيوتر والأجهزة الطبية. يعمل التقنية فقط على مسافات قصيرة. عندما تصل المسافة إلى حوالي 20 مترا (حوالي 65 قدما)، تختفي الإشارة تقريبا تماما.


وكان كاو أول من اقترح أن العالم قد تكون متصلة في شكل ضوء، بوساطة الألياف البصرية. في ورقة أساسية نشرت في عام 1966، كتب الدكتور كاو أن الألياف البصرية يمكن نظريا أن تكون متفوقة بكثير على الأسلاك النحاسية أو الإشارات الراديوية. التحدي هو الشوائب في الزجاج ، والتي تسبب أيضا ما يسميه العلماء "التوهين" للإشارات. تمكن العلماء من العثور على "ألياف بصرية منخفضة الخسارة"، وهو كوب يمكنه نقل الضوء عبر مسافات طويلة دون فقدان ملحوظ للضوء. كانت فرضية كاو هي أنه من خلال تنظيف الزجاج ، فإن حزم الألياف الرقيقة ستكون قادرة على نقل كميات كبيرة من البيانات عبر مسافات طويلة مع الحد الأدنى من فقدان الإشارة.


لكن لا أحد يعرف كيف يصنع مثل هذه الألياف النقية وقد لجأ مكتب البريد البريطانى ، المسؤول عن شبكة الهاتف البريطانية ، الى كورنينج للحصول على مساعدة فى العثور على نوع جديد من الكابلات ذات السعة العالية . عين كورنينج الفيزيائي روبرت ماورير لقيادة باحثين شابين جديدين: الفيزيائي التجريبي دونالد كيك والكيميائي الزجاجي بيتر شولتز للعمل في المشروع.


بيد أن الطريق إلى الابتكار لا بد أن يتجنب إحباط العديد من التجارب الفاشلة. خلال هذا الوقت، حاول العلماء العديد من تركيبات الزجاج والتجارب على أساس أحجام التصميم المختلفة وطرق الإنتاج لإنشاء وتنقية مكونات الزجاج اللازمة للتجارب. وكان أحد التحديات هو الجمع بين نوعين من الزجاج في ألياف واحدة. في كل اختبار، سحب الفنيون أليافا من كتلة زجاجية وضعت جنبا إلى جنب في الفرن، ثم تعلق الألياف إلى الآخر لجعل الألياف واحدة.


في مساء يوم الجمعة في أغسطس 1970، كان كيك يستعد لوضع النموذج الأولي للفريق المطور حديثًا من الألياف البصرية الجديدة في الجهاز للاختبار. على الرغم من أنه لا يستطيع الانتظار لبدء عطلة نهاية الأسبوع ، Keck يريد أن يحاول الخروج من أحدث النتائج قبل العودة إلى ديارهم. انحنى على المجهر وذهل من ضوء ساطع. "كان أروع مشهد رأيته في حياتي"، وصف كيك في وقت لاحق. يتم قياس فقدان الضوء في الديسيبل ، ونظرية الدكتور كاو تعمل فقط إذا كانت قدرة الزجاج على حمل الضوء تظهر فقدان أقل من 20 ديسيبل. نبض الضوء الذي يمر عبر الألياف الجديدة يتراوح بين 16 و 17 ديسيبل. قال (كيك) أنّه شعر بروح (أديسون) في ذلك اليوم في مختبره وكتب "واو!" في دفتر ملاحظات.


كما هو موضح في طلب البراءة ، فإن "الألياف دليل الضوء" هو الألياف البصرية التي يمكن أن تحمل 65،000 مرة أكثر من المعلومات الأسلاك النحاسية. وبعد أربع سنوات، تم اِدُدّي لحظة "النجاح الباهر" تلك في صيف عام 1970 بموجب براءة الاختراع الأمريكية رقم 3711262.


لقد مرت تسع سنوات منذ أن بدأت كورنينج في إنتاج الألياف البصرية على نطاق واسع. استغرق الأمر عدة سنوات أخرى لكي تبدأ الشركات في استخدام كابلات الألياف البصرية تحت سطح البحر، والتي من شأنها أن تربط القارات وتوفر طريقة منخفضة التكلفة للناس للتواصل. ومع ذلك، كانت فترة ما بعد ظهر ذلك آب/أغسطس من عام 1970 دائماً بداية ثورة في الاتصالات من شأنها أن تساعد في نهاية المطاف في إعادة تشكيل العالم.


إرسال التحقيق