Die faszinierende Geschichte des Lichtwellenleiters

Die Geschichte der Fasern ist nicht neu, denn sie lässt sich bis in die römische Antike zurückverfolgen. Die Gebrüder Chappe aus Frankreich waren jedoch in den 1790er Jahren mit dem allerersten "optischen Telegrafen" führend. Dies war das erste Gerät, das das Konzept der Lichtschaltung zur Weiterleitung von Nachrichten in beide Richtungen nutzte. Danach, im ^19. Jahrhundert, wurden groß angelegte Entwicklungen auf dem Gebiet der optischen Kommunikation beobachtet. Lassen Sie uns mit einer kurzen Geschichte der Glasfaser fortfahren!

Eine kurze Geschichte der optischen Fasern

Entwicklungen des 19. Jahrhunderts - zusammengefasst

In den 1840er Jahren demonstrierten die Wissenschaftler Jacques Babinet und Daniel Collodon durch Experimente, dass Licht so gelenkt werden kann, dass es dem Weg des Wassers folgt - vor allem für Springbrunnen-Darstellungen. Später, im Jahr 1854, bewies ein Physiker aus Großbritannien "John Tyndall" die Tendenz des Lichts durch einen gewölbten Wasserstrom. Diese Beugungstendenz des Lichts entlang eines gekrümmten Wasserstrahls wurde auch von Babinet bestätigt, der einen Wassertank mit einem abgehenden Rohr verwendete. Wenn das Licht in den Tank gestrahlt wurde, folgte ein Bogen des Wassers, wie es fließt.

Dann kommt 1880, als Alexander Graham Bell sein erstes Patent für ein optisches Telefonsystem genehmigt bekam. Aber wir alle wissen, dass Grahams spätere Erfindung, das Telefon, erfolgreicher war. Im selben Jahr teilte William Walter eine brillante Idee mit der Welt und erfand ein zentrales Beleuchtungssystem, das aus mehreren miteinander verbundenen Rohren mit einem speziellen Beschichtungsmaterial bestand. Dieses System diente der effizienten Weiterleitung von Licht von einer Quelle zu verschiedenen Verbrauchern, z. B. vom Keller eines Hauses zu verschiedenen Räumen. Die Erfindung der Glühbirne durch Thomas Edison setzte sich jedoch durch.

Auch die Ärzte Reuss und Roth trugen zu diesem Bereich bei, als sie 1888 ein System aus gebogenen Glasstäben erfanden, um Körperhöhlen zu beleuchten. Dies wurde von Henri Saint-Rose weiter verbessert - einem französischen Ingenieur, der eine Reihe von gebogenen Glasstäben für die Übertragung von Lichtbildern verwendete. Es kann als ein verfrühter Versuch zum Fernsehen bezeichnet werden. Im Jahr 1898 patentierte David Smith aus Amerika eine Dentalbeleuchtung, die aus einem gebogenen Glasstab bestand.

Entwicklungen des 20. Jahrhunderts - zusammengefasst

In den 1920er Jahren wurde ein Patent von Logie Baird für die Verwendung von transparenten Stabanordnungen zur Übertragung von Bildern für das Fernsehen erhalten. Auf der anderen Seite nutzte Clarence W. Hansell den gleichen Beitrag für Faksimiles. Im Jahr 1930 erzielte Heinrich Laman einen großen Erfolg, als es ihm gelang, Bilder mit Hilfe eines Faserbündels zu übertragen. Das erste Bild, das er übertrug, war das des Fadens eines Lichtbündels. Lamans Absicht war es, mit seinem System in das Innere des menschlichen Körpers zu schauen. Während des Zweiten Weltkriegs musste Lamn jedoch nach Amerika fliehen und politisches Asyl beantragen, woraufhin er seine Arbeit aufgab.

Im Jahr 1938 entdeckte Alec Reeves in Pairs die Tendenz des Lichtsignals, für den Empfang von analogen Signalen in digitale Signale umgewandelt zu werden. Diese Idee basierte auf einem System namens Pulse Code Modulation; bei der Pulse Code Modulation (PCM) wird die Amplitude eines analogen Signals periodisch abgetastet und später in einen digitalen Binärcode übersetzt. Die PCM-Technologie blieb ungenutzt, bevor sie 1962 von AT&T übernommen wurde.

Im Jahr 1951 wurde von Holger Moeller - einem dänischen Physiker - ein Patent für faseroptische Bildgebung angemeldet. Er schlug vor, Kunststoff- oder Glasfasern mit einem Material mit sehr niedrigem Index zu beschichten. Sein Patent wurde jedoch wegen der Patente von Hansel und Baird abgelehnt. Drei Jahre später kamen Harold H. Van und Abraham Van Heel mit einer ummantelten Faser voran, die Probleme wie Signalinterferenzen und Übersprechen besser in den Griff bekam. 1954 wurde der "Maser" von Charles Townes und seinem Team an der Columbia University entwickelt. Die Abkürzung von Maser ist "microwave amplification by stimulated emission of radiation".

Damals wurde der Laser noch nicht als effiziente Lichtquelle eingeführt. Arthur Schawlow und Charles Townes wollten beweisen, dass ihr Maser sowohl im infraroten als auch im optischen Bereich arbeiten kann. Der erste kontinuierlich arbeitende Gaslaser wurde im Jahr 1960 bekannt. Es war ein Helium-Neon-Gaslaser. Im gleichen Jahr wurde mit Hilfe eines synthetischen rosa Rubinkristalls ein funktionsfähiger und kommerziell nutzbarer Laser erfunden.

Die Anfänge der Single-Mode-Faser

Im Jahr 1961 veröffentlichte Elias Snitzer eine theoretische Beschreibung von SMF (Single-Mode-Fasern) mit einem Kern, der so winzig ist, dass er eine einzige Lichtwellenlänge übertragen kann. Es gelang ihm auch, einen Laser darzustellen, der durch einen dünnen Strang einer Glasfaser geleitet wurde. Allerdings war dieses System aufgrund hoher Verluste für Kommunikationsanwendungen unpraktisch.

1964 veröffentlichten George Hockham und Charles Kao aus England eine Arbeit über die Möglichkeiten der Entfernung von Verunreinigungen aus Glasfaserständern zur Einschränkung von Lichtverlusten.

Im Jahr 1970 gelang es einem Team von Wissenschaftlern, die in der Glasfabrik Corning arbeiteten, eine Singlemode-Faser herzustellen, die mit einer vernünftigen Dämpfung (<20db/km) arbeiten kann. Dieses Ergebnis wurde erreicht, als sie Quarzglas mit Titan dotierten. Peter Schultz, Donald Keck, Frank Zimar und Robert Maurer waren die vier Wissenschaftler der Coming Glass Works, denen es gelang, die Dämpfungsgrenze zu durchbrechen - eine Leistung, die die Herstellung einer brauchbaren Glasfaser für die Kommunikation markierte. 1973 stellte eine Gruppe von Wissenschaftlern aus einem Institut in Leningrad einen Halbleiterdiodenlaser vor, der bei Raumtemperatur kontinuierliche Wellen aussenden konnte.

Glasfaser und Telefonie

In den 1970er und 1980er Jahren setzten Telefongesellschaften in ihren Kommunikationsnetzen auf Glasfaser. Mitte der 1980er Jahre setzte Sprint sein erstes, rein digitales landesweites Glasfasernetz ein. Das Jahr 1986 brachte den Erbium-dotierten Faserverstärker - eine Errungenschaft von Emmanuel Desurvire und David Payne, die zu einer erheblichen Senkung der Kosten für die Bereitstellung von Langstreckensystemen führte. Das erste transatlantische Telefonkabel wurde 1988 mit Hilfe der von Desurvire entwickelten Technologie der Laserverstärkung in Betrieb genommen.

Massive Einsätze

Im Jahr 1991 demonstrierten Payne und Desurvire optische Verstärker, die in das Lichtwellenleiterkabel selbst integriert waren. Dieses integrierte System konnte fast hundertmal mehr Informationen verarbeiten als ein mit elektronischen Verstärkern ausgestattetes Kabel. Im selben Jahr kam auch die photonische Kristallfaser auf. Diese Faser unterstützt eine effizientere Leistungsübertragung als herkömmliche Kabel, da sie sich das Phänomen der Lichtbeugung zunutze macht.

Das TPC-5, ein riesiges Glasfaserkabel, wurde 1996 quer über die Pazifikbank verlegt. Später, 1997, wurde die Einrichtung von FLAG (Fiber-Optic Link Around the Globe) abgeschlossen. FLAG wurde der Grundstein für die nächste Generation von Internet-Anwendungen.

Fazit

• Lichtwellenleiter sind eines der günstigsten und effizientesten Kommunikationsmittel.
• Wir finden den Einsatz in einer Vielzahl von Branchen für die unterschiedlichsten Anwendungen.
• Das Konzept, Licht für die Übertragung von Informationen zu nutzen, war nicht neu, denn seine Wurzeln reichen bis in die Antike zurück.
• Umfangreiche Arbeiten in diesem Bereich während des letzten Jahrhunderts machten es zu einer bevorzugten Wahl für die Kommunikation auf der ganzen Welt.