Bạn đã biết lịch sử ra đời của sợi thuỷ tinh làm ra cáp quang

Từ thời La Mã, thủy tinh đã được kéo thành sợi. Tuy nhiên, phải đến những năm 1790, anh em nhà Chappe người Pháp mới phát minh ra “máy điện báo quang học” đầu tiên. Đó là một hệ thống bao gồm một loạt đèn được gắn trên các tháp nơi người điều khiển sẽ chuyển tiếp thông điệp từ tháp này sang tháp khác. Trong suốt thế kỷ tiếp theo, những bước tiến lớn đã được thực hiện trong khoa học quang học.

John Tyndall, nhà vật lý người Anh, đã chứng minh rằng tín hiệu ánh sáng có thể bị bẻ cong.

Vào những năm 1840, các nhà vật lý Daniel Collodon và Jacques Babinet đã chỉ ra rằng ánh sáng có thể được hướng theo các tia nước để hiển thị đài phun nước. Năm 1854, John Tyndall, một nhà vật lý người Anh, đã chứng minh rằng ánh sáng có thể truyền qua một dòng nước cong, từ đó chứng minh rằng một tín hiệu ánh sáng có thể bị bẻ cong. Ông đã chứng minh điều này bằng cách thiết lập một bể chứa nước với một đường ống chảy ra một bên. Khi nước chảy ra từ ống, anh ta chiếu đèn vào bể vào dòng nước. Khi nước đổ xuống, một vòng cung ánh sáng theo mặt nước đi xuống.

Alexander Graham Bell đã được cấp bằng sáng chế cho một hệ thống điện thoại quang học được gọi là photophone vào năm 1880. Tuy nhiên, phát minh trước đó của ông, điện thoại, được chứng minh là thực tế hơn. Cùng năm đó, William Wheeler đã phát minh ra một hệ thống ống đèn được lót bằng một lớp phủ phản chiếu cao để chiếu sáng các ngôi nhà bằng cách sử dụng ánh sáng từ đèn hồ quang điện đặt dưới tầng hầm và hướng ánh sáng xung quanh nhà bằng các đường ống.

Có thể bạn quan tâm: Cáp quang cống chôn trực tiếp M3 Singlemode 48Fo

Bản phác thảo hệ thống điện thoại của Alexander Graham Bell.

Bell đã được cấp bằng sáng chế cho một hệ thống điện thoại quang học hỗ trợ sự tiến bộ của công nghệ quang học. Các bác sĩ Roth và Reuss, ở Vienna, đã sử dụng các thanh thủy tinh uốn cong để chiếu sáng các khoang cơ thể vào năm 1888. Kỹ sư người Pháp Henry Saint-Rene đã thiết kế một hệ thống các thanh thủy tinh uốn cong để hướng dẫn hình ảnh ánh sáng bảy năm sau đó trong một nỗ lực đầu tiên trên truyền hình. Năm 1898, David Smith, người Mỹ, đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế về đèn chiếu sáng nha khoa sử dụng thanh thủy tinh cong.

Vào những năm 1920, John Logie Baird đã được cấp bằng sáng chế cho ý tưởng sử dụng các mảng thanh trong suốt để truyền hình ảnh cho truyền hình và Clarence W. Hansell đã làm điều tương tự với các bản fax. Tuy nhiên, Heinrich Lamm là người đầu tiên truyền một hình ảnh qua một bó sợi quang học vào năm 1930. Đó là hình ảnh của một dây tóc bóng đèn. Ý định của anh là tìm kiếm bên trong những bộ phận không thể tiếp cận của cơ thể, nhưng sự nổi lên của Đức Quốc xã đã buộc Lamm, một người Do Thái, phải chuyển đến Mỹ và từ bỏ ước mơ trở thành giáo sư y khoa. Nỗ lực nộp đơn xin cấp bằng sáng chế của ông đã bị từ chối vì bằng sáng chế của Hansell tại Anh.

Năm 1951, Holger Moeller nộp đơn xin cấp bằng sáng chế của Đan Mạch về hình ảnh sợi quang, trong đó ông đề xuất phủ sợi thủy tinh hoặc sợi nhựa bằng vật liệu chỉ số thấp trong suốt, nhưng bị từ chối vì bằng sáng chế của Baird và Hansell. Ba năm sau, Abraham Van Heel và Harold H. Hopkins đã trình bày các gói hình ảnh trên tạp chí Nature của Anh vào những thời điểm riêng biệt. Van Heel sau đó đã sản xuất một hệ thống sợi bọc giúp giảm đáng kể nhiễu tín hiệu và nhiễu xuyên âm giữa các sợi.

Cũng trong năm 1954, “maser” được phát triển bởi Charles Townes và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Columbia. Maser là viết tắt của “khuếch đại vi sóng bằng cách phát bức xạ kích thích”.

Tia laser được giới thiệu vào năm 1958 như một nguồn ánh sáng hiệu quả. Khái niệm này được đưa ra bởi Charles Townes và Arthur Schawlow để chỉ ra rằng máy tạo mặt nạ có thể được tạo ra để hoạt động trong các vùng quang học và hồng ngoại. Về cơ bản, ánh sáng được phản xạ qua lại trong một môi trường được cung cấp năng lượng để tạo ra ánh sáng khuếch đại, trái ngược với các phân tử khí bị kích thích được khuếch đại để tạo ra sóng vô tuyến, như trường hợp của maser. Laser là viết tắt của "khuếch đại ánh sáng bằng cách phát bức xạ kích thích."

Một tia laser khí heli-neon (He-Ne) được thử nghiệm trong môi trường phòng thí nghiệm. Ống laser được làm từ thủy tinh chì - thủy tinh tương tự được sử dụng trong các bảng hiệu đèn neon. Hình ảnh do J&K Lasers cung cấp.
Năm 1960, laser khí heli-neon hoạt động liên tục đầu tiên được phát minh và thử nghiệm. Cùng năm đó, một tia laser có thể hoạt động đã được phát minh, sử dụng một tinh thể hồng ngọc tổng hợp làm môi trường và tạo ra một xung ánh sáng.

Năm 1961, Elias Snitzer của American Optical đã công bố một mô tả lý thuyết về các sợi đơn mode mà lõi của nó rất nhỏ nên nó có thể mang ánh sáng chỉ với một mode dẫn sóng. Snitzer đã có thể chứng minh một tia laser dẫn qua một sợi thủy tinh mỏng đủ cho các ứng dụng y tế, nhưng đối với các ứng dụng truyền thông, sự mất mát ánh sáng trở nên quá lớn.

Charles Kao và George Hockham, thuộc Phòng thí nghiệm Truyền thông Tiêu chuẩn ở Anh, đã xuất bản một bài báo vào năm 1964, về mặt lý thuyết, chứng minh rằng sự mất ánh sáng trong các sợi thủy tinh hiện có có thể giảm đáng kể bằng cách loại bỏ các tạp chất.

Vào năm 1970, các nhà khoa học tại Corning Glass Works đã đạt được mục tiêu tạo ra sợi đơn mode với độ suy hao nhỏ hơn 20dB / km. Điều này đạt được nhờ pha tạp thủy tinh silica với titan. Cũng trong năm 1970, Morton Panish và Izuo Hayashi của Phòng thí nghiệm Bell, cùng với một nhóm từ Viện Vật lý Ioffe ở Leningrad, đã chứng minh một laser diode bán dẫn có khả năng phát ra sóng liên tục ở nhiệt độ phòng.

Các nhà khoa học quân sự đã sử dụng công nghệ laser cho nhiều ứng dụng quân sự.

Năm 1973, Phòng thí nghiệm Bell đã phát triển một quy trình lắng đọng hơi hóa học đã được sửa đổi để làm nóng hơi hóa chất và oxy để tạo thành thủy tinh siêu trong suốt có thể được sản xuất hàng loạt thành sợi quang học có tổn thất thấp. Quy trình này vẫn là tiêu chuẩn cho sản xuất cáp quang. Đường truyền cáp quang không thử nghiệm đầu tiên được cảnh sát Dorset (Anh) lắp đặt vào năm 1975. Hai năm sau, lưu lượng điện thoại trực tiếp đầu tiên qua sợi quang xảy ra ở Long Beach, California.

Vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, các công ty điện thoại bắt đầu sử dụng rộng rãi sợi để xây dựng lại cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc của họ. Sprint được thành lập trên mạng cáp quang 100% kỹ thuật số toàn quốc đầu tiên vào giữa những năm 1980. Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp erbium, giúp giảm chi phí của hệ thống cáp quang đường dài bằng cách loại bỏ nhu cầu về bộ lặp quang điện-quang, được phát minh vào năm 1986 bởi David Payne của Đại học Southampton và Emmanuel Desurvire tại Phòng thí nghiệm Bell. Dựa trên công nghệ khuếch đại laser tối ưu của Desurvire, cáp điện thoại xuyên Đại Tây Dương đầu tiên đi vào hoạt động vào năm 1988.

Năm 1991, Desurvire và Payne đã trình diễn bộ khuếch đại quang học được tích hợp sẵn trong chính cáp quang. Hệ thống toàn quang có thể mang thông tin nhiều hơn gấp 100 lần so với cáp có bộ khuếch đại điện tử. Cũng trong năm 1991, sợi tinh thể quang tử được phát triển. Sợi này dẫn ánh sáng bằng phương pháp nhiễu xạ từ một cấu trúc tuần hoàn thay vì phản xạ toàn phần bên trong, cho phép truyền năng lượng hiệu quả hơn so với các sợi thông thường, do đó cải thiện hiệu suất. Cáp quang toàn cầu đầu tiên, TPC-5, sử dụng bộ khuếch đại quang học được đặt trên Thái Bình Dương vào năm 1996. Năm sau, Liên kết cáp quang Vòng quanh địa cầu (FLAG) trở thành mạng cáp đơn dài nhất thế giới và được cung cấp cơ sở hạ tầng cho thế hệ ứng dụng Internet tiếp theo.

Ngày nay, nhiều ngành công nghiệp bao gồm y tế, quân sự, viễn thông, công nghiệp, lưu trữ dữ liệu, mạng và phát sóng có thể áp dụng và sử dụng công nghệ cáp quang trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Xem thêm: Tìm hiểu về cáp quang SingleMode cấu tạo và ưu điểm