Światłowodu nie wynalazła jedna osoba. Najpierw badacze pokazali, że światło można prowadzić po zakrzywionej drodze. Później pojawiły się włókna optyczne do przesyłania obrazu. Dopiero w XX wieku Charles Kao i George Hockham wskazali, że bardzo czyste szkło może stać się medium telekomunikacyjnym, a zespół Corninga wykonał pierwsze praktyczne włókno niskostratne.
Najważniejszy przełom nie polegał więc na samym „zamknięciu światła w szkle”. To było znane dużo wcześniej. Problemem było takie wykonanie włókna, żeby sygnał nie znikał po kilku metrach, lecz mógł pokonywać długie odcinki i przenosić rozmowy, dane oraz obraz.
Zanim światło zaczęło przenosić internet
Historia światłowodu zaczyna się długo przed internetem. W XIX wieku Daniel Colladon, Jacques Babinet i John Tyndall pokazywali, że światło może być prowadzone w ośrodku, na przykład w strumieniu wody. Nie był to jeszcze kabel telekomunikacyjny, ale ważny dowód fizyczny: światło da się prowadzić po torze innym niż prosta linia w powietrzu.
Kluczowym zjawiskiem jest całkowite wewnętrzne odbicie. Polega ono na odbiciu promienia od granicy ośrodków, przez co pozostaje on uwięziony wewnątrz rdzenia. Późniejszy światłowód wykorzystał tę samą ideę w znacznie bardziej precyzyjnej formie: w cienkim włóknie szklanym z rdzeniem i płaszczem.
Ta technologia to zupełnie inne rozwiązanie niż wcześniejsze próby łączności optycznej, takie jak fotofon Aleksandra Grahama Bella. Fotofon przesyłał dźwięk za pomocą światła w powietrzu, ale nie używał włókna. Brakowało stabilnego, chronionego medium, które prowadziłoby światło niezależnie od pogody i warunków zewnętrznych.
Kto wynalazł światłowód? Mapa etapów
Najuczciwsza odpowiedź zależy od tego, o który etap pytamy: pokazanie zjawiska, włókna do obrazu, światłowód telekomunikacyjny czy praktyczne włókno niskostratne.
| Etap | Kto / co? | Dlaczego to ważne? |
|---|---|---|
| prowadzenie światła | Colladon, Babinet, Tyndall | pokazali, że światło może podążać w ośrodku, np. w strumieniu wody albo w szkle |
| włókna optyczne do obrazu | Harold Hopkins, Narinder Singh Kapany, Bram van Heel | wiązki włókien zaczęły nadawać się do przesyłania obrazu, szczególnie w zastosowaniach medycznych |
| pojęcie „fiber optics” | Narinder Singh Kapany | spopularyzował nazwę dziedziny i stał się jedną z najważniejszych postaci w historii włókien optycznych |
| światłowód telekomunikacyjny | Charles Kao i George Hockham | wskazali, że problemem są zanieczyszczenia szkła, a bardzo czyste włókno może przenosić sygnał na duże odległości |
| praktyczne włókno niskostratne | Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz / Corning | w 1970 roku powstało włókno o stratach wystarczająco małych dla telekomunikacji |
Kapany: nazwa „fiber optics” i światło w szklanych włóknach
Narinder Singh Kapany jest jednym z najważniejszych nazwisk w tej historii. W latach 50. pracował nad przesyłaniem światła przez włókna optyczne, a później spopularyzował określenie „fiber optics”. To dlatego bywa nazywany ojcem światłowodów.
Jego praca dotyczyła jednak optyki obrazowej i medycyny, a nie globalnej telekomunikacji. Wiązki cienkich włókien pozwalały przenosić obraz tam, gdzie wcześniej było to bardzo trudne.
To nie był jeszcze światłowód internetowy w dzisiejszym sensie: kabel, który przenosi ogromne ilości danych na wiele kilometrów. Kapany pomógł zbudować fundament tej dziedziny, ale przełom telekomunikacyjny wymagał rozwiązania innego problemu: strat światła w szkle.
Kao i Hockham: szkło musiało przestać gubić światło
W połowie XX wieku problem światłowodów był brutalnie prosty: światło szybko zanikało. Włókna mogły działać w krótkich demonstracjach albo w medycynie, ale nie nadawały się jeszcze do telekomunikacji na duże odległości.
Charles Kao i George Hockham przesunęli myślenie o światłowodzie w zupełnie inne miejsce. Uznali, że główną przeszkodą nie musi być sama zasada prowadzenia światła, lecz jakość szkła. Jeśli szkło będzie wystarczająco czyste, straty spadną na tyle, że włókno może stać się realnym medium transmisyjnym.
To był moment, w którym światłowód przestał być ciekawostką optyczną, a stał się projektem telekomunikacyjnym. Kao nie odkrył samego faktu prowadzenia światła. Jego wkład polegał na pokazaniu, że przyszłość łączności może zależeć od ultraczystego włókna szklanego.
Corning: teoria dostaje szkło
Kierunek wyznaczony przez Kao trzeba było jeszcze zamienić w materiał. Zrobił to zespół Corninga: Robert Maurer, Donald Keck i Peter Schultz. W 1970 roku powstało włókno o niskich stratach, wystarczających do praktycznej transmisji telekomunikacyjnej.
To był przełom wykonawczy. Sama idea czystego szkła nie wystarczała; potrzebna była technologia produkcji włókna, które naprawdę przepuszcza światło na użytecznych dystansach. Dopiero wtedy światłowód zaczął wychodzić z laboratoriów w stronę sieci.
Co światłowód zmienił w komunikacji?
Światłowód a internet
Światłowód nie jest internetem, ale jest jedną z jego najważniejszych dróg. Dane, rozmowy i filmy nie płyną „w chmurze” w magiczny sposób. Na dużych odległościach bardzo często biegną jako impulsy światła przez włókna szklane, także pod oceanami.
W porównaniu z wieloma starszymi mediami transmisyjnymi światłowód daje ogromną przepustowość, ma małe straty na dużych dystansach i jest odporny na zakłócenia elektromagnetyczne. Dzięki temu stał się podstawą sieci szkieletowych, kabli podmorskich, transmisji danych i szybkiego dostępu do internetu.
To dobrze uzupełnia historię tego, kto wynalazł internet. Internet nie jest jednym kablem ani jednym urządzeniem. To system protokołów, komputerów i sieci, ale potrzebuje fizycznych dróg transmisji. Światłowód stał się jedną z najważniejszych z nich.
Światło zamiast metalu i fal radiowych
Wcześniejsze wynalazki komunikacyjne rozwiązywały ten sam problem innymi metodami. Telefon przenosił głos, radio wysyłało sygnał bez przewodu, a światłowód pozwolił przesyłać ogromne ilości informacji światłem zamkniętym w szkle. Dlatego historia światłowodu naturalnie łączy się zarówno z pytaniem, kto wynalazł telefon, jak i z historią łączności bezprzewodowej.
Podsumowanie: informacja zamknięta w świetle
Największa zmiana polegała na tym, że informacja mogła przestać płynąć głównie metalem, a zaczęła biec światłem. Cienkie włókno szkła stało się jedną z najważniejszych tras współczesnego świata: od rozmów telefonicznych, przez sieci szkieletowe, po dane przesyłane między kontynentami.
Źródła i materiały
- Nobel Prize – Charles K. Kao Facts
- Nobel Prize – Illuminating Information Sharing
- Royal Swedish Academy of Sciences – Scientific Background on the Nobel Prize in Physics 2009
- Corning – Corning Discovers Low-Loss Fiber
- IEEE / ETHW – World’s First Low-Loss Optical Fiber for Telecommunications, 1970
- Computer History Museum – Narinder Kapany: Hidden Figure of Fiber Optics