Studiul Birefrigentei

2. Introducere. Din istoria dezvoltării sistemelor de comunicații prin fibră optică

Sistemele de comunicații prin fibră optică care permit la momentul actual transmiterea datelor la viteze impresionant de mari au la bază o tehnologie simplă și relativ veche. Această tehnologie se bazează pe principiul ghidării luminii prin reflexii repetate. Prima dată acest principiu a fost demonstrat la începutul anilor 1840 la Paris de către Daniel Colladon și Jacques Babinet. Un deceniu mai târziu, John Tyndall a inclus o demonstrație a acestui fenomen în cursurile sale publice de la Londra [10]. De asemena, Tyndall a scris și despre o proprietate care a permis înțelegerea și utilizarea procesului de ghidare a luminii - reflexia internă totală. Într-o carte a sa despre natura luminii, în 1870 el a scris: ”Când lumina trece din aer în apă, raza refractată este întoarsă înspre perpendiculară... Când raza trece din apă în aer, ea este întoarsă dinspre perpendiculară... Dacă unghiul făcut de raza din apă cu perpendiculara la suprafață este mai mare de 48 de grade, raza nu va mai ieși deloc din apă: ea va fi totalmente reflectată la suprafață... Unghiul ce marchează limita la care reflexia totală începe se numește unghi critic al mediului. Pentru apă, acest unghi este de 48°27', pentru sticlă, este de 38°41', iar pentru diamant, este de 23°42'.” [11][12] (Vezi figura 2.2)

Transmisia imaginii prin tuburi a fost demonstrată independent de Clarence Hansell și de pionierul televiziunii John Logie Baird în anii 1920. În 1952, fizicianul Narinder Singh Kapany a efectuat experimente ce au condus la inventarea fibrei optice. Fibra optică modernă, în care fibra de sticlă este învelită cu un strat transparent pentru a-i oferi un indice de refracție mai potrivit, a apărut în același deceniu [10]. Lawrence E. Curtiss a fost primul care a produs fibra optică învelită în sticlă. Cele anterioare se bazau pe aer, uleiuri sau diferite tipuri de ceară drept material de învelire cu indice de refracție mic.

Primul care a propus utilizarea fibrei optice în telecomunicații a fost Jun-ichi Nishizawa în 1963 [13]. Nishizawa a inventat fibra optică cu indice de refracție în gradient în 1964 pentru a servi drept canal de transmisiune a luminii de la laserii cu semiconductor pe distanțe lungi cu pierderi mici [14].

Primul sistem functional de transmisiune a datelor prin fibra optică a fost prezentat de fizicianul german Manfred Börner în 1965, eveniment urmat de prima aplicație patentată pentru această tehnologie în 1966 [17][18]. NASA a folosit fibra optică în camerele de televiziune care au fost trimise pe lună.

În 1965, Charles K. Kao și George A. Hockham de la compania britanică Standard Telephones and Cables (STC) au fost primii care au promovat ideea că atenuarea în fibra optică poate fi redusă sub pragul de 20 decibeli pe kilometru (dB/km) [15]. Ei au arătat că atenuarea din fibra optică disponibilă la acel timp se datora impurităților care puteau fi înlăturate, și nu unor fenomene fizice fundamentale, cum ar fi dispersia [25].

Nivelul crucial de atenuare de 20 dB/km a fost atins pentru prima oară în 1970, de cercetătorii Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz și Frank Zimar de la fabricantul american de sticlă Corning Glass Works, denumit astăzi Corning Incorporated [15]. Ei au realizat o fibră cu atenuare de 17 dB/km prin doparea sticlei de silicat cu titan. Câțiva ani mai târziu, ei au produs o fibră cu doar 4 dB/km atenuare cu dioxid de germaniu ca dopant pentru miez. Asemenea atenuări mici au deschis calea comunicațiilor prin fibră optică și Internetului [26].