광섬유의 50년: 저손실 광섬유의 발명

Dec 19, 2023

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1970년, 세계는 데이터와 통신이 폭발적으로 증가하기 직전이었습니다.
새로운 발명으로 인해 장거리로 데이터를 전송해야 할 필요성이 생기기 시작했습니다. 1969년 가을, 미국 국방부는 처음으로 국방부와 대학 실험실을 연결한 인터넷의 전신인 ARPAnet을 개발했습니다. Digital Equipment와 같은 회사는 방 크기의 메인프레임보다 작고 저렴한 최초의 냉장고 크기 마이크로컴퓨터를 만드는 데 바빴습니다. 이는 더 많은 회사가 데이터를 통해 비즈니스를 운영할 수 있다는 것을 의미합니다. 최초의 ATM은 원시적이었습니다. 기계의 판독 기능을 지원하기 위해 종이 지시판은 약간의 방사성 원소로 채워져 있으며 고객의 은행 정보를 인터넷을 통해 전송해야 했습니다. 1년 후, Ray Tomlinson이라는 컴퓨터 프로그래머가 세계 최초의 이메일을 보내고 @ 기호를 사용하여 이름과 주소를 구분하기 시작했습니다.
글로벌 기업들도 서로 대화해야 하기 시작했지만 구리 전화선으로는 제한된 수의 통화만 전달할 수 있었습니다. 전선이 사람의 목소리를 재현할 만큼 충분한 정보를 전달하지 못하기 때문에 음질이 약합니다. 수요가 공급을 너무 앞지르기 때문에 국제전화 비용은 한 지점에서 분당 4달러(2020년 27달러에 해당) 이상입니다.
대용량 데이터와 대화를 저렴한 비용으로 장거리 전송해야 하는 필요성이 점점 커지고 있습니다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 당시 영국 표준 통신 연구소(Standard Telecommunications Laboratory)의 물리학자였던 찰스(Charles)의 도움을 받아 연구자들은 그럴듯한 이론을 주목하게 되었습니다.
"광섬유"라는 용어는 1960년대에 등장했습니다. 그러나 이 용어는 원래 음극선관(텔레비전 시청에 사용), 컴퓨터 회로 및 의료 기기의 광 증폭기를 설명하는 데 사용되었습니다. 이 기술은 단거리에서만 작동합니다. 거리가 약 20미터(약 65피트)에 도달하면 신호가 거의 완전히 사라집니다.
Kao는 세계가 광섬유를 통해 빛의 형태로 연결될 수 있다고 처음으로 제안했습니다. 1966년에 발표된 중요한 논문에서 Kao 박사는 광섬유가 이론적으로 구리선이나 무선 신호보다 훨씬 우수할 수 있다고 썼습니다. 문제는 유리에 있는 불순물로, 과학자들이 신호의 "감쇠"라고 부르는 현상도 유발합니다. 과학자들은 "저손실 광섬유"는 상당한 빛 손실 없이 장거리에 걸쳐 빛을 전송할 수 있는 유리입니다. Kao의 가설은 유리를 청소함으로써 얇은 섬유 다발이 신호 손실을 최소화하면서 장거리에 걸쳐 대량의 데이터를 전송할 수 있다는 것이었습니다.
그러나 이렇게 정제된 섬유를 만드는 방법을 아는 사람은 아무도 없었습니다. 영국 전화 시스템을 담당하는 영국 우체국은 새로운 유형의 고용량 케이블을 찾기 위해 코닝에 도움을 요청했습니다. 코닝은 물리학자인 로버트 마우러(Robert Maurer)를 임명하여 두 명의 새로운 젊은 연구원, 즉 실험 물리학자 도널드 켁(Donald Keck)과 유리 화학자 피터 슐츠(Peter Schultz)를 이끌고 이 프로젝트를 진행하게 했습니다.
그러나 혁신으로 가는 길은 수많은 실험 실패로 인한 좌절을 피할 수 밖에 없습니다. 이 기간 동안 과학자들은 실험에 필요한 유리 구성 요소를 만들고 정화하기 위해 다양한 디자인 크기와 생산 방법을 기반으로 수많은 유리 조합과 실험을 시도했습니다. 과제 중 하나는 두 가지 유형의 유리를 단일 섬유로 결합하는 것이었습니다. 각 테스트에서 기술자들은 용광로에 나란히 놓인 유리 블록에서 섬유를 꺼낸 다음 섬유를 다른 블록에 부착하여 단일 섬유를 만들었습니다.
1970년 8월 금요일 저녁, Keck은 팀이 새로 개발한 새로운 광섬유 프로토타입을 테스트용 장치에 넣을 준비를 하고 있었습니다. Keck은 빨리 주말을 시작하고 싶지만 집에 가기 전에 최신 결과를 시험해 보고 싶습니다. 그는 현미경 위로 몸을 기울이고 밝은 빛에 깜짝 놀랐습니다. Keck은 나중에 이렇게 설명했습니다. "그것은 내가 본 것 중 가장 장엄한 광경이었습니다." 빛 손실은 데시벨 단위로 측정되며 Kao 박사의 이론은 유리의 빛 전달 용량이 20데시벨 미만의 손실을 나타내는 경우에만 적용됩니다. 새로운 광섬유를 통과하는 빛의 펄스는 16~17데시벨입니다. Keck은 그날 자신의 연구실에서 에디슨의 정신을 느꼈고 "와우!"라고 썼다고 말했습니다. 노트북에. .
특허 출원서에 설명된 바와 같이 "광 가이드 섬유"는광섬유구리선보다 65000배 더 많은 정보를 전달할 수 있습니다. 4년 후, 1970년 여름의 그 "와우" 순간은 미국 특허 번호 3711,262에 의해 영원히 기록되었습니다.
코닝이 광섬유를 양산하기 시작한 지 9년이 지났습니다. 기업들이 대륙을 연결하고 사람들이 저렴한 비용으로 통신할 수 있는 방법을 제공하는 해저 광섬유 케이블을 사용하기 시작하는 데는 몇 년이 더 걸렸습니다. 그러나 1970년 8월의 그날 오후는 언제나 결국 세상을 바꾸는 데 도움이 될 통신 혁명의 시작을 의미했습니다.

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