Szklane rury i „pioruny„ w piwnicy, czyli krótka historia o twórcy światłowodu...

W 1879 roku Thomas Alva Edison opatentował żarówkę elektryczną, wynalazek, który rozświetlił świat. Dzisiaj jego patent omawia się bardzo często w kontekście wcześniejszych wynalazców i rozważań o tym: kto był pierwszy? Rzadko wspomina się o zupełnie innych pomysłach oświetleniowych. Ot chociażby szklanych rurach Williama Wheelera.

Żyjący pod koniec XIX wieku William Wheeler miał bardzo ciekawe życie. Ten młody inżynier z Concord w stanie Massachusetts miał już za sobą studia, prowadzenie własnego zakładu inżynieryjnego w Bostonie i pobyt w Japonii, gdy wspólnie ze swoim mentorem, Williamem Smithem Clarkiem pomagał w stworzeniu uniwersytetu przyrodniczego w Hokkaido. W 1880 roku, po powrocie do Stanów Zjednoczonych, inżynier wrócił do swoich zajęć, mając w głowie nowy pomysł - oświetlenie domów. Żarówka Edisona była już wtedy opatentowana, ale nie podbiła jeszcze świata. Wydawało się, że jest jeszcze miejsce na inne koncepcje. William Wheeler miał pomysł opierający się na czymś, co dzisiaj, w wersji miniaturowej, używamy do transmisji danych z ogromnymi prędkościami - szklanych rurach.

William Wheeler chciał wykorzystać silną lampę łukową, w której źródłem światła jest łuk elektryczny. To, czym ten inżynier przyczynił się do rozwoju światłowodów wiele lat później, był system mający na celu rozprowadzanie światła i oszczędzanie energii.

„Dla ekonomicznego generowania światła powinno ono być używane z wielką intensywnością w jednym miejscu, zamiast z mniejszą w wielu punktach” - pisał naukowiec w swoim patencie „Apparatus for lighting dwellings or other structures” z 10 grudnia 1880 roku.

Aby nie marnować energii, Wheeler chciał umieścić jedną, silną lampę łukową w piwnicy budynku, a następnie rozprowadzać wytwarzane przez nią światło po całym domu za pomocą specjalnie przygotowanych rur. Miałyby one być szklane i przezroczyste. Ich zewnętrzna strona zostałaby następnie pokryta srebrem dla lepszego odbijania światła, a na końcu zabezpieczona asfaltem chroniącym ją przez zarysowaniami i innymi uszkodzeniami mechanicznymi. Skoro rury mogły rozprowadzać w domu wodę, gaz czy ciepło, to czemu nie światło?

Oczywiście patent Thomasa Edisona zmienił wszystko i ostatecznie okazało się, że wynalazek Williama Wheelera miał zbyt silną konkurencję.
„Żarówki wymyślone rok przed jego patentem sprawiły, że małe lampy stały się praktyczne. Jego «świetlne rury» nigdy nie weszły do produkcji, ale firma Wheeler Reflector powstała i zajmowała się produkcją reflektorów dla lamp ulicznych aż do lat 50. XX wieku” - pisze Jeff Hecht w książce „City of Light: The Story of Fiber Optics”.

To oczywiście jasne, że szklane rury Williama Wheelera nie powstały z myślą o transmisji danych, jednak dzisiejsze światłowody, będące w istocie świetlnymi rurkami w wersji zminiaturyzowanej, przywodzą na myśl pomysł tego inżyniera z 1880 roku.
W rozwoju światłowodu było więcej osób, które zapisały się na kartach historii.

Na przykład Narinder Singh Kapany. Urodzony w 1926 roku w Indiach fizyk jest tą osobą, której zawdzięczamy nazwę „światłowód”. Kapany jako pierwszy opisał możliwość przemieszczania światła w szklanych tubach w swoim doktoracie na Imperial College London. Jego odkrycia pojawiły się w magazynie „Nature” w 1954 roku. Później pracował nad wykorzystaniem światłowodu w badaniach endoskopowych, a w 1960 roku, na łamach „Scientific American”, użył określenia „fibre optics”. Kapany jest często nazywany „ojcem światłowodów”.

Rozwój tej technologii wymagał łączenia potęgi umysłów badaczy z różnych zakątków globu. Na przykład chiński inżynier i fizyk Charles K. Kao oraz brytyjski inżynier George A. Hockham połączyli siły w swoich badaniach nad właściwościami optycznymi włókien szklanych. Udowodnili między innymi, że efekt tłumienności w światłowodach jest wynikiem zanieczyszczeń materiału, które można usunąć, a nie nieprzekraczalnych właściwości fizycznych. Zaproponowali wykorzystanie szkła kwarcowego o wysokiej czystości i otworzyli tym samym drogę do rozwoju technologii ultraszybkiej transmisji danych. Ze pracę na tym polu nauki Charlesa Kao został doceniony w 2009 roku, gdy otrzymał Nagrodę Nobla.

Polska ma również swój wkład w rozwój technologii światłowodowej. Już w latach 70. ubiegłego wieku w Pracowni Technologii Światłowodów Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie trwały prace nad rozwiązaniem do transmisji danych.

„W początkowym okresie istnienia najpierw Zespołu, później zaś Pracowni, działalność badawcza ukierunkowana była bardzo praktycznie: zasadniczym celem było opracowanie technologii światłowodów dla telekomunikacji. Cel ten został osiągnięty i w roku 1978 w Lublinie został zainstalowany wykonany w Pracowni pierwszy w Polsce kabel światłowodowy” - czytamy na stronie Uniwersytetu.

Historia światłowodów jest długa i ciekawa. Dzisiaj możemy patrzeć na nią z zaciekawieniem i radością, bo jej zwieńczeniem jest praktyczne wykorzystanie ultraszybkiej komunikacji. Warto o tym pamiętać za każdym razem, gdy ściągamy pocztę, wczytujemy film w wysokiej rozdzielczości bez opóźnienia czy pobieramy nową grę szybciej, niż było to możliwe kiedykolwiek wcześniej.