Telekomunikační optická vlákna získala Nobelovu cenu až v roce 2009, tedy 43 let od publikace, kterou vydal Charles Kuen Kao a George Alfred Hockham. Článek, který uvedli v roce 1966 a který bezesporu změnil svět. Bez optického vlákna by nebyl Internet ani telekomunikační služby jak je známe dnes. Bez čecha Ericha Spitze by nebyla Nobelova cena za optické vlákna.
Kuen Kao i Erich Spitz museli odejít ze své země a oba se dokázali prosadit v novém prostředí na nejvýznamnější světové vědce.
Optické vedení světla již v roce 1841 ? A co na to František Křižík ?
Nicméně první vedení světla v "nějakém" nosiči demonstroval profesor Jean Daniel Colladon na univerzitě v Ženevě, který svítil paprsky ze slunce přes čočky do laminárního proudu vody vytékající z nádrže již v roce 1841. Bylo to v době, kdy první vlak dojel po Severní dráze císaře Ferdinanda do Přerova a pak do Olomouce. V době, kdy skotský misionář a lékař David Livingstone odcestoval do Afriky. V té době byl v Praze přes Vltavu postaven Most císaře Františka I. Nápad s laminárním proudění světla a jeho nasvícení, pak použil i František Křižík na své fontáně na výstavišti v Praze v roce 1891. Vedení světla tedy bylo možné.
Když jde vést světlo ve vodě, proč by nešlo ve vlákně?
Publikovaný článek o vedení světla v kapalině (1842 - J. D. Colladon) byl podnětem pro francouzského optika Jacquese Babineta a navrhnul optický skleněný světlovod pro osvětlení v zubním lékařství. Nicméně sklářští mistři si již dávno před ním všimli, jak svítí konečky skleněných tyček vytahovaných z pece. Přeskočme dobu a v 60. letech 20. století se ohebné optické vlákna již běžně používaly jako endoskopy v lékařství.
V roce 1960 Theodore Maiman spustí svůj první laser a hned je myšlenka od telekomunikačních společností použití optického vlákna k přenosu laseru, ale skepce přicházela i s velikostí vlákna - několik mikrometrů (zlomek vlnové délky),
s kterým by se ne moc dobře manipulovalo. Tehdejší vlákna měla velmi velký útlum, tak přenos dat na velké vzdálenosti nebyl možný. Dokonce i Bellovy laboratoře nepovažovaly optická vlákna jako významné přenosové médium.
60. léta 19. století a vědecká rivalita mezi Anglií a Francií ?
Standard Telecommunications Laboratory (STL) zaměstnává budoucí laureáty Nobelovy ceny. Nedaleko Londýna je skupina vedená Tonym Karbowiakem, Polákem, který bojoval za II. světové války proti nacistům v Anglii a po válce se usadil v Anglii. Karbowiak do svého výzkumného týmu usadil doktorandy Charlese Kuena Kao a Geroge Alfreda Hockhama. A druhá skupina na poli vývoje optických vláken je pod vedením Ericha Spitze ve Francii v CSF (Compagnie générale de télégraphie Sans Fil, později Thomson-CSF group, od roku 2000 je přejmenována na Thales.). Nezávisle na sobě vyvíjí přenos laserového paprsku v médiu.
Čech Erich Spitz vyrobil první optické vlákno pro lasery
Erich Spitz se narodil v Brně 27. března 1931. Rodina byla židovského původu a tak strávil dobu druhé světové války v Terezíně. Díky zájmu o elektriku zde zůstal jako "dětský" pomocník elektrikáře a tedy nebyl přesunut do Osvětimi, jednoduše řečeno přežil. Oženil se v roce 1963, má tři děti. Z Česka emigroval v roce 1956 a to když byl jako doktorand na ČVUT pozván do Maďarska na výzkum do Budapešti. Na podzim 1956 nastala ale maďarská revoluce a Erich využil zvratu a uprchnul ze železné opony do svobodné Evropy. Ve Francii začínal ve slavné observatoři v Meudonu na předměstí Paříže, kde před mnoha lety v observatoři byl Milan Rastislav Štefánik (další dobrodruh Československého původu). Erich se několikrát do Čech vrátil po roce 1989. V roce 1990 České vysoké učení technické v Praze udělilo Erichovi čestný doktorát. Také navštívil i Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR. A byla to právě Erichova laboratoř, která v 60. letech provedla převratnou myšlenku v realizaci. Optické vlákna pro endoskopy byla s velkým jádrem a malou vrstvou obalu. Nápad od Ericha Spitze je na provedení inverze v konstrukci, tedy velký obal a tenké vlákno. Ještě zde byla myšlenka s použitím křemeného skla, ale to se taví při 2.000°C a kde to tedy nahřát na tak vysokou teplotu a tahat vlákno? No nic tedy. Zlaté české ručičky a improvizace nám vlastní a vyrobil si tak vlastní tažící věž, kdy skleněný základ nahřívali letovací lampou (plynovým hořákem) a gravitačně pomocí závaží táhli vlákna až několik metrů.
Následně pozvali kolegy z STL z Londýna k návštěvě a Charles Kuena Kao byl překvapen kde je vývoj vláken ve Francii, protože na pokyn svého nadřízeného Tonyho Karbowiaka se věnoval ne skleněným vláknům, ale plastovým z Polyethylenu. Nedařilo se jim s plastem. Neuměli vést paprsek laseru uvnitř polyethylenového vlákna. Tony Karbowiak získává nabídku na výzkum v Austrálii v New Walesu a odlítá z Evropy. Na jeho místo nastupuje právě Charles Kuena Kao, přezdívaný též Mr. K ("mistr Ká"). Povzbuzen návštěvou ve Francii u Ericha Spitze tak přechází na vývoj dvouplášťových vláken.
Kdo je Mr. K aneb Kuen Kao odchází z Číny objevovat do Anglie
Kuen Kao se narodil v Šanghaji 4.11.1933 v době občanské války, napadané sebevědomými Japonci. Otec jej vychovával v duchu tradiční Čínské kultury a dopřál mu výuku francouzštiny a angličtiny. Rodina v roce 1948 uprchla před komunisty z Číny do Hongkongu (patřil Angličanům). Zde si přidělil anglické jméno Charles, jako ostatní spolužáci ve škole. Chtěl studovat elektroniku, ale žádná Čínská škola studium nenabízela a tak odjel v roce 1952 studovat do Londýna. Po té nastoupil do STL. Stíhal učit na škole, dělat si doktorát a ještě bádat v STL, do toho měl rodinu a dvě děti. Po badatelských úspěších na poli optických vláken, společně s Hockhamem publikoval své poznatky. Podobný článek vyšel o dva měsíce později od francouzských kolegů CSF (Compagnie générale de télégraphie Sans Fil), tedy čecha Ericha Spitze, který vnuknul myšlenku na křemené vlákno při Kaově návštěvě v laboratořích CSF. Pravdou je, že myšlenku na křemík dala jedna záhadná žena na pozadí všeho, která to jen tak mezi řečí vyslovila jako Cimrman: "zkuste to s křemíkem". A další pravdou je, že Charles Kao dostal Nobelovu cenu za měření vlastností vlákna, ne za jeho objevení. A tak lze říci, že vlastně čech Erich Spitz měl ten správný směr vývoje optických vláken.
Výroba optického vlákna z křemíku a sklárny Corning NY
Náš Mr. K začal myšlenku křemičitých vláken šířit do světa a nedařilo se mu ji prosadit pro vysokou teplotu tavení křemíku. Sklárny Corning v New Yorku měly metodu tavení za pomoci kyslíko-vodíkového hořáku, kdy vzniká superčistý SiO2, známou od 30. let 19. století. Bingo, máme sklárnu. Pak nastala práce sklářů při tavbě a mechanickém procesu tažení vlákna. Jednoduše řečeno, nejpoužívanější je metoda výroby vlákna - kdy se nahřeje trubička skla, která na vnitřní straně má vlastnosti pro aktivní vlákno a ta se vlastním povrchovým napětím bortí (zúží se) a z něj se tahá to tenké vlákno vlákno. Vznikne tak obal a vnitřní vlákno, přesně to co je potřeba na vedení laseru.
Jak to bylo v Československu? Vývoj byl lepší než jinde na světě.
V bývalém Československu bylo první optické vlákno připraveno v roce 1980 v Československé akademii věd v laboratoři technologie optických vláken. Tato laboratoř je nyní součástí Ústavu fotoniky a elektroniky (ÚFE) AV ČR, v.v.i. Vývoj byl velmi intenzivní a překonal jiné laboratoře ve světě a tak systémy řízení tažných věží optických vláken, včetně holografického měřiče průměru vlákna, byly dodány i do zahraničí, např. do pracovišť v Jeně v Německu a ve Frjazinu u Moskvy, kde později vzniklo IPG.
V roce 1992 se nařizuje snížení počtu vědeckých pracovníků (známo jako Klausova restrikce), respektive rušení vývojových oddělení. U bývalého Ústavu silikátů došlo k jeho zrušení a odprodání majetku v hodnotě přesahující miliardu tehdejších korun za cenu šrotu. Že se nejednalo o „šrot“, jak byl prodej bagatelizován, je dobře patrné z pokračování historie laserů, tentokrát však vláknových, které se úspěšně rozvinuly v sousedním Německu. „Šrot“ totiž tvořily i čtyři tažící věže v odhadované hodnotě 150 mil. Kč za každou. Právě dvě z nich nakonec přes sérii transakcí koupila nově vzniklá firma IPG založená pracovníky tehdejší německé akademie věd společně s Ruskou společností (1994). Firma IPG se stala světovým průkopníkem vláknových laserů a dnes je lídrem ve vláknových laserech. Mimochodem IPG se jmenuje podle původní firmy IRE-Polus a pan Gapontsev si tam přidal k prvním písmenkům iniciálu G, tedy IPG (jako IRE-Polus Gapontsev). O velmi důležité a velmi tvrdě pracující osobě, jakým je Valentin Gapontsev si povíme příště. Bylo mu více jak 50let, když se osamostatnil a pracoval 18-20 hodin denně, aby vybudoval IPG firmu.
Již v roce 1978 byl natáhnutý kabel pod atlantickým oceánem vyměněn za optický podmořský kabel. První optická trasa v Československu byla položena mezi Dejvicemi a Smíchovem v roce 1986 a obsahovala spolu s japonskými vlákny i vlákno československé výroby.
Pomůžeme s výběrem vhodného laseru na značení a identifikaci produktů
Nevíte si rady s výběrem laseru? Leonardo technology zákaznická podpora je na telefonním čísle 533 44 55 66. Za dobu 20+ let jsme nainstalovali na 800 laserů SOLARIS do průmyslových provozů a mám zkušenosti o které se s vámi podělíme.
Objevte, jak lasery SOLARIS od Leonardo technology mohou pozitivně transformovat vaše výrobní procesy. Náš profesionální tým laserových odborníků z Leonardo technology je připraven ukázat vám cestu k vyšší efektivitě, nižším nákladům a novým možnostem aplikací laserů ve vaší výrobě.
Více nejen o CO2 o laserech najdete na stránce co2laser.cz nebo objevte naši veškerou nabídki laserů na webu LT.
Zdroj k článku: Ing. Pavel Peterka, Ph.D., a Ing. Vlastimil Matějec, CSc., Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i.,.
Děkuji panu Pavlu Peterkovi za poskytnuté informace.