Av Kaianders Sempler
08-796 65 67
 

Hösten 1970 kunde den amerikanska glastillverkaren Corning tillkännage att de lyckats med vad alla trott varit omöjligt. De hade skapat en fiber av kvartsglas som var så genomsläpplig för ljus att den kunde användas för datakommunikation över långa avstånd. Det, och det faktum att man samtidigt lyckades utveckla snabba och billiga halvledarlasrar för rumstemperatur, blev grunden för en fullständig revolution inom tele- och datakommunikation.

Idén att leda ljus genom fibrer av glas eller andra genomskinliga material var långt från ny. Redan 1841 hade schweizaren Daniel Colladon visat att ljus kunde ledas i vattenstrålar, ett fenomen som snart blev ett populärt salongsexperiment. Parisoperan utnyttjade fenomenet i en föreställning av Faust år 1853 - på scenen hade man en spektakulär fontän med vatten som glittrade av ljus.

Wheelers centralljusanläggning.

Inte nog med det. En amerikansk uppfinnare vid namn William Wheeler patenterade 1881 en metod att via glasrör leda ljus från en elektrisk båglampa i källaren till olika rum i ett hus. En sorts centralbelysningsanläggning, alltså.

1926 patenterade John Logie Baird, televisionens uppfinnare, en metod att överföra bilder genom knippen av glasfibrer. 1950-talet uppfanns principen på nytt av Harold Horace Hopkins som skapade det första endoskopet för medicinskt bruk - den böjliga glasfiberslangen som gjorde det möjligt för läkaren att titta in i människokroppen.

Men att glasfibrer skulle kunna användas för att överföra telefonsamtal eller data var det ingen som ännu hade en tanke på.

När man på 1960-talet började utveckla lasern vaknade emellertid intresset för optisk kommunikation. Tyvärr fann man att glas var på tok för ogenomskinligt. Det dög kanske till endoskopet som bara var en halvmeter långt, men definitivt inte för att kommunicera över kilometerlånga avstånd, hävdade Bell Labs i USA. Här forskade man i stället om optisk överföring i luft i ihåliga vågledare, ett system som man ansåg sig ha praktiskt taget färdigutvecklat.

Det fanns trots allt några potentiella fördelar med glas. I en mycket tunn glasfiber, omgiven av ett skal med lägre brytningsindex än kärnan, skulle ljuset låsas in i fibern genom totalreflexion. Och var kärnan tillräckligt liten i diameter, bara några få mikrometer, skulle denna komposita fiber fungera som en enkelmods vågledare. Signaler skulle ledas väl utan att suddas ihop. Men problemet var den höga dämpningen i glaset.


En kinesiskfödd forskare vid namn Charles Kao satt 1966 och filade på sin doktorsavhandling. De bästa glasfibrerna hade vid den här tiden en dämpning på hela 1 000 dB per kilometer, men materialspecialister han talade med hävdade att de höga förlusterna enbart berodde på orenheter i glaset. Den teoretiska gränsen för glasets genomskinlighet berodde på spridning och absorbtion, och den beräknades till högst 1 dB per kilometer. Det borde därför gå att utveckla ett renare och genomskinligare glas, och då skulle optiska glasfibrer bli mycket intressanta. I sin avhandling höftade Kao till med att det skulle krävas glasfibrer med en dämpning på mindre än 20 dB per kilometer.

Kaos avhandling väckte internationell uppmärksamhet, och han turnerade runt i världens forskningscentra och talade sig varm för fiberoptiken.

Den amerikanska glastillverkaren Corning- berömd för att tidigare uppfunnit det ugnssäkra Pyrexglaset - började också intressera sig för saken. Problemet var dels att den rena kvartsen hade mycket högre smältpunkt än vanligt glas, dels att det hade lägre brytningsindex. Det krävdes ju en kärna av glas med högre brytningsindex än höljet för att få en fungerande fiber. Kunde man dopa kvartsen med något? Titan kanske?

Sommaren 1970 kunde forskarna Maurer, Keck, Schultz, and Zimar vid Corning tillkännage att de hade utvecklat en optisk fiber vars dämpning bara var 17 dB per kilometer. Två år senare var man nere i 4 dB per kilometer efter att ha dopat kärnan med germanium. Glasfibern hade äntligen blivit genomskinlig, och Bell Labs lade ner sitt luftburna system.

Tack vare den samtidiga utvecklingen av snabba och billiga halvledardioder har fiberoptiken inneburit den största kommunikationstekniska omvälvningen sedan upptäckten av radiovågorna.

1986 drogs den första fiberoptiska kabeln över Engelska kanalen, 1988 över Atlanten. 1987 upptäcktes metoden att förstärka signalen med hjälp av erbiumdopad fiber.

Men det var också andra problem som skulle lösas, sådana som hade med installation och underhåll att göra. Hur skarvar man en optokabel som gått sönder? Det gick väl bra i labbet, men nu gällde det också att ta fram metoder för att göra jobbet ute på fältet, i ett blött lerigt dike när det snöade. Och det gick att lösa.

Sedan 1980-talet har det dragits fiberkablar längs alla våra motorvägar och banvallar. Fiberoptiska nät binder samman alla telefonstationer och mobiltelefonsändare. Nya tekniker som våglängdsmultiplexing gör att man plötsligt kan klämma in 50-100 gånger så mycket information per tidsenhet som tidigare - 1 terabit per sekund - och dämpningen i fibrerna är numera bara 0,2 dB per kilometer. Det finns i och för sig ett material som har ännu lägre dämpning, nämligen fluorglas, men det är tyvärr vattenlösligt.

Det som idag är begränsande för utbyggnaden av fiberoptiska nät är arbetskostnaden för att lägga ner kablarna. Och därför har fiberkablarna med sin enorma bandbredd ännu inte kommit ända fram till konsumenterna. Den allra sista biten av telefonledningen, från telefonstationen till telefonjacket, består fortfarande av traditionella koppartrådar.

- Fast inte länge till. Högst fem år, tror Göran Einarsson, pensionerad professor vid KTH och som följt utvecklingen från starten.

I centrum av villastaden Palo Alto i Silicon Valley pågår just nu ett experiment med FTTH - Fiber to the Home - där fiberkablar dras till ett tusental hushåll. Men redan 1986 anslöts 1 500 hushåll i den sydfranska staden Biarritz. Vi ligger efter i Sverige, trots allt prat om bredband till folket.