Hoe Alexander Graham Bell met Li-Fi pionierde met de fotofoon in 1880

Nog geen vier jaar na het patenteren van de telefoon, vond uitvinder Alexander Graham Bell al op zoek naar manieren om zijn nieuwe technologie te verbeteren. Concreet wilde hij draadloos gaan. Functioneel beperkten draden het gebruik van de uitvinding van Bell: het belangrijkste voorbeeld hiervan, op zee verscheept, zou enorm profiteren van de telefoontechnologie, maar uiteraard konden ze niet met kabels worden verbonden. Bell voorspelde beroemd dat 'de dag komt dat telegraafdraden op huizen worden gelegd, net als water of gas', maar hij heeft zijn eigen visie niet helemaal omarmd. Hij besefte dat steden opgeslokt door vliezen van dikke zwarte draden misschien lelijke steden zijn.

Op zijn huwelijksreis las Bell over experimenten van collega-wetenschappers en uitvinders Robert Sabine met Selenium, een nieuw ontdekt materiaal dat reageerde op blootstelling aan licht. In het experiment van Sabine was hij in staat om visueel de veranderingen in licht te meten die een Selenium-ontvanger troffen. Bell theoretiseerde dat als de reacties van Selenium op veranderingen in licht substantieel genoeg waren om de reacties fysiek te meten, er een kans was dat gestraald gemoduleerd zonlicht in een Selenium-ontvanger een audio-effect zou produceren; theoretisch kon hij horen wat Sabine zag.

Om dit te bereiken, zou Bell geluidsgolven zoals elektriciteit moeten moduleren. De telefoon zendt geluid uit via de gemoduleerde elektrische stroom die via telegraafdraden wordt verzonden. De seleen-ontvanger zou dan werken als een optische versie van de elektrische spoel in een telefoonontvanger, waarbij het gemoduleerde licht wordt omgezet in geluidsgolven.

Natuurlijk was Bell absoluut correct. In februari 1880 gebruikte Bell niets meer dan een diafragma dat was bevestigd aan een metalen rooster en een rudimentaire seleenontvanger. Bell luisterde als assistent Charles Sumner Tainter. a cappella versie van Auld Lang Syne schalde door zijn koptelefoon, doorgegeven door een enkele straal zonlicht.

In de loop van de volgende maanden verbeterden Bell en Tainter het ontwerp van de fotofoon, waarbij de stalen roosters werden vervangen door een dunne, flexibele spiegel die zou buigen en trillen van de geluidsgolven, het licht zou veranderen en toch een meer geconcentreerde lichtbundel zou creëren ontvangen van grotere afstanden. Terwijl de eerste test geluid uitstraalde in dezelfde ruimte, bereikten daaropvolgende tests met een parabolische spiegelontvanger afstanden van ongeveer 700 ft. 19 jaar vóór de eerste radio-uitzending. Bell had draadloze audiocommunicatie aan de wereld geïntroduceerd.

Bell was extatisch. Hij geloofde dat als de technologie eenmaal was ingehaald, het verzenden van geluid door licht op een dag de communicatiewereld zou revolutioneren. Hoewel de fotofoon conceptueel een succes was, wist Bell - ooit de pragmaticus - dat de technologie die nodig was om zijn uitvinding praktisch te maken voor dagelijks gebruik, nog steeds generaties verder was.

Het grootste en meest voor de hand liggende probleem met het vertrouwen op zonlicht om geluid over te brengen, is dat de zon niet constant zichtbaar is: nachtelijke uitzendingen zijn onmogelijk en regen zou de communicatie stoppen. Licht diffundeert over de afstand, wat betekende dat zonder een sterk geconcentreerde straal, zelfs in optimale omstandigheden, er een vrij korte en eindige limiet was voor het bereik van de fotofoon.

Er was ook dit: Edison had net de 16-watt-gloeilamp uitgevonden. Gaslichten waren nog steeds gebruikelijk en hoewel het mogelijk was om sterk geconcentreerde lichtbundels met spiegels en glas te maken, zou elk huis met een fotofoon een letterlijke vuurtoren moeten zijn. Bell verkocht het patent voor de fotofoon aan de National Bell Telephone Company, waarvan zijn schoonvader en zijn vrouw de belangrijkste aandeelhouders waren (nadat Bell zijn interesse in het bedrijf als huwelijksgeschenk had weggegeven). Bell schakelde zichzelf terug uit de ontwikkeling van de fotofoon, maar andere ingenieurs bij Bell Telephone Company bleven de technologie de komende decennia verbeteren.

In een interview vlak voor zijn dood, riep Bell uit: "In het belang van de betrokken principes beschouw ik de fotofoon als de grootste uitvinding die ik ooit heb gemaakt; groter dan de telefoon. "Ongetwijfeld had hij weer gelijk: lichte telefonie zou inderdaad de manier veranderen waarop de wereld communiceerde, maar niet helemaal zoals Bell voor ogen had. Opgewaardeerde versies van de fotofoon werden met succes gebruikt in maritieme capaciteiten, vooral tijdens de Eerste en Tweede Wereldoorlog; lichte telefonie bleek, in tegenstelling tot radiogolven, bijna niet te onderscheppen. In het eerste deel van de 20e eeuw werden aangepaste versies van de fotofoon door Europese rederijen gebruikt als back-up in situaties waar radiogolven werden verstoord.

Ironisch genoeg waren draden al die tijd het ontbrekende ingrediënt in Bells lichte telefonie-raadsel. Het blijkt dat de meest efficiënte manier om sterk geconcentreerde gemoduleerde lichte lange afstanden te verzenden, is door ongelooflijk lange, ultradunne glasdraden. De belangrijkste manifestatie van Bell's draadloze principes was glasvezel, die wordt gebruikt voor het verzenden van telefoon-, kabel- en internetgegevens over de hele wereld met behulp van dezelfde algemene principes van lichte telefonie als de originele fotofoon van Bell.