光纤——信息时代的神经

文l张西影

在当今科技现代化信息时代，信息的有效传输方式是一个至关重要的问题。

1973年美国著名的贝尔实验室建成了世界上第一个光纤通信实验系统，使人类的信息传输技术有了重大突破，成为现代科学创造的一个奇迹。

早在1870年，英国科学家丁达尔做了一个耐人寻味的实验，让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，一束细光沿水平方向从出口处的正对面射入水中，这时奇迹的现象发生了，细光束没有像人们想象的那样穿过这股水流进入空气中，而是沿着水流弯弯曲曲的传播。

为什么会发生这种光线转弯的现象呢？

科学家们经过研究发现，当光线通过两种折射率不同的介质界面时，会发生反射和折射。以实验为例，反射的结果使光线改变了方向继续在水中传播，折射的结果使光线偏转一定的角度进入空气中。光线的分配与光线和水面夹角有关，角度越小反射光线占的份额越大，当这个角度小的一定值使，所有的光线都将被反射留在水中，而无法进入空气里，这时就出现了全反射现象。

全反射现象只发生在光线由曲折率大的介质进入折射率小的介质的情况下。光导纤维正是利用这一原理制造的。它的基本原料就是廉价的石英玻璃纤维，它们被拉成直径只有几微米到几十微米的玻璃细丝，然后再包上一层折射率比它小的外皮材料。这样，只要入射角满足一定的条件，光束就能沿着纤维在芯线与外皮包层的界面发生全反射而弯弯曲曲从一端传到另一端，不会透过界面中途漏射，仿佛是被外皮包层紧紧地封闭在芯线内。

光线在任何介质中传播都会因吸收和散射而产生损耗（光信号损耗），但这种损失完全可以采用一些措施来减少光在长距离传输时的损耗。
这里包括：
1、选用超纯石英玻璃，以减少光导纤维中的杂质。
2、尽量改善玻璃内部结构的均匀性。
3、采用激光进行传导，以提高光导纤维的传送效果。

光导纤维已被广泛地运用于通信、电视、广播、交通、军事、医学等领域。就以最简单的通信为例，用一对只有头发丝1/10粗细的光导纤维，就可以同时开通125万路电话，一对单模光纤即可同时开通35000路电话，而用1800根铜线制成的碗口粗的电缆，也只能同时开通几千路电话。

利用光纤通信用激光做载波，且不受外界电磁场的干扰，且具有很高的稳定性和保密性。

另外，光纤通信损耗很低，电缆通信每隔几千米就需要一个中继站放大，而光纤通信则可以连续传送30～70千米，故而在远距离信息传输方面有着独一无二的优越性。

目前，全世界各行各业都在敷设光缆，长度相当于围绕地球几千圈，可以说地球已经被这根“神经”层层的包围了。

https://101701140004555.bqy.mobi