发明光纤的人可真是一个天才,用最廉价的材料,把人类文明带入信息化时代,大家必须要记住他,他是一位中国人,名字叫高锟。
俄乌战场上,西方援助了乌克兰电子战系统,导致俄罗斯的无人机控制出了问题,没想到俄军找到了一个最简单直接的方法,直接上光纤。于是很多自媒体就炒作,说光纤污染环境,还有人说俄罗斯使用光纤,无人机的价格会成倍增长,是这样的吗?今天就带大家了解一下光线传输信息的原理。
1966年,一位33岁的小伙提出了一个大胆的构想,他发表了一篇名为《光频率介质纤维表面波导》的论文,那一年他刚博士毕业没多久。论文一出,被以前的同学和老师嘲笑是异想天开,因为他是一个来自江苏省金山县(今上海市金山区)的华裔青年。
三年之后,高锟回到香港中文大学任教。就在这时,美国康宁公司决定证明一下这个中国小伙的构想,他们拉出了一条1公里、损耗为20分贝的光纤,证明了其可行性。
高锟回到香港后,一直在研究光纤传输的改进方法,到了1982年终于制造出了可商用的光纤。
光纤能传输信息的原理是什么?
这是一块直角等腰三棱镜,当用一束激光以一定角度照射它的直角边时你会发现,在棱镜边上,一束激光分成了两束,而进入三棱镜的那束光,照到底边又被分成了两束。这个现象就是激光穿过两个不同介质,即空气和玻璃时产生的折射和反射。
当激光以90度垂直进入三棱镜的一个直角边时,底边发生了全反射,进入等边三角形的光没有从底边射出来,全部从另一个直角边射出。如果再加上一个直角等腰三棱镜接住射出来的光,那么又会重复这个现象,用全反射把光路改变,那么加上无数个小三棱镜会怎样呢?这就实现了光的定向长距离传输。
三棱镜是二维的,再把它换成玻璃棒和玻璃管看看呢?
用细长的石英玻璃棒代替空气,在外面套一层参杂的玻璃管来代替三棱镜,用玻璃管套住石英玻璃棒,这样就在里面构造了一个介质不一样的界面,这个界面可以折射光也可以反射光。
调节光的波长与入射角,让光在这个界面只发生全反射,就可以把一束光从这个玻璃棒的一头传送到另一头。
如果把这根玻璃棒变细、变长,细到比头发丝还细、长到有几公里远,将玻璃的纯度提高,在外面再涂上一层很薄的橡胶或者柔性树脂,这样一根光纤就制造完成了。
中间的玻璃芯叫纤芯,套的一层玻璃管叫包层,外面套的橡胶是增加抗弯折性的,它叫涂覆层。把光纤并到一起,在外面套一层橡胶,就是光缆。
这样的一条光缆价格有多贵?
二氧化硅是地球上最多的固体物质,沙子中就可以提炼。
用它造的光纤直径通常只有4微米至50微米之间,具体直径取决于多模还是单模。像俄罗斯无人机上用的大概率是单模光纤,单模光纤的纤芯直径较小,通常为几微米,抗弯曲性能好,绕在无人机后面重量也轻能拉个5公里。它传输信息的光源是激光发生器,只能传输一种波长的光。
多模可以传输多种光,但是它的色散比较大,民用的很多都是多模光纤,光源用的是LED灯。其实不论是哪种光纤都是相当廉价的,量大的话出厂价格可以做到几分钱一米,1000米也不过几十元。
现代互联网就是由光纤构建的。
它传输信息的容量大,信号几乎没有衰减,不需要中继就可以传得很远。用海底光缆,能实现跨国跨洲的传输,极其稳定,埋土里很长时间都不会坏。关键是光纤抗电磁干扰,也抗窃听,无线电传输和它比弱爆了。可以说人类文明进入信息化时代,光纤是最大的功臣。
移动互联网大厦也是由光纤来奠基的,没有光纤,再厉害的通信基站都不好使。
2009年,高锟获得了一枚诺贝尔物理学奖章,因为应用领域太广,这次西方没有人能否定他的功绩。