光纖通信：連接世界的光速革命

在當(dāng)今這個(gè)信息高速流通的時(shí)代，光纖技術(shù)已經(jīng)成為連接世界各地人們的重要紐帶。無論是深夜的甜言蜜語，還是世界各地的生活瞬間，光纖都能以光速將這些信息傳遞到我們的設(shè)備上。光纖，全稱“光導(dǎo)纖維”，是實(shí)現(xiàn)這一奇跡的關(guān)鍵技術(shù)。

光纖技術(shù)的誕生與挑戰(zhàn)

過去，遠(yuǎn)距離傳輸信號主要依賴銅軸電纜或無線電，這些傳統(tǒng)方式存在信號衰減快、易受電磁干擾、傳輸距離有限等問題。而光纖技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了新的方案。

光纖，簡單來說，就是一根極細(xì)的玻璃絲。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光以特定角度從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)，會發(fā)生“全反射”現(xiàn)象，光被完全反射回原介質(zhì)。通過調(diào)整光波的參數(shù)，信息便能在這種介質(zhì)中傳輸。

然而，光在普通玻璃中的傳輸損耗很大，20米后衰減至僅剩1%，這使得人們一度認(rèn)為使用光和玻璃絲進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息傳輸是不可能的。

高錕的突破與光纖技術(shù)的飛速發(fā)展

著名華裔物理學(xué)家高錕通過大量研究，發(fā)現(xiàn)光在玻璃中傳播衰減快的主要原因是玻璃中的雜質(zhì)。他提出，使用高純度二氧化硅制作的玻璃可以顯著降低光的衰減幅度。1966年，高錕發(fā)表了論文《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，向世界介紹了他的研究成果。

盡管最初遭到質(zhì)疑，高錕并未放棄，他積極推廣自己的理論。四年后，康寧公司根據(jù)高錕的理論成功制作出了衰減幅度與銅纜相當(dāng)?shù)墓饫w。此后，光纖技術(shù)迅速發(fā)展，新一代光纖具有更低的衰減、更長的傳輸距離、更大的帶寬和更細(xì)的直徑，生產(chǎn)成本也大幅降低。

光纖通信的全球普及與未來展望

20世紀(jì)80年代，光纖通信技術(shù)開始在全球范圍內(nèi)替代傳統(tǒng)的銅軸電纜。1976年，世界第一條民用光纖通信線路開通，標(biāo)志著人類通信進(jìn)入了“光速時(shí)代”。同年，中國第一根實(shí)用化光纖在武漢郵電科學(xué)研究院誕生，極大地縮短了中國與西方發(fā)達(dá)國家在光通信領(lǐng)域的差距。

2009年，高錕因其在光纖通信領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)被授予諾貝爾物理學(xué)獎，盡管當(dāng)時(shí)他已罹患阿爾茨海默癥，但他在頒獎儀式上的笑容燦爛，展現(xiàn)了科學(xué)家的榮耀。

2019年，中國科研人員在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了1.06P/S超大容量波分復(fù)用及空分復(fù)用的光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，這一技術(shù)突破意味著一根光纖上可實(shí)現(xiàn)近300億人同時(shí)通話，展現(xiàn)了光纖通信技術(shù)的巨大潛力。

光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷程，是一段從理論到實(shí)踐，從挑戰(zhàn)到突破的光輝歷程。高錕的遠(yuǎn)見和堅(jiān)持，以及全球科研人員的不懈努力，共同推動了光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展。今天，當(dāng)我們享受光速般的信息傳輸時(shí)，不妨回顧這段歷史，感受科技進(jìn)步的力量。

參考資料：

https://en.wikipedia.org/wiki/Dioptrique

https://en.wikipedia.org/wiki/Total_internal_reflection#Discovery

https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_fiber#Total_internal_reflection

https://pansci.asia/archives/128837

https://en.wikipedia.org/wiki/Charles_K._Kao

http://scitech.people.com.cn/n1/2019/1003/c1007-31383885.html

作者：胡桃夾子科普創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)

審核：孫軼飛河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)教育史研究室主任

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