光導(dǎo)玻璃纖維是一種能導(dǎo)光、傳像的玻璃纖維,又稱光學(xué)纖維,簡(jiǎn)稱光纖。它具有傳光效率高、信息傳遞量大、分辨率高、速度快、抗干擾、耐腐蝕、質(zhì)量輕、可彎曲、保密性好、節(jié)省金屬資源、成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)?,F(xiàn)在的通信包括電子信息、電話等都使用光纖。光纖不僅用于市區(qū)電話,還用于跨國(guó)、跨洋的通信。
光通信纖維中的石英玻璃纖維,其化學(xué)成分是高純度的二氧化硅(SiO2),將它熔融拉成直徑幾十微米的纖維,稱為纖芯,纖芯折射率1.463-1.467。纖芯外包一直徑約100微米、折射率較低的玻璃材料,包層折射率約為1.45。為了保護(hù)光纖,包層外還覆蓋保護(hù)層。
二氧化硅內(nèi)芯具有高折射率,包層為低折射率,使光在內(nèi)芯和包層的界面上發(fā)生全反射。在內(nèi)芯傳導(dǎo)的光幾乎全部被封閉在纖芯,經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次全反射而呈鋸齒形向前傳播。
光纖通信的興起,其基礎(chǔ)在化學(xué)科學(xué)的發(fā)展,制出高純度的纖芯。大規(guī)模生產(chǎn)的普通玻璃,一般其中都含有少量過(guò)渡金屬元素,如鐵、錳等。這種玻璃呈淺藍(lán)色,當(dāng)將十幾塊玻璃板疊在一起,或從側(cè)面斷口觀看,藍(lán)色就非常明顯地出現(xiàn)。這種普通玻璃透光距離只有幾米。藍(lán)色海洋中的海水,透光距離也只有百米量級(jí)。近二三十年來(lái),化學(xué)家以其智慧,將石英玻璃纖維中的有害雜質(zhì)清除得干干凈凈,制成光傳輸損耗極低的纖芯。
如今,石英光纖網(wǎng)絡(luò)中光纖總長(zhǎng)度已超過(guò)1×10(9次方)km,可環(huán)繞地球2.5萬(wàn)圈,并繼續(xù)不斷地增加。人們贊嘆科學(xué)家們把沙子變成光纖,又從光纖建造成信息高速公路,發(fā)展起覆蓋全球的電話和電視,還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)上購(gòu)物等將整個(gè)社會(huì)融合在一起的生活方式。
高錕,1933年出生于上海,他是光纖通信領(lǐng)域的先驅(qū),20世紀(jì)60年代,光通信剛興起之時(shí),他就從事降低玻璃纖維的光損耗的研究,提出必須除去玻璃中的雜質(zhì),計(jì)算出光在高純石英光纖中傳輸距離可以達(dá)到100km以上。激發(fā)了許多研究人員的信心和理念,促進(jìn)實(shí)現(xiàn)超低損耗光纖的問(wèn)世和光纖通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn),他為光纖技術(shù)的發(fā)展指明了正確的方向。2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予為光通信建立功勛的三位科學(xué)家,其中一半獎(jiǎng)金授予高錕,另一半由博伊爾(W.S.Boyle)和史密斯(G.E.Smith)分享。