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光纤——改变世界的十大发明之一

2012-11-08 15:48
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  1870年的一天,英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理,他做了一个简单的实验:在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水流弯曲,光线也跟着弯曲,光居然被弯弯曲曲的水俘获了。

  人们曾经发现,光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输;人们还发现,光能顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢?难道光线不再直进了吗?这些现象引起了丁达尔的注意,经过他的研究,发现这是全反射的作用,即光从水中射向空气,当入射角大于某一角度时,折射光线消失,全部光线都反射回水中。表面上看,光好像在水流中弯曲前进。实际上,在弯曲的水流里,光仍沿直线传播,只不过在内表面上发生了多次全反射,光线经过多次全反射向前传播。

  后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维,当光线以合适的角度射入玻璃纤维时,光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线,所以称它为光导纤维。

  微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂。光纤利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理达成光传导。通常,光纤的一端的发射装置使用发光二极管(lightemittingdiode,LED)或一束激光将光脉冲传送至光纤,光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。它最初出现在在19世纪后期,但是实际到了20世纪70年代才投入使用,因为当时的技术解决了传输长距离后信号衰减的问题。

  光纤使用光传递信息,它们比传统的电缆更优秀的特点是:抗电磁干扰,保护数据安全,不导电,无火花、安装方便。最重要的一点是,在很长的距离它也能做到100兆兆比特每秒的带宽。这在很大程度上促使了互联网革命的发生。在日常生活中,由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多,光纤被用作长距离的信息传递。

  前香港中文大学校长高锟和GeorgeA.Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想,高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。

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