光导纤维是一种比头发丝还细的玻璃纤维丝。光导纤维于20世纪20年代就研制出来了,是用超纯石英玻璃在高温下拉制而成的,有很好的导光能力。但是由于传输过程中光波衰减太大,因此没有实用价值。那时光导纤维每千米衰减100分贝,所以如果用来通信,就要每隔20米设一个中继站,故未能在实际通信中应用。
1966年,英籍华人高琨博士发表一篇著名的论文,首次提出解决玻璃纯度和成分的问题,就能够得到光传输衰减很小的玻璃纤维。
高琨于1957年从伦敦大学毕业,1965年开始从事光通信研究。他先是进行砷化镓光电二极管为光源的通信系统研究,后来又对光的传输媒体进行研究,发现主要困难是光波在纤维媒体中的损耗大,材料太脆,制作困难。于是他从改变材料的成分、纯度和结构入手,以解决光波传输的损耗等问题。实验结果表明,石英玻璃材料中的杂质浓度是影响光波衰减的主要因素,并对波长为1微米的光波进行实验得到每千米只衰减1分贝的好成果。他经过反复实验取得了许多重要的数据,为撰写论文打下了良好的基础。于是一篇以《适合于光频率的绝缘介质纤维表面波导》为题的论文发表了。他充分论述了经过多年艰辛探索的理论结果和实验成果。论文很快引起各国科学家和工程技术人员的重视和赞扬,并被广泛引入实际应用。1970年,美国康宁玻璃公司首先拉制成功第一根每千米只衰减20分贝的石英玻璃光导纤维。此后,光导纤维的衰减率不断下降:1974年,每千米2分贝;1976年,每千米1分贝;1979年,每千米0.2分贝;80年代达到每千米0.16分贝;90年代研制的氟化物玻璃纤维衰减更低,已降到每千米0.03分贝。这种高纯度氟化物玻璃光导纤维的传输能力十分强,一次传送距离长达4800千米,可以在无中继站的情况下进行洲际光通信。今天,可以说,光导纤维已走过艰辛的历程,取得了辉煌的成绩。
光纤的结构呈圆柱形,中间是直径为8微米或50微米的纤芯,具有高折射率,外面裹上低折射率的包层,最外面是塑料护套,整个外部直径为125微米。特殊的制造工艺,特殊的材料,使光纤既纤细似发,柔顺如丝,又具高抗拉强度,大抗压能力。在性能上,对光波衰减小,可以多功能传输声音、图像和文字,适应低温环境,抗电磁干扰,耐放射性辐射,光波在光纤中传播不向外辐射电磁波,有极高的保密特点,信息以光速传送,速度无与伦比,光通信比电通信的容量要提高1~10亿倍,一根光纤能同时传输100亿个电话,或1000万套电视节目,容量之大,难以想像,使它理所当然地成为现代通信的“天之骄子”。光导纤维不仅可用于通信,还可以用作传送光能;可以制作医用胃窥镜和工业用内腔镜,用途广泛。
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