光纤的发明
我们已经习惯了以不同方式传播信息的想法,当我们使用座机电话讲话时,电缆将语音中的声音传送到墙上的插座中,另一根电缆将其传送到本地电话交换机。 手机的工作方式不同:它们使用不可见的无线电波发送和接收信息 ,这种技术称为无线,因为它不使用电缆。而光纤是第三种传输方式,它最初是为内窥镜开发的。在1960年代,工程师们发现了一种使用相同技术以光速传输信号的方法。
光学技术
光纤电缆由玻璃或塑料制成的极细的线,一根电缆最多可以有两根或几百根线束组成。每根线的厚度不到人发的十分之一。
光纤电缆使用完全光学技术在两个位置之间传送信息。假设你想使用光纤将信息从计算机发送到朋友家。我们可以将计算机连接到激光器上,该激光器会将来自计算机的电子信息转换为一系列光脉冲。然后,将激光沿着光纤电缆发射。沿电缆向下移动后,光束将在另一端射出。你的朋友需要一个将光脉冲转换回他的计算机可以识别的电子信息。
光纤如何工作
光线从线壁上反复反弹,沿着光缆向下传播。每个微小的光子像雪橇一样沿着管道下滑,由此,我们可以理解成光束在透明玻璃管中传播,如果光线以非常浅的角度(小于42度)撞击玻璃,则它会再次反射回去,就像是一面镜子一样,这种现象称为全内反射。
使管道保持透光的另一件事是电缆的结构,它由两个独立的部分组成。电缆的主要部分(在中间)称为芯线,这就是光穿过的部分。包裹在芯子外面的是另一层玻璃,称为覆盖层。覆盖层的工作是将光信号保持在纤芯内部。
光纤以所谓的模式将光信号向下传送。这听起来很技术性,但这仅意味着不同的传播方式:模式只是光束沿光纤向下传播的路径。一种模式是直接沿着光纤的中间向下移动。另一种方法是使光纤以浅角度反弹。
最简单的光纤称为单模光纤。它有一个非常薄的芯,直径约5-10微米。在单模光纤中,所有信号都直接沿中间向下传播,而不会反弹到边缘。有线电视,互联网和电话信号通常由单模光纤承载,并捆扎成一个大捆。这样的电缆可以发送超过100公里的信息。
另一种类型的光缆称为多模。多模电缆中的每根光纤大约是单模电缆中的每根光纤的10倍。这意味着光束可以通过遵循各种不同的路,径换句话说,以多种不同的模式穿过纤芯。多模电缆只能在相对短的距离内发送信息。
甚至更粗的纤维也被用于称为一种内窥镜的医疗工具,内窥镜是由许多医疗光纤组成的粗光纤电缆,在内窥镜的顶端,有一个目镜和一个灯。灯将电缆的一部分照到病人的胃中。当光线到达胃部时,它会从胃壁反射到透镜中在电缆的底部。然后,它又沿电缆的另一部分行入到医生的目镜中。其他类型的内窥镜工作方式与之几乎相同,可用于检查身体的不同部位。该工具还有一个工业版本,称为纤维镜,可用于检查发动机中无法触及的机械零件。