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第30章 光导纤维

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,并做了一个简单有趣的实验。后来人们根据丁达尔的这一发现,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。从此,信息的传输发生了革命性的变化,迎来了信息时代的到来。

光导纤维的工作原理光能够在玻璃纤维或塑料纤维中传递是利用光在折射率不同的两种物质的交界面处产生”全反射“作用的原理。为了防止光线在传导过程中”泄露“,必须给玻璃细丝穿上”外套“,所以无论是玻璃光纤还是塑料光纤均主要由芯线和包层两部分组成。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,又具高抗强度,大抗压力。

由于包层的折射率比芯线折射率小,这样进入芯线的光线在芯线与包层的界面上做多次全反射而曲折前进,不会透过界面,仿佛光线被包层紧紧地封闭在芯线内,使光线只能沿着芯线传送,就好像自来水只能在水管里流动一样。

光也有波的特性,因此可以等同于声波、电磁波一样传递信号。用特殊的接受仪器,加上纤维导管的传递作用,就完成了光导纤维的整个工作。

光导纤维的应用光实际上是一种频率极高的电磁波,因此可以像其他电磁波一样对它进行调制和传输。由于它的频率极高,因此几乎可以无限量地调制到一根光导纤维的频带宽度之内。与激光通讯技术结合起来的光纤通信容量比普通电缆通信大10亿倍。一根光导纤维比头发丝还细,却可传输几万路电话或几千路电视信号。

光纤通信还特别适合于对电视、图像和数字信号的传送。它将深入影响人类社会生活,引起信息传输和通信功能的革命,因此有人把光导纤维称作信息传输的动脉。由于光纤通信保密性能特别好,所以常被用在航空、军事等方面,并显示出优良的功能和巨大的作用。

利用光导纤维制成的内窥镜,可以帮助医生检查胃、食道、十二指肠等部位的疾病。光导纤维胃镜是由上千根玻璃纤维组成的软管,它有输送光线、传导图像的本领,又有柔软、灵活,可以任意弯曲等优点,可以通过食道插入胃里。光导纤维把胃里的图像传出来,医生就可以窥见胃里的情形,然后根据情况进行诊断和治疗。在照明和光能传送方面,光导纤维也大有可为。人们可利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下、地下照明。由于光导纤维柔软易弯曲、变形,可做成任何形状,以及耗电少、光质稳定、光泽柔和、色彩广泛,是未来的最佳灯具。如与太阳能的利用结合将成为最经济实用的光源。此外,光导纤维还可用于火车站、机场、广场、证券交易场所等大型显示屏幕;短距离通讯和数据传输;道路、广场等公共设施及商店橱窗广告的照明。

在国防军事上,光导纤维也有广泛的应用空间。人们可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜,装备在潜艇、坦克和飞机上,用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。