【信息通讯】高考知识学好了也能拿诺贝尔奖，高锟和光导纤维

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精华笔记 

现代互联网通信大规模依赖光纤。光纤是目前世界上效率最高的信息传输方式，华人科学家高锟被誉为“光纤之父”。

一、光纤背后的物理原理

1. 光线在传播过程中，如果通过折射率不同的介质，会发生传播方向发生偏折的物理现象。比如牛顿用三棱镜把太阳光分成七种颜色，恰恰是因为三棱镜相对于不同频率的光线折射率不同；

2. 光在真空中的传播速度大约是每秒30万公里，但是光进入介质后，速度会降低。例如玻璃的折射率大约是1.5，光在玻璃中的传播速度就是每秒20万公里；

3. 如下图所示，α叫做入射角，β叫做折射角。当入射介质的折射率小于折射介质的折射率时，入射角大于折射角；反之，则是入射角小于折射角；

4. 当光从折射率大的介质入射，从折射率小的介质射出时，入射角小于折射角。如果不断增大入射角，在入射角还没有达到90度，也就是它的入射方向并未于交界面平行时，折射角会先达到90，这个让折射角达到90度的入射角，叫做临界角度；

5. 在入射角达到临界角度后，进一步增大入射角，则折射现象消失。根据能量守恒，所有的入射光都会以反射的方式回到入射介质中，这就是光的全反射。

二、光纤的基本构造

1. 光纤的本质，就是让光在里面一直发生全发射，由此达到传递光线的效果；

2. 光在光纤中传播时，不可能所有的光纤都沿着光纤的轴线传播。但即便偏离轴线，光打到光纤的内壁上时，会发生全发射，所以光一直保持在光纤中传播；

3. 光纤的基本构造是中心的折射率大，外围的折射率小。只要调整大小比例，就能做到让入射光信号在传播过程中一路发生全发射；

4. 不论光纤如何弯曲，只要把光纤做得很细，光纤的宏观弯曲对于光线的局部传播来说，不造成影响。

三、高锟如何发明光纤？

1. 光纤的实际应用有很多困难的地方，比如在光的传播过程中，光信号会衰减。所以中继器很重要，信号传递了一定距离后就要在中继器里进行再次放大；

2. 高锟于1966年发表了题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，这篇文章开创性地提出了光导纤维，也就是光纤在通信技术方面应用的原理。这篇文章在业界影响很大，分成了支持和反对两派阵营；

3. 高锟在文章中讨论了高频、高带宽、超长程的光纤通信。只有在高带宽的情况下，信息量才能大。然而还要保证不同频率的波相互同步，难度就很高了；

4. 石英玻璃作为光纤的基本材料，在高锟的推动下成为制作光纤的首选。

思考题：光纤传输信息之外，还有什么其他应用吗？