光纖為什麼快?什麼原理?光纖的歷史比你想像的要早
更新于:2025-03-26 14:31:46

在撥號上網時代,下載一部電影就要花費三四個小時,玩網游就更是一場痛苦的煎熬。

後來,我們從撥號上網進化到了寬頻上網,這一回總算是可以欣然享受上網的樂趣了。不過使用傳統網線的寬頻仍然存在很多不盡如人意的地方,比如突然之間的斷網和偶爾發生的卡慢,這是因為傳統的網線寬頻所使用的是銅纜,在銅纜之中傳輸的電信號很容易受到干擾,而且距離越長,損耗就越大,因此我們實際的網速以及網路穩定性與寬頻商提供給我們的理論數據相距甚遠。

終於,光纖出現了,它讓上網這件事完全跨入了一個新的紀元,無論是看電影,還是玩遊戲,就是兩個字:順暢,穩定性那更是沒的說。

那麼光纖到底是什麼原理,它為什麼這麼快呢?從光纖的構造來看,其實並沒有多麼特別,它從內而外由四部分構成:纖芯、包層、塗覆層和護套。其中纖芯是最為重要的,它由光導纖維製成,主要成分為二氧化矽,你可以將其看成是一種特殊的石英玻璃。纖芯外的包層是一種比纖芯折射率略低的物質,這兩層共同構成了光纖的主體結構,至於外面的塗覆層和護套,其主要的作用就是隔絕雜光和保護纖芯不受損壞。

如此簡單的結構,為什麼能實現信號的無損高效傳輸呢?

我們知道,當光從一種介質射入另一種介質時,會產生兩種光學現象,即折射與反射。比如當一束光從水下向上射入空氣之中,由於水與空氣的密度不同,所以從水中進入空氣中的光會發生方向的改變,這就是折射。因為折射作用,我們在水面上看到水下的東西其實並不在我們看到的那個位置上。

並不是所有的光都會通過折射從水中射入空氣之中,也有一部分的光會在水面處遇阻,掉頭向下重回水中,這就是反射。

對於水來說,通過折射作用出去的光就是損失掉的光,而反射回來的那些光才仍是屬於自己的。有多少光會折射出去,有多少光會反射回來,這與光源的入射角度有關。科學家在研究的過程中發現,當光從一種折射率較高的介質進入到一種折射率較低的介質時,如果入射角大於某一臨界角,就會出現一種十分奇妙的現象,所有的光都不會折射出去,而是全部反射回來留在原本的介質之中,這種現象就被稱為“全反射”。

光纖就是利用了這種原理,在光纖的內部,折射光為0,反射光的強度永遠與入射光一樣,信號沒有損失,自然高速而穩定。

對於很多人來說,感覺光纖的普及並沒有多久,但其實我們所說的光纖普及只是光纖入戶,光纖的歷史可比我們想像的要早得多。早在1926年,J.C.Baird就用石英製造了第一個光纖,四年之後,德國的拉姆就將光纖束應用到了消化內鏡之中。

後來隨著科技的進步,1970年美國製造出了第一根低損光纖,光纖通信就此出現,而我國自主研發的第一根光纖也於1976年誕生。

1986年,我國開始建設“八縱八橫”通信光纜,在2000年之前就實現了光纖通信幹線網在全國範圍內的覆蓋。2009年,我國開始“光進銅退”計劃,我們所熟悉的光纖到戶正式開始。光纖到戶讓每一個普通人切實享受到了通信進步所帶來的便利,但還有一些可以改進的地方。比如從300M上升到了1000M,費用只上漲70%,就快了3倍多,理論上實現了提速降費,可實際上對於大多數普通人而言,300M與1000M真的沒什麼區別,費用變多則是切實感受。