我们现在的互联网连接,用到了一个非常普遍的技术,叫光纤。光纤的形态,其实就是透明软材料做的长圆柱体。

光纤是通的没有网络(为什么网络连接要用光纤)(1)

光信号在光纤里传播,达到传播信息的效果。

但有一个问题,光纤明明是透明的,光从一头射进去,为什么不会从侧面跑出来呢?

为什么不管光纤怎么绕弯,都可以做到让光从一端射入,从另外一端射出呢?

光纤的原理叫光的全反射。首先要理解光的折射现象:光在两种不同的透明介质中传播,如果光不是垂直于介质的交界面的话,就会发生折射现象。

比如,一根筷子放在水里,看上去就好像折了一个角度,这就是光的折射。

光纤是通的没有网络(为什么网络连接要用光纤)(2)

如果光斜着从空气里射入水中,通过入射点做一条垂直于交界面的直线,这条线我们叫它“光轴”,光入射的方向跟光轴有个角度叫α角,光经过折射射进水中的方向跟光轴也有一个角度叫β角,这两个角满足这样一种规律,

如果光是从折射率小的介质射入折射率大的介质,则β<α,反之,则β>α。

空气的折射率比水的折射率小,所以光如果是从空气进入水,则α>β。

光纤是通的没有网络(为什么网络连接要用光纤)(3)

假设我们现在让一条光线从折射率大的介质射入折射率小的介质,这种情况下α<β。

现在我们调整入射的角度,也就是让α不断增大,相应的β也会不断增大,但是当α大到一定程度,折射角β就会变成90度,这时由于α<β,则α角必然没有90度,如果这个时候继续增大入射角α,折射角β就无法比90度更大了,因此就没有折射光线了。

根据能量守恒定律,光就会全部反射回入射介质当中,且反射角等于入射角,这就是全反射现象。

光纤是通的没有网络(为什么网络连接要用光纤)(4)

光纤是透明圆柱体,材料主要是石英玻璃,它中心的折射率要比边缘的折射率大,只要把光的入射角控制在一定范围内,所有的光信号传播到光纤里面的时候,就会一路发生全反射,不会从光纤里面跑出去。

这样的话,光信号就能在光纤里面传播了,这就是光纤的原理,叫全反射。

光纤技术可谓全面地影响了人类的通信手段,华人物理学家高锟也是因为对光纤孜孜不倦的研究而获得了2009年诺贝尔物理学奖。

光纤是通的没有网络(为什么网络连接要用光纤)(5)

起初高锟在研究如何让光纤实用化的时候,主流学界纷纷表示不看好,但是光纤到今天已经变得如此普及,这让我们看到有时候一个人的坚持远胜过大多数人的放弃。

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