光纖是如何傳輸光的？又是怎樣傳輸信號的？

當你把一支鉛筆插進水杯 你會發現鉛筆在水面處折斷了 這個現象就是光的折射 光在真空中跑得最快 可一旦鑽進像水或玻璃這樣的介質裏 速度就變了 不同的材料對光速的阻礙程度不同 這個特性我們用折射率來衡量 當光從折射率高的地方 比如水跑到低的地方 比如空氣 路線就會往界面彎 鉛筆斷了就是這麼來的 聰明的你這時會想到 給玻璃摻點特殊雜質 來提高它的折射率 這樣射入玻璃的光線 會越來越急切地向着玻璃 與空氣的界面靠攏 當折射率高到某個臨界點 光線不再折射出去 而是像撞上一面完美的鏡子 全部被反射回了玻璃內部 這就是全內反射 而且不一定要改變玻璃本身 增大光線射入的角度也能觸發 當角度超過臨界角 光線被徹底關在了玻璃裏 光纖通信其實就是用的這個原理 最早的光纖 就是一根極高折射率的玻璃芯 當激光以大於臨界角的角度射入 光就會在這根細細的玻璃絲裏 也就是隻自行前進 哪怕這根光纖被繞成複雜的麻花 它也能毫髮無損地到達另一端 但問題來了 如果不給玻璃新加保護層 出現磕碰就會損壞 可一旦裹上普通的保護材料 它們就會取代空氣的位置 破壞全內反射的條件 於是工程師們想出了一個套娃式結構 在覈心玻璃絲的外面 再包裹一層折射率更低的特殊玻璃 先芯用折射率高的二氧化硅 這樣全內反射發生在先芯和包層之間 而最外面就可以放心地 加上堅固的保護層了 那這根玻璃絲是怎麼傳送微信消息的 其實特簡單 你發出去的信息 手機會先把它變成 0和1的二進制代碼 然後這些代碼被轉換成 特定頻率的電磁波發射出去 比如一用高頻波代表 0用低頻波代表 基站在接收到這些電波後 會進行一個關鍵的轉換 遇到代表1的高頻波 就產生一個極短的光脈衝 遇到代表0的低頻波 就不產生脈衝 這些光脈衝順着光纖跑 就能到對方手機裏 爲了讓信號遍佈全球 光纖通常會被鋪在地下或埋進海里 如果你看過海底光纜的截面圖 你會發現真正裝光纖的地方特別小 其餘絕大部分結構 都是爲了抵禦深海高壓 船錨和鯊魚咬食的裝甲 和傳統的銅纜相比 光纖的帶寬大的驚人 傳輸速率更是碾壓銅纜 根本原因在於 光子跑得比電子快 而且銅纜傳輸電信號時 難免會產生電磁輻射造成干擾 而光信號被牢牢限制在光纖內部 幾乎零泄漏 所以抗干擾能力極強 安全性也極高