一条条细如发丝的光纤，令电子信息越洋千里，建立起互联网世界。76岁的“光纤之父”高锟，凭借40年多前的发明，夺得诺贝尔物理学奖。

    “高锟确实很牛，他对全球通讯科技的发展做出了巨大贡献。”吴重庆，北京交通大学教授、博士生导师，理学院光信息科学与技术研究所所长这样评价这位新晋诺奖得主。

    利用光反射廉价传信息

    光在弯曲的光纤中传输的损耗小到几乎可以忽略不计

    物理学家丁达尔很早就发现，光能够沿着容器中放出的曲线水流传输，也能够在弯曲的玻璃棒中前进。这并非是光直线传输的特性发生了改变，而是因为光的全反射作用，即在特定条件下，光在弯曲的水流或者玻璃棒的内表面中发生了多次全反射，看起来好像光在弯曲前进。

    利用光的全反射原理，1966年，高锟发表了“光通讯”基础理论，提出以一条比头发丝还要细的光纤代替体积庞大的千百万条铜线，用以传送容量几近无限的信息，他计算出如何使光在光导纤维中进行远距离传输。这项成果最终促使光纤通信系统问世，为当今互联网的发展铺平了道路。

    吴重庆教授解释说，“光纤”是光导纤维的简称，光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。光纤通信的原理是：在发送端首先把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

    光纤的基本原料是廉价的石英玻璃丝，这种材质可以做的非常细非常软，细到直径只有几微米到几十微米，一根光纤可以拉长至几十公里，只要入射角满足一定条件，光束就可以在光纤中弯弯曲曲地从一端传到另一端，几乎不会中途漏射。“这么说吧，10公里长的光纤具备的透光性要优于厚度3毫米的普通玻璃，因此它的损耗率几乎小到可以忽略不计。”

    制造出第一根光导纤维

    全球60亿人同一时间两两通话只需一对光纤

    说起光纤的“前世”，吴重庆介绍，进入19世纪以来，人类陆续发明了电报、电话等，长距离的信息交流成为可能。当时迫切需要找到一种高速、便捷、成本低廉、信号损失很小的长距离信息传递介质。“虽然也有不少科学家在研究类似课题，但直到1966年，高锟发表‘光通讯’基础理论后，这一问题才得以圆满解决。”

    高锟提出了用玻璃代替铜线的大胆设想：利用玻璃清澈、透明的性质，使用光来传送信号。对这个设想，许多人都匪夷所思，但高锟成功论证了光导纤维的可行性。

    为寻找“没有杂质的玻璃”，高锟费尽周折，去了许多玻璃工厂，到过美国的贝尔实验室及日本、德国，跟人们讨论玻璃的制法。后来，他发明了石英玻璃，制造出世界上第一根高纯光导纤维，将其内会吸收激光的杂质抽除，从此光可传送万里，使科学界大为震惊。

    为了形象地表示光纤的传导作用，吴重庆举例说，一束光通过光纤可以不加任何放大地传输100公里，如果做一些技术的加强，可以传输几千甚至上万公里，也就是说北京和纽约这两个分属不同大洲的城市，可以清晰地利用光纤进行光的信号传递。

    “光纤信息传输能力不仅体现在距离长，也体现在容量大。”吴重庆说，“假设现在全球有60亿人，分成两拨，每拨30亿人，让他们通过光纤在同一时间两两通话，只需一对光纤即可实现，这是多么大的容量。”

    光纤不仅有效解决了信息长距离传输的问题，而且还极大地提高了效率并降低了成本，一根普通光纤，一公里仅需8毛钱左右，而一根普通金属内芯的电缆，一米就有一块多钱。光纤还具有重量轻、损耗低、保真度高、抗干扰能力强、工作性能可靠等诸多优点。

    光纤正改变我们的生活

    铜缆宽带只是过渡，光纤入户上网最理想、最经济

    光纤已成为信息社会的基础，正改变着我们的生活。诺贝尔奖评委会这样描述说：“光流动在细小如线的玻璃丝中，它携带着各种信息数据传递每一个方向，文本、音乐、图片和视频因此能在瞬间传遍全球。”

    吴重庆表示，光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，与卫星通信、移动通信并列为三大通信技术。进入21世纪后，由于因特网的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求，现在美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信，我国光纤通信也已进入实用阶段。

    光纤通信的应用领域很广泛，吴重庆举例说，假如在北京的家中与上海的朋友打长途，信号经过的路径是北京的家——北京市话局——北京长途电信局——上海长途电信局——上海市话局——上海朋友的家中，这个过程中，除从家到电话局及从电话局到家这一部分外，其余线路都采用的是光纤通信，这使人们打长途电话的费用越来越低。

    “至于最后一段未通光纤的部分，这正是我国正在推行的‘光纤入户’工程。”吴重庆介绍，“光纤入户”是指一根光纤直接到家庭，简称“FTTH”，它的含义是指光纤到达住户的家门口，在端局和住户之间没有铜线。“现在FTTH是国家‘十一五’期间的重点科研项目，入选国家863计划。”目前ADSL、局域网等多种“宽带”上网服务只是过渡，光纤入户才是最理想、最经济的上网方式。

    链接

    2013年全球1.3亿家庭光纤入户

    “光进铜退”、“光纤到楼”、“光纤入户”，目前不仅是中国三大运营商的重要发展目标，更是全球通信产业的发展趋势。

    2009年上半年，国内光纤需求量首次超越美国，成为全球最大的光纤需求国。最新报告数据显示，2009年全球光纤用户数增长率将超过32%，今后几年，光纤用户还将继续以接近30%的速度增长，到2013年，全球光纤连接家庭将达到1.3亿户。只有“光纤入户”，在网上看数字电视、进行远程教育或远程医疗才真正成为可能。

    “光纤入户”，不需要缓冲就能浏览信息，在线电影也十分流畅。目前大部分居民使用的都是铜缆宽带，这种宽带存在很大的“速度损耗”，一般距离电信基站超过1.5公里，宽带的速度就很难再提升。而光纤不仅没有“速度损耗”，网速比铜缆宽带提升20倍甚至更多，而且稳定性更好。

除材质不同外，“光纤入户”在排线设计上也和传统的铜缆宽带不同，传统的铜缆宽带是统一从电信基站里拉出一根粗的宽带接到社区，再把这根粗宽带分成一根根细的宽带接到每户家中。而“光纤入户”则是将单独的光纤直接连接到单独的用户家中，相当于给单个用户开辟了一条独用的高速公路。即便同一区域的所有人都在上网，也不影响网速。

    光纤技术除了在通信方面的应用外，在医学检测领域、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、大型建筑物的结构检测、航天航空领域光纤陀螺技术、超高压输电线电流检测、潜艇声呐制造、火炮的激光控制等方面还有广泛应用。吴重庆说，“高锟发明了给人类带来众多惊喜的光纤，他的非凡才能和对社会的贡献，造就了今天的诺贝尔物理奖得主，随着光纤技术深入生活，还将不断地创造更多的科学奇迹。”