光纤维，即光纤。顾名思义，是指传播光的纤维。目前，光纤维多采用透明度很高的石英玻璃丝制造而成。它是利用了光在不同介质中传播而产生的全反射原理，而使激光束在光纤维中传播。光纤维主要应用在通信领域，作为高速数据传输的主要手段。

光纤的诞生

人类从未放弃过对理想光传输介质的寻找，经过不懈的努力，人们发现了透明度很高的石英玻璃丝可以传光．这种玻璃丝叫做光学纤维，简称“光纤”．人们用它制造了在医疗上用的内窥镜，例如做成胃镜，可以观察到距离一米左右的体内情况．但是它的衰减损耗很大，只能传送很短的距离．光的损耗程度是用每千米的分贝为单位来衡量的．直到20世纪60年代，最好的玻璃纤维的衰减损耗仍在每公里1000分贝以上．每公里1000分贝的损耗是什么概念呢？每公里10分贝损耗就是输入的信号传送1公里后只剩下了十分之一，20分贝就表示只剩下百分之一，30分贝是指只剩千分之一……1000分贝的含意就是只剩下亿百分之一，是无论如何也不可能用于通信的．因此，当时有很多科学家和发明家认为用玻璃纤维通信希望渺茫，失去了信心，放弃了光纤通信的研究．

激光器和光纤的发明，使人们看到了光通信的曙光．而要实现光纤通信，还需要在激光器和光纤的性能上有重大的突破．但是在这两方面的突破遇到了许多困难，尤其是光纤的损耗要达到可用于通信的要求，从每千米损耗1000分贝降低到20分贝似乎不太可能，以致很多科学家对实现光纤通信失去了信心．就在这种情况下，出生于上海的英藉华人高锟（K.C.Kao）博士，通过在英国标准电信实验室所作的大量研究的基础上，对光波通信作出了一个大胆的设想．他认为，既然电可以沿着金属导线传输，光也应该可以沿着导光的玻璃纤维传输．1966年7月，高锟就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文，论文分析了玻璃纤维损耗大的主要原因，大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝/公里，从而有可能用于通信．这篇论文使许多国家的科学家受到鼓舞，加强了为实现低损耗光纤而努力的信心．

世界上第一根低损耗的石英光纤――1970年，美国康宁玻璃公司的三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克成功地制成了传输损耗每千米只有20分贝的光纤．这是什么概念呢？用它和玻璃的透明程度比较，光透过玻璃功率损耗一半（相当于3分贝）的长度分别是：普通玻璃为几厘米、高级光学玻璃最多也只有几米，而通过每千米损耗为20分贝的光纤的长度可达150米．这就是说，光纤的透明程度已经比玻璃高出了几百倍！在当时，制成损耗如此之低的光纤可以说是惊人之举，这标志着光纤用于通信有了现实的可能性．

光通信的发明与发展

控光通信的出现比无线电通信还早．波波夫发送与接收第一封无线电报是在1896年，崦早在1880年，美国电话发明家贝尔就已经研究并成功地发送与接收了光电话．1881年，贝尔宣读了一篇题为〈关于利用光线进行声音的产生与复制〉的论文，报导了他的光电话装置．

1930年至1932年间，日本在东京的日本电报公司与每日新闻社之间实现了3.6公里的光通信，但在大雾大雨天气里效果很差．第二次世界大战期间，光电话发展成为红外线电话，在为红外线肉眼看不见，更有利于保密．

光通信虽然出现得很早，但它在近代科技发展中却远没有无线电通信发展那样迅速而广泛，这主要因为早期光通信系统没有找到像无线电波那样的相干光频电磁波，因而通信质量不高．

激光出现以后，光通信的面貌发生了根本性的变化经．激光像普通无线电波一样，可以进行调制和解调，可以把各种信号载到光波上发射出去而实现光通信．60年代，有的实验室用氦——氖气体激光器做了舆电视信号和20路电话的实验．也有的公司制成了语言信道试验性通信系统，最大舆距离为600米．到80年代初激光通信已进入应用发展阶段．

激光通信的主要障碍是气候因素的影响和大气层内信号的衰减．光导纤维的出现，使人们成功地解决了激光大气传输问题，使激光通信走上了稳步发展阶段．其实，利用细长纤维导管舆光线和图像的概念早在一个世纪以前就有人提出过．例如，1854年，英国的丁铎尔在英国皇家学会的一次演讲中指出，光线能够沿盛水的弯曲管道进行反射而舆，以后他用实验证实了这个想法，但由于条件限制，当时没能深入研究．1927年，英国的贝尔德首闪利用光全反射现象制成石英纤维可解析图像，并且获得了两项专利．1951年，荷兰和英国开始进行柔软纤维镜的研制．1953年，荷兰人范赫尔把一种折射率为1.47的塑料涂在玻璃纤维上，形成比玻璃纤维芯折射率低的套层，得到了光学绝缘的单根纤维．但由于塑料套层不均匀，光能量损失太大．

利用光导纤维进行激光通信的设想是美籍华人高#博士于1966年首次明确提出来的，为此他获得了1979年5月由瑞士国王颁发的国际伊利申通信奖金．光纤通信引起了各国普遍注意，美、日、西德等国相继开展了这方面的研制工作．

1968年，日本两家公司联合宣布研制成了一种新型无套层光纤，它能聚集和成像，称作聚焦纤维．同期，美国宣布制成液体纤维，它是利用石英毛细管充以高透明液构成的．这两种光纤的光耗损很难降低，所在实用价值不大．这一时期，美国在提高材料质量上下功夫，康宁公司于1970年用高纯石英首次研制成功耗损率为每公里20分贝的套层光纤，使通信不纤研究跃进了一大步．一根光纤可以传输150万路电话和2万套电视．

实际上光通信系统使用的不是单根光导纤维，而是由许多光纤维聚集在一起组成的不缆．一根直径为1厘米的光缆，里面有近百根光导纤维．光缆和电缆一样可以架在空中，埋入地下，也可以铺设在海底，它的出现使激光通信进入实际应用阶段．1976年日本在大孤附近的奈良县开始筹建世界上第一个完全用光缆实现光通信的实验区，到1978年7月已拥有300个用户．

如果把光通信用于地球之外的宇宙空间就是宇宙激光通信．宇宙空间没有大气或尘埃，激光在那里传输时比在大气中的衰减小得多，因而激光用于宇宙通信既优越又经济，受到各国的普遍重视．

信息时代的“神经”——光导纤维

现代科学创造的奇迹之一，是使光像电流一样沿着导线传输．不过，这种导线不是一般的金属导线，而是一种子特殊的上玻璃丝，人们称它光导纤维，又叫光学纤维，简称光纤．

1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从玻璃窗口的侧壁细口自由流出，以一束阵光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中．丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播．这是光的全反射造成的结果．

光导纤维正是根据这一原理制造的．它的基本原料是廉价的石英玻璃，科学家将它们拉成直径只有几微米到几十微米的丝，然后再包上一层折射率比它小的材料．只要入射角满足一定的条件，光束就可以在这样制成光导纤维中弯弯曲曲地从一端传到另一端，而不会在中途漏射．科学家将光导纤维的这一特性首先用于光通信．一根光导纤维只能传送一个很小的光点，如果把数以万计的光导纤维整齐地排成一束，并使每根光导纤维在两端位置的上一一对应，就可做成光缆．用光缆代替电缆通信具有无比的优越性．比如20根光纤组成的像铅笔粗细的光缆，每天可通话7.6万人次，而1800根铜线组成的像碗口粗细的电缆，每天只能通话几千人次．光导纤维不仅重量轻、成本低、敷设方便，而且容量大、抗干扰、稳定可靠、保密性强．因此光缆正在取代铜线电缆，广泛地应用于通信、电视、广播、交通、军事、医疗等许多领域，难怪人们称誉光导纤维为住处时代的神经．我国自行研制、生产、建设的世界最长的京汉广（北京、武汉、广州）通信光缆，全长3074公里，已于1993年10月15日开通，标志我国已进入全国应用光通信时代．

海市蜃楼

夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、 集市、庙宇等出现在远方的空中．古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景．海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的．夏天，海面上的下层空气，温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大．我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的．远处的山峰、船舶、楼房、人等发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中．?

在沙漠里也会看到蜃景．太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可及．?

在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层穿空气的折射率小．从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样．