六十載創(chuàng)新，光纖已成互聯(lián)網(wǎng)“骨架”

生活在一個(gè)沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)、電子郵件、流媒體服務(wù)或社交媒體的世界，用旋轉(zhuǎn)撥號(hào)電話或?qū)懶诺姆绞胶瓦h(yuǎn)方的人溝通，為了買各種東西，必須開(kāi)車去商店……澳大利亞《對(duì)話》網(wǎng)站日前報(bào)道指出，這就是光纖沒(méi)有面世時(shí)，人們身處的世界。

光纖始于20世紀(jì)60年代的物理實(shí)驗(yàn)，如今已成為互聯(lián)網(wǎng)的“骨架”。它讓現(xiàn)代通信與傳感成為可能，重塑信息在全球的流轉(zhuǎn)以及人與人之間的聯(lián)結(jié)。從革新全球通信網(wǎng)絡(luò)，到支撐云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興范式，60年來(lái)，光纖領(lǐng)域的創(chuàng)新從未止步。

簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)承載海量信息

光纖是極細(xì)的玻璃絲，用來(lái)約束并傳輸光線。光所承載的信息，正是人們?nèi)粘＝涣鳌⒂^影、購(gòu)物的依托。

為遠(yuǎn)距離傳輸光信號(hào)，光纖必須如明鏡般澄澈。光沿纖維傳播之際，部分光線會(huì)因玻璃分子散射而損耗。在現(xiàn)代光纖中，此類損耗已微乎其微，光可穿行數(shù)百英里，依然清晰可辨。

光纖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由三層同心圓柱結(jié)構(gòu)組成：內(nèi)層為高純度石英玻璃（或塑料）制成的纖芯，折射率最高，是光信號(hào)傳輸?shù)闹饕�通道；中層為包層，材質(zhì)與纖芯相似但摻雜不同，折射率較低，利用折射率差異實(shí)現(xiàn)光的全內(nèi)反射；外層為涂覆層，通常為環(huán)氧樹(shù)脂或丙烯酸酯，不參與光傳輸，主要起機(jī)械保護(hù)與防潮之效。

而提到光纖，就不得不提125微米這個(gè)數(shù)字。國(guó)際電信聯(lián)盟等權(quán)威機(jī)構(gòu)明確規(guī)定，通信光纖直徑為125微米（誤差不超過(guò)1微米），以確保全球設(shè)備、連接器與熔接設(shè)備的兼容。125微米直徑，既易于拉絲工藝中穩(wěn)定生產(chǎn)，又兼顧機(jī)械強(qiáng)度與柔韌，便于光信號(hào)在纖芯中全反射傳輸，且與標(biāo)準(zhǔn)連接器適配。

取代銅線升級(jí)全球通信

光纖于上世紀(jì)60年代始受矚目。當(dāng)時(shí)，物理學(xué)家納林德·辛格·卡帕尼發(fā)表開(kāi)創(chuàng)性文章，展示光若射入玻璃纖維一端，則會(huì)從另一端完整而出。道理雖簡(jiǎn)單，卻為光通信奠定了基石，預(yù)示了一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸超乎想象的未來(lái)。

1966年，工程師喬治·霍克漢姆與高錕開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，以探索不同材料及導(dǎo)光結(jié)構(gòu)的透明度。他們斷定，如果玻璃足夠純凈，光纖可以將光傳遞到數(shù)公里之外。

研制更透明光纖的競(jìng)賽自此打響發(fā)令槍。1970年，康寧公司科學(xué)家以化學(xué)氣相沉積法，造出極透明的光纖。在此類光纖與更成熟的激光脈沖技術(shù)的加持下，長(zhǎng)距離光學(xué)通信應(yīng)運(yùn)而生。

此后數(shù)十載，光纖由奇妙的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，蛻變?yōu)椴豢苫蛉钡幕�礎(chǔ)設(shè)施。銅線曾是數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹皹蛄骸�，但光纖因更低衰減、更高帶寬、更低延遲的優(yōu)勢(shì)，后來(lái)者居上，漸次取代銅線，尤以長(zhǎng)途與海底電纜為甚。這一轉(zhuǎn)變使全球通信更高效，也更經(jīng)濟(jì)。

近年來(lái)，塑料光纖引發(fā)廣泛關(guān)注。相較于玻璃纖維，塑料光纖制造成本更低，卻同樣勝任高速數(shù)據(jù)傳輸，尤適用于數(shù)據(jù)量龐大的地方，如AI訓(xùn)練設(shè)施與大型數(shù)據(jù)中心。

自1970年至今，光纖透明度提升逾百倍，網(wǎng)絡(luò)得以聯(lián)通世界。因在光纖領(lǐng)域取得開(kāi)創(chuàng)性成就，高錕榮膺2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

信息紐帶聯(lián)結(jié)現(xiàn)代生活

光纖跨越長(zhǎng)距離承載海量信息，主要用于電信領(lǐng)域的高速數(shù)據(jù)傳輸，是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的支柱，支撐5G技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)日益增長(zhǎng)的需求，連接從家庭到城市的一切。自1970年代以來(lái)，全球已制造了數(shù)十億公里長(zhǎng)的光纖用于通信。

除了在通信領(lǐng)域穩(wěn)居主角外，光纖在傳感、醫(yī)療、制造和國(guó)防等諸多領(lǐng)域也至關(guān)重要。

據(jù)國(guó)際光學(xué)委員會(huì)網(wǎng)站報(bào)道，航空航天與國(guó)防行業(yè)正經(jīng)歷一場(chǎng)真正的科技變革，軍方對(duì)安全、高速且堅(jiān)固通信的需求與日俱增，對(duì)下一代光纖的需求也水漲船高。專家預(yù)測(cè)，市場(chǎng)規(guī)模將從2024年的60億美元躍至2034年的158億美元。光纖系統(tǒng)正以更優(yōu)性能、更高效率和更嚴(yán)格的安全保障，改變雷達(dá)、衛(wèi)星、無(wú)人系統(tǒng)乃至電子戰(zhàn)的格局。

在醫(yī)療領(lǐng)域，光纖可用作體內(nèi)成像與激光治療的導(dǎo)管，將光線精準(zhǔn)送達(dá)所需之處，顯著提升醫(yī)學(xué)影像與操作精度。內(nèi)窺鏡通過(guò)柔性玻璃纖維將光線直送人體內(nèi)，醫(yī)生可借內(nèi)窺鏡等設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜診斷。通過(guò)單模與多模光纖，醫(yī)生更方便使用激光治療與微創(chuàng)技術(shù)。

光纖也可用作地質(zhì)事件（如地震）的傳感器，以及橋梁、道路、建筑物的監(jiān)測(cè)器。光纖還被用作激光器內(nèi)的光源，這種光纖激光器在加工、制造、國(guó)防和安全等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

此外，在生活和娛樂(lè)領(lǐng)域，光纖支持高清視頻流媒體，全面提升人們的視聽(tīng)體驗(yàn)。在人工智能、云計(jì)算與沉浸式媒體領(lǐng)域，光纖不斷提升高速、低延遲數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

未來(lái)光纖將繼續(xù)成為推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的核心力量，其以纖細(xì)透明之姿，承載全球?qū)υ捙c聯(lián)結(jié)。光纖60年的成長(zhǎng)經(jīng)歷也告訴人們：材料科學(xué)與大膽理念相結(jié)合，足以重塑全球傳播格局。