我們現在的互聯網連接,用到了一個非常普遍的技術,叫光纖。光纖的形态,其實就是透明軟材料做的長圓柱體。
光信号在光纖裡傳播,達到傳播信息的效果。
但有一個問題,光纖明明是透明的,光從一頭射進去,為什麼不會從側面跑出來呢?
為什麼不管光纖怎麼繞彎,都可以做到讓光從一端射入,從另外一端射出呢?
光纖的原理叫光的全反射。首先要理解光的折射現象:光在兩種不同的透明介質中傳播,如果光不是垂直于介質的交界面的話,就會發生折射現象。
比如,一根筷子放在水裡,看上去就好像折了一個角度,這就是光的折射。
如果光斜着從空氣裡射入水中,通過入射點做一條垂直于交界面的直線,這條線我們叫它“光軸”,光入射的方向跟光軸有個角度叫α角,光經過折射射進水中的方向跟光軸也有一個角度叫β角,這兩個角滿足這樣一種規律,
如果光是從折射率小的介質射入折射率大的介質,則β<α,反之,則β>α。
空氣的折射率比水的折射率小,所以光如果是從空氣進入水,則α>β。
假設我們現在讓一條光線從折射率大的介質射入折射率小的介質,這種情況下α<β。
現在我們調整入射的角度,也就是讓α不斷增大,相應的β也會不斷增大,但是當α大到一定程度,折射角β就會變成90度,這時由于α<β,則α角必然沒有90度,如果這個時候繼續增大入射角α,折射角β就無法比90度更大了,因此就沒有折射光線了。
根據能量守恒定律,光就會全部反射回入射介質當中,且反射角等于入射角,這就是全反射現象。
光纖是透明圓柱體,材料主要是石英玻璃,它中心的折射率要比邊緣的折射率大,隻要把光的入射角控制在一定範圍内,所有的光信号傳播到光纖裡面的時候,就會一路發生全反射,不會從光纖裡面跑出去。
這樣的話,光信号就能在光纖裡面傳播了,這就是光纖的原理,叫全反射。
光纖技術可謂全面地影響了人類的通信手段,華人物理學家高锟也是因為對光纖孜孜不倦的研究而獲得了2009年諾貝爾物理學獎。
起初高锟在研究如何讓光纖實用化的時候,主流學界紛紛表示不看好,但是光纖到今天已經變得如此普及,這讓我們看到有時候一個人的堅持遠勝過大多數人的放棄。
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