光纖的發明/發明光纖的過程

比頭髮還細的光導管



光纖原名「光學玻璃纖維」。從外表看來，它只是一條比頭髮還要細長、柔軟而又透明的玻璃絲。但是把一束光纖放在小燈泡上面，燈光卻可清楚的傳到光纖的另一端去：我們在百貨公司常可看見閃閃爍爍、宛如星光點點的裝飾燈，就是利用光纖來做光導管的。







貝爾的光話機



西元1880年，發明電話的貝爾，發現光束也可以傳送聲音，他把這種裝置稱為「光話機」。但是，用光來傳播聲音要比藉著棉線、電線來傳遞困難多了。電線架在電線杆上，可以不受天氣、地形的影響，聲音訊號傳個幾十公里，一樣清清楚。用光來傳音訊，可就沒這麼方便了。空氣中的雨滴霧氣、地上的大樓高山都會阻礙光的前進。即使萬里無雲的時候，光線也傳不了多遠，因為能量很快的就會減弱了。



光纖的發明和構造



有沒有一種物質，能夠讓光在裡頭可以傳得很遠，又消耗不了多少能量呢？一九六六年美國國際電話電報公司（ITT）的工程師終於發現，精純的玻璃纖維可以傳遞光學訊號。經過無數工程師的研究改進後，光學訊號已經可以在光纖中清楚的傳遞數公里。這就好像說光線可以穿透數公里厚的玻璃一樣，簡直不思議。



光纖是怎麼構成的呢？光纖的中心是一條纖細、純淨的玻璃絲（稱為核心層），外面再包覆著一層折射率較小的尼龍絲（稱為外殼）製成的。這種構造很像電視遊樂器的電纜線一樣，因此我們也把光纖稱為光纖電纜。





光纖通信的優點



今天，電話系統的銅電線已經逐漸被光纖電纜取代。橫渡大西洋的光纖電纜早在1980年就埋設完成。我國也早於民國84年完成連接日本、台灣、星馬的海底光纖電纜。光纖這麼受歡迎，當然有它獨特的優點：首先，光纖製造成本、粗細等都遠低於銅電纜線：一束一千五百二十八條的光纖束，它的粗細和一般的電纜線一樣，價格卻便宜多了。



其次，光纖搭載光訊號的能力大於一般的電纜線：一條光纖可以同時傳播很多不同的訊號，而不會互相干擾。這就好像都市裡的高架道路，把原本的一條馬路擴充成好幾層，可以同時通過好幾線道的車子一樣。



最重要的是：用光纖通訊，不易被外來電訊干擾，更不易被竊聽。



內科醫生的透視眼──內視鏡



光纖也用於影像的傳送。我們到醫院照胃鏡、大腸鏡。醫生不用開刀，就可以從螢光幕裡看見我們身體內臟的情況，都是靠光纖電纜的幫助。使用光纖電纜，也使得核電廠的工程師可以在安全距離之外，來監督核電廠的運轉。

光纖的誕生



從小都是發明家的他，終於來到一個轉捩點。一九六零年代金屬纜是當時用以輸送電脈沖的主要媒介，但不足以應付發展迅速的電訊系統。高錕博士發現，光學傳輸線的訊息容量，比金屬纜的容量大幾千倍。由於光學纖維的波導可以完全互相隔離，所以完全沒有相互干擾的現象。而且，玻璃纖維的體積比金屬纜小，價格亦較為低廉。一九六三年，他開始對玻璃纖維進行理論和實用方面的研究工作。他設想出一種利用玻璃纖維傳送激光脈沖以代替用金屬纜輸出電脈沖的通訊方法，而且是世界上第一個想出這種方法的工程師。六六年他提出用玻璃代替銅線，利用玻璃清徹透明的本質，使用光來傳輸訊息。比起傳統的銅線，玻璃傳輸的數量與速度優勝何止千萬倍？這種玻璃，就是改變了人類通訊模式的光纖。



高錕說，他當時研究光纖，只是想改善通訊系統。他想：將來通訊的需求十分大，舊的系統將會不夠用。而且，如果打電話同時能看到對方的樣子，是不是更好呢？



他一提出用玻璃來傳送訊息，即被同僚視為痴人說夢，天方夜譚。但他當時覺得，自己研究的理論很堅固，所有理論都是對的，科學計算下來，他只剩下玻璃這物質。但人人都挑戰他，說世間上沒有無雜質的玻璃。



高錕於是像傳道一樣，到處推銷這種他相信，卻未有實際證據的東西。他去過玻璃公司，討論玻璃的製法，他去過美國大名鼎鼎的貝爾實驗室，又去過日本、德國。對於自己相信的東西，他很固執。



後來，他發現了一種石英玻璃，第一次證明他理論上所提出的東西真實地存在世上，令周圍的研究人員震驚。其後他發明了製造純淨光學玻璃纖維的方法，並有效的將這種玻璃纖維配合激光使用，而且將其接長作為長距離的通訊線路。

他當時並不知道，自己的發明到底有多厲害，亦不知會造就了Internet。他就如愛迪生當初發明電燈，也不知以後會發展出什麼來。



一九八一年，第一個光纖系統終於面世，高錕被冠以「光纖之父」的光榮稱號。

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