神奇的『玻璃丝』——光纤的发明故事

◆本刊综合

从“楼上楼下，电灯电话”到智能手机的普及，从2G、3G 到4G 网络的迭代升级，再到如今5G 时代的万物互联，……速度大幅度提升的带宽、各种终端的互联、传媒介质的升级，改变着人们的生活方式，人类文明的进程开始与网络相伴相随。这些功能的实现离不开光通信技术的发展。

何为光通信技术？它又是如何发展而来的呢？

“走弯路”的光

光通信是一切利用光作为载体传送信息的通信方式的总称。无论是烽火台、远距离观测的望远镜，还是交通信号灯，都是光通信的不同表现形式。虽然这些都不是真正意义上的光通信，但人类从未停止寻找理想的光传输介质。

1870 年的一天，英国物理学家廷德尔在实验中观察到一个现象：照入盛水容器中的光竟会沿着出水口往外倒水时的水流出现弯曲。这似乎与光只能直线传播的定律不符，难道光也可以“走弯路”？事实上，这时的光线仍沿直线传播，只是在水流中出现了光反射现象。

然而，廷德尔的这一发现直至1955 年才开始被实际应用。当时在英国伦敦英国学院工作的卡帕尼博士发明了用两种细如发丝，且对光有着不同折射率的玻璃制成的光导纤维，简称“光纤”。由于这种光纤衰减损耗大，传送距离短，起初只应用于医学上，但科学家也因此看到了光通信的曙光。

性能上的突破

1959 年，美国物理学家梅曼发明了世界第一台激光器，人类从此进入激光时代。但当时最好的光纤的衰减损耗仍在1000 分贝/千米，要想将光纤应用于通信，还需在激光器和光纤的性能上取得突破。

1966 年7 月，物理学家高锟就光纤传输的前景发表了重要论文并预言：只要能降低玻璃纤维中的杂质，就有可能使光纤的损耗降低到20分贝/千米。高锟还首次提出将其用在通信领域的可能。这一观点鼓励了世界各地科学家争相为研究出低损耗光纤而努力。

图1 由数千根单丝组成的一束玻璃纤维原丝（图/新华网 刘磊 摄）

1970 年，世界第一根低损耗的石英光纤被成功研制出来，实现了20 分贝/千米的传输损耗，同年，美国第一次制造出对光纤通信有实用价值的光纤样品。高锟因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就，获得了2009 年诺贝尔物理学奖，被誉为“光纤之父”。

我国光纤“第一人”

赵梓森是我国光纤通信技术的主要奠基人和开拓者。

图2 中国工程院院士赵梓森回忆当年探索光纤通信的历程（图/新华社 程敏 摄）

1973 年，赵梓森偶然从杂志上得知美国正在进行光纤通信研究的消息。玻璃丝还能通信？赵梓森敏锐地察觉到光通信的重要性。1974 年8 月，赵梓森经深入研究后，提出石英光纤通信技术方案，开始了我国光纤技术攻关。三年后，我国第一根实用型、短波长和阶跃型石英光纤诞生了。1979 年，赵梓森团队研制出中国第一根每千米衰减损耗仅4 分贝的光纤，拉开了中国光纤通信事业的序幕。

近日，国际联合团队创造了在67千米长的光纤上，数据传输速度高达1.7拍字节/秒（1 拍字节相当于100 万吉字节），刷新了行业标准光纤传输速度的最新纪录。这意味着这根光纤足够承载百万个家庭互联网的全速运行，开启了人类通往信息高速的大门。