发明人:法国工程师克劳德·查佩(Claude Chappe)于18世纪90年代发明了光电报;美国人亚历山大·格雷厄姆·贝尔(Alexander Graham Bell)于19世纪80年代发明了光线电话;苏格兰人约翰·洛吉·贝尔德(John Logie Baird)和美国人克拉伦斯·W·汉塞尔(Clarence W.Hansell)于20世纪20年代发明了利用阵列状排列的透明管传输电视或传真系统的图像;德国人海因里希·拉姆(Heinrich Lamm)于20世纪30年代演示了通过一束光可以传输图像;丹麦人霍尔格·穆勒·汉森(Holger Moller Hansen)于1951年申请了丹麦的光纤成像专利,但是被拒绝了;荷兰人亚伯拉罕·范·希尔(Abraham van Heel)、英国人哈罗德·H·霍普金斯(Harold H.Hopkins)和纳林德·卡帕尼(Narinder Kapany)于1954年发明了成像束;美国的劳伦斯·柯蒂斯(Lawrence Curtiss)于1954—1959年发明了玻璃纤维;西奥多·梅曼(Theodore Maiman)于1960年发明了激光;乔治·霍克汉姆(George Hockham)和高锟(Charles K.Kao)于1964年发明了单模光纤远距离通信;罗伯特·莫雷尔(Robert Maurer)、唐纳德·凯克(Donald Keck)和彼得·舒尔茨(Peter Schultz)于1972年发明了多模二氧化锗掺杂纤。
全球光纤年销售额:超过31亿美元。
光纤是从熔融的石英玻璃中抽出或从塑料中挤出的单根细丝线。这些光纤将信息转化为光脉冲,然后通过光缆传输。大约从20世纪70年代开始,通信运营商一直在构建光纤网络。与铜线相比,光纤传输信息更快,占用的空间更小,而且不受附近电线的干扰和静电干扰。
光纤最显著的特点之一是它可以携带一个强信号,并且在不减弱信号的情况下远距离传输。
光纤已经取代了几乎所有的长途通信网络的铜线连接,包括因特网主干网。越来越多的快速光纤互联网可直接连接到您的家。大约25%的美国家庭都有光纤,虽然这一数字因居住地的不同而千差万别。
数百根海底光缆承载着99%的国家与国家之间的通信,陆上通信依靠更多的光纤。光纤用于传输互联网、电话和电视信号,以及与世界数据中心的网络通信。不仅仅如此,光纤技术还广泛用于医疗和牙科器械,如内窥镜、机械检查用的光学传感器、汽车内的通信系统、特殊的电力传输应用如必要的电气隔离,甚至用于照明和装饰。
以发明电话而闻名于世的美国发明家亚历山大·格雷厄姆·贝尔(Alexander Graham Bell),大约在1880年左右首次尝试用光进行沟通交流。但是直到20世纪中叶,当时技术的发展提供了一个传输源——激光,还提供了一种有效的传输介质——光纤,光波通信才成为可能。激光发明于1960年,6年后,英国的研究人员发现,石英玻璃纤维可以携带光波,而不会产生明显的衰减或信号损失。1970年,人们研制出一种新型激光器,第一批光纤投入商业化生产。
在光纤通信系统中,由光纤制成的光缆连接含有激光器和光检测器的数据链路。为了传送信息,数据链将模拟电子信号(如电话通话或摄像机输出的信号)转换成激光数字脉冲。这些激光数字脉冲信号通过光纤传输到另一个数据链路,在那里光检测器将它们转换成电子信号。
应用范围
医生是最早领略到光纤用途的人群之一。他们使用的内窥镜能够在不切开人体的情况下窥视人体内部。内窥镜是一种窄小而灵活的管子,可以插入口腔和喉咙等开口器官。里面有能发光的光纤,把内脏的照片发出去。这些管子还可以容纳微小的外科手术器械,并携带**或气体进出身体。
虽然也经常加入少量的其他化学物质,但光纤主要是由二氧化硅(SiO2)(像沙子、石英、燧石一样的结晶混合物)制成的。在纯氧(O2)气流中的液态四氯化硅(SiCl4)是目前广泛使用的气相沉积法中硅的主要来源(步骤1中解释)。其他的化合物,如四氯化锗(GeCl4)和三氯氧磷(POCl3),可用于生产具有特殊的光学性能的芯纤维和外壳或包层。
玻璃的纯度和化学成分对生产出的光纤品质影响很大,尤其影响光纤最重要的特性:能量传输的衰减度。现在研究的重点是开发尽可能高纯度的玻璃。玻璃中含有大量的氟化物,这是一种强腐蚀性的有毒气体混合物,因为它对几乎所有的可见光频率范围内都是透明的,所以这种气体混合物最有希望改善光纤的性能。因此玻璃对多模光纤特别有价值,因为多模光纤可以同时传输数百个不同的光波信号。
玻璃仍然是制造高质量光纤的最好材料,但是塑料光纤可以用含氟聚合物(如硅树脂)包层的丙烯酸纤维制成。虽然这些塑料光纤数据传输速度比不上玻璃制光纤,但是新型的塑料光纤是由全氟聚合物(一种具有碳氟烯和碳碳键的聚合物)制成的,可用于许多高速应用,比玻璃纤维更柔韧。适合的就是最好的,材料是否最好取决于应用在什么场所。