1-2   物理學對人類生活的影響
X射線
真空技術電晶體、 半導體光電雷射光光纖超導體、量子電腦核能發電

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光纖是一種細如頭髮的玻璃纖維,相當柔軟,可彎曲。利用光纖,以光波的方式來傳輸訊號,是1970年代以後所發展出的新一代通訊技術。

常見的光纖維是將純度極高的石英(SiO2)熔融後抽絲製成圓柱體,其直徑約為125微米,含有內外兩層--纖芯和包層。當光以適當角度從光纖端面射入後,會在纖芯和包層的界面間來回反射,結果光被限制在纖芯內部,沿著光纖的長度方向傳播前進,如圖所示。

圖片說明:由於纖芯的折射率較包層大,從光纖端面射入的光,如果入射方向和中心軸之間的角度小於某特定角,則當光進抵纖芯和包層界面時,會發生全反射,因此光被限制在纖芯內部傳播。
       

右圖照片,生動地展現了光纖的特性。把數十根光纖底端齊平緊束在一起,從底部以燈光照明,則上方光纖的頂端將可見到許多光點透出,狀似繁星點點,在節慶時常作為裝飾用。

光纖的應用始於1950年代的末期,用於製作醫療診病用的內視鏡(endoscope)。它實際上是一根柔軟的管子,管內有兩條光纜,每條光纜是由數十根光纖維束結而成。其中一條光纜用於導引入射光,另一條則將彩色影像直接傳出。內視鏡可經由口、鼻等處,深入體內診視患病的部位,是非常有用的醫療儀器。

1966年,英國科學家首先研究以光的訊號來進行遠程通訊。1970年,美國康寧玻璃公司製出了合乎通訊要求的高品質光纖維,有很高的透光率。加上同一時期發展出的體積細小的二極體雷射和發光二極體,提供了穩定的光源,終於啟動了通訊技術的革命。

光纖通訊比起傳統的有線通訊(即利用銅線電纜,以電磁波的方式來傳送訊號),擁有許多後者所無法企及的優點:

1.通訊容量大。不但可大為增加普通電話的使用容量,還可用於傳送影像訊號或電視節目。

2.有利於長距離通訊。因光訊號在光纖上的傳輸能量損失很低,可以傳送數十公里或甚至上百公里後,才需要重新放大訊號。如果以銅線電纜傳送電訊號,則由於銅線上有電阻,電能損耗可觀,每隔四至六公里就需要放大訊號。因此光纖的利用,可使遠程通訊的成本大為降低。

3.不受電磁的干擾。光纖維是由石英玻璃製成,屬絕緣體,不受任何電磁的干擾,大為提高通訊的傳真度。

4.重量輕、體積小。以具有相同通訊容量的光纜和銅線電纜來作比較,光纜的重量僅為電纜的數百分之一,體積更是小得多。故光纜在儲存、運輸、和架設等方面,都遠較電纜方便。

由於光纖通訊系統具有上述諸多的優點,世界各國競相積極投入光纖通訊網路的建設,預期不久將全面取代舊有的銅線電纜。我國在1994年已完成臺灣本島的長途光纖通訊系統,並且鋪設了臺灣和馬祖、臺灣和澎湖,以及澎湖和金門之間的海底光纜系統。此外,我國也積極投資參與國際海底光纜系統的架設,並計畫於2010年前,實現電話用戶線路全面光纖化的目標。