光纤有何神奇之处,让奥巴马惊叹全世界都欠“光纤之父”一个大人情

时间:2022-03-12作者:佚名

大家好,我是中国电科二十三所光纤激光研发中心的邢美术。

高锟先生与光纤

开始演讲前,我想先为大家介绍一个人——高锟博士,2009年诺贝尔物理学奖的获得者。半个世纪之前,他发明了光纤通信,极大地改变了全人类的通讯方式。

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“光纤之父”高锟先生

光纤是光导纤维的简称,是一种由玻璃或者塑料制成的纤维,标准直径只有250微米,和头发丝差不多,利用光的全反射原理传输信息。

一般来说,光纤由三部分组成:纤芯、包层和涂覆层。纤芯由高度透明材料制成,用来传输光信号;包层的折射率略低于纤芯,与纤芯构成全反射,可以束缚光信号;涂覆层用来增强光纤的柔韧性,起到保护光纤的作用。

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光纤由三部分组成

光纤分为通信光纤和非通信光纤两种。通信光纤又可分为单模光纤和多模光纤;非通信光纤根据应用领域的不同,分为传感光纤、激光光纤、信号处理光纤……

奥巴马曾说过,高锟先生的光纤研究极大地改变了世界,促进了世界经济的发展,全世界都欠高坤先生一个大人情。

更令人敬佩的是,被称为“光纤之父”的高坤先生并没有为他的发明申请专利,因为他希望有一天全人类都能够利用光纤上网。如今他的愿望已经实现了:光纤已经走进了千家万户,走进了我们老百姓的日常生活。

制棒→拉丝→光纤

光纤是使用四氯化硅、四氯化锗等原材料制成的。对于一般的石英光纤来说,标准的制作工序有两个:制棒和拉丝。这两个工序直接决定了光纤的机械强度、寿命等各个参数。

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光纤的制作:制棒→拉丝→光纤

制棒就是把四氯化硅等原材料制成和芯棒具有相同折射率的预制棒。目前通用的制棒方法有四种,都是基于气象沉积法,根据烧制方式不同又分为管内法和管外法,各有优缺点,我们一般采用组合工艺。

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制造光纤预制棒的四种方法

制棒过程中,四氯化硅和四氯化锗发生氧化反应,生成二氧化硅和二氧化锗,同时排出有毒的氯气。

拉丝的工序也很简单,有点像河南拉面。拉面是把一个面棒棒拉成细细的拉面,光纤则是把烧成的预制棒加热熔融拉锥以后拉成细细的光纤。拉丝时,我们要用树脂材料把光纤快速包裹起来,形成保护。

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光纤拉丝

小玻璃棒大用处

从本质上来说,光纤就是一根细细的玻璃棒。下面结合两个具体产品,我来为大家详细介绍一下光纤的应用。

第一个产品是碳密封涂覆光纤,圈内一般叫它黑光纤,因为标准的光纤是没有颜色的,这个却是黑乎乎的。

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碳密封涂覆光纤

黑光纤其实就是在光纤包层外又加了一层碳密封涂覆,填充包层里一些固有的结构缺陷,这样在恶劣环境中使用时,会降低环境因素对光纤的损伤。这种光纤可用于海洋探测、石油探测或是有高可靠性、高寿命使用要求的特殊环境。

第二个产品是一个双包层掺镱光纤。

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双包层掺镱光纤

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