文/韦中燊 

（图源：ouka17.com）

 光纤、光缆的基础知识 

光纤的全称为光导纤维，是一种用玻璃或塑料制成的纤维丝，可作为光传导工具。光能够在光纤中长距离传播，主要是因为光在其中发生了全反射现象。

全反射现象是指光从光密介质射入光疏介质的时候，如果入射角增大至临界角时，光就不会射出，而是反射回来继续在光密介质中传播。

▲光纤传传导示意图（图源：eefocus.com）

从理论上来说，只需要一根独立的玻璃丝就能够实现光纤的作用。相对于玻璃丝而言，外面的空气就是光疏介质，满足发生光的全反射的前提条件。

但是，在实际的工业生产中，为了确保光纤的光传导效果和安全性，它的结构会更复杂，由最内层的玻璃芯和外面一层折射率较低的包层，共同构建出能够发生光的全反射的基本环境。最外面还有一层薄薄的塑料外套，主要起保护作用。

光纤其实很细，根据功能的不同，中间玻璃芯的直径在几微米至二百微米左右。要知道，头发的直径一般也就60~70微米。

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日常生活中，人们往往会把光纤和光缆混淆在一起，其实两者之间是有差别的。光纤即便有保护层也依然十分脆弱。

为了确保它的安全，在实际应用的过程中，要在光纤外面加上各种包层，以预防水、火、电击等外部环境的干扰，而将光纤外面的这些包层都加在一起后形成的是光缆。一般而言，光缆从外到内的结构模式为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。

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 高琨与光纤通讯 

光纤能够以极小的能量损失，长距离传导光。它的原料成本也十分便宜，这些优势让光纤成为一种非常重要的信息传输通道。将信息叠加到光信号上，通过光纤传输出去，可以确保信号的高保真。

说到利用光纤进行信息传输，不得不提及一个重要的人物，他是2009年诺贝尔物理学奖的获得者，被称为“光纤通讯之父”的华人科学家——高琨。

• 1957年，高锟开始从事光导纤维在通讯领域运用的研究；
• 1964年，高锟提出在电话网络中以光代替电流，以玻璃纤维代替导线的构想；
• 1966年，高锟发表了题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理，描述了长程及高信息量光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性。

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这个理论刚刚提出时，曾被一些人批评为“痴人说梦”。在高锟的不懈努力下，1971年，世界上第一条1千米长的光纤成功问世，第一个光纤通讯系统于1981年启用。此后，光纤通讯技术发展迅速，人类通讯的新时代也随之到来。

 48芯的超稳定、弯曲可动光缆 

可动光缆被称为“中国天眼”的视神经，在“中国天眼”的使用过程中，它的信号接收设备需要根据观测的需要不断改变位置，而接收设备接收到的信号，是通过光缆传输到地面数据处理系统的。

接收设备的位置不停变化，意味着光缆的长度要不断改变，也就是说光缆在工作状态中一直在运动，这就是可动光缆的由来。

对FSAT来说，所用的光缆需要经得住长时间的反复弯曲。科学家们做过计算，光缆的弯曲次数大概是每年13000次，而我国最高要求的军用标准是每年2000次。同时，考虑到接收到的信号非常弱，传输过程中对信号损耗的要求非常严格。

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综合这些因素，科学家们发现，当时所有的光缆中没有任何一款产品能够满足FAST的使用需求。于是，工程技术人员和高校、企业合作，用整整四年的时间攻克了相关的技术难题，成功研制出了一种48芯的超稳定、弯曲可动光缆，突破了10万次弯曲疲劳寿命的限制，刷新了世界纪录。

同时，该光缆在运动状态下的信号损耗，比我国军用标准的要求减少75%。2015年，这种为了FAST需要而研制的新型高品质光缆开始在市场上推广，填补了我国在相关技术方面的空白。

该成果将光缆的静态使用推向运动应用这个全新领域，带动了整个光通信产业链的发展，为国家重大科学基础设施的建设提供了有力支持。

原标题：“中国天眼”的视神经——可动光缆

（来源：“科学媒介中心”微信公众号）

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