光纖是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光導(dǎo)纖維由兩層折射率不同的玻璃組成。內(nèi)層為光內(nèi)芯，直徑在幾微米至幾十微米，外層的直徑為零點(diǎn)幾毫米。一般內(nèi)芯玻璃的折射率比外層玻璃大1%。根據(jù)光的折射和全反射原理，當(dāng)光線射到內(nèi)芯和外層界面的角度大于產(chǎn)生全反射的臨界角時(shí)，光線透不過界面，全部反射。通常，光纖一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，所以光纖通常被用作長距離的信息傳遞。

原理初探：丁達(dá)爾效應(yīng)

1869年，丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)，若令一束匯聚的光通過溶膠，則從側(cè)面可以看到一個(gè)發(fā)光的圓錐體，這就是丁達(dá)爾效應(yīng)。

具體而言，在光的傳播過程中，光線照射到粒子時(shí)，如果粒子大于入射光波長很多倍，則發(fā)生光的反射;如果粒子小于入射光波長，則發(fā)生光的散射，這時(shí)觀察到的是光波環(huán)繞微粒而向其四周放射的光，稱為散射光或乳光。丁達(dá)爾效應(yīng)就是光的散射現(xiàn)象或稱乳光現(xiàn)象。由于溶液粒子直徑一般不超過1 nm，膠體粒子介于溶液中溶質(zhì)粒子和濁液粒子之間，其直徑在1～100 nm，小于可見光波長，因此，當(dāng)可見光透過膠體時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的散射作用。而對(duì)于真溶液，雖然分子或離子更小，但因散射光的強(qiáng)度隨散射粒子體積的減小而明顯減弱，因此，真溶液對(duì)光的散射作用很微弱。此外，散射光的強(qiáng)度還隨分散體系中粒子濃度增大而增強(qiáng)。而光纖的發(fā)明，正是基于對(duì)丁達(dá)爾效應(yīng)的應(yīng)用。

理論的提出與實(shí)現(xiàn)

光纖的發(fā)明者高錕1933年11月4日出生在江蘇省金山縣，中學(xué)畢業(yè)后，考入香港大學(xué)。但由于當(dāng)時(shí)港大沒有電機(jī)工程系，他遠(yuǎn)赴英國東倫敦伍爾維奇理工學(xué)院就讀。1957年，他從伍爾維奇理工學(xué)院電子工程專業(yè)畢業(yè)。

1957年，在英國倫敦大學(xué)攻讀電機(jī)工程博士學(xué)位的高錕進(jìn)入國際電話電報(bào)公司，在其英國子公司——標(biāo)準(zhǔn)電話與電纜有限公司任工程師。1960年，他進(jìn)入ITT設(shè)于英國的歐洲中央研究機(jī)構(gòu)——標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)有限公司，在那里工作了十年，其職位從研究科學(xué)家升至研究經(jīng)理。正是在這段時(shí)期，高錕教授成為光纖通訊領(lǐng)域的先驅(qū)。從1957年開始，高錕即從事光導(dǎo)纖維在通訊領(lǐng)域運(yùn)用的研究。

1964年，高錕提出在電話網(wǎng)絡(luò)中以光代替電流，以玻璃纖維代替導(dǎo)線。

1966年，高錕就取得了光纖物理學(xué)上的突破性成果，在PIEE 雜志上發(fā)表論文《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實(shí)現(xiàn)光通信的可能性，并預(yù)言了制造通信用的超低耗光纖的可能性。高錕指出，以一條比頭發(fā)絲還要細(xì)的光纖代替體積龐大的千百萬條銅線，可用以傳送容量幾近無限的信息，他計(jì)算出如何使光在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，然而，在這一設(shè)想剛剛發(fā)表的當(dāng)時(shí)，卻被人笑稱為“癡人說夢”。

1970年，美國康寧公司三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克用改進(jìn)型化學(xué)相沉積法成功研制出成傳輸損耗只有20dB/km的低損耗石英光纖，高錕的設(shè)想得到了驗(yàn)證。

1970到1974年高錕教授在香港中文大學(xué)擔(dān)任電子學(xué)系教授及講座教授，1974年又返回ITT工作。當(dāng)時(shí)，光纖領(lǐng)域進(jìn)入前生產(chǎn)階段。他在位于美國弗吉尼亞州勞諾克的光電產(chǎn)品部擔(dān)任主任科學(xué)家，后擢升為工程主任。

1987年10月，高錕從英國回到香港，并出任香港中文大學(xué)第三任校長，并于1996年當(dāng)選為中國科學(xué)院外籍院士。此外，他擔(dān)任香港高科橋集團(tuán)有限公司主席兼行政總裁，并致力于開發(fā)電信與信息。