你在刷劇的時(shí)候，其實(shí)是一束光在千里之外拼命“奔跑”，咱們動(dòng)動(dòng)手指發(fā)個(gè)視頻、打個(gè)電話，背后可能有無數(shù)道看不見的光，在比頭發(fā)絲還細(xì)的玻璃管里飛奔數(shù)千公里。

別看那根細(xì)細(xì)的線不起眼，它可是現(xiàn)代信息社會(huì)的“高速公路”，全球95%以上的國際數(shù)據(jù)都是靠它傳輸?shù)??？蓡栴}是，光不就是光嗎？它怎么就能把你說的話原封不動(dòng)地送到千里之外的朋友耳朵里？

要搞明白光纖怎么傳信息，得先知道它是個(gè)啥結(jié)構(gòu)，光纖說白了就是一根極細(xì)的玻璃絲，通常直徑在125微米左右，比咱們的頭發(fā)絲還細(xì)一點(diǎn)。但它不是實(shí)心的，而是分兩層：中間叫“纖芯”，外面包著一層叫“包層”。

這兩層玻璃的材質(zhì)略有不同，關(guān)鍵就在于它們對(duì)光的折射率不一樣。纖芯的折射率高，包層的低，這就形成了一個(gè)天然的“光導(dǎo)管道”。

當(dāng)一束光從一端射進(jìn)去，只要角度合適，它就會(huì)在纖芯和包層的交界處不斷反射，像蛇一樣貼著內(nèi)壁往前竄，根本出不去。這種現(xiàn)象叫“全反射”，是光學(xué)里的基本原理，早在19世紀(jì)就被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了。

正因?yàn)橛辛巳瓷?，光才能在幾萬公里長的光纖里跑而不漏，哪怕繞地球好幾圈，信號(hào)還是穩(wěn)穩(wěn)的。你可能會(huì)問，那光不是直的嗎，彎的線也能走？

沒錯(cuò)，光纖是可以彎曲的，只要?jiǎng)e折得太狠，光照樣能拐著彎前進(jìn)。所以你家路由器那根小線，哪怕是盤成一團(tuán)，也不影響它傳數(shù)據(jù)。

那光是怎么“帶話”的呢？這里就得說說信息是怎么“坐上”光的。咱們平時(shí)說話、發(fā)語音、看視頻，本質(zhì)上都是數(shù)字信號(hào)，也就是一堆0和1組成的代碼。這些代碼并不會(huì)直接變成聲音或畫面?zhèn)鬟^去，而是先被轉(zhuǎn)換成光的“開關(guān)”動(dòng)作。

比如，發(fā)一個(gè)“1”，就讓光源亮一下；發(fā)一個(gè)“0”，就讓它滅一下。這個(gè)過程叫“調(diào)制”，用的光源通常是激光器，因?yàn)樗l(fā)出的光又純又穩(wěn)定，方向性好，適合長途奔襲。

你在手機(jī)上打出“在嗎”，這幾個(gè)字會(huì)被拆解成二進(jìn)制碼，比如01000110 01101111，然后電信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光器，按這個(gè)節(jié)奏一閃一滅，光脈沖就這么出發(fā)了。

到了另一頭，有個(gè)叫“光電探測器”的設(shè)備等著，它能感知這些光的明暗變化，再把它們還原成電信號(hào)，最后變回“在嗎”這兩個(gè)字。

整個(gè)過程快到什么程度？一秒鐘能閃上百億次，也就是說，一部高清電影，幾秒鐘就能傳完。這可不是吹牛，根據(jù)國際電信聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在主流的光纖系統(tǒng)單通道速率已經(jīng)能做到800Gbps以上，商用骨干網(wǎng)總?cè)萘可踔镣黄泼棵霂资甌bps。

你以為光在光纖里就是一路暢通？其實(shí)它也會(huì)“累”，也會(huì)“迷路”。雖然全反射很高效，但光在玻璃里跑久了，能量還是會(huì)慢慢損耗，這叫“衰減”。

另外光脈沖跑著跑著可能會(huì)變寬，兩個(gè)脈沖挨得太近就容易混在一起，收端分不清哪個(gè)是哪個(gè)，這叫“色散”。

為了解決這些問題，工程師們想了不少招。比如在長距離傳輸時(shí)，每隔五六十公里就加一個(gè)“中繼器”或者“光放大器”，給信號(hào)提提神，補(bǔ)補(bǔ)力氣。

最常用的是摻鉺光纖放大器，它不用把光變回電信號(hào)，直接在光域里把弱掉的光增強(qiáng)，效率特別高。還有就是用不同波長的光同時(shí)傳數(shù)據(jù)，就像一條高速路分成好多車道，每條車道跑一種顏色的光，互不干擾，這叫“波分復(fù)用”技術(shù)。

這樣一來，一根光纖里能同時(shí)跑上百路信號(hào)，總?cè)萘坎洳渫蠞q。中國在這一塊兒走得挺靠前，像中國電信、華為這些單位參與制定的國際標(biāo)準(zhǔn)里，早就實(shí)現(xiàn)了單光纖傳輸超過100Tbps的實(shí)驗(yàn)記錄，相當(dāng)于一秒鐘傳完上萬部高清電影。

光纖傳信息，靠的不是光有多亮，而是它能不能精準(zhǔn)地“聽話”。從信息編碼、激光發(fā)射、全反射傳導(dǎo)，到接收解碼，每一個(gè)環(huán)節(jié)都得嚴(yán)絲合縫。

而且這套系統(tǒng)還得扛得住風(fēng)吹日曬、海底高壓、電磁干擾，畢竟很多光纖是埋在地下或者鋪在大洋底下的。像連接亞洲和北美之間的跨太平洋海纜，動(dòng)輒上萬公里，中間不能出一點(diǎn)岔子。

正因如此，全球通信網(wǎng)絡(luò)才得以穩(wěn)定運(yùn)行，你才能隨時(shí)隨地刷短視頻、開視頻會(huì)議、玩在線游戲。可以說，沒有光纖，就沒有今天的數(shù)字經(jīng)濟(jì)，聊到這吧，下次接著聊。

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