有趣問題–光纖怎樣傳遞訊息?
文﹕郭綺珊   

當光線的入射角大於臨界角時,便會發生全內反射
圖一  當光線的入射角大於臨界角時,便會發生全內反射。
 
光纖的切面
圖二  光纖的切面。
 
光線在光纖中被全內反射
圖三  光線在光纖中被全內反射。
 

光纖是甚麼?它怎樣傳遞訊息?

現在資訊科技一日千里,互聯網十分流行,我想很多同學也是利用寬頻網絡來觀看這網頁吧。能夠令訊息的傳遞快而準,光纖技術的發展是重要一環。究竟光纖是什麼?它又怎樣傳遞訊息呢?

我們先從一種常見的光學現象說起。當光線從折射率較大的介質 1 (光密介質) 入射到折射率較小的介質 2 (光疏介質) 時,經過折射後的光線會偏離法線。光線的入射角越大,出射光線會偏離越遠。直到入射角等於臨界角 (),光線會沿介面出射。如果光線的入射角大於臨界角,光線便會根據反射定律,完全折返介質1。這種現象叫做全內反射 (圖一)。

簡單的光纖是由光密介質作中心,光疏介質作外層組成纖幼的導管,介質的原料通常是玻璃或膠 (圖二)。用光束照射光纖的一端,它便會在光纖中傳播,當遇到中心和外層的介面時,它會發生全內反射,折返中心部份。雖然光以直線進行,但即使光纖彎曲,光線也會繼續沿光纖的方向傳播 (圖三)。光纖的應用範圍很廣,除了作通訊用途外,還可以用來製造內窺鏡等醫療器材、光纖感應器或光纖裝飾等。

現代的光纖通訊是用光線的強弱變化,代表不同的訊息。將帶有訊息的光束入射光纖的一端,光纖便會引導光束傳播到另一端的接收器。只要有轉換器將光訊號還原,便可得回原本的訊息。因為光在玻璃纖維傳播的耗損少,所以訊息可傳播很長的距離而不需設中途轉駁站。而且數微米粗幼 (比頭髮還幼) 的光纖已能傳送每秒數以千萬計的脈衝,較使用銅線通訊優勝得多,所以逐漸替代銅線成為主要的通訊媒介。