光纤

光纤（Fiber Optics）是一种通过透明、柔韧的玻璃或塑料纤维传输光线的技术。这些纤维被称为光导纤维，可以将光线引导通过弯曲的路径。平行纤维束可用于照明和观察难以到达的地方。由高纯度玻璃制成的光导纤维能够将光线传输很长距离，从几英寸或几厘米到超过100英里（160公里），且衰减很小。包含此类纤维的电缆用于某些类型的通信系统。一些单根纤维比人发还细，直径小于0.00015英寸（0.004毫米）。

光纤是基于被称为全内反射的光学现象。在最简单的光纤形式中，从一端进入光纤的光线撞击光纤的边界并向内反射。光线以一系列锯齿形反射穿过光纤，直到从光纤的另一端射出。其他形式的光纤设计使得光的锯齿形传播大大减少或几乎消除。

当今大多数光纤由至少两部分组成：传输光线的纤芯，以及围绕纤芯并有助于防止光线从纤芯泄漏的保护层（玻璃或塑料）。包层会将撞击其内表面的光线向内弯曲或反射。光纤另一端由探测器接收光线，例如光敏设备或人眼。

光纤束可以是相干的或非相干的。在相干光纤束中，纤维排列整齐，因此可以传输图像和照明。在非相干光纤束中，纤维没有以任何特定方式排列，只能传输照明。光纤有两种基本类型：单模光纤和多模光纤。单模光纤设计用于传输作为载波的单束光线，并用于长距离高速信号传输。它们的纤芯比多模光纤小得多，并且只沿光纤轴线接收光线。微型激光器将光线直接送入光纤。

低损耗连接器可用于在系统内连接光纤而不会减弱光信号。此类连接器还将光纤连接到探测器。多模光纤设计用于承载多束光线。与单模光纤相比，它们具有更大的纤芯直径，并可以从各种角度接收光线。多模光纤使用更多类型的光源和比单模光纤更便宜的连接器。它们主要用于短距离通信。

光纤的用途众多。在医学领域，光纤使医生能够通过微小切口观察和操作体内，而无需进行手术。它们用于内窥镜——用于观察体内中空器官内部的仪器。大多数内窥镜有两组光纤：一个提供光的非相干光纤外环，以及一个传输图像的相干内束。内窥镜可设计用于观察特定区域。例如，医生使用关节镜检查膝盖、肩膀和其他关节。在某些型号中，第三组光纤传输用于止血或烧灼病变组织的激光束。可以使用光纤测量体温。它们还可以插入血管中，以快速、准确地分析血液化学。

在科学研究和制造中，光纤设备将光线传输到危险区域、真空室和机器内部的密闭空间。一些仪器使用光纤线圈作为传感设备；由压力、温度或其他条件变化引起的光纤变化，会导致通过光纤传输的光的特性发生可测量的变化。光纤用于在工业中测量温度、压力、加速度和电压。

光纤通信系统具有许多优点，使其比使用传统铜缆的系统更高效。它们具有更大的信息承载能力，不受电干扰影响，并且比铜缆系统需要更少的放大器。作为通信系统的一部分，光纤通常以光信号（通常是闪光）的形式传输信息。信号由光纤一端的小型半导体激光器或发光二极管（LED）产生，并由另一端的光敏设备检测。光纤电缆可以传输比同等尺寸的电缆更多的信息。光纤电缆的一个主要应用是连接电话交换局。许多通信公司已在各大洲和海洋下铺设了大型光纤电缆网络，以在全球范围内提供信息。

光纤的首次研究是在19世纪后期进行的，但实际发展直到20世纪50年代初才开始。20世纪60年代初激光的引入以及1970年首批高纯度玻璃光纤的生产，推动了光纤的发展。光纤的商业应用，尤其是在通信系统中，在20世纪80年代迅速发展。