光子學與光電

光纖(optical fiber)

光纖是一條髮絲般細的超純玻璃線,它輸送光的方式就像銅線輸送電。它的訣竅在於:纖核外包覆著折射率略低的纖殼,以淺角度射向交界的光會因「全內反射」被完全彈回核內,於是從一端送入的脈衝便在核中來回反彈、可傳行數公里而不外漏——這是一條給光子走的管子。由於它以光(而非電子)載送資訊,單一條光纖能承載遠超任何電纜的資料量,且完全不受電性雜訊干擾。

現代長途光纖清澈得驚人:在 1550 奈米波長下,光束每公里僅損失約 0.2 dB,意味著光可傳行約 80 公里才需放大——這用銅線辦不到。藉由把數十種雷射色光並排堆疊(分波多工,WDM),單一條光纖即能輕鬆承載每秒數兆位元。整個網際網路的跨洲流量,都跑在躺於海床上、每條都比一根義大利麵還細的光纖束上。

全內反射引導光線前進

單模光纖(纖核約 9 µm)只走一條光路、傳輸距離最長;多模光纖(纖核約 50 µm)較便宜、好對接,但其眾多光路會使脈衝展寬,因此只適合建築物內的短距離傳輸。

又称
fibre optic光纖