高錕
光是一種電磁波
電磁波以頻率或波長為特徵
無線電波 Radio Wave
微波 Microwave 可穿透大氣層,太空通訊用
AM 訊息的頻率必須小於載波的頻率
光波的頻率極大,可以承載較多的訊息。
然而光的傳輸非常容易散失。 Total Internal Reflection 全反射可以使散失降到很小!
改變折射率在光纖中的分布: 散失依舊非常嚴重!
Attenuation An attenuation of about 20dB/km is needed for practical application. But why? What causes the loss?
技術問題永遠是千頭萬緒!
雜質阻礙了光在堅固的晶體中的進行!
Scattering 散射
散射粒子極稠密時,側方散射會抵消 均勻的球面波疊加後形成平面波
Rayleigh Scattering 雜質的散射
吸收 Absorption 電磁波的場對原子或分子施力,所吸收的能量除了散射亦可轉化為熱。所吸收與頻率關係大致與黑體輻射相近
共振吸收:波亦可對分子原子內部的結構施力形成Forced Oscillation,如果波的頻率與內部震盪體的自然頻率接近,就能形成共振,而大量吸收波的能量,轉化為熱。 例如紅外線可以被分子內原子的震盪吸收。
可見光的吸收則決定了介質的顏色 可見光頻率對應原子內電子的能階 例如紅色的蘋果即因果皮中的色素吸收了藍綠色光
高錕的計算顯示散射及吸收是光纖attenuation的主因,其餘如彎曲、等的損失極小。 理論計算的attenuation遠小於實際值,可見光纖中的雜質如果減少,attenuation可以降低至可行的範圍。 光纖在波長1.3μm及1.5μm效率最好,這個選擇沿用至今。紅外。
Fused Silica SiO2 Kao發現Silica所造的光纖Loss最小,但其熔點甚高,加工不易,一直到1970Corning公司才致造成功。
1956 大西洋海底電纜 TAT-1
First Communication Satelite ECHO1 1960 Telstar 1962