12 为什么网络连接要用光纤？

我们现在的互联网连接，用到了一个非常普遍的技术，叫光纤，光纤的形态，其实就是透明软材料做的长圆柱体。光信号在光纤里传播，达到传播信息的效果。但有一个问题，光纤明明是透明的，光从一头射进去，为什么不会从侧面跑出来呢？为什么不管光纤怎么绕弯，都可以做到让光从一端射入，从另外一端射出呢？

光纤的原理叫光的全反射。首先要理解光的折射现象：光在两种不同的透明介质中传播，如果光不是垂直于介质的交界面的话，就会发生折射现象。比如，一根筷子放在水里，看上去就好像折了一个角度，这就是光的折射。

如果光斜着从空气里射入水中，通过入射点做一条垂直于交界面的直线，这条线我们叫它“光轴”，光入射的方向跟光轴有个角度叫α角，光经过折射射进水中的方向跟光轴也有一个角度叫β角，这两个角满足这样一种规律，如果光是从折射率小的介质射入折射率大的介质，则β<α，反之，则β>α。空气的折射率比水的折射率小，所以光如果是从空气进入水，则α>β。

假设我们现在让一条光线从折射率大的介质射入折射率小的介质，这种情况下α<β。现在我们调整入射的角度，也就是让α不断增大，相应的β也会不断增大，但是当α大到一定程度，折射角β就会变成90度，这时由于α<β，则α角必然没有90度，如果这个时候继续增大入射角α，折射角β就无法比90度更大了，因此就没有折射光线了。根据能量守恒定律，光就会全部反射回入射介质当中，且反射角等于入射角，这就是全反射现象。

光纤是透明圆柱体，材料主要是石英玻璃，它中心的折射率要比边缘的折射率大，只要把光的入射角控制在一定范围内，所有的光信号传播到光纤里面的时候，就会一路发生全反射，不会从光纤里面跑出去。这样的话，光信号就能在光纤里面传播了，这就是光纤的原理，叫全反射。

光纤技术可谓全面地影响了人类的通信手段，华人物理学家高锟也是因为对光纤孜孜不倦的研究而获得了2009年诺贝尔物理学奖。起初高锟在研究如何让光纤实用化的时候，主流学界纷纷表示不看好，但是光纤到今天已经变得如此普及，这让我们看到有时候一个人的坚持远胜过大多数人的放弃。