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深度解讀

在光纖發(fā)展的關鍵時刻,來自醫(yī)學界的需求改變了它幾乎停滯的命運

激光制造網(wǎng) 來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客2024-10-08 我要評論(0 )   

光纖通信徹底改變了人們的生活方式,但它的發(fā)展并非坦途無阻,早期人們一度認為光纖通信是不可能的。在少數(shù)人的堅持下,并恰逢醫(yī)療和激光發(fā)展,看起來似乎互不相關的因...

光纖通信徹底改變了人們的生活方式,但它的發(fā)展并非坦途無阻,早期人們一度認為光纖通信是不可能的。在少數(shù)人的堅持下,并恰逢醫(yī)療和激光發(fā)展,看起來似乎互不相關的因素結(jié)合在一起,才使光纖行業(yè)獲得了發(fā)展機遇。而在具體技術上,理解玻璃中雜質(zhì)和缺陷的作用是其成功的關鍵之一。

撰文 | 彼得·湯森(Peter Townsend)

翻譯 | 趙倩

在過去 70 年中,英國最大的土方工程項目不是修建通往法國的英吉利海峽隧道,而是在全國街道上鋪設光纖。光纖通信已經(jīng)徹底改變了我們的生活與休閑方式,它并沒有提高電視節(jié)目的質(zhì)量,但它確實帶來了一場生活方式的革命。這些設想背后的科學理論早已確立,盡管許多領先的通信行業(yè)曾普遍認為用光纖進行遠程通信是不現(xiàn)實的,但如今這些設想都已變成了現(xiàn)實。

能否克服技術上的困難,這在很大程度上取決于我們?nèi)绾卫斫獠Aе须s質(zhì)和缺陷的作用,以及如何設計光源和探測器,從而使光信號攜帶信息。人們之所以認為光纖無法應用于通信,其原因主要與光纖的歷史背景和科學有關,同時我也必須強調(diào),光纖通信之所以能夠成功,是因為極少數(shù)人的專注研究,再加上恰逢醫(yī)療和激光發(fā)展的好時機。這些看上去互不相關的因素結(jié)合在一起,才使光纖行業(yè)獲得了發(fā)展的機遇。我非常欣賞杰夫·赫克特(Jeff Hecht)1999 年出版的《光之城》(City of Light)一書中有關科學進步與相關人物魅力的精彩評論。

發(fā)送遠距離光信號并非創(chuàng)新想法。在過去幾千年的歷史中,許多國家都曾使用過這種方法。入侵英國的羅馬人會在鋪設道路時點燃烽火,在遠處就能看到要在哪里修建一條筆直的道路。后來的英國人似乎忽視了這種特殊的信息傳輸技能,直到一千年后才在鐵路和高速公路建設中再次運用。在古代中國和羅馬,以及后來的文明中,人們都會點燃高處的烽火來發(fā)送入侵者攻擊的信號。

通過控制煙霧噴射量來傳遞信號,以及通過日光反射信號器反射太陽光來傳遞信號,都可以將信息發(fā)送出去。在梵蒂岡的選舉中,仍會用彩色煙霧來傳遞選舉的進展情況。光信號傳輸方法能夠傳遞更大量的信息,它通過間斷的脈沖進行編碼,這正是現(xiàn)代二進制數(shù)字信號傳輸方法,數(shù)字信號只有 0和 1 兩種。它是現(xiàn)代光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇。雖然概念可能是相同的,但使用日光反射信號器時,脈沖頻率為每分鐘幾次,使用光纖時,脈沖頻率提高至每秒 10 億次以上。對光纖進行的部分改進在于,可以用多種不同顏色的光發(fā)送信號,波長選擇性編碼意味著在一根光纖上可以有 100 個不同顏色編碼的通道。

通過日光反射信號器反射太陽光可以在數(shù)英里內(nèi)被別人看到,但它們有一個缺點,那就是依賴直線視野(而且只能在天氣晴朗的白天進行)。為了對其進行改進,并使光學傳輸達到通過電線傳輸電信號的便利性,需要三個基本組件。一是定向強脈沖光源,二是引導光線繞過拐角的系統(tǒng),三是靈敏的探測器。光纖兩端都需要用信號處理設備對信息進行編碼和解碼。這些都是巨大的挑戰(zhàn),只有具備上述所有條件,從信號編碼到解碼的速度才能提高。

圖1 光可以在一塊玻璃或光纖內(nèi)彈跳。如果與光的波長相比,光纖的纖芯較大,則有多個可行的彈跳角度,稱為模,寫為 m=0、m=1、m=2 等。此處為了顯示效果而夸大了角度。對于通信光纖,高折射率纖芯往往非常小,因此實際上光只能以一種模式沿光纖直線傳播。

裸露的光纖表面會出現(xiàn)污垢和劃痕等問題,因此解決辦法是使用折射率較低的另一種玻璃包裹。這在光纖系統(tǒng)中非常重要。聽起來似乎只是一個平平無奇的想法,學校里的理科學生都可以在沒讀過現(xiàn)代文獻的情況下想出這個解決辦法。但事實上,即使是頂尖科學家也有不完美之處,他們并未及早發(fā)現(xiàn)這個問題,也沒有想到加保護性玻璃覆層這一簡單的解決方案,這不僅阻礙了光纖的發(fā)展,還意味著一些主要的工業(yè)實驗室放棄了這項研究。

醫(yī)學需要促進玻璃纖維制造

我們現(xiàn)在制造的光纖長達幾十千米或幾百千米,但僅僅在 50 年前,我們還只能制造長度為幾米的光纖。從技術上講,即使是中等長度的光纖,其制造難度也很大。如果那些又短又薄且具有柔韌性的玻璃棒毫無用武之地,人們對光纖系統(tǒng)的熱情很快就會消失殆盡。幸運的是,醫(yī)學界在這方面給予了巨大的鼓勵,因為醫(yī)生不僅希望檢查患者身體表層的狀況,也希望檢查其內(nèi)部器官。在醫(yī)生首次嘗試窺視臟器(如胃)內(nèi)部時,采用的是類似于吞劍的方式,通過口腔將一根管子和光源插入患者體內(nèi)。使用直徑較大的硬管來獲取內(nèi)部圖像,往往會造成災難性的后果,許多患者在這個過程中受傷或死亡。因此死亡的病患比吞劍者還要多。令人驚訝的是,醫(yī)生們一直沒有放棄,因為在那個年代,即使這種方法存在明顯的醫(yī)療問題,醫(yī)生們也找不出其他外科方法幫助他們進行診斷。

人們需要一種直徑小且能彎曲的內(nèi)窺鏡,許多研究者投入相關研究,試圖攻克這個難題,既嘗試用更加柔韌的管子和一系列透鏡來傳輸圖像,也使用玻璃纖維束。加上這些器材以后,透鏡系統(tǒng)變得非常笨重,且直徑大得驚人。在一根管子中使用直徑半英寸(1 英寸 =2.54 厘米)的玻璃透鏡系統(tǒng)來檢查前列腺問題,這光景聽起來比病情更糟糕。玻璃纖維束更加柔韌,直徑稍小。如果纖維可以光學分離,那么每根纖維只從一個觀察點發(fā)送信號。比如說,50 根纖維可以提供 50 個點的圖像,與現(xiàn)代幾百萬像素的相機相比,這樣的成像效果極其糟糕,但它的確在硬管和透鏡方面做出了改進。

先驅(qū)們意識到,他們不僅需要非常透明的玻璃來傳輸光,還需要添加包層材料,將光限制在纖維內(nèi),并且避免玻璃纖維/玻璃棒相互碰觸時出現(xiàn)光泄漏。如果人們用手觸摸過玻璃,光損耗會非常嚴重,因為手指上的油脂會導致玻璃表面發(fā)生散射。最初,人們發(fā)現(xiàn),在玻璃表面涂一層金屬似乎是一個限制光線的好方法,但隨著光線多次彈跳,即使從胃部反射回玻璃棒中,大部分光線也會損耗,金屬鏡面在每次反射時都會損耗 15%的信號。對只有 10 次反射的短纖維來說,光的強度會降低 80% 以上(只剩下 20%)。

后來人們開始嘗試使用塑料外層而不是金屬鏡面。這些塑料涂層比金屬的吸收率低,但其結(jié)合的牢固度較低,且一些廢棄物會滯留在玻璃與塑料的交界面上,導致信號大量散射和損失。第一次真正的成功是使用非常干凈且經(jīng)過打磨和火焰拋光的玻璃棒。將其插入同樣干凈且經(jīng)過打磨的低折射率玻璃管中。對這一套裝置進行加熱、軟化,然后將其拉成一根玻璃棒,最后得到一段半柔性的“纖維”,它可以將光線限制在玻璃內(nèi)芯中。將許多光纖的一端對齊,固定成一個光纖束,以此來傳輸圖像信息。這些設備非常受歡迎,因此形成了一個巨大的醫(yī)療市場,使人們對光纖的熱情始終不減。

醫(yī)學界和公眾所使用的語言并非全然相同。使用光纖來檢查身體內(nèi)部不需要手術,因此這個過程被委婉地描述為“非侵入式”。但經(jīng)歷過這種檢查的朋友則用截然不同的詞(這里不便引用)來描述。非侵入式檢查也經(jīng)常會引發(fā)感染,這可能是因為纖維系統(tǒng)很難進行徹底消毒。

巧妙的制造方法

最初嘗試以纖維的形式制造可控超薄玻璃絲,可能是因為 19 世紀需要用非常薄的玻璃纖維來制造電氣測量儀器的扭絲。其中一種儀器是非常靈敏的鏡式電流計,用來測量微小的電流。安裝在系統(tǒng)上的反射鏡可以使光束偏轉(zhuǎn),從而使線圈通電后引發(fā)的扭轉(zhuǎn)變得更加明顯。一種可以用于懸掛反光鏡的“線”是玻璃纖維。盡管熟練的玻璃工匠可以制造長度短、直徑大的玻璃纖維,但直徑會隨長度而變化,而且這種方法不易重復。真正的技術進步出現(xiàn)在 1887 年,當時查爾斯·弗農(nóng)·博伊斯(Charles Vernon Boys)設計了一把微型弓弩,將一根加熱的玻璃棒放在弩上。發(fā)射這支玻璃弓箭,形成了一條細長的熔融玻璃,冷卻成為均勻而堅固的玻璃纖維。從機械上來說,這種玻璃纖維比相同直徑的鋼更加堅固。它比手工拉制的玻璃纖維更細、更透明,即使長度達到數(shù)米以上,直徑也幾乎不變。這支弓弩的射程只有幾十米,但它使人們意識到了玻璃纖維的一些性質(zhì),并對其加以測量。光纖因此得以在實驗室內(nèi)變?yōu)楝F(xiàn)實。

靈敏的鏡式電流計是跨大西洋海底電纜系統(tǒng)的重要組成部分,用于檢測摩爾斯電碼信號的電脈沖?,F(xiàn)在我們已經(jīng)看到,衍生技術完全掩蓋并取代了原來的系統(tǒng)。

更長的光纖

到了 20 世紀 60 年代,內(nèi)窺鏡檢查的主要難題是對光纖包層,從而防止傳輸信號丟失。后來人們逐漸認識到,可以制造一種精密控制的光纖,纖芯具有較高的折射率,用來傳輸光線,同時外部包層的折射率低于纖芯的折射率。包層使光纖更堅固,防止表面與水蒸氣發(fā)生反應,更重要的是,當光纖彎曲時,光不會逃逸。

使用光纖進行遠程信號傳輸?shù)目赡苄匀匀辉獾酱蠖鄶?shù)美國大公司的完全否定。部分原因在于現(xiàn)有的光纖性能太差,但與此同時,這些公司正致力于信號塔之間的微波和無線電鏈路。他們認為可以在鋪設于地下的金屬管道內(nèi)建造微波系統(tǒng)。由于戰(zhàn)時需要以及軍方對雷達的興趣,人們對微波已有充分的了解,并建造了微波源和探測器。微波本身的問題是:(1)金屬波導會造成極高的損耗,因此信號強度會衰減;(2)信號不能在急轉(zhuǎn)彎處彎曲。為了解決這些問題,人們需要在許多階段進行檢測,放大信號或采用其他方式,每隔幾百米對信號進行重復和增強。微波波導對失真、熱效應和天氣條件也很敏感,這些因素會影響傳輸微波信號的管道內(nèi)的空氣(和水蒸氣)。從現(xiàn)在的角度來看,我們可能會感到奇怪,這種方法有這么多明顯的問題,為何當時的人們依然對它熱情高昂,堅定不移,并投入大量資金。

早期光纖中的光損耗與散射

最初幾乎沒有科學家認真研究與光纖相關的問題,更不可能相信光纖可以遠距離傳輸信號。最顯著的問題是,那個時期的玻璃纖維會非常迅速地降低信號強度,而且當時人們也不清楚如何制作長纖維并將它們連接在一起。人們認為,接頭的制作極其困難。的確如此,現(xiàn)代光纖的直徑幾乎與人的發(fā)絲直徑不相上下,傳輸信號的纖芯只有發(fā)絲直徑的十分之一。電話工程師有時需在惡劣的天氣下在室外進行維修,要精準對齊這樣的兩塊玻璃纖芯,并且誤差要低于 1%,似乎是不可能的。如今,這項任務依然不容易,只不過有了更加可靠和常規(guī)的方法。

引導光通過光纖,這個想法很簡單,但在 1960 年,在人們能夠制造出的第一類光纖中,光的吸收和散射會造成非常嚴重的損耗。即使使用質(zhì)量最好的玻璃材料,每一米纖維都會導致信號強度降低 50%。對實驗室演示來說,這是一種進步,但即使使用 10 米光纖在房間內(nèi)進行通信,從光纖中射出的光也比輸入光弱 1000 倍。當時還沒有能夠制造數(shù)千米光纖的技術,但這無關緊要,因為光在玻璃中大量損耗,根本無法傳輸信號??偟膩碚f,人們需要一種光吸收能力是窗玻璃的 100 萬分之一的材料。

通過窗玻璃也能看到光損耗現(xiàn)象,從玻璃較薄的方向(厚度為幾毫米)進行觀察,我們可能會認為,出現(xiàn)損耗僅僅是因為灰塵和表面反射。玻璃的折射率為 1.5,可見光在玻璃與空氣界面的反射損失約為 4%(因此,在沒有光吸收的情況下,約 92% 的可見光可以透過玻璃)。如前文所述,如果我們從邊緣觀察一片窗玻璃,會發(fā)現(xiàn)它的透明度明顯降低,且略微呈現(xiàn)出綠色(因為玻璃中含有鐵雜質(zhì))。反射損失并未增加,但即使玻璃的長度只有十幾厘米,我們也能看到光吸收效應。對于信號傳輸所需的數(shù)千米光纖,這意味著信號會遭到破壞。

比窗玻璃(由多種金屬氧化物組成的硅酸鹽)更透明的材料是純二氧化硅(SiO2)。但人們最初拒絕用它制作任何纖維材料,因為它雖然是可用的最透明的材料,折射率卻非常低(約為 1.46)。人們尚未想到如何將它制作成纖芯,因為它需要一個折射率更低的玻璃包層。此外,許多實驗主義者面臨的一個限制是,要將一塊接近熔化的硅棒拉成硅纖維,需要非常高的溫度。二氧化硅的熔點是 1713 攝氏度左右。1960 年,能夠?qū)崿F(xiàn)這種溫度的熔爐和坩堝材料較為罕見,相對簡單的加熱方法是使用氫氧焊炬。

不幸的是,當時的玻璃行業(yè)尚不了解限制玻璃傳輸?shù)囊蛩赜心男驗槿藗儾]有解決這個問題的需要。人們認為玻璃會吸收一定的光,這是因為制造玻璃的沙子中存在雜質(zhì),例如鐵或其他金屬,這一點沒錯。然而,二氧化硅等材料的一個優(yōu)點在于,它只有一種簡單的組成成分,即二氧化硅。這意味著它的成分或密度不太可能發(fā)生顯著的變化,也就是說,不會出現(xiàn)散射位點。

散射與光的波長有關,這一點非常直觀。在光學上,散射強度與波長的四次方成反比,因此波長為 400 納米(即 400×10-9 米)的藍光的散射強度是紅光(波長 700 納米)的 9.4 倍。藍光和紅光在散射強度上的差異符合我們所熟悉的日?,F(xiàn)象,也解釋了為什么天空是藍色的。直射的陽光混合了太陽發(fā)出的所有輻射波,朝太陽的方向望去,可以看到強烈的、沒有散射的黃光和紅光。但從其他方向看到的光都已經(jīng)過多次散射。由于波長較短的藍光散射強度大于紅光,因此天空的其余部分都是藍色。

在長波光(波長大于能透過二氧化硅的波長)下,二氧化硅是透明的,散射程度較低,這也促進了對重金屬氟化物玻璃的研究。人們投入大量精力來制造各種名為 ZBLAN 的材料。ZBLAN 玻璃是鋯、鋇、鑭、鋁和鈉等氟化物組成的復雜混合物。雖然它們對長波光的吸收確實比二氧化硅好,但由于密度/成分不均勻而導致光散射,從而造成嚴重的損耗。對這種復雜材料進行研究,目的不是在接近 1.5 微米的波長下操作,而是移動到更長的波長下進行操作,例如 10 微米,這將使原本的散射損耗降低約 250 倍。事實上,ZBLAN 的成分變化很大,而且易碎,所以我們一直使用二氧化硅。

利用雜質(zhì)取得進步

當時的現(xiàn)實與我們現(xiàn)在的認識截然不同,并且在 20 世紀 60 年代,人們關注的是如何制造和使用最透明的材料。為了減少光的吸收,必然需要清除金屬和水等雜質(zhì)。備選的最佳透明材料是二氧化硅,但正如前文所說,它的熔點極高,且折射率低于所有玻璃。解決這個問題的重點是去除所有雜質(zhì),然后再考慮后續(xù)的熔化和包層問題。這是一種明智的方法,因為它可以讓我們看到材料透明度的提高。更重要的是,即使成功的可能性有限,它也有可能吸引一定水平的研究資金和支持。與以往一樣,雜質(zhì)有兩種形式,有利的雜質(zhì)與有害的雜質(zhì)。這些有害雜質(zhì)會吸收光,但如果只關注它們,就會忽視其他雜質(zhì)的好處。

玻璃制造商在硅酸鹽玻璃中摻雜大量其他氧化物(如硼、鈉、鈣等,以降低熔點或充當穩(wěn)定劑以制造非脆性玻璃)或鉛(以提高折射率)。這些都是眾所周知的事實,因此對二氧化硅纖維也可以采用類似的方法。令人驚訝的是,人們并沒有立即接受這一點。并非所有標準的玻璃摻雜劑都能與光纖用途兼容。例如,對于現(xiàn)代光纖所傳送的紅外線(波長 1.54 微米),硼會產(chǎn)生光吸收,但它適用于早期所傳輸?shù)募t色激光信號(波長接近 800 納米,即 0.8 微米)。

由于數(shù)值范圍非常大,圖2顯示了光纖中衰減損耗的模式。最低損耗值出現(xiàn)在波長接近 1.5 微米的位置,此時曲線出現(xiàn)最低波谷。早期的光纖只傳輸波長接近 1.3 微米的光,這受限于當時的光源和探測器選擇,這個波段的光損耗也出現(xiàn)了一個波谷?,F(xiàn)代材料比這里使用的示例更加透明。兩個波谷之間出現(xiàn)吸收波峰,源于纖維中殘余水的作用。圖上的曲線變化很明顯,但我們需要記住,影響因素是雜質(zhì)(比如水),它可能只占玻璃的百萬分之幾。即使在損耗最大的波長下,它仍然是一種非常透明的玻璃,但我們要研究每千米的損失,而不僅僅是窗玻璃的厚度。

圖2 光纖中衰減損耗的模式

二氧化硅中的硅可以用其他四價元素替代,例如鈦或鍺。較重的原子帶有更多電子,這些電子會與光產(chǎn)生更多相互作用,從而使光的傳播速度變慢,并提高折射率。一家美國公司早期生產(chǎn)的玻璃纖維中包含了一些鈦,以提高玻璃的折射率。然而,用鍺離子代替部分硅離子,尺寸更合適,離子鍵更匹配。鍺也提高了折射率。因此,以鍺硅酸鹽玻璃作為纖芯,以純二氧化硅作為包層,這樣的光纖能夠滿足高折射率纖芯與低折射率包層的需要。我們認為鍺是一種有益的摻雜劑,而非有害的雜質(zhì)。

同樣,熔點問題可以通過添加低熔點材料來解決。這些材料的化學性質(zhì)可能與四價硅不同,因此未必能完全滿足所有化學鍵。如果使用三價鋁,則有必要再添加其他材料進行補償,比如磷等五價材料,從而糾正材料中的電子態(tài)(也就是說,5 和 3 的平均值為 4,這與硅原子的共價鍵相匹配)。如果結(jié)合過程中出現(xiàn)錯誤,可能導致玻璃變色與光吸收。其中的具體細節(jié)可能有所不同,但這個例子說明了降低鍺硅酸鹽玻璃熔點的原理。

去除導致光吸收的水與金屬雜質(zhì)至關重要。我們需要認識到的關鍵事實是,只要不影響在應用中所需要的玻璃性質(zhì),就可以添加大量雜質(zhì)。如今光纖中的“有害”雜質(zhì)已被降至十億分之一,這是宣傳炒作和營銷中所用的數(shù)字。對于為提高折射率而加入的大量鍺或為調(diào)節(jié)熔化溫度而加入的鈉、鋁或氟等只字不提。如果光纖中有光放大器和激光器,還需添加其他雜質(zhì)(比如鉺)。

雖然前沿科學可以描述長距離透明光纖的結(jié)構(gòu),但在限制與困難方面的細節(jié)和要求也在迅速升級。例如,纖芯和包層的折射率非常相近,例如 1.48(纖芯)和 1.46(包層)。較大的纖芯更容易導致信號激光耦合,但直徑越大,產(chǎn)生的光學模式就越多,從而產(chǎn)生不同的傳輸速度,因為光的彈跳會增加路徑長度并降低信號速度。對于脈沖編碼信號,較大的纖芯直徑會限制可用的脈沖速率。因此,解決方案的目標是縮小纖芯和使折射率在邊界處呈階梯變化。

光纖科學中的缺陷小結(jié)

對缺陷的作用進行總結(jié),我們可以發(fā)現(xiàn),在光纖材料的發(fā)展過程中,需要將玻璃的透明度提高至少 100 萬倍。從很大程度上來說,這意味著要清除玻璃中的許多金屬和水蒸氣,這些金屬和水蒸氣都會吸收被傳輸?shù)墓?,并造成光的衰減。同時,添加其他雜質(zhì)(有用的雜質(zhì),即摻雜劑)可以控制折射率、熔點和拉伸溫度,也有助于形成抗拉強度大的玻璃。

許多知名人士和實業(yè)家未能理解光纖通信的潛力,對超前的技術和已牢固確立的技術存在嚴重偏見,資金不足,企業(yè)競爭,企業(yè)破產(chǎn)和極具破壞性的專利訴訟(參見杰夫·赫克特的《光之城》一書),上述這些都導致了一系列完全不同的社會缺陷。盡管我從事的是學術研究,但深入了解企業(yè)競爭、蓄意打壓競爭對手、偏見和明顯缺乏智慧的決策,也給予我極大的啟發(fā)。這些問題當然也存在于學術界,但在平常的文獻或科研教學中很少提及。對此我能得出的最積極的結(jié)論是,如果有足夠多的人具有遠見、魅力、銷售技巧,并且勤奮工作,雖然需要付出巨大的努力,但終究會取得進步。

為了證明如何從缺陷中獲益,我會引用一個最近發(fā)生的光纖傳輸?shù)睦?。當被掩埋的光纜發(fā)生變形時,例如由于重型車輛通過,地震、滑坡或地面撞擊所造成的地面震顫,微小的光纖也會發(fā)生彎曲,致使光線向光源的方向折回,從而導致部分信號損失。顯然,這個缺陷會干擾光通信。

然而,由于對通信容量的需求不斷提高,光纖經(jīng)常被淘汰和替換。但被淘汰的光纖系統(tǒng)仍會被保留。人們意識到,這些信號反射可以用來定位地殼活動。例如,一名地質(zhì)學研究生塞萊斯特·拉貝茲(Celeste Labedz)發(fā)現(xiàn)了阿拉斯加光纖中的“噪聲”,由此檢測到一些冰川地震。拉貝茲并不是在阿拉斯加裝設一個局部的地震傳感器,而是利用光纖增設了多個傳感器。此外,人們還利用光纖繪制海底斷層帶和地震圖,收集有關大地震和火山爆發(fā)的預測信息。

作者簡介

彼得·湯森(Peter Townsend),蘇塞克斯大學物理學榮譽教授。他曾在9個國家工作,橫跨學術界和工業(yè)界,涉及專業(yè)領域包括固體物理缺陷、離子注入、發(fā)光、玻璃、光電子學、癌癥檢測等。他發(fā)表了550多篇研究文章和8本書,并擁有馬德里自治大學和保加利亞科學院的榮譽博士學位。

本文經(jīng)授權(quán)摘自《缺陷之美 : 自然、科技與生存之鑰》(中國科學技術出版社,2024年5月版)第七章《光纖通信》,有刪改。


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