2019年，在上海國際會(huì)展中心舉行的第21屆中國國際工業(yè)博覽會(huì)上，“FAST用大芯數(shù)、超穩(wěn)定、彎曲可動(dòng)光纜”榮獲新材料專業(yè)獎(jiǎng)?？蓜?dòng)光纜究竟是什么，為什么能夠獲此殊榮？它與傳統(tǒng)意義上的光纖又有著怎樣的關(guān)系呢？

光纖、光纜的基礎(chǔ)知識(shí)

光纖的全稱為光導(dǎo)纖維，是一種用玻璃或塑料制成的纖維絲，可作為光傳導(dǎo)工具。光能夠在光纖中長距離傳播，主要是因?yàn)楣庠谄渲邪l(fā)生了全反射現(xiàn)象。

全反射現(xiàn)象是指光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)的時(shí)候，如果入射角增大至臨界角時(shí)，光就不會(huì)射出，而是反射回來繼續(xù)在光密介質(zhì)中傳播。

▲光纖傳傳導(dǎo)示意圖

從理論上來說，只需要一根獨(dú)立的玻璃絲就能夠?qū)崿F(xiàn)光纖的作用。相對(duì)于玻璃絲而言，外面的空氣就是光疏介質(zhì)，滿足發(fā)生光的全反射的前提條件。

但是，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，為了確保光纖的光傳導(dǎo)效果和安全性，它的結(jié)構(gòu)會(huì)更復(fù)雜，由最內(nèi)層的玻璃芯和外面一層折射率較低的包層，共同構(gòu)建出能夠發(fā)生光的全反射的基本環(huán)境。最外面還有一層薄薄的塑料外套，主要起保護(hù)作用。

光纖其實(shí)很細(xì)，根據(jù)功能的不同，中間玻璃芯的直徑在幾微米至二百微米左右。要知道，頭發(fā)的直徑一般也就60~70微米。

日常生活中，人們往往會(huì)把光纖和光纜混淆在一起，其實(shí)兩者之間是有差別的。光纖即便有保護(hù)層也依然十分脆弱。

為了確保它的安全，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，要在光纖外面加上各種包層，以預(yù)防水、火、電擊等外部環(huán)境的干擾，而將光纖外面的這些包層都加在一起后形成的是光纜。一般而言，光纜從外到內(nèi)的結(jié)構(gòu)模式為：纜皮、芳綸絲、緩沖層和光纖。

高琨與光纖通訊

光纖能夠以極小的能量損失，長距離傳導(dǎo)光。它的原料成本也十分便宜，這些優(yōu)勢(shì)讓光纖成為一種非常重要的信息傳輸通道。將信息疊加到光信號(hào)上，通過光纖傳輸出去，可以確保信號(hào)的高保真。

說到利用光纖進(jìn)行信息傳輸，不得不提及一個(gè)重要的人物，他是2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者，被稱為“光纖通訊之父”的華人科學(xué)家——高琨。

1957年，高錕開始從事光導(dǎo)纖維在通訊領(lǐng)域運(yùn)用的研究；

1964年，高錕提出在電話網(wǎng)絡(luò)中以光代替電流，以玻璃纖維代替導(dǎo)線的構(gòu)想；

1966年，高錕發(fā)表了題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》的論文，開創(chuàng)性地提出光導(dǎo)纖維在通信上應(yīng)用的基本原理，描述了長程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結(jié)構(gòu)和材料特性。

這個(gè)理論剛剛提出時(shí)，曾被一些人批評(píng)為“癡人說夢(mèng)”。在高錕的不懈努力下，1971年，世界上第一條1千米長的光纖成功問世，第一個(gè)光纖通訊系統(tǒng)于1981年啟用。此后，光纖通訊技術(shù)發(fā)展迅速，人類通訊的新時(shí)代也隨之到來。

48芯的超穩(wěn)定、彎曲可動(dòng)光纜

可動(dòng)光纜被稱為“中國天眼”的視神經(jīng)，在“中國天眼”的使用過程中，它的信號(hào)接收設(shè)備需要根據(jù)觀測(cè)的需要不斷改變位置，而接收設(shè)備接收到的信號(hào)，是通過光纜傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理系統(tǒng)的。

接收設(shè)備的位置不停變化，意味著光纜的長度要不斷改變，也就是說光纜在工作狀態(tài)中一直在運(yùn)動(dòng)，這就是可動(dòng)光纜的由來。

對(duì)FSAT來說，所用的光纜需要經(jīng)得住長時(shí)間的反復(fù)彎曲?？茖W(xué)家們做過計(jì)算，光纜的彎曲次數(shù)大概是每年13000次，而我國最高要求的軍用標(biāo)準(zhǔn)是每年2000次。同時(shí)，考慮到接收到的信號(hào)非常弱，傳輸過程中對(duì)信號(hào)損耗的要求非常嚴(yán)格。

綜合這些因素，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)所有的光纜中沒有任何一款產(chǎn)品能夠滿足FAST的使用需求。于是，工程技術(shù)人員和高校、企業(yè)合作，用整整四年的時(shí)間攻克了相關(guān)的技術(shù)難題，成功研制出了一種48芯的超穩(wěn)定、彎曲可動(dòng)光纜，突破了10萬次彎曲疲勞壽命的限制，刷新了世界紀(jì)錄。

同時(shí)，該光纜在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的信號(hào)損耗，比我國軍用標(biāo)準(zhǔn)的要求減少75%。2015年，這種為了FAST需要而研制的新型高品質(zhì)光纜開始在市場(chǎng)上推廣，填補(bǔ)了我國在相關(guān)技術(shù)方面的空白。

該成果將光纜的靜態(tài)使用推向運(yùn)動(dòng)應(yīng)用這個(gè)全新領(lǐng)域，帶動(dòng)了整個(gè)光通信產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，為國家重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提供了有力支持。