光纖是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導(dǎo)工具。光導(dǎo)纖維由兩層折射率不同的玻璃組成。內(nèi)層為光內(nèi)芯，直徑在幾微米至幾十微米，外層的直徑為零點幾毫米。一般內(nèi)芯玻璃的折射率比外層玻璃大1%。根據(jù)光的折射和全反射原理，當光線射到內(nèi)芯和外層界面的角度大于產(chǎn)生全反射的臨界角時，光線透不過界面，全部反射。通常，光纖一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo)的損耗低得多，所以光纖通常被用作長距離的信息傳遞。

原理初探：丁達爾效應(yīng)

1869年，丁達爾發(fā)現(xiàn)，若令一束匯聚的光通過溶膠，則從側(cè)面可以看到一個發(fā)光的圓錐體，這就是丁達爾效應(yīng)。

具體而言，在光的傳播過程中，光線照射到粒子時，如果粒子大于入射光波長很多倍，則發(fā)生光的反射;如果粒子小于入射光波長，則發(fā)生光的散射，這時觀察到的是光波環(huán)繞微粒而向其四周放射的光，稱為散射光或乳光。丁達爾效應(yīng)就是光的散射現(xiàn)象或稱乳光現(xiàn)象。由于溶液粒子直徑一般不超過1 nm，膠體粒子介于溶液中溶質(zhì)粒子和濁液粒子之間，其直徑在1～100 nm，小于可見光波長，因此，當可見光透過膠體時會產(chǎn)生明顯的散射作用。而對于真溶液，雖然分子或離子更小，但因散射光的強度隨散射粒子體積的減小而明顯減弱，因此，真溶液對光的散射作用很微弱。此外，散射光的強度還隨分散體系中粒子濃度增大而增強。而光纖的發(fā)明，正是基于對丁達爾效應(yīng)的應(yīng)用。

理論的提出與實現(xiàn)

光纖的發(fā)明者高錕1933年11月4日出生在江蘇省金山縣，中學(xué)畢業(yè)后，考入香港大學(xué)。但由于當時港大沒有電機工程系，他遠赴英國東倫敦伍爾維奇理工學(xué)院就讀。1957年，他從伍爾維奇理工學(xué)院電子工程專業(yè)畢業(yè)。

1957年，在英國倫敦大學(xué)攻讀電機工程博士學(xué)位的高錕進入國際電話電報公司，在其英國子公司——標準電話與電纜有限公司任工程師。1960年，他進入ITT設(shè)于英國的歐洲中央研究機構(gòu)——標準電信實驗有限公司，在那里工作了十年，其職位從研究科學(xué)家升至研究經(jīng)理。正是在這段時期，高錕教授成為光纖通訊領(lǐng)域的先驅(qū)。從1957年開始，高錕即從事光導(dǎo)纖維在通訊領(lǐng)域運用的研究。

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。

1966年，高錕就取得了光纖物理學(xué)上的突破性成果，在PIEE 雜志上發(fā)表論文《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實現(xiàn)光通信的可能性，并預(yù)言了制造通信用的超低耗光纖的可能性。高錕指出，以一條比頭發(fā)絲還要細的光纖代替體積龐大的千百萬條銅線，可用以傳送容量幾近無限的信息，他計算出如何使光在光導(dǎo)纖維中進行遠距離傳輸，然而，在這一設(shè)想剛剛發(fā)表的當時，卻被人笑稱為“癡人說夢”。

1970年，美國康寧公司三名科研人員馬瑞爾、卡普隆、凱克用改進型化學(xué)相沉積法成功研制出成傳輸損耗只有20dB/km的低損耗石英光纖，高錕的設(shè)想得到了驗證。

1970到1974年高錕教授在香港中文大學(xué)擔任電子學(xué)系教授及講座教授，1974年又返回ITT工作。當時，光纖領(lǐng)域進入前生產(chǎn)階段。他在位于美國弗吉尼亞州勞諾克的光電產(chǎn)品部擔任主任科學(xué)家，后擢升為工程主任。

1987年10月，高錕從英國回到香港，并出任香港中文大學(xué)第三任校長，并于1996年當選為中國科學(xué)院外籍院士。此外，他擔任香港高科橋集團有限公司主席兼行政總裁，并致力于開發(fā)電信與信息。