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

光纖、光纜的基礎知識

光纖的全稱為光導纖維，是一種用玻璃或塑料制成的纖維絲，可作為光傳導工具。光能夠在光纖中長距離傳播，主要是因為光在其中發(fā)生了全反射現象。

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

▲光纖傳傳導示意圖

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

但是，在實際的工業(yè)生產中，為了確保光纖的光傳導效果和安全性，它的結構會更復雜，由最內層的玻璃芯和外面一層折射率較低的包層，共同構建出能夠發(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，主要起保護作用。

光纖其實很細，根據功能的不同，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，人們往往會把光纖和光纜混淆在一起，其實兩者之間是有差別的。光纖即便有保護層也依然十分脆弱。

為了確保它的安全，在實際應用的過程中，要在光纖外面加上各種包層，以預防水、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，光纜從外到內的結構模式為：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，長距離傳導光。它的原料成本也十分便宜，這些優(yōu)勢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上，通過光纖傳輸出去，可以確保信號的高保真。

說到利用光纖進行信息傳輸，不得不提及一個重要的人物，他是2009年諾貝爾物理學獎的獲得者，被稱為“光纖通訊之父”的華人科學家——高琨。

1957年，高錕開始從事光導纖維在通訊領域運用的研究；

1964年，高錕提出在電話網絡中以光代替電流，以玻璃纖維代替導線的構想；

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

這個理論剛剛提出時，曾被一些人批評為“癡人說夢”。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，第一個光纖通訊系統于1981年啟用。此后，光纖通訊技術發(fā)展迅速，人類通訊的新時代也隨之到來。

48芯的超穩(wěn)定、彎曲可動光纜

可動光纜被稱為“中國天眼”的視神經，在“中國天眼”的使用過程中，它的信號接收設備需要根據觀測的需要不斷改變位置，而接收設備接收到的信號，是通過光纜傳輸到地面數據處理系統的。

接收設備的位置不停變化，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)中一直在運動，這就是可動光纜的由來。

對FSAT來說，所用的光纜需要經得住長時間的反復彎曲?？茖W家們做過計算，光纜的彎曲次數大概是每年13000次，而我國最高要求的軍用標準是每年2000次。同時，考慮到接收到的信號非常弱，傳輸過程中對信號損耗的要求非常嚴格。

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

同時，該光纜在運動狀態(tài)下的信號損耗，比我國軍用標準的要求減少75%。2015年，這種為了FAST需要而研制的新型高品質光纜開始在市場上推廣，填補了我國在相關技術方面的空白。

該成果將光纜的靜態(tài)使用推向運動應用這個全新領域，帶動了整個光通信產業(yè)鏈的發(fā)展，為國家重大科學基礎設施的建設提供了有力支持。