师：同学们好，今天我们一起来学习人教版物理九年级第21章第四节《越来越宽的信息之路》第二课时。上节课我们学到了微波通信，来看这个图，它展示了微波分为米波、分米波、厘米波和毫米波。我想问问同学们，这个图还能给你带来什么信息呢？
生：老师，我发现微波的波长是里面最短的，但是它的频率是最高的。我们上节课学过，电磁波的频率越高，所能传递的信息越多，信息量越大。
师：回答得非常好。这位同学说的就是微波的一个特点，微波具有频率高、传递信息量大的优点。如果把微波放回到电磁波的波谱图当中，会发现它处在这样一个位置。老师不禁疑惑，电磁波波谱图的右边还有红外线、可见光等等，它们的频率都比微波高，那它们也可以用来通信吗？眼见为实，不如我们直接来看一下视频。
（播放视频）
师：这里我们看到光的亮度会随音乐发生节奏的变化，并且用手挡住扩音器，挡住光线的传播，声音会马上消失。对于其他颜色的光，例如绿光、蓝光等等，也可以进行光信号的传播。其实这里的红、绿、蓝光三种颜色的光与无线电波一样，都同属于电磁波，都能用来传递信息，这里利用它们来传递声信号。
其实从古至今，光通信早已应用在人类生活中。早在西周时期，人们便有了关于烽火台的记录。人们在边防、军事要塞或交通要冲的高处设立高台，利用火光和烟雾传递军情。到了现代，光通信以红绿灯的形式为人们所熟知。无论是烽火台还是交通信号灯，它们都是光通信的不同形式，有一个共同特点，都是利用大气来传播可见光，由人眼来接收，这种光通信被称为视觉光通信。这些原始通信手段由于方便可靠，至今仍然广泛应用于我们的生活。
烽火狼烟作为经典的空间光通信模型，也有它的弊端。我们一起来看看它的通信过程，三个主要节点是信号加载、信号传播以及信号接收。烽火作为一种通信方式，能表达的信息量很少，它本身只能加载一个二进制数0或者1，也就是燃烧或者没有燃烧，信号的更新频率很慢，传播距离也有限，需要大量的中间信号基站。并且任何一个问题都可能导致通信误码，它的接收方式还比较原始，需要人一直值守，传播时间有很多浪费在中间基站的加载信号，也就是点火环节。所以随着时代的发展，光通信有了新的变化。要说真正现代光通信的发展，得从1960年说起。美国科学家梅曼发明了第一个红宝石激光器，解决了光源问题，人类也逐步揭开了光通信的神秘面纱。
再到1966年，华裔科学家高锟发表论文，他预测当光纤的衰耗低于20dB每千米时，光纤长距离通信即可成功，而当时的光纤衰耗为1000dB每千米。他对当时科学界的普遍认识，也就是光在玻璃中会有很大衰减，无法应用于长距离通信场景不以为然。为此他做了严谨的科学论述，这为后来光通信的发展带来了革命性的影响。2009年，高锟因其在光纤通信领域的卓越表现获得了诺贝尔物理学奖，也被称为“光纤通信之父”。我们一起来看一看当时高锟在光纤方面所做出的成就。
师：光纤天天用，你知道是谁发明的吗？1960年，高锟在英国国际电话电报公司任工程师。那时，高锟就提出了一个异想天开的新设想，探寻如何用光波来传送信息。他认为用光波传送的信息量可以比微波的传送量增加1万倍。这个设想的关键是要有足够透明的导体来完成传送光波的任务，所以他的首要任务就是找到适合传送光波的导体。
为了寻找那种没有杂质的纯净玻璃，高锟颇费了一番周折。他去过许多玻璃工厂，向不同的材料专家请教，但专家们都说，就当时的科学技术而言，这几乎是不可能做到的。就在人们的争议声中，高锟的设想逐步变成了现实。经过一番周折，高锟终于找到制造光纤的原料——一种含在石头里的石英，并说动了一家玻璃生产公司。这家公司在高锟的指导下，成功研制出世界上第一根光导纤维。1966年7月，高锟发表《光频率介质纤维表面波导》一文，证明用石英基玻璃纤维可长距离传递信息，震惊了当时的科学界。
高锟的研究结论无异于给大家开辟了一条新的发展道路，引领了当时光纤通信研究的热潮。那么光纤是怎么做到光在内部传输，进而达到通信目的的呢？我们一起来看一看。
1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理。他做了个简单的实验，在装满水的木桶上钻个孔，让水从小孔中流出来，然后用灯从桶上边把水照亮。令观众大吃一惊的是，水流弯曲，光线也弯曲，光居然随着水的变形而变形。
后来人们发现，光还能顺着弯曲的玻璃棒前进，这是为什么呢？难道光不再直线传播了吗？其实这正是光的全反射现象。当光线从一种折射率高的介质A，比如水，射向另一种折射率低的介质B，比如空气时，就有一部分光进入介质B，而另一部分光则被反射回介质A。但是如果入射角不断增大，那么反射回介质A的光线就会不断增加，而折射进介质B的光线就不断减少。当入射角超过某一临界值时，入射的光线就被全部反射回介质A，丝毫也不会折射进介质B，这种现象就叫全反射。于是根据这一原理，人们研制了一种透明度非常高的玻璃，并用它制造了一种比头发还细的玻璃丝，这就是玻璃纤维。当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就会不断发生全反射，从而沿着弯曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能用来传输光线，所以它被称为光导纤维，简称光纤。
我们发现，携带信息的激光射入光纤内发生全反射，因此才会沿着光纤传播，并且光纤对材料结构有着很高的要求。光纤是由纤芯、内包层、外包层构成的。纤芯的基本材料是高纯度石英玻璃，也就是二氧化硅。纤芯是只有头发粗细的1/10的细丝，高纯度石英玻璃丝对光信号的损耗低，而光损耗越低，光信号传输的质量越高，传输的距离也就越远。内包层的光折射率要求比纤芯的光折射率低，光纤芯的折射率略高于包层的折射率，这样可保证光信号主要限制在纤芯里进行传输。同时内包层外面还要再涂一种涂料，涂料可用硅酮或者丙烯酸酯，其作用是保护光纤不受外来的损害，用以增加光纤的机械强度。所以我们总结一下，光纤通信就是首先在发送端把需要发送的信息，如文件等转化为电信号，然后将其调制到激光器发射的激光束上，使光的强度随电信号的幅度、频率变化而变化，并通过光纤发送出去。在接收端，检测器收到光信号后，再把它变成电信号，经解调后恢复到初始的信息。