光導纖維的奧秘

1、光導纖維的奧秘光導纖維的問世源于 19 世紀 70 年代的一次發(fā)現，當時，人們發(fā)現光線能沿著酒桶中冒出的細小酒流傳播。據此，20 世紀50 年代人們制造出了光學纖維，70年代以后制造了光導纖維?？墒悄阒绬幔纳a原料就是那漫山遍野、到處可尋的石英。自“光導纖維之父”高錕博士發(fā)表了一篇有關光波介質表面波導現象的論文以來，一次空前的通訊技術革命逐漸興起，光導纖維技術也從此發(fā)展和應用起來了。光導纖維技術光導纖維技術是一門研究和應用光導纖維傳遞光、信息和圖像的科學。目前，它的主要研究方向集中在信息的傳輸上。它在世界范圍內的大規(guī)模應用始于20世紀80年代。目前，光導纖維的研制已達到相當高的技術水平，

2、1 根外徑只有85毫米的光纜中可容納4000根光纖，其最低損耗在1.55微米波段已達每千米0.6分貝，這就相當于我們可以從海面上一眼看到海底的最深處。它的最大傳輸容量已相當于2.3萬路電話，或是每秒傳遞 2 億個文字，而生產一根1千米長的光導纖維需用 40 克的石英材料。光纖通信光纖的通信能力比傳統(tǒng)的銅絞線等導體提高了成千上萬倍，而且光纖可以在同一條通路上進行雙向傳輸。制造光纖的石英原料在自然界取之不盡、用之不竭，因此可以節(jié)省大量貴金屬資源。由激光器、光纖等器件組成的光纖通信系統(tǒng)，可以先把數據、文字、聲音和圖像等信息轉換為光信號，通過光纖高速傳送至目的地，然后再轉換成電的數字信號，最后還原成本

3、來的信息。光纖通信還有線路損耗低、傳送距離遠、保密性強、不怕閃電雷打和潮濕腐蝕等優(yōu)點，所以光纖理所當然地成為數字通信網中最理想的傳輸介質。光導技術的廣泛應用光導技術并不僅僅應用于通訊技術上，它在其他領域也身手不凡。在醫(yī)學上，利用光導纖維制成的內窺鏡可以導入心臟和腦室；利用光導纖維連接的激光手術刀也在臨床上用于切除肝、胃、腎等多種手術，這種手術具有很大的優(yōu)點，不需要進行血管縫扎；在信息導航上，運用光纖制造的導航陀螺儀，體積小，重量輕，精度高，造價低。新發(fā)展起來的光纖傳感技術，改變了傳統(tǒng)的靠變換各種物理量來傳感的方法，達到了更加快捷的程度，給人們提供了一種認識宏觀和微觀世界的新方法。特殊的光我們知

4、道，普通的光是由物質自發(fā)產生的，而鐳射光，又稱激光，是鐳受到刺激而產生的一種光。這種光窄而細長，能大大加強光的能量。鐳射激光與普通光就其本質來說，都是電磁波，它們的傳播速度都是每秒30 萬千米，但激光還有著自己獨特的物理性質：一是亮度極高。它比太陽表面的亮度高100億倍。二是方向性極好。方向性，就是指光的集中程度。激光器發(fā)出的激光照射到遠離地球 38 萬千米的月球上，它的光斑的直徑也只有23 千米。由于上述的物理特性，激光可以在千分之幾秒甚至更短的時間里，使一切難以熔化的物質熔解以至氣化；也可在百分之幾毫米的范圍內產生幾百萬度的高溫、幾百萬個大氣壓、每厘米幾千萬伏的強電場。激光的運用由于激光的

5、特性，它在很多領域得到了廣泛的應用。在工業(yè)上，激光可以用于加工各種硬、脆、韌的材料；可以打只有頭發(fā)絲1/10的微孔，進行高速、精密加工；可以進行切割、焊接處理等?，F在激光已成為一種高、精、尖的加工工具。在醫(yī)學上，使用激光手術刀，可以進行細微的手術，既不流血也無痛感；在軍事上，激光雷達可以精確地測量和跟蹤目標。激光武器具有很大的殺傷力，可以用來截擊敵人的飛機和導彈；激光還可以用于保密通訊，它可以同時傳送1000萬套電視節(jié)目和100億路電話；激光電視、激光計算機、激光核聚變等各種新的激光裝置用也在研制中。X光的奧秘陽光、燈光、火光都是人的肉眼可以看到的光，稱為可見光。另外，還有一些人眼看不到的光，

6、它們雖然不可見，但通過實驗能證明它們確實存在，而且具有光的本性。X射線就是其中的一種，通常人們也稱它為X光。X光是一種波長比紫外線更短的光，只有可見波長的 1/10000，它是不可見光。X光的顯像原理不同波長的光穿透物體的本領是不同的，可見光只能穿透玻璃、水晶、酒精、煤油等透明體，X 光卻能穿透紙張、木材、人體和纖維組織等不透明的物體，并能留下圖像。為什么用X光透視人體，會在熒屏上顯出骨頭的黑影呢？原來X光透過各種物體的本領并不一樣。對于由較輕原子組成的物質，像肌肉等，X 光透過時好像可見光穿過透明體一樣，很少有所減弱。對于由較重原子組成的物質，像鐵和鉛，X光就不能透過，幾乎全部被它“吸收”了

7、。骨骼對X光的吸收比肌肉大150倍，因此在透視人體時，在熒光屏上就留下了骨骼的黑影。電的奧秘我們生活的這個世界到處充滿了電。電究竟是什么呢？要真正弄清楚電的本質，就得深入到原子里去看一看。原子是非常小的東西，1億個原子排起隊來才有1厘米長。在原子里有一個原子核，還有一個或更多的電子。原子核帶正電，電子帶負電。電子嚴格地按自己的軌道圍繞原子核旋轉。電子比原子更小，直徑只有原子的五萬分之一。一個電子所帶的電是極其微小的，只有一百億億分之一庫侖（庫侖是計算電量的單位）。但它們集體運動起來，力量就大得驚人。一只電爐如果耗用了1 安培的電流，那就是說，在 1 秒鐘內，有 630億億個電子流過了電爐絲。摩

8、擦起電現象任何兩個物體摩擦，都可以起電。18 世紀中期，美國科學家富蘭克林經過分析和研究，認為有兩種性質不同的電，叫作正電和負電。物體因摩擦而帶的電，不是正電就是負電?？茖W上規(guī)定：與用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電相同的，叫作正電；與用毛皮摩擦過的橡膠棒的電相同的，叫作負電。摩擦起電只是一種現象。在通常情況下，原子核帶的正電荷數跟核外電子帶的負電荷數相等，原子不顯電性，所以整個物體是中性的。電池的發(fā)明第一個電池是由意大利科學家亞歷山大·伏特在1800年發(fā)明的。伏特發(fā)現某些金屬和一種液體在一起可產生電力。他用浸過鹽水的紙夾在一塊銀片和一塊鋅片之間，做成“三明治”。當他用一條電線連接這兩片金

9、屬時，他發(fā)現有電流流過電線。因為這樣產生的電流很微弱，所以他做了一疊同樣的“三明治”。當他用一條電線把這一疊“三明治”的頂端和底部連在一起時，他看到一些電的火花。伏特所制作的這種電池被稱為伏特堆。電池如何產生電我們現在用的電池和伏特當初所制造的電池組，是運用相同的原理。電池的外殼都是由鋅制成 的；鋅的外面會再覆蓋一層塑料或鐵皮，以防止電池發(fā)生滲漏的情況。在電池里沒有銀片或銅片，而是在正中央有一根碳棒（很像粗的鉛筆芯）。在電池的小盒子里不是裝滿鹽水，因為鹽水會漏出來。電池里的碳棒和鋅制的外殼之間裝的是濃稠的糊狀化學物質。在電池里的化學物質會制造電。當電池里的電被取出時，電池里的化學物質也會慢慢用

10、光。最后，電池就無法再制造電了。有些電池（如汽車用的蓄電池）可以拿去充電，所以可以用得久一點。水力發(fā)電的奧秘我國是很早使用水力的國家，并且水源非常豐富。根據初步統(tǒng)計，僅僅一條長江，它的水力的潛在能力就大約等于美國水力資源的9 倍。所以，怎樣利用大小不同的水力資源，是值得我們努力研究的。用水力發(fā)電，除了必須維持一定的落差之外，還要具有相當的流量。因此，在每個水電站的上游，總是筑起攔河壩，修起蓄水庫，來積蓄水量，提高落差。水庫里大量的積水，經過輸水管的引導，會以很大的速度沖擊到水輪機上，推動水輪機和發(fā)電機旋轉。這和我自己用紙做的風車，插到空氣流通的窗口后會迅速旋轉的道理完全一樣。發(fā)電廠發(fā)電廠并不是

11、一個制造電的工廠，也不是一個儲存電的倉庫，它只起著“搬運”電的作用。電本來就存在于一切物體當中，并不是人工制造出來的東西。當我們把工廠、學校和住宅用電線跟發(fā)電站聯系起來的時候，這些部門就和威力強大的運電機器發(fā)電機聯接了起來。開動發(fā)電機，它就能源源不絕地向用戶送電，同時又隨時把電運回發(fā)電廠，正像人把茶桶里流出來的茶水，陸續(xù)倒回茶桶一樣。由于發(fā)電機不停地旋轉，電在用戶與電廠之間就能不停地循環(huán)流動。轉動渦輪機渦輪機是一種用水、蒸氣或氣體的力量轉動的輪子。這種輪子的長輪軸上有好幾百個金屬葉片。渦輪機被運用在發(fā)電廠，提供發(fā)電機轉動所需的能量。渦輪機也可用來使船只和潛水艇前進。目前世界上約有 2/3 的電

12、廠，都是用強有力的蒸汽射束使渦輪機的輪子轉動。而其余的發(fā)電廠大部分利用流水的力量來轉動渦輪機，提供水力發(fā)電。海浪發(fā)電近幾年里，人們開始利用洶涌澎湃的海浪來發(fā)電。這是一種安全可靠，不消耗燃料，不污染環(huán)境的發(fā)電方式。在一般的情況下，海浪可以產生每平方米2030噸的沖擊力。在風浪很大的時候，它可以把13噸重的巖石拋起20米的高度，把一塊170 噸的巖石翻轉起來，甚至把近2萬噸的巨輪推上岸去。利用波浪的能量來發(fā)電，在浪高2米，周期6秒的情況下，只要每秒 10 米的風速，1 千米長的海岸線，就可以發(fā)電6000千瓦。倘使風速達到每秒15 米，發(fā)電量就能提高到6 萬千瓦。你看，它能為燈塔、航標和民用照明提供

13、多少廉價的電力啊。磁鐵的奧秘磁鐵能夠吸住鐵、鎳、鈷等金屬，俗稱吸鐵石。一般可分為永久磁鐵，以及通電時才具備磁性的電磁鐵。磁鐵若制成棒狀或針狀并懸掛起來，會很自然地指向地球的南極和北極。如果把鐵屑撒在磁鐵上，鐵屑就會顯現出磁鐵的磁力，鐵屑會聚集在這股力量最強的地方，許多鐵屑會附著在磁鐵的末端。鐵屑顯示出了磁鐵吸力的分布情形。不同極的磁鐵會互相吸引；同極的磁鐵會互相排斥。磁鐵的用途磁鐵的用途很廣泛，利用電磁鐵，可以制成運送鋼鐵的起重機。電磁鐵通電后成為磁性強大的磁鐵，所以能吸住笨重的鋼鐵，放下鋼鐵時只要切斷電源即可。和大型磁鐵相比，指南針顯得既小又輕，磁性也弱了許多。指南針的作用不在于吸鐵，而在于

14、反映地球的磁力。任何磁鐵都有 N極和 S極。N極與 N極、S極與S極相遇時，會互相排斥；N 極與 S 極相遇時，則互相吸引。磁懸浮列車的奧秘盡管高速列車運行速度已達每小時200千米以上，但鐵路科學家并不滿足。由于傳統(tǒng)鐵路機車是通過輪子同鋼軌的黏著力而前進的，這種輪軌黏著式鐵路隨著機車車輛速度的提高，輪軌間的黏著力會逐漸減小。同時，列車運行所受阻力卻會逐漸加大。因此，車速最快也只能達到300千米小時。隨著超導材料的誕生，人們利用磁性具有同性相斥的特點，在車廂和軌道上裝上強大的磁體，讓它們處于互相排斥的狀態(tài)，從而將火車抬離軌道呈懸浮狀。這就是新型列車磁懸浮列車。磁懸浮列車的優(yōu)點磁懸浮列車有許多優(yōu)點

15、：列車在鐵軌上方懸浮運行，鐵軌與車輛不接觸，不但運行速度快，能超過 500 千米小時，而且運行平穩(wěn)、舒適，易于實現自動控制；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護；可節(jié)省建設經費；運營、維護和耗能費用低。它是 21 世紀理想的超級特別快車，世界各國都十分重視發(fā)展磁懸浮列車。目前，我國和日本、德國、英、美等國都在積極研究這種車。日本的超導磁懸浮列車已經過載人試驗，即將進入實用階段，運行時速可達 500 千米以上。空中“鐵鳥”的奧秘俗話說：“有矛就有盾”。在雷達出現不久，許多反雷達的手段也出現了，其中之一就是“隱形技術”。這種技術能給雷達制造假象，使雷達“看不見”飛機。那么，隱形術如何讓雷達變成

16、“睜眼瞎”呢？第一種：在飛機機身上涂一層能夠吸收電波的“油漆”。雷達發(fā)出的電波被這種“油漆”“吃掉”，沒有回波，雷達自然就變成了“瞎子”。第二種：在飛機上采用吸收雷達波的復合材料。這種材料內部結構松散，受雷達波輻后產生振動，把雷達波轉換成熱能而散發(fā)掉。第三種：盡量減少飛機本身發(fā)出的電子輻射和熱輻射，讓對方的監(jiān)測雷達和紅外探測器捕捉不到電波和紅外線。導彈的奧秘20世紀50年代便出現了洲際導彈；接著人們研究了對付它的辦法，利用反彈道導彈來摧毀洲際導彈。反彈道導彈摧毀洲際導彈是個很復雜的過程。它的簡單作戰(zhàn)程序是：當敵方發(fā)射洲際導彈后，首先由預警系統(tǒng)及早發(fā)現和捕獲它并迅速把目標信息傳遞到國家防御指揮中

17、心。此時，反導彈系統(tǒng)中的目標跟蹤雷達就開始工作，不斷地精密跟蹤并正確地識別真假目標。計算機把來自雷達的信息進行運算，估算反彈道導彈的截擊點位置，在進行火力分配后由指揮中心下達指令，發(fā)射反彈道導彈。當反彈道導彈達到預定的截擊點時，制導雷達就及時發(fā)出引爆指令，使彈頭爆炸而摧毀來襲的洲際導彈。自動引爆之謎科學家在導彈上安裝了一個無線電引信，當導彈發(fā)射后，引信就會自動解鎖，然后它將通過天線向導彈周圍以及彈道軌跡周圍的空間發(fā)射強電磁波。當導彈與目標的相對距離發(fā)生變化的時候，發(fā)射的電磁波返回后也會產生變化，從而產生科學家們所說的多譜頻移。導彈上的無線電引信也就是根據多譜頻移的變化而制作的，可以不斷地確定導

18、彈和攻擊目標的準確距離。一旦兩者的距離達到了符合導彈殺傷范圍的要求，引信就引爆導彈的戰(zhàn)斗部，彈片就會在散開后向目標高速飛去，形成有效的包圍殺傷網，使目標無處可逃，從而圓滿完成任務。船舶的演變船舶是人類發(fā)展史上偉大的發(fā)明之一。人類的祖先在與水打交道的實踐中，發(fā)現了木頭、樹枝和落葉能夠漂浮在水面上的自然現象。特別是在發(fā)生洪水災害時，一些人在絕望的掙扎中偶然抓到一根漂浮的斷木而絕處逢生的事實，使人們逐步認識了水的浮力性。人們開始有意識地利用木材、竹筒和葫蘆等天然浮體渡水過河，于是這些木頭和竹筒便成了人類祖先最早使用的浮具。這些最初的浮具隨著人類生存發(fā)展的需要和技術進步，經過筏、獨木舟、木板船、木帆船

19、和機器推進船等多個階段的發(fā)展，逐步演變?yōu)榻裉烊藗兯煜さ默F代船舶。輪船不沉的奧秘現代的輪船一般都是用鋼造的，鋼遠比水重得多。而且，輪船上裝的許多貨物如糧食、機器、建筑用材等也都比水重，但是為什么裝了那么多東西的船卻不會沉底呢？這里就應用到了一條重要的物理定律：“作用于水中物體上的浮力的大小等于物體排開水的重力?！边@條物體浮沉的定律，改變了人類過去一直用木材造船的歷史。浮力定律我們可以做個小實驗來證明一下這個定律：找一塊薄鐵皮，把它放在水上，它就立刻沉下去了；如果我們用這塊鐵皮做個鐵盒子，再放到水上，雖然重力沒有變，它卻能漂浮在水面上。而且即使往盒子里加點東西，盒子也只是下沉一點點，但仍能漂浮在

20、水面上。這是因為盒子底面受到水的壓力，這個壓力就是豎直向上的浮力。當浮力大于鐵皮的重力時，就托住鐵盒讓它浮在水面上。而浮力是隨物體排開液體重力的增加而增加、隨物體底部面積的增大而增大的。大輪船浮在水上就是根據這個定律。船越大，即船的底部面積越大，船排開水的重力也越大，它所受的浮力也就越大，即使輪船裝運很多的貨物，也不會沉底了。木板船木鋸出現以后，人們擁有了加工木材的能力，開始逐步轉向制造木板船。初期的木板船只是由很少幾塊木板制成的。通過加裝橫梁，增強船體結構強度，逐步發(fā)展為由多塊木板組成的較大的木板船。后來船體越來越大，結構也越來越復雜，就出現人們飄洋過海、廣泛使用的大型木板船舶。帆船帆船有單桅單帆、單桅多帆、雙桅多帆和多桅多帆船。帆有多種不同形式，同一艘船上的帆有不同的用途。船上的帆可以升降，根據風力的大小，調節(jié)帆的面積，可改變船的航向和航速。為了提高船的航行速度，減輕人的勞動強度，在很久以前的遠古時期，人們就注意到利用自然風力推進船舶和筏航行的方法