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现代光纤通信技术中，负责把激光信号转化成电信号的也是光电二极管，因为它的反应速度可以跟得上强弱每秒钟变化109次的激光信号（我们称它的带宽为109Hz）。而如果使用光敏二极管的话，就只能跟得上每秒钟变化100次的激光信号（带宽为100Hz）,光纤通信高速的特点就会完全失去了。
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探索与发现
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光纤通信技术的基本原理（见图9.10）和我们上面所制作的装置其实是很相似的，只不过在一切都数字化的今天，我们对激光亮度的调制也只有开和关两种状态（对应于1和0），这样的信号对噪声的抵御能力大大加强。另外，光纤的发明使得激光通信开始真正地进入应用阶段，这样光信号可以朝任意方向，以极低的损耗，高速传递大量的信息。“光纤之父”华人物理学家高锟先生也因此获得了2009年的诺贝尔物理学奖。
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图9.10 光纤通信示意图
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我有几个朋友是研究光纤通信的，我从他们那里要来了一段研究用的光纤，如图9.11所示，你也可以从网上买到一些带有光纤的玩具。商用的光纤一般都是用纯度极高的二氧化硅（玻璃的主要成分）做成，与普通易碎的玻璃不同，当二氧化硅在高温下融化并被拉成直径在10μm（0.01mm）左右的细丝时，它就变得非常柔韧，可以如图9.11那样弯折了。古人所谓百炼钢成绕指柔大概就是这种意境。
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图9.11 光纤
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光纤之所以能够引导光线传输，利用的是光在两种折射率不同的介质交界面上的全反射（现在科学家们正在研究其他结构的光纤，比如光子晶体光纤，其传导光的机制就和这个完全不同了，有兴趣的读者可以通过搜索了解详情）。图9.12（A）展示了一根光纤的两层结构。通过在二氧化硅中参入不同的其他微量成分，我们可以改变它的折射率，使得光纤的内芯具有较高的折射率（n1），而外层具有较低的折射率（n2）。我们知道光线从高折射率的介质进入低折射率的介质时能发生全反射（见图9.12（B））。当入射角θ满足关系：sinθ>n2/n1时，入射光都被完全反射了，所以光的能量在光纤里传递很远的距离而不会有大的损耗（光纤中，光能的损耗主要来自于二氧化硅中极少量的杂质对光的吸收和散射）。而传统的铜缆则不同，因为铜有电阻，它会吸收电信号的能量转化为热能；而且随着传递的信号频率增加，它的电阻越来越大，信号传出去没几十米就衰减得无法探测到了，所以不能用铜缆实现远距离高流量的传输。
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图9.12 （A）光纤的两层结构；（B）全反射示意图
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光纤技术仍然是当前科学研究的一个热门方向。如何进一步提高光纤的带宽（即传输数据的速度）是大家最关心的问题。虽然我觉得目前的网络已经足够快了，但是也许未来更快的光纤通信能够实现一些现在还无法想像的事情，等本书下一次出版时再聊吧！
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[1].本章是对我在《无线电》杂志2012年第4期发表的一篇文章的改写和扩充。
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验（修订版） [:1701074934]
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验（修订版） 10 Feed the Monkey
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一分钟简介
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本章将带领大家制作一件非常有趣的装置，生动地演示力学中一个古老的问题。我们将通过动手实践来了解用不同参考系的观点看待物体运动的规律。本章内容无需高深的知识和复杂的装置，实为休闲娱乐之首选。由此引申开去，我们还将了解相对论的种种神奇预言，如运动的时钟会变慢等。
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闲话基本原理
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话说猴年马月以前，我看到高中物理习题集上有这么一道题：一位猎人想要射击树上的一只猴子，但是猴子非常灵敏，当它看到子弹飞离枪口的一瞬间，它就会从树上跳下来。那么如果猎人想要射中这只猴子，他应该如何瞄准呢？考虑到子弹飞出以后沿抛物线运动，所以子弹击中的点要比瞄准的点低一些（见图10.1）。是不是一开始就应该瞄得高一点，把抛物线的因素包括进来呢？但是猴子在子弹运行的过程中也在下落，所以得看在竖直方向上究竟是子弹落得快还是猴子落得快了。但是这似乎又与子弹的出膛速度有关。经验告诉我们，这个速度越大，那么子弹在竖直方向下落的距离就比较小。
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图10.1 情景示意图
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