民眾大舞台——風俗世情

4. 光導纖維

　　1870 年， 英國物理學家丁鐸爾在皇家學會做了一個有趣的演示。他在裝滿水的水桶上鑽了一個孔， 這時在桶側形成了一個彎曲的水柱。而後丁鐸爾用燭光照亮水麵， 人們看到這彎曲的水柱成了彎曲的光柱。這說明， 在一定條件下， 水柱是可以傳輸光信號的。

　　其實， 人們很早就發現彎曲的玻璃棒也可以把光線傳輸過去， 酒桶流出的細流也可傳導光線。這種現象引起了丁鐸爾的思考， 研究的結果是很簡單， 這不過是一種全反射現象。水、酒精或玻璃是光密物質， 而空氣是光疏物質， 當入射角大於臨界角， 光線就發生全反射。上麵的演示就是丁鐸爾研究後的演示。

　　這種演示隻是一種娛樂嗎？ 不是的。1880 年， 貝爾發明電話之後， 他曾設想一種“光通電話機”。他使話音將玻璃振動起來， 當玻璃的光線反射後又變成聲音。但貝爾的實驗並未成功， 不過他的想法卻給人以啟示。

　　1927 年， 一些科學家提出一種設想。利用光纖維傳輸圖像。這種光纖維是一種非常透明且很細的玻璃纖維。為了使光纖中的光線發生全反射， 纖維分為兩層， 內芯是光密物質， 而外層是光疏物質。光線在玻璃纖維中傳播就可以沿彎曲的路線行進了。這種纖維還有一個專門名稱， 它叫光導纖維， 或簡稱為光纖。

　　光纖細如頭發絲， 關於它的應用價值首先引起了醫生的注意。我們知道， 人體的內髒形狀複雜， 並且彎彎曲曲， 一般是不易直接用診察器械觀察的。光纖很軟、很細， 並且可以彎曲， 在臨床上有著很好的應用前景。50 年代初， 人們嚐試用光纖製造內窺鏡。到60 年代， 光纖質量獲得了很大的提高， 內窺鏡更為實用。醫生用它可以觀察許多髒器， 如胃、十二指腸、食道、腎髒、膽道、子宮、膀胱等。

　　內窺鏡所用的光纖有兩根。一根是傳像束， 它可以把內髒的情況逼真地傳輸到體外； 另一根是照明用的， 因為體內是漆黑一團的。如果內窺鏡配上彩色電視攝像機， 還可將圖像顯示在彩色電視機熒光屏上， 為醫生會診或教學示範提供了良好的條件。

　　激光技術的發展使人們把內窺鏡與激光器結合起來， 這種內窺鏡叫做激光纖維內窺鏡。利用這種內窺鏡， 當發現體內髒器的病變組織後， 用大功率激光束照射它們， 可以止血、清除息肉、殺死癌細胞。這樣內窺鏡不僅可以用於檢查， 而且可以用於治療疾病。

　　光導纖維與激光器結合做成的“激光刀”也是一種重要的手術“器械”。這種“激光刀”做手術可以大大減輕病人的痛苦。由於大功率激光器發出的激光都是紅外線， 石英玻璃纖維就無能為力而要用紅外光導纖維了。用紅外光導纖維傳輸激光束， 同時， 這種光纖可以製成能夠彎曲的柔軟的“激光刀，”操作它就靈便多了。上海第一醫學院附屬中山醫院曾用這種“激光刀”做了切割和氣化肝癌組織的手術。它可以盡量多地保留正常的肝組織， 提高了早期和中期肝癌手術的安全性。

　　光纖的用處多極了， 它作為光纖傳感器有著廣泛的用途。這裏隻舉一個光纖溫度計的例子。

　　常規的溫度測量在許多場合下是很困難的， 例如， 電機內的線圈之間， 空間狹小， 放進一個熱電偶根本就不可能。

　　此外， 即使熱電偶可以放進去， 由於它是金屬絲製成的， 它在電機內會受到極強的電磁幹擾， 熱電偶根本就無法測量溫度。而用光纖溫度計就可以實現。因為光導纖維是玻璃材料， 本身是絕緣的， 用它測量溫度沒有問題。

　　光纖溫度計是在兩根光纖之間接上一塊薄半導體晶體片製成的， 其中一根光纖是入射光的， 另一根是出射光的。激光束從入射光纖到半導體片上， 光線強度隨溫度變化而變化， 測量出射的光線的強度變化就可以精確測量溫度了。一般來說， 這是由於半導體對光線吸收本領是隨溫度而變的，它是非常敏感的， 因此用做傳感器是十分合適。美國科學家製成的光纖溫度計可測2 ， 000°C 的高溫， 它的傳感元件是白寶石。

　　用光纖做傳感器的用途極其廣泛， 除了測量溫度之外，還可以測量壓力、磁場、電流、聲音、位移、速度、加速度等。把它們測得的數據同電子計算機結合起來， 會大大提高計算機的工作範圍。如果說電子計算機是一個大腦的話， 這些傳感器就是五官了。