民众大舞台——风俗世情

4. 光导纤维

　　1870 年， 英国物理学家丁铎尔在皇家学会做了一个有趣的演示。他在装满水的水桶上钻了一个孔， 这时在桶侧形成了一个弯曲的水柱。而后丁铎尔用烛光照亮水面， 人们看到这弯曲的水柱成了弯曲的光柱。这说明， 在一定条件下， 水柱是可以传输光信号的。

　　其实， 人们很早就发现弯曲的玻璃棒也可以把光线传输过去， 酒桶流出的细流也可传导光线。这种现象引起了丁铎尔的思考， 研究的结果是很简单， 这不过是一种全反射现象。水、酒精或玻璃是光密物质， 而空气是光疏物质， 当入射角大于临界角， 光线就发生全反射。上面的演示就是丁铎尔研究后的演示。

　　这种演示只是一种娱乐吗？ 不是的。1880 年， 贝尔发明电话之后， 他曾设想一种“光通电话机”。他使话音将玻璃振动起来， 当玻璃的光线反射后又变成声音。但贝尔的实验并未成功， 不过他的想法却给人以启示。

　　1927 年， 一些科学家提出一种设想。利用光纤维传输图像。这种光纤维是一种非常透明且很细的玻璃纤维。为了使光纤中的光线发生全反射， 纤维分为两层， 内芯是光密物质， 而外层是光疏物质。光线在玻璃纤维中传播就可以沿弯曲的路线行进了。这种纤维还有一个专门名称， 它叫光导纤维， 或简称为光纤。

　　光纤细如头发丝， 关于它的应用价值首先引起了医生的注意。我们知道， 人体的内脏形状复杂， 并且弯弯曲曲， 一般是不易直接用诊察器械观察的。光纤很软、很细， 并且可以弯曲， 在临床上有着很好的应用前景。50 年代初， 人们尝试用光纤制造内窥镜。到60 年代， 光纤质量获得了很大的提高， 内窥镜更为实用。医生用它可以观察许多脏器， 如胃、十二指肠、食道、肾脏、胆道、子宫、膀胱等。

　　内窥镜所用的光纤有两根。一根是传像束， 它可以把内脏的情况逼真地传输到体外； 另一根是照明用的， 因为体内是漆黑一团的。如果内窥镜配上彩色电视摄像机， 还可将图像显示在彩色电视机荧光屏上， 为医生会诊或教学示范提供了良好的条件。

　　激光技术的发展使人们把内窥镜与激光器结合起来， 这种内窥镜叫做激光纤维内窥镜。利用这种内窥镜， 当发现体内脏器的病变组织后， 用大功率激光束照射它们， 可以止血、清除息肉、杀死癌细胞。这样内窥镜不仅可以用于检查， 而且可以用于治疗疾病。

　　光导纤维与激光器结合做成的“激光刀”也是一种重要的手术“器械”。这种“激光刀”做手术可以大大减轻病人的痛苦。由于大功率激光器发出的激光都是红外线， 石英玻璃纤维就无能为力而要用红外光导纤维了。用红外光导纤维传输激光束， 同时， 这种光纤可以制成能够弯曲的柔软的“激光刀，”操作它就灵便多了。上海第一医学院附属中山医院曾用这种“激光刀”做了切割和气化肝癌组织的手术。它可以尽量多地保留正常的肝组织， 提高了早期和中期肝癌手术的安全性。

　　光纤的用处多极了， 它作为光纤传感器有着广泛的用途。这里只举一个光纤温度计的例子。

　　常规的温度测量在许多场合下是很困难的， 例如， 电机内的线圈之间， 空间狭小， 放进一个热电偶根本就不可能。

　　此外， 即使热电偶可以放进去， 由于它是金属丝制成的， 它在电机内会受到极强的电磁干扰， 热电偶根本就无法测量温度。而用光纤温度计就可以实现。因为光导纤维是玻璃材料， 本身是绝缘的， 用它测量温度没有问题。

　　光纤温度计是在两根光纤之间接上一块薄半导体晶体片制成的， 其中一根光纤是入射光的， 另一根是出射光的。激光束从入射光纤到半导体片上， 光线强度随温度变化而变化， 测量出射的光线的强度变化就可以精确测量温度了。一般来说， 这是由于半导体对光线吸收本领是随温度而变的，它是非常敏感的， 因此用做传感器是十分合适。美国科学家制成的光纤温度计可测2 ， 000°C 的高温， 它的传感元件是白宝石。

　　用光纤做传感器的用途极其广泛， 除了测量温度之外，还可以测量压力、磁场、电流、声音、位移、速度、加速度等。把它们测得的数据同电子计算机结合起来， 会大大提高计算机的工作范围。如果说电子计算机是一个大脑的话， 这些传感器就是五官了。