1
00:00:07,016 --> 00:00:08,476
在2012年，

2
00:00:08,476 --> 00:00:13,136
由日本和丹麦研究人员组成的小组
创下了一项世界记录，

3
00:00:13,136 --> 00:00:15,716
在一根50千米的电缆上

4
00:00:15,716 --> 00:00:19,006
传输 1 Pbit 的数据用时只有1秒——

5
00:00:19,006 --> 00:00:22,526
这相当于一万小时的高清视频。

6
00:00:22,526 --> 00:00:24,426
这可不是普通电缆。

7
00:00:24,426 --> 00:00:27,466
这是一种增强型光纤——

8
00:00:27,466 --> 00:00:29,766
组成了连接我们的星球、

9
00:00:29,766 --> 00:00:32,236
让互联网成为可能的隐形网络。

10
00:00:32,236 --> 00:00:33,266
几十年来，

11
00:00:33,266 --> 00:00:36,496
城市或国家间的长距离沟通

12
00:00:36,496 --> 00:00:38,546
都由经铜线传导的

13
00:00:38,546 --> 00:00:40,266
电信号承载。

14
00:00:40,266 --> 00:00:42,236
这种方式慢而低效，

15
00:00:42,236 --> 00:00:47,656
金属线限制了数据传输速率，
而且电线发热造成功率损耗。

16
00:00:47,656 --> 00:00:49,596
但在20世纪晚期，

17
00:00:49,596 --> 00:00:53,596
工程师掌握了一种更好的传输方式。

18
00:00:53,596 --> 00:00:55,056
不再使用金属导线，

19
00:00:55,056 --> 00:01:00,146
而是将玻璃精心融化后
拉成柔韧的纤维，

20
00:01:00,146 --> 00:01:04,255
纤维可长至几百公里，
和人的头发一样细。

21
00:01:04,535 --> 00:01:06,237
纤维不再传递电信号，

22
00:01:06,237 --> 00:01:11,487
而是传递代表数字信号的光脉冲。

23
00:01:11,487 --> 00:01:16,227
但光如何在玻璃纤维中传导
而不会穿出去呢？

24
00:01:16,227 --> 00:01:21,511
秘密就在于光全内反射现象。

25
00:01:21,511 --> 00:01:23,168
自艾萨克·牛顿时代以来，

26
00:01:23,168 --> 00:01:26,798
眼镜制造商和科学家们已经知道，

27
00:01:26,798 --> 00:01:31,588
光穿过空气和其他介质
如水或玻璃的交界时产生折射。

28
00:01:31,588 --> 00:01:36,239
当一束穿过玻璃的光
以很陡的角度抵达玻璃表面时，

29
00:01:36,239 --> 00:01:39,969
它会发生折射，
即弯折后进入空气中。

30
00:01:39,969 --> 00:01:42,959
但如果光束角度很小时，

31
00:01:42,959 --> 00:01:46,029
它会产生反射并留在玻璃中，

32
00:01:46,029 --> 00:01:48,949
在琉璃中来回反弹。

33
00:01:48,949 --> 00:01:50,319
在特定条件下，

34
00:01:50,319 --> 00:01:55,549
透光的东西就能把光藏在其内，
不会让光穿透出来。

35
00:01:55,549 --> 00:01:57,991
与电信号或无线信号相比，

36
00:01:57,991 --> 00:02:01,781
光纤信号在长距离传输中
几乎没有损耗——

37
00:02:01,781 --> 00:02:04,051
会散失一点能量，

38
00:02:04,051 --> 00:02:06,581
且光纤不能大角度弯折，

39
00:02:06,581 --> 00:02:08,491
否则光信号会外泄。

40
00:02:08,491 --> 00:02:12,791
如今一根光纤可承载
不同波长的光信号，

41
00:02:12,791 --> 00:02:15,256
不同波长传输不同的数据。

42
00:02:15,256 --> 00:02:19,466
一段光缆包含几百根光纤。

43
00:02:19,466 --> 00:02:23,445
大洋底纵横交错的百万公里光缆，

44
00:02:23,445 --> 00:02:25,045
它们将各大洲连在一起——

45
00:02:25,045 --> 00:02:29,435
光缆总长足以绕赤道差不多30圈。

46
00:02:29,435 --> 00:02:30,631
有了光纤，

47
00:02:30,631 --> 00:02:32,851
数据传输不再受距离的限制，

48
00:02:32,851 --> 00:02:36,851
而互联网则发展为全球计算机。

49
00:02:36,851 --> 00:02:39,411
我们的移动工作和娱乐

50
00:02:39,411 --> 00:02:43,221
更加依赖位于世界各地
超大数据中心的

51
00:02:43,221 --> 00:02:47,161
大量超负荷工作的计算机服务器,

52
00:02:47,161 --> 00:02:49,081
这就是云计算，

53
00:02:49,081 --> 00:02:51,361
而它引发了两个大问题：

54
00:02:51,361 --> 00:02:54,144
热损耗和带宽要求。

55
00:02:54,144 --> 00:02:58,844
多数网络传输
发生在各数据中心内部，

56
00:02:58,844 --> 00:03:03,544
而这些服务器都是由传统电缆连接，

57
00:03:03,544 --> 00:03:06,286
一半的运行功率
以热损耗方式浪费掉了。

58
00:03:06,286 --> 00:03:10,446
与此同时，无线带宽需求稳步增长，

59
00:03:10,446 --> 00:03:13,536
移动设备中使用的千兆赫兹信号

60
00:03:13,536 --> 00:03:16,336
已达到其数据传输极限。

61
00:03:16,336 --> 00:03:19,866
光纤为通信领域带来的革命，

62
00:03:19,866 --> 00:03:24,576
助长了对云计算
和移动计算的过高预期，

63
00:03:24,576 --> 00:03:29,826
但集成光学这项
相关技术应运而生。

64
00:03:29,827 --> 00:03:32,857
光不仅可以在光纤中传导，

65
00:03:32,857 --> 00:03:36,217
也可以在超薄硅中传导。

66
00:03:36,217 --> 00:03:39,547
虽然光在超薄硅中的
传导性不及光纤，

67
00:03:39,547 --> 00:03:42,117
但它们让工程师能够

68
00:03:42,117 --> 00:03:45,597
将百公里光纤网络中的设备

69
00:03:45,597 --> 00:03:49,237
集成到可插入服务器的
微小光子芯片中，

70
00:03:49,237 --> 00:03:53,327
实现电信号和光信号互转。

71
00:03:53,327 --> 00:03:56,859
有了光电转换芯片，

72
00:03:56,859 --> 00:04:02,809
数据中心中就可以
将损耗大的电缆换成节能光纤。

73
00:04:02,809 --> 00:04:07,379
光子芯片也打破了无线带宽限制。

74
00:04:07,379 --> 00:04:09,731
研究人员正在努力

75
00:04:09,731 --> 00:04:12,651
用太赫兹频率取代移动千兆赫信号，

76
00:04:12,651 --> 00:04:15,581
将数据传输速度提高数千倍。

77
00:04:15,581 --> 00:04:17,621
但它们是短距离无线信号：

78
00:04:17,621 --> 00:04:19,721
容易被空气中的水分吸收，

79
00:04:19,721 --> 00:04:21,961
或被高层建筑物阻挡。

80
00:04:21,961 --> 00:04:24,321
通过分布在整个城市的

81
00:04:24,321 --> 00:04:27,001
无线-光纤光子发射器微型芯片，

82
00:04:27,001 --> 00:04:31,221
太赫兹信号可以进行远距离传输。

83
00:04:31,221 --> 00:04:34,069
中间传输借助稳定的光纤来实现，

84
00:04:34,069 --> 00:04:39,429
让超高速无线连接成为现实。

85
00:04:39,429 --> 00:04:41,303
在人类历史上，

86
00:04:41,303 --> 00:04:43,893
光带给我们热并照亮世界，

87
00:04:43,893 --> 00:04:49,183
陪伴我们探索物理世界
并定居下来。

88
00:04:49,183 --> 00:04:52,812
现在，我们给光插上了信息的翅膀，

89
00:04:52,812 --> 00:04:55,762
让它沿着光纤超高速公路飞奔 ——

90
00:04:55,762 --> 00:04:59,102
配备多种集成光子出口——

91
00:04:59,102 --> 00:05:02,882
去构建一个更加广阔的虚拟世界。