WEBVTT

00:00:07.016 --> 00:00:08.476
在2012年，

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，

00:00:13.136 --> 00:00:15.716
在一根50千米的电缆上

00:00:15.716 --> 00:00:19.006
传输 1 Pbit 的数据用时只有1秒——

00:00:19.006 --> 00:00:22.526
这相当于一万小时的高清视频。

00:00:22.526 --> 00:00:24.426
这可不是普通电缆。

00:00:24.426 --> 00:00:27.466
这是一种增强型光纤——

00:00:27.466 --> 00:00:29.766
组成了连接我们的星球、

00:00:29.766 --> 00:00:32.236
让互联网成为可能的隐形网络。

NOTE Paragraph

00:00:32.236 --> 00:00:33.266
几十年来，

00:00:33.266 --> 00:00:36.496
城市或国家间的长距离沟通

00:00:36.496 --> 00:00:38.546
都由经铜线传导的

00:00:38.546 --> 00:00:40.266
电信号承载。

00:00:40.266 --> 00:00:42.236
这种方式慢而低效，

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。

00:00:47.656 --> 00:00:49.596
但在20世纪晚期，

00:00:49.596 --> 00:00:53.596
工程师掌握了一种更好的传输方式。

00:00:53.596 --> 00:00:55.056
不再使用金属导线，

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，

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。

00:01:04.535 --> 00:01:06.237
纤维不再传递电信号，

00:01:06.237 --> 00:01:11.487
而是传递代表数字信号的光脉冲。

NOTE Paragraph

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？

00:01:16.227 --> 00:01:21.511
秘密就在于光全内反射现象。

00:01:21.511 --> 00:01:23.168
自艾萨克·牛顿时代以来，

00:01:23.168 --> 00:01:26.798
眼镜制造商和科学家们已经知道，

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。

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，

00:01:36.239 --> 00:01:39.969
它会发生折射，
即弯折后进入空气中。

00:01:39.969 --> 00:01:42.959
但如果光束角度很小时，

00:01:42.959 --> 00:01:46.029
它会产生反射并留在玻璃中，

00:01:46.029 --> 00:01:48.949
在琉璃中来回反弹。

00:01:48.949 --> 00:01:50.319
在特定条件下，

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。

NOTE Paragraph

00:01:55.549 --> 00:01:57.991
与电信号或无线信号相比，

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——

00:02:01.781 --> 00:02:04.051
会散失一点能量，

00:02:04.051 --> 00:02:06.581
且光纤不能大角度弯折，

00:02:06.581 --> 00:02:08.491
否则光信号会外泄。

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，

00:02:12.791 --> 00:02:15.256
不同波长传输不同的数据。

00:02:15.256 --> 00:02:19.466
一段光缆包含几百根光纤。

00:02:19.466 --> 00:02:23.445
大洋底纵横交错的百万公里光缆，

00:02:23.445 --> 00:02:25.045
它们将各大洲连在一起——

00:02:25.045 --> 00:02:29.435
光缆总长足以绕赤道差不多30圈。

NOTE Paragraph

00:02:29.435 --> 00:02:30.631
有了光纤，

00:02:30.631 --> 00:02:32.851
数据传输不再受距离的限制，

00:02:32.851 --> 00:02:36.851
而互联网则发展为全球计算机。

00:02:36.851 --> 00:02:39.411
我们的移动工作和娱乐

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

00:02:43.221 --> 00:02:47.161
大量超负荷工作的计算机服务器,

00:02:47.161 --> 00:02:49.081
这就是云计算，

00:02:49.081 --> 00:02:51.361
而它引发了两个大问题：

00:02:51.361 --> 00:02:54.144
热损耗和带宽要求。

00:02:54.144 --> 00:02:58.844
多数网络传输
发生在各数据中心内部，

00:02:58.844 --> 00:03:03.544
而这些服务器都是由传统电缆连接，

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。

00:03:06.286 --> 00:03:10.446
与此同时，无线带宽需求稳步增长，

00:03:10.446 --> 00:03:13.536
移动设备中使用的千兆赫兹信号

00:03:13.536 --> 00:03:16.336
已达到其数据传输极限。

NOTE Paragraph

00:03:16.336 --> 00:03:19.866
光纤为通信领域带来的革命，

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，

00:03:24.576 --> 00:03:29.826
但集成光学这项
相关技术应运而生。

NOTE Paragraph

00:03:29.827 --> 00:03:32.857
光不仅可以在光纤中传导，

00:03:32.857 --> 00:03:36.217
也可以在超薄硅中传导。

00:03:36.217 --> 00:03:39.547
虽然光在超薄硅中的
传导性不及光纤，

00:03:39.547 --> 00:03:42.117
但它们让工程师能够

00:03:42.117 --> 00:03:45.597
将百公里光纤网络中的设备

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，

00:03:49.237 --> 00:03:53.327
实现电信号和光信号互转。

00:03:53.327 --> 00:03:56.859
有了光电转换芯片，

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。

NOTE Paragraph

00:04:02.809 --> 00:04:07.379
光子芯片也打破了无线带宽限制。

00:04:07.379 --> 00:04:09.731
研究人员正在努力

00:04:09.731 --> 00:04:12.651
用太赫兹频率取代移动千兆赫信号，

00:04:12.651 --> 00:04:15.581
将数据传输速度提高数千倍。

00:04:15.581 --> 00:04:17.621
但它们是短距离无线信号：

00:04:17.621 --> 00:04:19.721
容易被空气中的水分吸收，

00:04:19.721 --> 00:04:21.961
或被高层建筑物阻挡。

00:04:21.961 --> 00:04:24.321
通过分布在整个城市的

00:04:24.321 --> 00:04:27.001
无线-光纤光子发射器微型芯片，

00:04:27.001 --> 00:04:31.221
太赫兹信号可以进行远距离传输。

00:04:31.221 --> 00:04:34.069
中间传输借助稳定的光纤来实现，

00:04:34.069 --> 00:04:39.429
让超高速无线连接成为现实。

NOTE Paragraph

00:04:39.429 --> 00:04:41.303
在人类历史上，

00:04:41.303 --> 00:04:43.893
光带给我们热并照亮世界，

00:04:43.893 --> 00:04:49.183
陪伴我们探索物理世界
并定居下来。

00:04:49.183 --> 00:04:52.812
现在，我们给光插上了信息的翅膀，

00:04:52.812 --> 00:04:55.762
让它沿着光纤超高速公路飞奔 ——

00:04:55.762 --> 00:04:59.102
配备多种集成光子出口——

00:04:59.102 --> 00:05:02.882
去构建一个更加广阔的虚拟世界。