光纤原理：一束光怎样穿过整片海洋

海底的一根玻璃丝

光纤的原理是全内反射：光以大于临界角的角度射到纤芯壁上时，会被百分之百反射回来，所以能被困在玻璃丝里一路前进。打开一个放在另一块大陆上的网页时，你的请求几乎一定是以红外光闪烁的形式，穿过比头发还细的玻璃丝漂洋过海的。研究这个行业的 TeleGeography 在 2026 年统计到在用和计划中的海底光缆超过 600 条，在用光缆总长超过 150 万公里。卫星链路是另一条途径，这个展品不估算它在国际流量中所占的份额。

这些光缆里的光，要在宽 8.2 微米的玻璃纤芯里待上几千公里，沿途尽量少损耗，到达时还得是一串清晰的「一」和「零」。这个展品从一根光纤的端面开始，一路跟着光走到大西洋海底。工作台上的每个场景负责解决其中一个问题，读数栏里的数字都来自下面的公式。

光为什么留在纤芯里

一束光从一种材料进入另一种材料时会改变方向。斯涅尔定律给出新的角度：

n1 sin θ1 = n2 sin θ2

这里的 n 是折射率（材料让光比在真空中慢多少），θ 是与法线（垂直于表面的那条线）之间的夹角。从光密材料进入光疏材料时，光束会偏离法线。

现在把 θ1 越调越大。第二种材料里的光束越来越贴近表面，到某个特定的角度，sin θ2 就得等于 1。这个角度就是临界角：

θc = arcsin(n2 / n1)

超过这个角度，θ2 就没有解了。没有任何光穿过边界，表面把 100% 的光都反射回来。物理学上把它叫做全内反射。它比任何镜子都高效，因为没有金属在每次反弹时吸收一部分光。

光纤就是围绕这一个效应造出来的。纤芯是加入少量氧化锗来提高折射率的玻璃，外面的包层几乎是纯石英，折射率稍低。一条几乎平行于轴线前进的光线，以非常小的掠射角射到纤芯壁上，远远超过临界角，所以只要光纤还延伸着，它就一直在壁与壁之间反弹。

算出临界角

模型采用康宁 SMF-28e+ 的几何参数，这是一种符合 ITU-T G.652.D 建议的标准单模光纤。数据手册给出纤芯直径 8.2 µm、包层直径 125.0 µm、涂覆层直径 242 µm，数值孔径（NA）为 0.14。

包层取 1550 nm 下的熔融石英，折射率为 1.4440（马利特森的测量值，来自 RefractiveIndex.INFO）。数值孔径把两个折射率联系起来：

NA = √(n1² − n2²)

所以纤芯折射率是 n1 = √(1.4440² + 0.14²) = 1.4508。两者只相差 0.47%，这对单模光纤是典型的。于是临界角是

θc = arcsin(1.4440 / 1.4508) = 84.46°

也就是说，光线与光纤轴线的夹角要在 5.54° 以内。在光纤外面的空气中，这对应一个半角为 arcsin(0.14) = 8.05° 的锥形。以比 8° 更斜的角度射向端面的光，不会被导引。

第一个滑块设定壁上的角度。在 87° 时光线被困住：沿着模型它碰到壁 4 次，远端卡片上的光斑始终很亮。把它降到 84°，菲涅耳公式给出每次反弹的反射率只有 19.6%。到 80° 时只有 0.8%。几乎所有的光在第一次反弹时就穿进了包层，以与法线成 81.7° 的角度向外传播，被涂覆层吸收；涂覆层的折射率选得比玻璃高，目的是把杂散光吸走，而不是把它导引。读数栏显示每种情形下模型末端剩下的光。

把光变成 0 和 1

通过光纤发送数据，最简单的办法是亮灯表示 1，灭灯表示 0。模型里的发射器就是这样处理一个大写字母的 8 个比特。在 ASCII 里，字母 A 是 65，二进制是 01000001，所以激光在每组 8 位里闪两次。

在远端，光电二极管把每次闪光变成一个很小的电流。接收器在每个比特周期的中间检查电流，判断它高于还是低于阈值。读数栏里的第二条曲线说明了为什么这样可行，即使收到的信号更弱、边缘变圆：只要 1 和 0 之间还拉得开，接收器就分得出来。

这些速度很难想象。在 10 Gbit/s 时，一个比特持续 100 皮秒。光在玻璃里的速度约为 204,000 km/s，所以每个比特占大约 2.04 cm 的光纤。一条 6,600 km 的光缆里，任何时刻都有几亿个比特在飞行。

现代的长途系统远远不止亮灭这么简单。它们除了亮度，还改变光的相位和偏振，并且同时在一根光纤里发送几十个波长（波分复用）。不过原理是一样的：一种接收器能还原成数字的光的图案。

每千米都会损失一点光

即使非常纯净的玻璃也不是完全透明的。密度的微小起伏会把一部分光向侧面散射（瑞利散射），杂质还会再吸收一些。损耗用每千米多少分贝来衡量。每 10 dB 把功率降到十分之一，所以 20 dB 之后只剩 1%。

标准单模光纤在 1550 nm 的规定值是 0.19 到 0.20 dB/km，这是石英光纤损耗最小的波长。为海底线路制造的光纤，损耗做得更低。第三个场景从 0.17 dB/km 开始，这是这类光纤的代表值，不是数据手册的数值，滑块的范围是 0.15 到 0.40 dB/km。

这个数字看着很小，直到你把它乘上一整片海洋。在 MAREA 的 6,605 km 上，0.17 dB/km 累计达到 1,123 dB。光会被削弱到 10^112 分之一，远远小于一个光子。要渡过海洋，唯一的办法是沿途把信号放大很多次。

海底的放大器

模型海底上每个灰色的舱体都是一个中继器。里面是掺铒光纤放大器：一小段纤芯里含有铒离子的光纤，由一个小激光器泵浦。1550 nm 的光穿过被激发的铒时，会激励它释放出更多波长和相位相同的光，所以信号变强了，而且全程没有变成电信号。

间距是一种权衡。放大器相距 70 km、光纤为 0.17 dB/km 时，每段损耗 11.9 dB，剩下 6.5% 的光，每个放大器要补回 11.9 dB。把每段拉到 120 km，损耗变成 20.4 dB，信号弱到每个放大器自己加进来的噪声开始变得重要。段越短，信号越干净，但需要的中继器越多，而每个中继器都要花钱、耗电。SubCom 对自己的系统给出的标称间距是 50 到 90 km。2024 年一项关于 Google Dunant 光缆的研究给出的平均间距是 84 km，总长 6,611 km。

中继器要用电，而海底没有插座。每个登陆站的供电设备把恒定的直流电沿光缆的铜导体送出，所有中继器串联在一起，海水充当回路。SubCom 的 SL17 光缆额定电压为 15,000 伏。它的导体电阻约为每千米 1 欧姆，所以需要的电压随光缆长度增加。

海底光缆里面有什么

第四个场景展示的是 SubCom SL17 型光缆，爱尔兰政府关于 AEC-2 光缆的海岸申请文件对它有详细说明。从中心往外依次是：

1. 光纤管。 一根细小的塑料管，光纤松松地躺在阻水凝胶里。
2. 强度钢丝。 24 根高强度钢丝分两层（8 根 1.59 mm，然后是 8 根 1.50 mm 与 8 根 1.13 mm 交替）。布放或回收光缆时由它们承受拉力，并在光纤周围形成一个小小的压力容器。
3. 铜管。 包在钢丝外面的缝焊铜管。它给中继器输电，并把缆芯与水和氢气隔开；氢气日久会让玻璃变暗。
4. 聚乙烯护套。 它把铜管与海水绝缘，并把光缆加粗到 17.0 mm。这就是铺在深海海底的轻型（LW）光缆，粗细和一根浇花水管差不多。

模型按比例画出这几层，并把每一层依次退后一截，好让所有层同时看得见。

为什么近岸的光缆更粗

在深海平原上，光缆基本无人打扰。离陆地越近，它就越会遇到船锚、渔业拖网、海流和岩石。TeleGeography 引用国际电缆保护委员会的数据，光缆故障每年约 200 起，其中三分之二来自渔船和拖拽的船锚。

所以保护措施随水深而变。AEC-2 所用的 SubCom 选型指南，在水深小于约 600 m 的地方采用双层铠装（DA）：两层涂沥青的镀锌钢丝，分别是 18 根和 24 根，每根粗 3.35 mm，外面裹着涂沥青的尼龙纱。光缆因此粗到 35.9 mm。轻型钢丝铠装（LWA）只有第一层，用到约 2,000 m 深，粗 28.9 mm。再深的地方，17 mm 的轻型光缆一路用到大洋最深处。ITU-T G.978 建议给出类似的典型范围：1,000 m 以下用轻型光缆，约 20 到 1,500 m 用单层铠装，从岸边到 100 m 用双层铠装。在浅水里，光缆通常还会埋进海床。

光穿过一片海洋要多久

光在玻璃里比在真空中慢。对信号来说，起作用的速度由群折射率决定，SMF-28e+ 在 1550 nm 的群折射率是 1.4682。所以信号的速度是

v = c / 1.4682 = 299,792 / 1.4682 ≈ 204,190 km/s

大约是真空光速的三分之二。一条长度为 L 的光缆上的延迟就是 L / v。地球仪上的三条路线是：

光缆长度取自 TeleGeography 的海底光缆地图。光缆总是比两端之间的大圆直线长，因为勘测人员会让它绕开陡坡、断层带和繁忙的渔场。弗吉尼亚海滩到毕尔巴鄂沿大圆是 6,050 km，真空中的光走完需要 20.2 ms。真实的连接两端还会在路由器和陆地线路上多花时间。

第二个算例：更宽的纤芯和它的接收角

这个展品里的光纤是单模的，数值孔径为 0.14。许多较短的链路，比如楼内或者机房里两台服务器之间，用的是多模光纤，纤芯要宽好几倍。为了看清数字有什么变化，取一根阶跃折射率玻璃光纤，纤芯折射率 n1 = 1.480，包层折射率 n2 = 1.460。这两个值是为了让算术清楚而假设的，并不对应任何具体产品。

NA = √(1.480² − 1.460²) = √(2.1904 − 2.1316) = √0.0588 = 0.2425

θc = arcsin(1.460 / 1.480) = 80.6°

光线以大于 80.6° 的角度射到纤芯壁上就会被导引，也就是说它与轴线的夹角在 9.4° 以内。从外面的空气中看，这根光纤接收的是半角为 arcsin(0.2425) = 14.0° 的锥形。这两个数可以互相验证：玻璃里偏离轴线 9.4° 的光线，离开端面时 sin θ = 1.480 × sin 9.4° = 0.242，在舍入误差范围内与 0.2425 相同。

对比这个展品里的光纤，它的接收半角只有 8.05°。接收锥更宽，用廉价光源把光耦合进去就更容易。但它也让纤芯里能存在更多不同的路径，下一节会说明这为什么要以速度为代价。

脉冲为什么会展宽：模式色散和色度色散

一个起初很尖锐的脉冲不会一直保持尖锐。主要有两个原因。

模式色散出现在多模光纤里。沿轴线的光线走最短的路。以最陡的导引角反弹的光线走的是更长的之字形，所以到得更晚。对上面假设的光纤，每千米多出的传播时间是

Δt = (n1 × L / c) × (n1 − n2) / n2 = (1.480 / 299,792 km/s) × (0.020 / 1.460) ≈ 4.94 µs × 0.0137 ≈ 67.6 ns/km

在 10 Gbit/s 时一个比特持续 100 ps，所以走了一千米之后，一次闪光被抹开到大约 676 个比特周期。一条常用的经验法则说，展宽应当保持在半个比特周期以内，对这根光纤来说，一千米上的速率因此被限制在约 1 / (2 × 67.6 ns) = 7.4 Mbit/s。光纤协会（Fiber Optic Association）解释说，渐变折射率多模光纤让纤芯折射率朝外侧逐渐降低，使较长路线上的高阶模式跑得更快，从而缩小它们到达时间的差。真实的光纤仍然有残余的模式色散。长距离的另一种办法，是把纤芯做得很细，细到只存在一条路径。这个展品里 8.2 µm 的纤芯就是这样，这也是海底光缆用单模光纤的原因。

色度色散即使在单模光纤里也存在。玻璃的折射率稍微随波长变化，所以同一个激光脉冲里的不同颜色，速度略有不同。色散 D 用每纳米谱宽、每千米多少皮秒的展宽来表示。对 SMF-28e+，康宁数据手册给出零色散波长在 1304 到 1324 nm 之间，斜率最大为 0.092 ps/(nm²·km)。常用的近似公式 D(λ) = (S0 / 4) × (λ − λ0⁴ / λ³)，取 λ0 = 1313 nm（这个范围的中间值，是我的假设），在 1550 nm 处得到约 17 ps/(nm·km)。这是用数据手册自己的公式输入量估算出来的，并不是印在手册上的规格。

假设激光线宽是 0.1 nm（同样是假设）。走 100 km，脉冲展宽 17 × 0.1 × 100 = 170 ps，已经比 10 Gbit/s 时 100 ps 的比特还长。走完 MAREA 的 6,605 km，则是 17 × 0.1 × 6,605 ≈ 11,200 ps，约 112 个比特周期。因为对确定的光纤和距离，展宽量是固定的，接收器可以把它还原回来。TAT-8 工作在 1.3 µm，正好在 1304 到 1324 nm 的零色散窗口里，所以那里的色散很小。代价是损耗比 1550 nm 处更高。

用数字算一笔损耗账

分贝刻度把乘法变成加法：损耗 x dB，剩下的功率是 10^(−x/10)。取 0.20 dB/km，也就是标准单模光纤规格的上限，发射 1 mW（0 dBm，假设的整数值）：

这些数字没有算上连接器和熔接点，它们各自还会增加一些损耗，所以真实线路的余量比表中看起来要小。

把这张表和历史对照一下很有帮助。诺贝尔基金会说，1960 年代的玻璃纤维走 20 米只剩 1% 的光。也就是 20 m 损耗 20 dB，即 1,000 dB/km。高锟的目标是走整整一千米还剩 1%，也就是 20 dB/km。基金会还提到，今天走一千米还剩 95%，即 10 × log10(0.95) = −0.22 dB/km。半个世纪里，损耗下降到了原来的约 4,500 分之一。

海底系统，从前和现在

TAT-8 于 1988 年 12 月 14 日投入使用。IEEE 的里程碑记录列出的海底距离是 5,846 km，用的是 1.3 µm 单模光纤，中继器速率为 280 Mbit/s，容量是 40,000 路电话，是上一代铜缆的十倍。据诺贝尔基金会说，1956 年铺设的第一条跨大西洋电话电缆，容量是同时通 36 路电话。

TeleGeography 给较新的 MAREA 光缆标出的潜在容量是 224 Tbit/s。除以 TAT-8 的 280 Mbit/s 中继器速率，倍数是 224 × 10¹² / 280 × 10⁶ = 800,000。TeleGeography 把潜在容量和实际点亮的容量区分开：潜在容量是光缆所有者在两端装满所有可能的设备后能承载的容量，媒体通常引用的是较大的那个数字。

光缆不仅速度不同，大小也不同。TeleGeography 把爱尔兰和英国之间长 131 km 的 CeltixConnect 列为较短的一类，把长 20,000 km 的 Asia America Gateway 列为较长的一类。它跟踪的在用和计划中的光缆超过 600 条，截至 2026 年初在用总长超过 150 万 km。它的常见问题解答还提到建设者在变化：Google、Meta、微软和亚马逊这样的内容提供商如今是主要的投资者，私有网络运营商部署的容量最近已超过互联网骨干网运营商。

常见的误解

「光纤内壁是镀了镜面的。」 不需要任何镀层。全内反射来自纤芯与包层之间折射率的台阶，每次反弹都不损失任何光。金属镜面则每次都会吸收一部分光。

「光在光纤里以光速传播。」 只有在真空中才是。在玻璃里，信号的速度是 c / 1.4682，约 204,190 km/s，大约慢三分之一。

「玻璃光纤很脆。」 细玻璃看起来易碎，但诺贝尔基金会指出，拉成长丝的玻璃会变得坚固、轻巧又柔韧，这使它能被埋入地下、拖过水底、绕过拐角。

「鲨鱼和鱼是主要的危险。」 据 TeleGeography 引用的国际电缆保护委员会数据，渔具和船锚造成了大约三分之二的光缆故障。

「光缆越粗，传的数据越多。」 深海光缆粗 17 mm，近岸的双层铠装版本粗 35.9 mm。多出来的粗细是抵御船锚的钢丝，不是更多的光纤。

「中继器把光变成电再变回光。」 TAT-8 的中继器确实是这么做的。现代的中继器用掺铒光纤直接放大光本身，电只是给泵浦激光器供电。

四对材料和它们能困住的角度

第一个场景让你更换玻璃。四种情况遵守同一条规则：临界角是 arcsin(n2 / n1)，从壁的法线量起，只有以更大的角度射到壁上的光线才留在里面。

三菱化学给出这种塑料光纤的纤芯折射率为 1.49，数值孔径为 0.5，所以它的包层折射率可由 NA = sqrt(n1² - n2²) 得出：sqrt(1.49² - 0.5²) = 1.4036。两个折射率的差越小，光线就必须越靠近轴线行进，这就是为什么舞台上通信光纤里的光线看起来几乎是直的。

空气中的玻璃棒有一个其他几种没有的性质。从空气进入平整端面的光，会强烈地向轴线偏折，以致它总是以大于临界角的角度射到侧壁：数值孔径 sqrt(1.5² - 1²) = 1.12，大于 1，而 1 是空气能提供的最大值。因此在舞台上，你用激光无法让玻璃棒漏光；手柄会停在 48.19°，这是从空气射入的光能到达的最小壁角。

弯到多紧才行

在弯折场景里，9 条光线射进一根绕鼓轮转半圈的光纤。直的一段让每条光线保持同一个壁角，但在弯折处外壁向外弯开，每条光线射到它时的角度都比之前小。沿轴线行进的光线，在弯折半径为 R（到纤芯中心）时，射到外壁（半径 R + a 处）的角度满足 sin(角度) = R / (R + a)。一旦它低于 n2 / n1，光就逃出去了，这发生在 R 小于 a n2 / (n1 - n2) 的时候。

对这根塑料光纤，这个极限是 1.4036 / (1.49 - 1.4036) = 16.2 个纤芯半宽。本来就带角度行进的光线会更早逃出，在舞台上，大约一半的光能通过的位置在约 19 个半宽处。追踪光线时每次反弹都用了菲涅耳反射率，所以刚好低于临界角的光线每次只损失一部分光。

对通信光纤，同一个公式给出 213 个半宽，对 4.1 µm 的纤芯半径来说约为 0.9 mm。真实的单模光纤在大得多的半径就开始漏光，因为它的光是一种波场图样，会伸进包层，而光线图像无法表现这一点。康宁给出 SMF-28 Ultra 的数值是：在 1550 nm 下绕半径 10 mm 的一圈，最多损失 0.50 dB。为住宅和楼宇制造的 ITU-T G.657.A2 光纤，额定弯曲半径为 7.5 mm，绕一圈最多损失 0.5 dB。塑料光纤在半径 25 mm 的四分之一弯中最多损失 0.5 dB。

脉冲在糊掉之前能走多远

模式场景把同样的 8 个比特同时送进两根光纤。在阶跃折射率多模光纤里（模型值：纤芯 1.4570，包层 1.4440），最陡的导引光线走过的路径是直射光线的 n1 / n2 倍。所以到达时间的展宽是 L n1 / c x (n1 / n2 - 1)，每千米 43.7 ns。在 1 Gbit/s 时一个比特持续 1 ns，所以走了 1 / 43.7 km，约 23 m 之后脉冲就挤到了一起。在 100 Mbit/s 时，极限长十倍，约 230 m。

单模光纤只有一条路径，展宽来自色度色散：信号宽度每 1 nm、每千米 17 ps（SMF-28 Ultra 最大为 18）。速率为 B bit/s 的信号，宽度约为 lambda² B / c，在 10 Gbit/s 和 1550 nm 时是 0.080 nm，所以每千米展宽 1.36 ps。每比特 100 ps，脉冲在约 73 km 后混在一起。在 1 Gbit/s 时，宽度小十倍，比特长十倍，所以极限增大一百倍，到约 7,340 km。真实的长光缆在接收器里用电子方法校正色散，所以它们能跑得远远超过这些极限。

损耗曲线和放大器频带

损耗场景画出从 800 到 1700 nm 的衰减随波长变化的曲线。这条曲线是个有三部分的模型：瑞利散射，按 1 / lambda⁴ 下降，在短波长处占主导；石英本身的红外吸收，在约 1600 nm 以后陡然上升；以及 1383 nm 处一个小峰，来自玻璃里残留的水。曲线拟合成保持在康宁 SMF-28 Ultra 的最大值之下：1310 nm 和 1383 nm 处为 0.32 dB/km，1490 nm 处 0.21，1550 nm 处 0.18，1625 nm 处 0.20。模型给出的是 850 nm 处 1.46 dB/km，1310 nm 处 0.275，1550 nm 处 0.164。

海底的放大器是掺铒光纤放大器。它们工作在约 1530 到 1565 nm 的 C 波段，用更长的铒光纤时还能工作在直到约 1625 nm 的 L 波段。在场景里把波长移到 1310 nm，两个中继器会变红：那里的光无法恢复，经过两段之后就没有了。低损耗加上放大器频带，正是长途光缆使用 1550 nm 的原因。

这个场景里的挑战要求走首尔到洛杉矶的模型路径，11,378 km，最多 100 个放大器，每段最多损失 20 dB（20 dB 是模型对一个放大器能补回多少的上限）。至少需要 101 段，所以每段至少 11,378 / 101 = 112.7 km 长，而在 1550 nm，每段最长是 20 / 0.164 = 121.8 km。113 到 121 km 之间的任何值都可以。不用任何放大器，整条路径会损失 1,868 dB，剩下 10⁻¹⁸⁷ 的光：连一个光子都没有。

首尔到洛杉矶，一步步算出来

并没有哪一条光缆直接从首尔通到洛杉矶。首尔到洛杉矶场景里的模型路径分三段：从首尔经陆地到釜山登陆点，从釜山穿过太平洋到俄勒冈州的太平洋城（也就是 TeleGeography 地图上 New Cross Pacific 光缆的两端），再经陆地到洛杉矶。每一段都是大圆距离乘以一个系数，因为真实路线总会更长：陆上 1.25，海上 1.1（模型值）。

按 c / 1.4682，光单程需要 55.7 ms，往返 111.4 ms。首尔到洛杉矶的大圆直线是 9,586 km；放在光纤里往返是 93.9 ms，放在真空里是 63.9 ms。WonderNetwork 在 2026 年 10 月 25 日到 27 日对这两座城市的服务器做的逐小时 ping，平均在 139 到 145 ms 之间。多出来的大约 30 ms，来自路由器、更长的陆上线路和服务器本身。

比赛按钮会同时沿每条路线发出一个脉冲，速度放慢到 100 分之一，你可以看着 TAT-8（5,846 km，28.6 ms）赢过 Unity（9,620 km，47.1 ms）和首尔到洛杉矶的路径。

你的名字变成光

0 和 1 场景把你输入的任何内容变成 UTF-8 字节，再把比特作为闪光发出去。一个拉丁字母是一个字节，8 个比特；一个谚文音节是三个字节，24 个比特，所以一个三音节的韩文名字是 72 个比特。接收器每收到 8 个比特就解码一个字母。在 10 Gbit/s 时，每个比特持续 100 ps，占玻璃里 2.04 cm，所以 72 个比特的名字长 7.2 ns，在光纤里延伸 1.47 m。一千米光纤里同时有约 49,000 个比特在飞行。

一对光纤对比你家的网络

在控件下面，你可以输入自己的网速，再选一部电影。电影大小是模型值：高清约 5 GB，4K 约 20 GB。Google 给 Dunant 标出的设计容量是 12 对光纤共 250 Tbit/s，也就是每对约 20.8 Tbit/s。一部 20 GB 的电影是 160 Gbit，所以一对光纤只要 7.7 ms 就能传完；在家里用 500 Mbit/s 则需要 320 s，约五分半钟。

在屏幕上试一试

每条建议用的都是场景栏和面板上的名称。

1. 在困住光里，向下拖动激光器上的红色手柄，直到面板提示光漏出去，再拖回来，直到光重新被困住。用塑料光纤时，变化发生在 70.39°；有个挑战要求你停在比它高不到 0.5° 的位置。
2. 选择 SMF-28，再拖一次。临界角跳到 84.46°，留在里面的光线几乎不怎么作之字形反弹。
3. 选择玻璃棒，试着让它漏光。手柄会停在 48.19°，高于 41.81° 的临界角。
4. 按下「跟着光走」，和一个脉冲一起走到远端。
5. 在弯折里，把红色手柄拖向鼓轮。用塑料光纤时，第一批光线在约 33 个半宽以下逃出，大约一半的光在约 19 处消失。
6. 在模式里，选 1 Gbit/s，把长度从 10 m 移到 100 m。屏幕上的多模曲线变成橙色并被抹开，而单模曲线始终方正。
7. 在损耗里，把波长设为 1310 nm，看着中继器变红；再回到 1550 nm，把间距加宽到 118 km。
8. 在 0 和 1 里，输入你的名字，按下发送。
9. 在首尔到洛杉矶里，用滑块猜往返时间，按下核对，再按下「全部路线比赛」。

模型没有表现的东西

光线图像是一种简化。宽 8.2 µm 的纤芯只有几个波长宽，单模光纤里的光是以一种场的图样（一个模式）传播的，会稍微扩散到包层里。光线图对宽的多模纤芯是精确的，对这根光纤也能给出正确的临界角和接收角，但光并不真的是这样走的，它也无法说明为什么真实的单模光纤在几毫米的弯折处会漏光。

第一个场景里的光纤画得比实物粗很多倍，弯折场景用纤芯半宽作为尺度；角度和折射率是真实的。在模式场景里，之字形路径画得比真实的 7.6° 更陡，好让它们能区分开，多模玻璃的这一对折射率是模型值。

光被画成红色。真实的 1550 nm 光是红外线，看不见。损耗曲线是拟合数据手册中最大值的模型，不是测量值，20 dB 的放大器极限和电影大小也是模型值。

地球仪上的路线是登陆点之间的大圆，不是勘测的路径，首尔到洛杉矶的路径是用三段大圆加系数构成的模型。陆地轮廓来自公有领域的 Natural Earth 数据集。

简史

1966 年 1 月，高锟与乔治·霍克汉姆在英国标准电信实验室工作，得出结论：玻璃纤维的大损耗来自玻璃本身，而不是丝线的缺陷，而玻璃是可以提纯的。据诺贝尔基金会说，他算出最纯玻璃做的光纤可以把光信号传到 100 km 以上，而 1960 年代的光纤只有大约 20 m。那一年，论文《光频介质纤维表面波导》（Dielectric-fibre Surface Waveguides for Optical Frequencies）发表在 IEE 会刊上。高锟指出熔融石英是合适的材料。它的熔点接近 2,000 °C，难以控制，却能得到最纯的玻璃。

随后，康宁玻璃公司用化学方法做出了 1 km 的光纤。诺贝尔基金会的科普资料把这件事定在 1971 年。

导光的想法要古老得多。丹尼尔·科拉东 1841 年在日内瓦让光沿着水柱前进，次年在《法国科学院通报》上描述了它；约翰·廷德尔 1854 年 5 月 19 日在伦敦皇家研究院演示了同样的效应，他的笔记承认这并不是全新的。到 1930 年代，医生已经在用成束的细玻璃棒观察胃里的情况，加上折射率更低的包层之后，棒子在相互接触处漏光的问题才解决。

《光学与光子学新闻》（Optics & Photonics News）讲述了康宁的唐纳德·凯克在 1970 年 8 月测得一段 29 m 光纤的损耗为 17 dB/km，并在笔记本上写下「Whoopee!」。卡普隆、凯克和莫勒在 1970 年 11 月的《应用物理快报》上报告了约 20 dB/km。1979 年，日本 NTT 的 Miya 等人在 1.55 µm 的单模光纤里做到 0.20 dB/km，接近石英中散射所决定的极限。1987 年 1 月，南安普顿大学的米尔斯、里基、詹塞和佩恩报告了一台在 1.536 µm 处增益为 26 dB 的掺铒光纤放大器，也就是现在每个中继器里都有的器件。

第一条跨大西洋光纤电缆 TAT-8 于 1988 年 12 月 14 日投入使用。它在北美和欧洲之间沿海底铺设了 5,846 km，使用 1.3 µm 单模光纤和速率为 280 Mbit/s 的中继器，容量是 40,000 路电话。它的中继器仍然把光变成电信号再变回来。后来是光放大器接手了这项工作。诺贝尔基金会统计，今天已铺设的光纤总长超过 10 亿 km，并在 2009 年把物理学奖的一半授予高锟，表彰他为光纤通信开辟了道路。