江平开
上海交通大学化学化工学院
教授
1 工作原理
1.1 光的超导体工作原理
就像在室温下是高电阻的陶瓷在液氮温度下（77 K /—196℃）可以实现的电超导零电阻一样，开发在特殊条件之下使光导材料实现零衰减系数的特性。
目前通信用光谱在1 310 ～ 1 550 nm的近红外范围内实现了衰减系数达0.18 ～ 1 dB石英光纤中的有效传播，无中继距离达到约150 km，实验室研究达到了0.1 dB 250 km无中继，Halide-Research实验室研究已经达到0.01 dB衰减系数，实现3 500 km无中继通信传输，如图1所示。所以开发出 ～ 0的光超导体材料是可能的。
图1 全球光纤无中继传输示意图[1]
目前国际上塑料光纤已经实现衰减系数为31 dB，进一步的研究可以实现更低的衰减系数材料，比如在某种特殊环境下用高品质的透光石墨烯制备高分子复合纤维材料，也可以做成空心光纤、量子晶体光纤和渐变光纤等结构，保证光的全反射和无衰减。
1.2 光纤发热工作原理描述
光纤发热是通过光子激发热声子或者激发电子跃迁再激发热声子，以及激光引发辐射热实现光纤发热。光子激发热声子和激发电子跃迁再激发热声子示意图如图2所示。
图2 光子激发热声子和激发电子跃迁再激发热声子示意图
2 光的超导体和光纤发热应用
（1）随着光的超导体出现，真的全光网会出现。随着材料科学技术的进步，超低衰减系数材料将会出现，如将光纤制备成光的超导体后，无衰减和接近0衰减的光纤，就不需要稀土掺杂光纤在光纤激光器、放大器上用于光放大，而实现无中继的通信光纤，直接实现全球无衰减通信；同时，目前可见光光纤通信已经实现，可以由此拓展到照明用光纤，照明用光纤就可实现地球东西半球对称“借光”，如图3所示，而无需照明用电，节约能源。
（2）由于光的超导体出现，我们可以制备高密度光子储存材料，比如，设计光纤封端的类Fabry-Perot激光谐振储光器件，实现白天“充光”，晚上照明，类似夜明珠材料，如图4所示，但不是荧光而是实现白光和暖色光长时间照明，而且无需光电转换和储存，因为光本身就是电磁波。
图3 地球东西半球对称“借光”
图4 夜间照明：类似夜明珠器件
（3）如实现高功率的发热光纤制备和加热器件光子化，就可以全面实现无电发热元器件，替代电阻发热电缆、PTC电缆、供暖热水管等，从而实现无需电绝缘的安全发热器件，这将会改变人类取暖的传统方法。
上述设想的各种方法安全、节能又环保，如果实现将为人类带来福祉。
【注释】
[1]Http://news.yesky.com/359/61872359.shtml.
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