關于光纖通信和數(shù)字圖像的研究，幫助構建了當今的信息時代

“光纖之父”高錕與夫人黃美蕓結婚整整50年了。正值金婚的這對伉儷，目前在美國加州——一個離兒女不遠的地方，享受著屬于自己的生活。

這樣的節(jié)奏，卻在不經(jīng)意中被打破了——北京時間10月6日下午6時多，黃美蕓接到了香港中文大學副校長楊綱凱打來的祝賀電話。

幾十分鐘前，2009年諾貝爾物理學獎揭曉，高錕與美國貝爾實驗室的威拉德·博伊爾(Willard Boyle)、喬治·史密斯(George Smith)共獲殊榮。高錕的獲獎成果，是在英國標準電訊實驗室完成的;后來，他在香港中文大學做過九年校長(1987年至1996年)，直至退休。

考慮到已是當?shù)厣钜?，加?5歲的丈夫身體狀況并不太穩(wěn)定，有時清楚、有時又連完整的句子也講不出來，黃美蕓沒有讓丈夫親自接聽電話。

后來，當她告訴丈夫，廣播電視里正在講諾貝爾獎，“這是一個聲望很高的獎勵?！?/p>

高錕簡單地回應:“是的?！?/p>

黃美蕓說:“給你的。”

高錕:“給我的?太好了?！?/p>

由于在光纖通信領域的開創(chuàng)性成就，高錕將獲得約140萬美元獎金的一半;博伊爾和史密斯發(fā)明了用于數(shù)字圖像技術的CCD傳感器，將各獲四分之一的獎金。

三位科學家40年前的研究，幫助構建了當下的信息時代，也為自己贏得了諾貝爾獎。

高錕與低損耗光纖

曾與高錕共事四載的香港中文大學電子工程系教授徐孔達告訴《財經(jīng)》記者，高錕似乎總是有很多奇奇怪怪的前衛(wèi)思想，而且極富遠見。

20世紀60年代初，激光器的發(fā)明給光通信研究帶來了新的希望——激光束不僅具有亮度高等優(yōu)點，還可以在光纖中傳播。

但由于缺乏穩(wěn)定、可靠和低損耗的傳輸介質，光通信似乎仍是一個遙不可及的目標，因為光信號在當時的光纖材料中只能傳輸20米。

當時，高錕是國際電話電報公司旗下英國標準電訊實驗室的一名研究人員。他1933年11月出生在上海的一個書香門第，孩提時代的他就喜歡科學實驗，甚至自制過小型炸藥彈丸。

后來，高錕隨家人遷居香港，曾在香港圣約瑟書院就讀;1954年，他遠赴英倫，在倫敦大學攻讀電機工程。

與不少同行因此對光纖傳輸?shù)募夹g前景產(chǎn)生懷疑不同，高錕研究團隊認為更值得關注的，是光纖原材料問題。

他后來回憶道:“那時面對的最大難題，就是玻璃的雜質問題。玻璃看似透明，其實雜有不純的元素;所以我們構想，假若有一種沒有雜質的玻璃，光波的傳導就不會衰減?！?/p>

1966年6月，高錕與同事喬治·霍肯(George Hockham)在《電氣電子工程師學會學報》上發(fā)表題為“用于光頻的光纖表面波導”的論文指出，提純原材料后可制造出適合長距離通信使用的低損耗光纖:在純的玻璃纖維中，光信號可傳輸100公里以上。

這一研究奠定了光纖通信的基礎。這一年，他年僅32歲。1970年，美國康寧公司研制出第一種超純光纖;1975年，英國安裝了世界上第一套光纖通信系統(tǒng)。

北京郵電大學前校長林金桐對《財經(jīng)》記者說:“從高錕和霍肯的論文，到世界上第一個商用光纖通信系統(tǒng)的誕生，僅用了十年時間，這在重大科學研究成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉化的眾多案例中，顯得格外突出?！?/p>

諾貝爾獎評委會在新聞公報中表示，這些低損耗的玻璃纖維推動了因特網(wǎng)等寬帶通信的發(fā)展，光在這些玻璃纖維中流動，文本、音樂、圖像和視頻可在瞬間進行全球傳輸，“如果我們拆開密布全球的玻璃纖維，將得到一條10億公里以上的長線，足夠環(huán)繞地球2.5萬多圈。”

香港中文大學前任校長金耀基甚至將高錕研究成果的重要性，與印刷術、火藥、指南針等中國古代發(fā)明相提并論，“今天生活在網(wǎng)絡社會，就是因為光纖的發(fā)明改變了我們的生活?！?/p>

貝爾實驗室和CCD

在現(xiàn)代的高速網(wǎng)絡通信中，數(shù)字圖像是最主要的承載內容，而這很大程度上要歸功于本年度諾貝爾物理學獎的另一項獲獎內容——美國朗訊公司貝爾實驗室的威拉德·博伊爾和喬治·史密斯發(fā)明的用于數(shù)字圖像的裝置:電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)。

博伊爾1924年出生于加拿大，26歲時在加拿大麥基爾大學獲得博士學位。他在1953年加入貝爾實驗室，并在1962年與同事首先發(fā)明了可以連續(xù)運行的紅寶石激光器。

史密斯1930年出生于美國，29歲時在美國芝加哥大學獲得博士學位后也進入貝爾實驗室。

1969年10月的一天，史密斯走進同在貝爾實驗室半導體研究部門工作的博伊爾的辦公室，兩人進行了一場“頭腦風暴”。在不到兩個小時的時間里，博伊爾和史密斯在黑板上大致勾繪出一種新裝置的藍圖，兩人將其命名為電荷耦合器件。

這種新技術的源頭，還要追溯到愛因斯坦提出的光電效應，即通過光電效應，光可以被轉變?yōu)殡娦盘?。然而，如何在極短時間內收集并讀出信號，看上去卻是一個無法逾越的技術挑戰(zhàn)。因此，一開始，很多同行都對CCD的概念嗤之以鼻。

但博伊爾和史密斯堅信自己的想法，并成功地將藍圖變成了現(xiàn)實。他們采用特殊的硅半導體材料，并將硅片細分為一個個“單元格”或者說“像素”，這樣，當光照射到像素之上，會產(chǎn)生信號電荷。當時，很多電子器件以電流或電壓作為信號，CCD則采用電荷作為信號。

信號電荷不僅可以在CCD內存貯，還可以穿越一排排的“像素”，在電極與電極之間快速傳輸(電荷耦合)，并最終被讀出。

CCD的發(fā)明，帶來了攝影的一場革命。光能夠被電子化捕捉，而不再需要傳統(tǒng)的感光膠卷，數(shù)碼相機也得以走進千家萬戶。

此外，在醫(yī)學等諸多領域，CCD技術均有廣泛應用，數(shù)字攝影已經(jīng)成為不可取代的工具。諾貝爾獎評委會在新聞公報中稱，從遙遠的宇宙到海洋深處，即使是先前一些無法看到的事物，“CCD技術都能為我們提供水晶般清晰的圖像”。

潮平岸闊

10月7日下午，香港中文大學專門為高錕舉行慶祝會。1957年諾貝爾物理學獎得主楊振寧、2000年圖靈獎得主姚期智等著名科學家均到場，對高錕表示祝賀。

美中不足的是，因為身體狀況欠佳，高錕本人沒有出現(xiàn)在慶祝會現(xiàn)場。香港中文大學前任校長金耀基略帶遺憾地說，如果早一年得獎，他的身體情況會比現(xiàn)在好。不過，他對《財經(jīng)》記者透露，兩個月后，高錕應該會親自去瑞典領獎。

諾貝爾獎向來重視基礎研究成果。楊振寧認為，給高錕頒獎，說明諾貝爾獎評委會近來對應用研究已越來越重視。

林金桐也說:“如果說，2000年諾貝爾物理學獎授予杰克·基爾比，表彰他對集成電路的杰出貢獻，標志這一獎項開始鼓勵以物理學為基礎的重大技術突破，那么，當時我想，接下來的一個獲獎人應該會是高錕博士?！?/p>

之前，高錕早已榮譽等身。金耀基半開玩笑地說，高錕在校長任內時，他經(jīng)常被拉去做“替補校長”，因為高錕總是忙于接受各種榮譽，其中就包括中國臺灣的“中央研究院”院士、中國大陸的科學院外籍院士等榮譽。

在金耀基看來，高錕同楊振寧一樣，絕對是“中西合璧”，“但西方元素更多一些，他中文講得不錯，英文講得更好?！?/p>

同時具有英國和美國國籍的高錕，卻念念不忘故土。早在1970年，他就出任香港中文大學電子系的創(chuàng)系主任，并于后來擔任了香港中文大學第三任校長。金耀基說，高錕追求卓越，他沒有關起門來，而是把大學放在整個世界的視野里，“這也讓我們知道什么叫第一流大學”。此外，高錕還多次應邀到中國內地講學。

從香港中文大學校長一職卸任后，高錕投身實業(yè)，一手創(chuàng)建了香港高科橋公司，并擔任幾家公司的獨立董事。

高錕與妻子黃美蕓膝下的一雙兒女，均在IT業(yè)發(fā)展。2005年，香港三聯(lián)書店出版了高錕自傳《潮平岸闊——高錕自述》。在這本書中，高錕首先講述的就是他與妻子相遇相知的故事。

而“潮平岸闊”，大概可以同時用來形容光纖通信和數(shù)字圖像技術的發(fā)展，以及三位諾貝爾物理學獎得主科研生涯的寫照?！?/p>