朱文超

編者按：

2018年9月23日，有“光纖之父”之稱的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、香港中文大學(xué)前校長(zhǎng)高錕，在香港離世，享年84歲。《知識(shí)就是力量》雜志非常關(guān)注高錕先生在通信領(lǐng)域所做的杰出貢獻(xiàn)，曾多次刊登高錕先生的事跡并引用他提出的理論，今天就讓我們踏上這一次神奇的穿越之旅，回顧高錕閃亮的一生。

光纖通信的問(wèn)題

說(shuō)起“光纖通信”，相信大家并不陌生。畢竟對(duì)于活躍在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的我們來(lái)說(shuō)，“光纖入戶”早已不是一句口號(hào)，而是成為了日常生活中真正的一部分。如今，全世界都在享受著光纖通信的高速度帶來(lái)的便利。

但在20世紀(jì)50年代，卻很少有人認(rèn)為光纖通信是可行的，原因在于制作光纖的玻璃材料損耗很大，約為1000分貝/千米，傳輸不了多遠(yuǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，以高錕為代表的科學(xué)家們奉獻(xiàn)了無(wú)數(shù)的汗水與智慧，最終讓光纖通信風(fēng)靡世界。

投身通信革命浪潮

1953年，20歲的高錕進(jìn)入倫敦大學(xué)攻讀電機(jī)工程。在他大學(xué)畢業(yè)的前一年，1956年9月25日，從英國(guó)鋪設(shè)到北美的第一條跨大西洋電話電纜（TAT-1）開(kāi)通。第二年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星由蘇聯(lián)發(fā)射成功，為衛(wèi)星通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展鋪平了道路。1962年7月，美國(guó)第一個(gè)有源通信衛(wèi)星Telstar發(fā)射成功，實(shí)現(xiàn)了橫跨大西洋的電視和電話傳輸。這個(gè)時(shí)候，社會(huì)上對(duì)傳送包括活動(dòng)影像在內(nèi)的大量信息的需求日益迫切，公眾對(duì)改善通信設(shè)施也有著強(qiáng)烈的需求。然而，計(jì)劃中的陸基通信仍然建立在銅材料的基礎(chǔ)上。

高錕注意到了有可能推動(dòng)他的事業(yè)向前發(fā)展的浪潮。1960年，他加入英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電話和電纜公司，所從事的主要工作正是致力于提高現(xiàn)有通信設(shè)備的功能，重點(diǎn)是研究和發(fā)展一套利用毫米波長(zhǎng)的微波傳送通信系統(tǒng)，目標(biāo)是將通信設(shè)備的信息傳送能力提高50%。而此前一年激光的發(fā)明和半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，也使得一種以光波為載波的通信方式—光通信，被提上了研究日程。這種頻帶無(wú)限的通信網(wǎng)絡(luò)可望為世界帶來(lái)通信的革命。

“光纖之父”聲名鵲起

1966年7月，33歲的高錕在《英國(guó)電機(jī)工程師學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上，發(fā)表了一篇題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》的論文。他首先指出了石英光纖中的損耗來(lái)源，預(yù)期其中必有低損耗的“谷”，通過(guò)提高石英純度、降低雜質(zhì)的吸收，可以將石英光纖的損耗降低到20分貝/千米以下；其次是設(shè)計(jì)出中間為纖芯、外面是包層的單模圓光纖結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)非常完美，容易實(shí)現(xiàn)，適于長(zhǎng)距離傳輸。這篇文章不僅開(kāi)創(chuàng)性地提出了光導(dǎo)纖維在通信上應(yīng)用的基本原理，還描述了遠(yuǎn)程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結(jié)構(gòu)和材料特性。

這一設(shè)想提出之后，有人稱之為匪夷所思，類(lèi)同癡人說(shuō)夢(mèng)。但在質(zhì)疑聲中，高錕的設(shè)想逐步變成現(xiàn)實(shí)：利用石英玻璃制成的光纖應(yīng)用越來(lái)越廣泛，全世界掀起了一場(chǎng)光纖通信的革命。1981年，第一個(gè)光纖系統(tǒng)成功問(wèn)世，高錕這位“光纖之父”也聲名鵲起。

2009年10月6日，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣布高錕因在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得了突破性成就，而與共同發(fā)明了CCD圖像傳感器的威拉德·博伊爾和喬治·史密斯一起分享了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)這樣描述高錕的研究成果：“光流動(dòng)在細(xì)小如線的玻璃絲中，它攜帶著各種信息數(shù)據(jù)傳遞向每一個(gè)方向，文本、音樂(lè)、圖片和視頻因此能在瞬間傳遍全球?！?/p>

“光纖之父”高錕的研究成果不僅有效解決了信息長(zhǎng)距離傳輸?shù)膯?wèn)題，而且還極大地提高了效率并降低了成本。它在徹底改變?nèi)祟?lèi)通信模式的同時(shí)，也造就了今天互聯(lián)網(wǎng)的大發(fā)展。