《電子技術(shù)應(yīng)用》
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高錕光纖之父 遲來的榮耀

2016-07-25

  五十年前,,一個(gè)華裔工程師高錕(Charles Kao)發(fā)表了一篇論文,,徹底改變了現(xiàn)代通信方式,。

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  1966 年,,當(dāng)時(shí)只有 32 歲的高錕發(fā)表了題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》的論文,提出了光導(dǎo)纖維在通訊上應(yīng)用的基本原理,,大膽設(shè)想用純凈的玻璃代替銅線,,通過光來傳送信號。

  高錕因?yàn)檫@篇論文,,被稱為是“光纖之父”,。然而,在真正被外界認(rèn)可之前,,高錕一度被諷刺是“癡人做夢”,。

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  發(fā)表論文的時(shí)候,高錕正在英國標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)有限公司(STL)當(dāng)工程師,。當(dāng)時(shí)正處于通訊事業(yè)的變革時(shí)代,,傳統(tǒng)的電通信方式已不能滿足人們的需要,很多研究者意識到是時(shí)候該改善通訊設(shè)施,。

  那時(shí)候,,做通訊技術(shù)最先進(jìn)、最權(quán)威的是貝爾實(shí)驗(yàn)室,,而熱門的通信技術(shù)是毫米波通信,。貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)還是空心光波導(dǎo)。因此,,這篇論文剛發(fā)表時(shí),,并沒有在通訊行業(yè)引起很大的回響,做同類研究的不多,,主流的研究室都不看好光纖通信,。

  在高錕發(fā)表論文前,其實(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Rudolf Kompfner 也有研究光纖,,只是 Rudolf 打算用玻璃纖維來傳輸激光,,不過他考慮到的是世界上并沒有太多能用到的純凈玻璃,后來還是放棄了這個(gè)項(xiàng)目,。

  法國人Werts 和Spitz 也有研究光纖通信,,不過高錕的論文發(fā)表恰好比他們早了兩個(gè)月,而這兩個(gè)人后來因?yàn)闆]有研究資金,,不得不放棄研究。

  這些巧合,,使得他們跟光纖通訊失之交臂,。

  其實(shí),本來高錕的工作重點(diǎn)是研究和改進(jìn)微波傳送通訊系統(tǒng),。研究了三年后,,他發(fā)現(xiàn)這個(gè)技術(shù)面臨著各種限制,,沒辦法從根本改善通訊。高錕的在 STL 的上司 Antoni Karbowiak 帶領(lǐng)著他,,尋找了另一種不同的方法,。

  Antoni 希望用光通訊來取代傳統(tǒng)的毫米波通訊技術(shù)。他試圖使用薄膜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)傳輸,,研究了很久但一直沒辦法實(shí)現(xiàn),,就在研究到了最后時(shí)期的時(shí)候,Antoni 離開了 STL 去了澳洲任教(另一個(gè)悲傷的故事……),。

  高錕和另一個(gè)同事 George Hockham 繼承并改進(jìn)了Antoni 的研究,,高錕放棄了薄膜波導(dǎo)結(jié)構(gòu),改用玻璃纖維進(jìn)行傳輸,。通過研究波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和介質(zhì)的損耗性質(zhì),,發(fā)現(xiàn)了玻璃纖維的損耗是由于玻璃中的金屬雜質(zhì)引起的,高純度的玻璃介質(zhì)能實(shí)現(xiàn)光通信,,最后還計(jì)算出當(dāng)當(dāng)玻璃介質(zhì)的損耗低于 20dB/km 時(shí),,便可實(shí)現(xiàn)光速通訊。

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  要做出損耗低于 20dB/km 的玻璃纖維并不是一件容易的事,,要知道當(dāng)時(shí)世界上最好的光學(xué)玻璃是德國的 Ziss 照相機(jī)鏡頭,,其損耗是 700dB/km,常規(guī)玻璃損耗約為幾萬 dB/km,。因此,,當(dāng)時(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室的權(quán)威專家都斷定光纖通訊沒有前途,而是繼續(xù)致力于研究空心光波導(dǎo)系統(tǒng),。高錕訪問貝爾實(shí)驗(yàn)室,,想尋求幫助時(shí),還受到了冷遇,。

  不過高錕并沒有因此灰心,。為了找到那種“沒有雜質(zhì)的玻璃”,高錕跑了很多地方,,去了許多玻璃工廠,。

  高錕的執(zhí)著打動了英國國防部和英國郵政總局。1967 年,,英國郵政總局撥款 1200 萬英磅給高錕研究纖維光學(xué),。

  當(dāng)時(shí)世界最大的玻璃公司 Corning(康寧,iPhone 屏幕上的保護(hù)玻璃就是他家的)看完高錕的研究后,,斥資 3000 萬美元,,在 1970 年首次研制成功損耗為 20dB/km 光纖。

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  康寧公司制造的世界第一根光纖

  看到了光纖通訊的可行性后,貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究員開始相信高錕的研究,,在 1970 年也開始研究光纖通訊,,1972 年停止了所有的空心光波導(dǎo)研究。1973 年,,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的光纖損耗降低到 2.5dB/km,。

  經(jīng)過高錕的努力,在 1981 年,,第一個(gè)光纖系統(tǒng)面世,。

  高錕曾說過,所有的科學(xué)家都應(yīng)該固執(zhí),,都要覺得自己是對的,,否則不會成功。是的,,正因?yàn)樗墓虉?zhí),,我們才能迎來光纖通信的時(shí)代。

  2009 年,,76 歲的高琨因“開創(chuàng)性的研究與發(fā)展光纖通訊系統(tǒng)中低損耗光纖”而獲得諾貝爾獎,。在此前,諾貝爾獎偏重于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的成果,,高錕是首位以應(yīng)用物理研究獲諾貝爾物理學(xué)獎的人,。

  高錕在早些年接受采訪的時(shí)候說過:

  目前,沒有其他物質(zhì)可以代替光纖,。我認(rèn)為,,如果有,起碼要一千年之后,。但是,,請不要相信我說的話,因?yàn)槲易约壕蛷膩矶疾幌嘈攀裁磳<业脑挕?/p>

  光纖大幅度提高了信息傳輸速度,,構(gòu)成了通信網(wǎng),、互聯(lián)網(wǎng)和電視網(wǎng),光纖通信已是人們生活和工作的必需品,。如果當(dāng)年高錕相信了貝爾實(shí)驗(yàn)室的權(quán)威專家,,懷疑自己的研究,那也就沒有現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)生活,。敢于質(zhì)疑權(quán)威的人,,才能獲得最終的成果。


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