五十年前,,一個華裔工程師高錕(Charles Kao)發(fā)表了一篇論文,,徹底改變了現(xiàn)代通信方式,。
1966 年,,當(dāng)時只有 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。
高錕因為這篇論文,,被稱為是“光纖之父”,。然而,在真正被外界認可之前,,高錕一度被諷刺是“癡人做夢”。
發(fā)表論文的時候,,高錕正在英國標準電信實驗有限公司(STL)當(dāng)工程師,。當(dāng)時正處于通訊事業(yè)的變革時代,,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候該改善通訊設(shè)施,。
那時候,,做通訊技術(shù)最先進、最權(quán)威的是貝爾實驗室,,而熱門的通信技術(shù)是毫米波通信,。貝爾實驗室的研究重點還是空心光波導(dǎo)。因此,,這篇論文剛發(fā)表時,,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,其實貝爾實驗室的 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項目,。
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月,而這兩個人后來因為沒有研究資金,,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,,本來高錕的工作重點是研究和改進微波傳送通訊系統(tǒng)。研究了三年后,,他發(fā)現(xiàn)這個技術(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)來實現(xiàn)傳輸,,研究了很久但一直沒辦法實現(xiàn),,就在研究到了最后時期的時候,Antoni 離開了 STL 去了澳洲任教(另一個悲傷的故事……),。
高錕和另一個同事 George Hockham 繼承并改進了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)能實現(xiàn)光通信,最后還計算出當(dāng)當(dāng)玻璃介質(zhì)的損耗低于 20dB/km 時,,便可實現(xiàn)光速通訊,。
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)時世界上最好的光學(xué)玻璃是德國的 Ziss 照相機鏡頭,,其損耗是 700dB/km,,常規(guī)玻璃損耗約為幾萬 dB/km。因此,,當(dāng)時貝爾實驗室的權(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)。高錕訪問貝爾實驗室,,想尋求幫助時,,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)時世界最大的玻璃公司 Corning(康寧,,iPhone 屏幕上的保護玻璃就是他家的)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,。
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,貝爾實驗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,,美國貝爾實驗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,正因為他的固執(zhí),,我們才能迎來光纖通信的時代,。
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候說過:
目前,沒有其他物質(zhì)可以代替光纖,。我認為,,如果有,起碼要一千年之后,。但是,,請不要相信我說的話,因為我自己就從來都不相信什么專家的話,。
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驗室的權(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,。