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“光纤之父”高锟辞世!但他的诺奖演讲辞, 青年不可不读!

2018-09-24 22:00 程序员之家
编者语:

9月23日下午,诺贝尔物理学奖得主、香港中文大学前校长高锟逝世,享年84岁。高锟一生最大成就,莫过于发明光纤通讯,亦因如此,他有“光纤之父”之称,享誉全球。高锟一生都离不开科学,曾为入读心仪的电机工程系,刻意到英国留学。敬请阅读。 


来源微信公众号“互联网思想”


“光纤之父”、诺奖获得者高锟与世长辞……


香港中文大学前校长、“光纤之父”高锟,今日(9月23日)下午于医院离世,享年84岁。高锟早于2004年时便被证实患上阿兹海默症(又称老人痴呆症)。


香港特区行政长官林郑月娥23日表示,高锟教授是香港人的骄傲,对他的辞世深感哀痛,谨代表香港特区政府,向他的家人致以深切慰问。


香港中文大学校长段崇智教授表示,高教授是出类拔萃的学者,也是高等教育界高瞻远瞩的领袖。他作为港中大第三任校长,在任内积极推动大学整体发展,建立稳固基础,为有才之士开拓发展空间,成就超卓。高教授的离世对港中大、香港及全球学术界均是重大损失,谨代表中大教职员、同学及校友向高教授的家人致以深切慰问。

高锟(Charles Kuen Kao ),华裔物理学家,生于中国上海,祖籍江苏金山(今上海市金山区),拥有英国、美国国籍并持中国香港居民身份。高锟是光纤通讯、电机工程专家,华文媒体誉之为“光纤之父”、普世誉之为“光纤通讯之父”(Father of Fiber Optic Communications),曾任香港中文大学校长。2009年,高锟与威拉德·博伊尔、乔治·埃尔伍德·史密斯共享诺贝尔物理学奖。

2018年9月23日下午,诺贝尔物理学奖获得者高锟病逝于香港,终年84岁。



高锟生前在光纤、宽频传送等科技成就极高,在国际学术领域获奖无数。


2009年10月6日,高锟荣获得诺贝尔物理学奖,以表扬其在“光传输于纤维的光学通信领域的突破性成就”。

高锟生平

  • 1948年家族移居台湾,后高锟父亲携家眷再迁往香港;

  • 1949年高锟进入香港圣若瑟书院就读中学四年级;

  • 1957年取得英国伦敦大学学院电子工程理学学士学位;

  • 1959年与夫人黄美芸结婚,育有长子明漳、次女明淇,现时皆在美国硅谷生活和工作;

  • 1960年进入ITT设于英国的欧洲中央研究机构——标准电信实验有限公司;

  • 1965年任职国际电话电报公司时取得伦敦大学学院电机工程哲学博士学位;

  • 1966年发表《光频率介质纤维表面波导》论文,指出用石英基玻璃纤维进行长距离信息传递,将带来一场通讯事业的革命,并提出当玻璃纤维衰减率(Attenuation)下降到每公里20分贝时,光纤通讯即可成功;

  • 1970年应香港中文大学邀请筹办电子系(现称电子工程学系),担任香港中文大学电子系教授及讲座教授,任职四年;

  • 1974年返回ITT公司,在位于美国维吉尼亚州劳诺克的光电产品部担任主任科学家,后擢升为工程主任;

  • 1982年,因卓越的研究与管理才能而获任命为首位“ITT执行科学家”,在康乃狄克州的先进技术中心工作;

  • 1987年至1996年,高锟出任香港中文大学第三任校长;

  • 1989年创立讯息工程学系(及后于1991年并入工程学院,而高氏有份参与建立);

  • 1991年设立建筑学系(2009年起改称建筑学院);

  • 1996年中国科学院紫金山天文台宣布命名一颗新发现的小行星为“高锟星”(国际编号3463),以表扬他在科学上所做的杰出贡献;

  • 1997年返港成立「高科桥公司」提供科技顾问服务,同时担任香港特区政府科技创新委员会委员;

  • 2000年在大埔工业村投资成立“高科桥光纤有限公司”,生产光纤,2003年易主更名“高科桥光通信有限公司”;

  • 2002年或之前完成英文自传《A Time a Tide》,许迪锵翻译的中文译本《潮平岸阔——高锟自述》于2005年出版;

  • 2004年初,高锟证实罹患早期阿兹海默病,接受治疗;

  • 2009年正式退休,同年当选为中国科学院院士;

  • 2009年10月6日,瑞典皇家科学院向高锟颁授诺贝尔物理学奖;

    12月8日,高锟的演说《古沙递捷音》由夫人和中大4名教授按照《潮平岸阔》内容代笔,夫人代为发表;

    12月10日,高锟在诺贝尔典礼上获特别安排,免除走到台中领奖、鞠躬三次的礼仪,瑞典国王卡尔十六世·古斯塔夫破例走到他面前颁奖;

  • 2010年9月21日高锟及夫人黄美芸成立高锟慈善基金,协助阿兹海默症患者和家属;

  • 2018年9月23日,于香港沙田区威尔斯亲王医院离世,享年84岁

生前殊荣多斩

高锟幼年住在法租界,当时已对化学感兴趣,后来迷上无线电,装了一部有五、六个真空管的收音机。

后来家族移居台湾,再迁往香港,高锟入读香港圣若瑟书院中四级,毕业后就读当时位于伦敦东部的伍利奇理工学院(现称格林威治大学)。后来取得了英国伦敦大学学院电子工程理学学士学位,并于1965年取得伦敦大学学院电机工程哲学博士学位。

高锟的职业生涯中,持续钻研信号传送的研究,研发光纤通讯技术,并获得2009年诺贝尔物理学奖、爱迪生电信奖、马可尼国际奖、贝尔奖、巴伦坦奖章、利布曼奖等多个殊荣。



荣获诺贝尔物理学奖

高锟于2009年在瑞典获颁诺贝尔物理学奖奖章和奖状。

高锟获颁诺贝尔奖时,大会播出其格言。↓

高锟教授的诺贝尔奖牌和奖状,左边是艺术家Sture Berglund特别献给高教授而的画作。描绘的是瑞典最北端波罗的海在冬至时分的海面,以画中在水平线上泛起的一线阳光比喻高锟教授的成就带动科技的发展。↓

中大校董会主席郑海泉博士代表中大赠送电子相架于高锟教授伉俪。

中大于2010年成立「高锟奖学基金」,奖励杰出的物理或工程本科生,时任特首曾荫权亦有出席开幕礼。

团结香港基金于2018年3月28日发布艺术共融政策报告,高锟太太黄美芸于发布会上向各位嘉宾分享艺术对高锟教授多年来的帮助。



为港中文大学贡献甚笃

1987年至1996年,高锟出任香港中文大学第三任校长,创立讯息工程学系、建筑学系,至2009年退休。

2004年,高锟曾到医院检查,发现与其父亲一样患上阿兹海默症(即脑退化症)。为协助阿兹海默症患者及其家属,高锟及夫人黄美芸在2010年成立高锟慈善基金。

(高锟于2014年出席高锟慈善基金会成立4周年的典礼。)

高锟退休后,经常来往于香港和美国两地。逝者已矣,但他为人类社会留下的遗产以及他的贡献,势必永远被历史铭记。


来源:香港下午茶、图文选自香港01、维基百科



大公报:高锟诺奖演讲词  青年不可不读(附全文)

 

香港《大公报》2009年12月9日刊出社评《高锟诺奖讲词 青年不可不读》说,今天,港人社会特别是年轻一代,最需要的就是创见、自信、坚持与关怀。建议全港中学的理科老师暂时放下课本,改以高锟的诺贝尔奖演讲词与学生一起研读;大学生不论文理工,也应该找来认真一读,这是千金难买的最好的教材。


  文章摘编如下:


  二00九年诺贝尔物理奖得主获奖演说,昨日在瑞典首都斯德哥尔摩大学举行;相比起明日举行、由瑞典国王主持的颁奖礼,获奖演说具有更崇高的学术地位,全球物理学界以至更广泛领域的科技工作者都会聆听、关注这一个重要的演说。


  本届得主、前香港中文大学校长高锟,因为患上“老人痴呆症”,已经不能够亲自站在这个学术殿堂的高台上演说了;但是,由高夫人黄美芸女士代为宣读的讲词,依然充满了智慧的光芒和慑人的力量,它深刻展示了今日改变通讯方式、改变人类生活的光纤通讯,当日是如何由高锟力排众议、提出创见,并坚持进行了长期、艰苦的实验,反复探索论证,最终才创造出了一根玻璃管子改变整个世界的奇迹。


  整个演讲令人留下最深刻印象的有四个方面,一是机遇、二是创见、三是坚持、四是信心。而这一切,都与科学家个人的理想、质素与热诚分不开。


  早在上世纪五十年代,传统的无线电传输已经无法满足人们对通讯日益增加的要求,有关低损耗的传输研究工作开始起步,高锟得以在这个时候加入,可说“生得逢时”。这是机遇,高锟抓着了。


  当时,有关如何减低讯号传送过程中损耗的方法如雨后春笋般纷纷被提出,但仍在修读博士学位的高锟,已经提出了同时以几何光学和波动学说来进一步理解“波导”问题的全新想法。六十年代初,激光已经发明,但光通讯完全未成气候,但高锟已经提出:“我们怎么可以断定激光没有前途?如果光通讯仅仅停留在理论阶段,那就太可惜了。”


  高锟坚持要对自己的想法进行科学实验,在此后两年多的时间里,他埋首实验室做研究,最终认定了廉价的玻璃是最可用的透光材料,而关键在降低材料中铁、铜、锰等杂质,只要制造出“纯净玻璃”,讯号传送的损耗就会被减至最低。高锟为此写成了一篇论文,文章一九六六年七月发表在英国电子工程学会的年报上,而文章发表之日,后世即视之为光纤通讯诞生之时。


  在其后的几年间,高锟继续带领团体进一步提高实验成果,但面对不少质疑与批评,高锟对此信念坚定、热情不减。一次因为晚回家吃饭被妻子责备,他就说:“别生气,我们正在做的是非常振奋人心的事情,终有一天它会震惊全世界。”


  今天,以玻璃光纤为介体的通讯系统已经在全球建立,亿万公里长的玻璃光纤电缆铺设在地下和海底,构成了一个错综复杂的互联网世界,“咫尺天涯”已经由浪漫的想象变为事实。高锟四十年前“震惊全世界”的预言已经实现。


  更为难得的是,演词还指出了光纤通讯不仅仅是科技上的进步,还带来了重大的社会变革,下一代正以不同的方式学习和成长,讯息工业的生产为发展中国家带来机遇,讯息的广泛传播也带来了更多平等参与的机会。短短几句话,科学家“悲天悯人”、关心社会的情怀已溢于言表。


  今天,港人社会特别是年轻一代,最需要的就是创见、自信、坚持与关怀。建议全港中学的理科老师,今日暂时放下课本,改以高锟这一篇诺奖演词与学生一起研读;大学生不论文理工,也应该找来认真一读,这是千金难买的最好的教材。


    高锟妻代夫演讲:

昔日戏言得诺奖 今朝梦想成真

来源: 中国新闻网(北京) 

由于健康原因,诺贝尔物理学奖得主高锟的演讲词由他的夫人黄美芸代为宣读。


中新网12月9日电 2009年诺贝尔奖颁奖典礼将于10日在瑞典首都斯德哥尔摩举行,大会昨特别举行讲座,由物理学奖得主之一、光纤之父高锟的太太黄美芸代替丈夫发表演讲。她透露,当年丈夫忙于科研,令她颇为生气,高锟以自己正在做一件未来“会震惊世界”的事情来安抚太太,黄美芸则调侃“那你会因此而得诺贝尔奖的,是吗?”没想到如今“戏言”竟梦想成真。台下的高锟听到这段往事,亦开怀大笑。

遗憾丈夫未能亲演讲

香港“文汇报”报道,演讲昨在瑞典斯德哥尔摩大学礼堂举行,由于高锟患有老人痴呆症,未能亲自发表领奖演说,由太太以“Sand from centuries past; Send future voices fast”(“古沙递捷音”)为题代其演说。黄美芸先以粤语向大家问好,后以英语叙述高锟研究光纤技术的历程,以及多年来的一些家庭趣事。她表示,丈夫未能亲自主持演讲,非常遗憾,但高锟个人为获诺贝尔基金会肯定其成就感到自豪,全家亦为他深感荣幸。

黄美芸表示,丈夫在60年代开始专注科研时曾遇到很多挫折,当时不少专家都指,寻找能有效传递光讯号的材料,实是不可能的任务。但高锟坚定及具感染力的热情,却渐渐改变其他人,在寻访多家玻璃生产商后终于获得康宁(Corning)的回应;而到69年,著名的贝尔实验室亦终于加入研究光纤的行列,见证着丈夫的努力步向成功。

夫常夜归妻讽“会得诺奖吗”

不过,这段时间,高锟需要经常出差远行,时常很晚回家,黄美芸坦指自己与幼小的子女们常感到不快。当时,高锟曾告诉她,正在做一件未来“会震惊世界”的事情,但只获黄美芸语带调侃讽刺地反问:“是吗?那你会因此而得诺贝尔奖的,是吗?”如今戏言却成真。

在演说后段,黄美芸不时微笑着望着台下的高锟,又对在场的子女重复当年家中常说的笑话:“孩子们,今早你们在餐桌上见到的那个男人就是你们的父亲(讽刺高锟常不在家,子女都不认识自己父亲)”,只是,语气已由当时的抱怨变成今日的骄傲。高锟听到后即开心大笑,回望子女和太太,一家四口仿佛回到昔日的时光。

高锟一家昨以庄重服装出席讲座,他一身黑色西装,其子女陪伴在身旁一同凝神聆听母亲的演说,当黄美芸提及家庭趣事时,则一起开怀大笑。

寄语世人讯息泛滥非好事

在总结演讲时,黄美芸亦特别寄语世人:“以光纤为本的全球通讯网络确实做到天涯若比邻……然而讯息泛滥并不是一件好事……光纤通讯不仅是科技上的进步,还为社会带来了显著变革;下一代人将会以不同的方式学习和成长。”

高锟诺奖演辞《古沙递捷音》
来源: 大公报


编者按:感谢高锟教授,他在四十年前的创见,开启了人类信息科技革命新纪元。人们特别感兴趣的是,这位「光纤之父」如何创造出一根玻璃管子改变全世界的奇迹。高锟夫人、高黄美芸前日代夫登台发表题为《古沙递捷音》的诺贝尔奖得奖人演说,缕述了这位科学家为梦想不断探索的点点滴滴,堪称千金难得的好教材。徇众要求,本报今天刊登演辞全文,以飨读者。


非常遗憾,我丈夫高锟教授不能亲自来主持这个演讲。作为他的至亲,我与你们站在一起向他致敬,并代替他主持这次演讲。他为自己获诺贝尔基金会肯定他的成就,并颁予他这个奖项而感到非常自豪,我们也身同感受,与有荣焉。

1966年,高锟发表了具有开创性的论文,为我们带来了今天无处不在的光纤通信。四十三年以来,电话通信世界因此发生了巨大变化。这一伟大变革正源于高锟的执着,因为他在众人质疑声中仍坚持自己的信念。

20世纪70年代,玻璃光纤的预产研究出现在美国维吉尼亚州罗阿诺克市的ITT公司(国际电话电报公司)。在那段期间,高锟收到两封信,一封言辞严厉,谴责他打开了魔瓶,释放了瓶中恶魔;另一封来自中国一个农民,向他讨教有什么办法可以告诉远处的妻子给他送饭。这两封信分别预示了一种未来的人类生活图景,而今天这两种图景都已成为?史。

60年代,我们的孩子还很小。高锟常常很晚回家,以至子女经常都要在餐桌前等着吃晚饭。我对他每天晚归感到很生气,我依稀记得他是这么对我说的:

「别生气,我们现在做的是非常振奋人心的事情,有一天它会震惊全世界的。」

我略带讽刺地说:「是吗?那你会因此而得诺贝尔奖的,是吗?」

他是对的,他的成果给通信界带来了一场惊天动地的革命。

早期研究

1960年,在伍尔维奇的标准电话与电报工作了一段时间后,高锟加入了附属英国ITT的标准电信实验室(STL)。他在标准实验室的工作,主要集中在微米波传输系统,目的是要改良当时通讯基础设施的传输容量。

35到70千兆赫的微米波可能有更高的传输容量,但是具体情况不明,困难巨大,因为在这样的频率范围,光束会发散或被大气吸收,无线电波无法传输长距离,光波需要藉波导引导。上世纪50年代,低损耗环形波导(HE-11模)的研究工作刚刚起步,60年代开发了一个试验系统,投入巨额资金,积极计划把这个系统推至预研阶段,大大提高了公众对诸如视频电话等新电信服务的期望。

高锟加入了卡博维克博士(Dr.Karbowiak)领导的长距离波导研究组。他看到真实的环形波导,兴奋无比。那时,他的任务是为微波和光信号寻找新的传输方法。他同时运用几何光学和波动说以求更深入理解波导问题,在当时,这是一个全新的想法。其后,他上司建议他在标准实验室工作期间同时攻读博士学位。高锟于是在伦敦大学学院报读博士课程,并在两年内完成了他的论文《准光学波导》。

1959年激光的发明给了电信业极大鼓舞,认为光通信很快就能实现。相干光可以成为新的信息载体,相比于点对点的微波系统,它可以提供十万倍的信息容量。这个结论是由简单比较它们的频率得来:光的频率是300太赫(3×1014赫),微波的频率只有3千兆赫(3×109赫)。

光通信大有与环形波导系统争一日长短之势,但环形波导系统在当时仍然稳占上风。1960年,激光技术才刚起步,全球只有数间研究所进行过一些实验,未有足够数据证实光通信的可行性。光通信尚未成气候。

但高锟仍然认为激光通信具有巨大潜力。他对自己说:「我们怎么可以断定激光没有作为?如果光通信仅仅停留在理论阶段,那实在是太可惜了。」

他提出两个问题:
1.红宝石激光是否光通信的合适光源?
2.在这样的波长范围,有什么物质具有足够的透明度?


那个时候,只有两个研究组开始从事光通信传输方面的研究,其它的研究组则从事固态和半导体激光器的研究。激光在光频范围会发出相干的辐射,但要利用相干光作为信息的载体,即使非绝无可能,也十分困难。要真正实现光通信,还有很多重要的问题需要解决。

关键的发现


1963年,高锟已在进行开放空间的氦氖(HeNe)激光传送实验;半导体和激光技术快速发展,令有关光通信的研究得以广泛开展。标准实验室的研究人员把激光远射,发现光点不停闪动。由于大气的波动,光点在几个光束直径的范围内跳动。

研究人员也进行其它实验,以求重复或改良世界各地研究所的结果。比如说,他们进行了和贝尔实验室类似的共焦镜实验:将一系列凸透视镜以焦距相隔,排列起来。即使在夜深人静,空气死寂的时刻,就算每隔100米重新聚焦,光束仍不能固定在镜片的有效孔径内。

贝尔实验室曾利用气体透镜进行实验,但因无法绝对隔热以稳定气体透镜的外形,不得不放弃实验。这些实验简直是缘木求鱼,无非是想找出长距离传输光线的方法。

在标准实验室,研究重心逐渐转向介电波导:用不导电的介电圆柱体,被空气包围,组成波导。卡博维克博士建议高锟和其它三名研究人员就他提出的薄膜波导进行研究。

但薄膜波导的研究失败了:它对光的约束作用不足,光线在拐弯时会泄漏出来。

其后卡博维克博士移民澳洲,高锟遂出任研究计划的领导,他随后建议对光线在介电材料的衰减机制进行研究。

有几位研究人员专门研究如何量度低衰减透明物质的衰减程度。George Hockham则与他一起研究介电波导的特性,因为他对波导理论感兴趣,所以集中研究光纤波导的容限条件;尤其是光纤电缆的体积容限和接合点光功率衰减的程度。他们按部就班,研究玻璃纤维作为波导材料的物理和波导条件。

此外,高锟还推动他的激光研究小组同事,进行有关近红外半导体激光器的研究,使这种激光器的发光特性配合单模光纤的直径。单模光纤只容许单一光线或光模传递。激光器必须耐用,并且可以在室温操作而无需液氮冷却。所以,有关激光器的研究也是挑战重重,但在20世纪60年代初期,看似不着边际的研究还是可以得到支持的,只要耗资不是太巨大。

此后两年间,高锟领导的研究小组努力向目标进发。对材料的物理性和化学组成,在解决新发现的电磁波问题上,他们都欠缺经验,但仍取得可喜的进展。他们查阅文献、访问专家,以及向多家玻璃和聚合体材料公司搜查样本。他们也研究有关的理论,并为进行一系列实验制定了测量的技术。在他们设计开发出来的各种设备中,有一种是用来测量在材料内极轻微的亮度衰减,另一种则用于分阶模拟实验,以测量因机械缺陷而导致的亮度损耗。

高锟最终认定玻璃是可能的透明材料。玻璃是由亘古以来既廉价又用之不竭的沙粒做成的。

透明材料的光学损耗原因有三:(a)固有损耗;(b)外因损耗;(c)Rayleigh性散失。材料结构本身吸收红外线,造成固有损耗,因而限制了透明区域的波长;外因损耗是由于材料不纯净;而Rayleigh性散失则是材料结构不统一,导致光子散失的结果。常见的玻璃产品如窗玻璃,因为透明度足够一般应用,所以没有人会深入研究至此。在与多位专家讨论之后,高锟最终得出以下结论:

1.必须将所有杂质,特别是铁、铜、锰等过渡元素,降低至百万分一以至十亿分一水平,以减少杂质损耗,但没有人知道是否可以降低至这样的水平。

2.高温玻璃相对于聚合体之类的低温玻璃冷却较快,其分布因而较均匀,有较低的散失性衰减。

与此同时,微波的模拟实验也宣告完成。根据其波模、其端对端偏差容限以及其直径偏差容限,介电波导的特征得以完整界定。理论和模拟实验都证实该方法是可行的。

他们就此写了一篇题为《为光波传递设置的介电纤维表面波导管》的论文,投到《英国电子工程师学会学报》。经过寻常的评审和修改过程,论文于1966年7月刊出──那一天现在被视为光纤通信的诞生日。

论文


论文以圆形截面光纤中模式性质的简短讨论作为开卷。
论文紧接集中讨论被认定是应用光纤于通讯上的主要障碍:材料特性。那时候,即使是最透明的玻璃,损耗也高达200dB/km,这使得信号在玻璃中只能传输几米──谁都知道厚玻璃是不甚透光的。

但是该论文指出,散失造成的固有损耗可以低至1dB/km,因而光讯号在实际距离上的传输是可能的。限制传输的主因是杂质:在这些波长范围主要是二价和三价的铁离子。引用论文中的话:「只要把铁杂质的浓度降至百万分之一,可以预期制造出在波长0.6微米附近损耗为20dB/km的玻璃材料。」简而言之,只要材料够「纯净」,几百米厚的玻璃板也可以看穿。这一重要先见开创了光通讯的领域。

论文同时也考虑了很多其它问题:
选取适当模式,使绝大部分能量集中在光纤外部,损耗可以进一步降低。
光纤外围应为折射率较低的包层(这后来成为标准技术)。
光纤弯曲带来的能量损耗在弯曲半径大于1mm时可以忽略。
估计了横截面不均匀带来的损耗。
分析了单模光纤的特性。(单模光纤现在成为长距离、大容量数据传输的关键技术。)解释了色散是如何限制带宽的;并且举出了一个10km传输的例子,这在1966年是一个非常大胆的例子。

引用该论文总结部分的表述:
「目前,要成功利用光纤波导,取决于是否能制造出合适的低损耗电介质材料,而其中材料问题是关键的,虽然看似很难,但并非完全没有办法解决。可以肯定的是,所需要达到的20dB/km的损耗目标,比基本机制所限定的最低损耗要高出很多。」

基本上所有这些预测都准确地指出了发展的路径,现在的技术与当时的预测相比,损耗只是百分之一,而带宽却是万倍。现在看来,1966年这篇论文中的革命性建议还是过分保守了。

使世界信服


高锟于1966年2月的一次IEE会议上阐述了这篇论文的主旨,但却没有引起世界太多的关注──除了英国邮政局(BPO)和英国国防部(UK Ministry of Defense)外,他们为此立即开展重点研究项目。到了1966年底,英国有三个研究团队在进行相关主题的研究:标准实验室的高锟本人、英国邮政局的Roberts及Gambling与国防部实验室(Ministry of Defense Laboratory)的Williams的合作队伍。

在接下来的几年间,高锟到世界各地推广他的构想,足迹所及之处包括;日本(自此建立了不少持久的友谊)、德国的研究实验室,和荷兰等地。他说如果没有更多人加入,玻璃光纤的应用将不会有所发展。面对多方的质疑和批评,他有着非同寻常的坚定信念。全球的电信业非常庞大,非个人或甚至单一国家可以改变;但是,他是坚定的,他的热情是如此富有感染力,渐渐地他改变了其它人,令他们相信他的构想。

起初,专家们宣称,根本上不可逾越的问题中,材料是最严重的一个。Gambling提到British Telecom早先对这个提议的态度是「有些尖刻」的。而本可轻易尽占先机的贝尔实验室,起先也忽视了这项提议,直至他们看到这项提议的可行性。高锟寻访了多家玻璃制造商,游说他们制造所需的纯净玻璃。他从康宁(Corning)得到了响应。由Maurer带领的康宁团队,第一次生产出玻璃预制棒,并发明了使玻璃光纤合乎规格的技术。

与此同时,高锟继续致力证明,玻璃光纤在长距离光学传输系统中作为介体的可行性。他们面对一系列难以克服的困难,首先是对低损耗样品的测量技术,而能够获得的样品的长度只有20厘米左右。确保样品表面完美无缺也是非常的困难,还有打磨过程中引起的端面反射损耗。在测量过程中他们面临的困境,是要求检测两个样本之间少于0.1%的损耗差别,而整段20厘米长的样本总衰减也只有0.1%,不够精确的测量是毫无意义的。

1968和1969年间,高博士和他在标准实验室的同事Davies、Jones和Wright,针对上述在玻璃样本内的亮度衰减的测量问题发表了一系列论文。在当时,名为分光光度计的测量仪器的灵敏度非常有限──只有43dB/km左右。测量工作非常困难:即使污染极微,也会造成与衰减相若的损耗,而端面效应更易糟糕上十倍。高博士和他的团队自制了一个单光束分光光度计,其灵敏度达到21.7dB/km。而后来的双光束分光光度计,更是将灵敏度提高到4.3dB/km。

反射效应是用自制的椭圆率计测量的。为了制造椭圆率计,他们使用等离子沉积法制造石英样本,制造过程中的高温蒸发了石英中的杂质离子。利用灵敏的仪器,他们测量了一些玻璃样品的衰减,赫然发现Schott Glass公司的一种红外硅样品,在0.85微米左右的频率范围的衰减只有5dB/km!这最终证明了去除杂质可以将吸收损耗降低到可用的程度。

这是非常振奋人心的消息,因为低损耗区域正好落在镓砷激光器的发射光谱带中。测量结果明确指出了光纤通信的路向──小体积的镓砷半导体激光器作为光源,低成本的包层玻璃光纤作为传输介体,硅或锗半导体作为检测器。梦想不再遥远,这些测量结果明显引起了研究界的兴趣,研发第一个低损耗玻璃光纤波导的竞赛开始了。

1967年,Maurer在康宁的化学家同事Schultz净化了玻璃。1968年,他的同事Keck和Zimar拉出了光纤。1970年,通过外部气相沉积法(OVD),康宁使用掺钛纤芯和硅包层,制造出在0.633微米处损耗为17dB/km的光纤波导。两年之后,他们以掺锗纤芯代替掺钛纤芯,制造出一条损耗低至4dB/km的多模光纤。

在迟疑不决多年之后,贝尔实验室最终于1969年加入行列,创立了光纤研究项目。1972年,他们终于停止了在空心光波导管上的研究,他们的毫米波研究项目亦在1975年终止。

正是在这段他经常远行出差的时期,这个卡通笑话在家中流行:

「孩子们,今早你们在餐桌上见到的那个男人就是你们的父亲!」

我们见他没几天,他又会离开一阵子。有时他会坐飞机去参加当天在纽约ITT总部举行的会议。我会忘记他并没有回办公室,还会打电话请他的秘书提醒他回家路上顺路买些牛奶等杂物,他的秘书会这样回答:

「高太太,您不知道您丈夫今天在纽约吗?」

对世界的影响


自1976年第一代45Mb/s光纤通信系统建成以来,单根光纤的传输容量已经增长到原来的一百万倍,达到几十Tb/s。与此同时,光纤放大器和波分复用技术的发明,使数据得以在百万公里计的光纤中传输。这就是光纤通信产业不断发展的?程。

光纤通信已经完全改变了世界。整个电信系统迎来了翻天覆地的变化,国际长途电话变得非常便宜。

全新的大型光纤光学产业,包括光缆制造和设备、光器件、网络系统和设备如雨后春笋般出现。

亿万公里长的玻璃光纤光缆铺设在地下和海底,构建了一个错综复杂的连接网络,而这个网络正是互联网世界得以存在和发展的基础。

现在的互联网比以前的电话更加普及。我们可以上网浏览网页、打电话、写博客、观看视屏、购物、交友。没有光纤,上世纪90年代开始的信息技术革命便不可能发生。

从过去的几年开始,光纤逐渐以各种方式进入家庭。更加环保的全光网络正在筹划发展当中,光纤通信的革命还没有结束,更可能正刚刚开始。

结束语


以光纤为本的全球通讯网络确实做到天涯若比邻,令人与人之间关系更密切,我亦没有必要引用技术数据来证明这一点。我们得知获得诺贝尔奖的消息,是在加利福尼亚州的凌晨3时,来自斯德哥尔摩(他们的早晨)的电话,无疑是通过光纤传输的;几分钟后,来自亚洲朋友(他们的傍晚)的祝贺信息,也是通过光纤传输。然而信息泛滥并不是一件好事:那晚我们不得不摘掉电话以求安睡。

到目前为止,光纤通信不仅仅是科技上的进步,还为社会带来了显著变革。下一代人将会以不同的方式学习和成长;人们打交道的方式也将有所不同。一件产品各个部分的生产,好有可能分散在世界多个地方,为人们尤其是发展中国家的人民提供了巨大的机遇。信息的广泛传播,明显带来更多平等和参与公共事务的机会。

已经有很多人谈过和写过信息社会,我不打算多谈──我只想说这一切已经远远超过了1966年第一次正式提出光通讯概念时的梦想,在那时,即使是1GHz,都只是一种美好的愿望而已。

最后,高锟教授和我想感谢香港中文大学的教授,他们是:杨教授、黄教授、张教授和陈教授,在准备这篇演讲稿时他们给予了我们莫大帮助。高锟也感谢ITT公司,在那里他用了30年的时间发展出自己的事业,同时感谢早期和他一同投入光纤研发的同事。没有一大群志同道合的人,这个工业便不会蓬勃发展至今天这个面貌。

高锟埋下了这颗种子,Bob Maurer为它浇水,同时,John MacChesney使它生根茁壮。(完)

文章来源:微信公众订阅号“互联网思想”2018年9月23日(本文仅代表作者个人观点)


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