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获得诺贝尔奖的华人:一个激光技术一个光学光纤

  初入职场,提出“异想天开”的设想

  1957年高锟获得工程学士学位,是人生的一个最重要里程碑。毕业后,他到标准电话与电报公司工作,这家公司是美国国际电话电报公司在英国的一家子公司。1960年,高锟在这家公司附属的标准电信实验室工作。

  20世纪是科学技术迅猛发展的时代,由于电子技术的崛起和发展,人类迅速由工业社会进入到信息社会,对于信息量的需求越来越大,对信息的传递速度也越来越高。这时,作为传递载体的“电子”开始力不从心,远远不能满足人类对传递速度和容量的需要。于是科学家开始把目光转向另一个信息载体--光波。

  从理论上来讲,光波的频率比无线电波的频率高出上千倍。这意味着如果用光波作为传播信息的载体,那传播的速率和传输的容量将会提高上千万倍。这是多么诱人的前景啊!但是科学家长期以来没有办法控制光波传播的路径。因此在1960年代以前,通信技术仍然是电子和无线电一统天下,很少有人对光通讯抱有幻想。但是到了激光技术在1959年发现以后,由于激光能够发射高强度和高聚焦的光源,因此可以把它泵入很细的光纤,再加上这种光源十分稳定,这就为科学家实现光通讯技术突破带来了无限生机,光通讯技术的研究也由此进入工作日程。

  1960年,高锟调到标准通讯实验室工作时,开始探寻如何用光波来传送信息。他认为,用光波传送的信息量,可以比当时用微波的传送量增加1万倍。他还指出,用光传送信息不是将光由A点射到B点就完事了,关键是要找到一种导体,以保证和保持光从A点到B点时不会受到任何阻碍。这个设想的关键是有没有足够透明的导体来完成传送光波的任务。所以他的首要任务就是找到适合传送光波的导体。在此后6年的研究中,高锟发现“石英基玻璃纤维”就是适用于传送光波用的导体(简称光纤,即光导纤维)。

  喜遇伯乐,推动“光纤的技术革命”

  1966年7月,高锟在《英国电子工程师学会学报》上发表了他的文章:“介电波导管的光波传送”。在这篇划时代的文章里,他开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理,描述了长程及高信息量光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性。简单地说,光在光纤中的传输损耗主要来源于材料中的杂质,而不是纤维结构的不完善;玻璃必须加以提纯,高纯度的石英光纤传输损耗可以降到很低。他还具体计算出光在这种光纤中的传输距离可达100公里以上。他认为制造一种前所未有的透明玻璃是可以实现的,虽然当时还不清楚具体应该怎样做。

  就在科学界为高锟论文的可行性发生争论期间,英国邮政部有一位总裁高屋建瓴,相信高锟的设想有可能实现,并立即拨给他经费,这才使得高锟得以在困境中把实验研究进行下去。在这段研究期间,高锟可以说是日思夜想、殚精竭虑,正如他自己所说:“对我的研究计划,我无时无刻不记挂于心,深信新的发现将对业界产生深远的影响。即使晚上离开实验所回到家里,怎样提高玻璃的透明度,用什么方法进行实验,如何运用复杂的数学运算证明我的理论,始终萦绕脑际,不论醒着还是在睡梦中,种种问题仍挥之不去。很多时候,午夜梦回,新的想法一闪现,我就迫不及待要告诉睡得昏昏沉沉的妻子美芸。”

  她会在朦胧中说:“趁你还记得,你就把它们写下来吧。”高锟后来回忆说:“美芸在大学时接触过有关的物理理论,理所当然成为我第一个倾诉对象。跟她解说,有助我理清思路,并运用不那么技术性的方法解释我的意念。有时她会指出一两个关键问题,是我从未想过的。当时她正在电脑部门,负责编写软件程式,解决我们交付过去的数学方程式。”

  此后在争论及实验不断地改进中,高锟的设想逐步变成现实:利用石英玻璃制成的光纤应用越来越广泛,全世界掀起了一场光纤通信的革命。1970年,美国康宁公司成功地研制出光纤。1972年这家公司研制出第一条1公里长的光纤;1982年光纤的第一个商业系统在英国和美国正式运行;到了1992年,光纤已经有了大规模的生产和世界性的应用,为人类信息时代插上了双翅。

  从此,文字、音乐、照片和录像,不足一秒就可以传遍全球。高锟也因此被称为“光纤通讯之父”。

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