用光速連通世界

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獎獲得者、香港中文大學前校長高錕，在香港離世，享年84歲。《知識就是力量》雜志非常關注高錕先生在通信領域所做的杰出貢獻，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。

光纖通信的問題

說起“光纖通信”，相信大家并不陌生。畢竟對于活躍在互聯網時代的我們來說，“光纖入戶”早已不是一句口號，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的便利。

但在20世紀50年代，卻很少有人認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。為了解決這個問題，以高錕為代表的科學家們奉獻了無數的汗水與智慧，最終讓光纖通信風靡世界。

投身通信革命浪潮

1953年，20歲的高錕進入倫敦大學攻讀電機工程。在他大學畢業的前一年，1956年9月25日，從英國鋪設到北美的第一條跨大西洋電話電纜（TAT-1）開通。第二年10月4日，世界上第一顆人造地球衛星由蘇聯發射成功，為衛星通信技術的產生和發展鋪平了道路。1962年7月，美國第一個有源通信衛星Telstar發射成功，實現了橫跨大西洋的電視和電話傳輸。這個時候，社會上對傳送包括活動影像在內的大量信息的需求日益迫切，公眾對改善通信設施也有著強烈的需求。然而，計劃中的陸基通信仍然建立在銅材料的基礎上。

高錕注意到了有可能推動他的事業向前發展的浪潮。1960年，他加入英國標準電話和電纜公司，所從事的主要工作正是致力于提高現有通信設備的功能，重點是研究和發展一套利用毫米波長的微波傳送通信系統，目標是將通信設備的信息傳送能力提高50%。而此前一年激光的發明和半導體技術的迅速發展，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。這種頻帶無限的通信網絡可望為世界帶來通信的革命。

“光纖之父”聲名鵲起

1966年7月，33歲的高錕在《英國電機工程師學會學報》上，發表了一篇題為《光頻率介質纖維表面波導》的論文。他首先指出了石英光纖中的損耗來源，預期其中必有低損耗的“谷”，通過提高石英純度、降低雜質的吸收，可以將石英光纖的損耗降低到20分貝/千米以下；其次是設計出中間為纖芯、外面是包層的單模圓光纖結構，這種結構非常完美，容易實現，適于長距離傳輸。這篇文章不僅開創性地提出了光導纖維在通信上應用的基本原理，還描述了遠程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結構和材料特性。

這一設想提出之后，有人稱之為匪夷所思，類同癡人說夢。但在質疑聲中，高錕的設想逐步變成現實：利用石英玻璃制成的光纖應用越來越廣泛，全世界掀起了一場光纖通信的革命。1981年，第一個光纖系統成功問世，高錕這位“光纖之父”也聲名鵲起。

2009年10月6日，瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩舉行新聞發布會，宣布高錕因在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”取得了突破性成就，而與共同發明了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年諾貝爾物理學獎。

諾貝爾獎評委會這樣描述高錕的研究成果：“光流動在細小如線的玻璃絲中，它攜帶著各種信息數據傳遞向每一個方向，文本、音樂、圖片和視頻因此能在瞬間傳遍全球。”

“光纖之父”高錕的研究成果不僅有效解決了信息長距離傳輸的問題，而且還極大地提高了效率并降低了成本。它在徹底改變人類通信模式的同時，也造就了今天互聯網的大發展。