第二篇章 低損耗光纖的發明

1970 年，全球正處于數據和通信爆炸的邊緣。

新發明的出現開始催生遠距離傳輸數據的需求。1969 年秋，美國國防部開發了阿帕網 (ARPAnet)，它作為互聯網的先驅，首先將五角大樓和大學實驗室互聯了起來。

Digital Equipment 等公司當時正忙于制造第一臺冰箱大小的微型計算機，它相較于房間大小的大型機，更小也更便宜，這意味著更多公司能夠通過數據來運營他們的業務。

當時，第一批ATM 自動取款機還很原始，為了支持機器的讀取功能，紙質的指令牌上灌注有輕微的放射性元素，而且需要通過網絡來發送消費者的銀行信息。一年之后，一位名叫Ray Tomlinson 的電腦程序員發送了世界上第一封電子郵件，并開始使用@符號來分隔姓名和地址。

那時，全球企業也開始有相互交流的需求，但當時銅質電話線只能承載有限的通話量，而且聲音的質量比較差，因為線路不能攜帶足夠的信息來重塑一個人的聲音。需求大大超過了供給，以至于國際長途的價格一度高達每分鐘4 美元（相當于2020 年的27 美元）甚至更高。

以低成本遠距離傳輸大量數據和對話的需求日益增長。為應對這一需求，一套或許可行的理論進入了研究人員的視野，這得益于當時在英國標準電信實驗室的一名物理學家——高錕(Charles)。

“光纖”一詞在20 世紀60 年代開始進入人們的視野。但最初這個詞被用來形容在陰極射線管（用于看電視）、計算機電路和醫療設備中的光放大器。這項技術只在短距離光傳輸時才有效。當距離達約20 米后，信號幾乎會完全消失。

高錕是第一位預示到世界可能會以光的形式，通過光纖為媒介得以互聯的人。高錕在其1966 年發表的一篇開創性論文中寫道：光纖在理論上可能遠優于銅線或無線電信號。其中的挑戰在于玻璃中含有的雜質，這也導致了被科學家稱為“衰減”的信號損耗。科學家們想方設法找到一種“低損耗光纖”，一種可以在不明顯損失光的情況下長距離傳輸光的玻璃。

高錕假設：通過凈化玻璃，細光纖束將能夠以最小的信號損耗在長距離傳輸大量數據。

但當時還沒有人知道應該如何制造這種凈化的光纖。負責英國電話系統的英國驛務署找到康寧公司尋求幫助，希望尋找一款新型的大容量數據線。康寧委派物理學家Robert Maurer，事領兩名新入職的年輕研究員——實驗物理學家Donald Keck 和玻璃化學家Peter Schultz 全力投入這一項目的研究。

然而，創新之路注定避免不了無數次實驗失敗所帶來的沮喪。這期間，科學家們嘗試了無數的玻璃組合，以及基于不同設計尺寸和生產方法的實驗，以創造和凈化實驗所需的玻璃成份。其中面臨的最大挑戰之一，就是將兩種玻璃組合成單纖。在每一項測試中，技術人員需要從并排放置在熔爐里的玻璃塊上拉出一根纖維，然后將這根纖維套在另一根纖維中，以此來制造單纖。

1970 年8 月的某個周五傍晚，Donald Keck 正準備將團隊最新研發出的新型光纖樣品放置到設備中進行測試。雖然迫不及待想開啟周末，但他仍想在回家前試驗一次這最新的成果。當他俯身站在顯微鏡前時，被一束明亮的光驚呆了。后來， 他形容說：“這是我所見過的最壯麗的情景。”

光的損耗以分貝為單位進行測量，而證實高錕博士理論可行的前提是，玻璃的載光能力需要表現出小于20 dB的光損耗。穿過這款新型光纖的光脈沖在16 ～17 dB 之間。Donald Keck 說，他那天仿佛在實驗室里感受到了愛迪生的精神，并在筆記本中鄭重地寫下了“哇！”

正如在專利申請中所描述的那樣，“光波導光纖”是一種能夠承載比銅線多65 000 倍信息的光纖。四年之后，1970 年夏天的那個“哇”時刻，憑借美國第3 711 262 號專利成為永恒。

而康寧開始大規模生產光纖，則已經是9 年之后的事了。又過了幾年，各大公司才陸續開始將其應用于海底光纜的鋪設，從而讓連接各大洲的夢想成為現實，為人們提供了一種低成本的通信方式。

1970 年8 月的那個下午，標志著一場通信革命的開始，而它最終將助力重塑整個世界。