光纖之父高錕:遲來的榮耀

2020-12-03 OFweek光電新聞網

　　五十年前，一個華裔工程師高錕（Charles Kao）發表了一篇論文，徹底改變了現代通信方式。

　　1966 年，當時只有 32 歲的高錕發表了題為《光頻率介質纖維表面波導》的論文，提出了光導纖維在通訊上應用的基本原理，大膽設想用純淨的玻璃代替銅線，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「痴人做夢」。

　　發表論文的時候，高錕正在英國標準電信實驗有限公司（STL）當工程師。當時正處於通訊事業的變革時代，傳統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施。

　　那時候，做通訊技術最先進、最權威的是貝爾實驗室，而熱門的通信技術是毫米波通信。貝爾實驗室的研究重點還是空心光波導。因此，這篇論文剛發表時，並沒有在通訊行業引起很大的迴響，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雷射，不過他考慮到的是世界上並沒有太多能用到的純淨玻璃，後來還是放棄了這個項目。

　　法國人Werts 和Spitz 也有研究光纖通信，不過高錕的論文發表恰好比他們早了兩個月，而這兩個人後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。研究了三年後，他發現這個技術面臨著各種限制，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的毫米波通訊技術。他試圖使用薄膜波導結構來實現傳輸，研究了很久但一直沒辦法實現，就在研究到了最後時期的時候，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 繼承並改進了Antoni 的研究，高錕放棄了薄膜波導結構，改用玻璃纖維進行傳輸。通過研究波導的結構和介質的損耗性質，發現了玻璃纖維的損耗是由於玻璃中的金屬雜質引起的，高純度的玻璃介質能實現光通信，最後還計算出噹噹玻璃介質的損耗低於 20dB/km 時，便可實現光速通訊。

　　要做出損耗低於 20dB/km 的玻璃纖維並不是一件容易的事，要知道當時世界上最好的光學玻璃是德國的 Ziss 照相機鏡頭，其損耗是 700dB/km，常規玻璃損耗約為幾萬 dB/km。因此，當時貝爾實驗室的權威專家都斷定光纖通訊沒有前途，而是繼續致力於研究空心光波導系統。高錕訪問貝爾實驗室，想尋求幫助時，還受到了冷遇。

　　不過高錕並沒有因此灰心。為了找到那種「沒有雜質的玻璃」，高錕跑了很多地方，去了許多玻璃工廠。

　　高錕的執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。

　　當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）看完高錕的研究後，斥資 3000 萬美元，在 1970 年首次研製成功損耗為 20dB/km 光纖。

康寧公司製造的世界第一根光纖

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  • 諾貝爾物理學獎得主高錕教授簡介
    高錕。 圖為香港中文大學向中新網提供。中新社香港十月六日電原香港中文大學校長、「光纖之父」高錕教授六日獲得諾貝爾物理學獎。瑞典皇家科學院表示，高錕教授獲獎是因為他在「有關光在纖維中的傳輸以用於光學通信方面」做出了突破性成就。高錕教授在一九六六年發表「光通訊」基礎理論，提出以一條比頭髮絲還要細的光纖代替體積龐大的千百萬條銅線，用以傳送容量幾近無限的信息傳送，當時被外界笑稱為「痴人說夢」，但高錕教授的理論於九十年代被廣泛利用，造就了今天網際網路的大發展，被譽為「光纖之父」。
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