用光速连通世界

朱文超

编者按：

2018年9月23日，有“光纤之父”之称的诺贝尔物理学奖获得者、香港中文大学前校长高锟，在香港离世，享年84岁。《知识就是力量》杂志非常关注高锟先生在通信领域所做的杰出贡献，曾多次刊登高锟先生的事迹并引用他提出的理论，今天就让我们踏上这一次神奇的穿越之旅，回顾高锟闪亮的一生。

光纤通信的问题

说起“光纤通信”，相信大家并不陌生。毕竟对于活跃在互联網时代的我们来说，“光纤入户”早已不是一句口号，而是成为了日常生活中真正的一部分。如今，全世界都在享受着光纤通信的高速度带来的便利。

但在20世纪50年代，却很少有人认为光纤通信是可行的，原因在于制作光纤的玻璃材料损耗很大，约为1000分贝/千米，传输不了多远。为了解决这个问题，以高锟为代表的科学家们奉献了无数的汗水与智慧，最终让光纤通信风靡世界。

投身通信革命浪潮

1953年，20岁的高锟进入伦敦大学攻读电机工程。在他大学毕业的前一年，1956年9月25日，从英国铺设到北美的第一条跨大西洋电话电缆（TAT-1）开通。第二年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星由苏联发射成功，为卫星通信技术的产生和发展铺平了道路。1962年7月，美国第一个有源通信卫星Telstar发射成功，实现了横跨大西洋的电视和电话传输。这个时候，社会上对传送包括活动影像在内的大量信息的需求日益迫切，公众对改善通信设施也有着强烈的需求。然而，计划中的陆基通信仍然建立在铜材料的基础上。

高锟注意到了有可能推动他的事业向前发展的浪潮。1960年，他加入英国标准电话和电缆公司，所从事的主要工作正是致力于提高现有通信设备的功能，重点是研究和发展一套利用毫米波长的微波传送通信系统，目标是将通信设备的信息传送能力提高50%。而此前一年激光的发明和半导体技术的迅速发展，也使得一种以光波为载波的通信方式—光通信，被提上了研究日程。这种频带无限的通信网络可望为世界带来通信的革命。

“光纤之父”声名鹊起

1966年7月，33岁的高锟在《英国电机工程师学会学报》上，发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文。他首先指出了石英光纤中的损耗来源，预期其中必有低损耗的“谷”，通过提高石英纯度、降低杂质的吸收，可以将石英光纤的损耗降低到20分贝/千米以下；其次是设计出中间为纤芯、外面是包层的单模圆光纤结构，这种结构非常完美，容易实现，适于长距离传输。这篇文章不仅开创性地提出了光导纤维在通信上应用的基本原理，还描述了远程及高信息量光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性。

这一设想提出之后，有人称之为匪夷所思，类同痴人说梦。但在质疑声中，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。1981年，第一个光纤系统成功问世，高锟这位“光纤之父”也声名鹊起。

2009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩举行新闻发布会，宣布高锟因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就，而与共同发明了CCD图像传感器的威拉德·博伊尔和乔治·史密斯一起分享了2009年诺贝尔物理学奖。

诺贝尔奖评委会这样描述高锟的研究成果：“光流动在细小如线的玻璃丝中，它携带着各种信息数据传递向每一个方向，文本、音乐、图片和视频因此能在瞬间传遍全球。”

“光纤之父”高锟的研究成果不仅有效解决了信息长距离传输的问题，而且还极大地提高了效率并降低了成本。它在彻底改变人类通信模式的同时，也造就了今天互联网的大发展。