第二篇章 低损耗光纤的发明

1970 年，全球正处于数据和通信爆炸的边缘。

新发明的出现开始催生远距离传输数据的需求。1969 年秋，美国国防部开发了阿帕网 (ARPAnet)，它作为互联网的先驱，首先将五角大楼和大学实验室互联了起来。

Digital Equipment 等公司当时正忙于制造第一台冰箱大小的微型计算机，它相较于房间大小的大型机，更小也更便宜，这意味着更多公司能够通过数据来运营他们的业务。

当时，第一批ATM 自动取款机还很原始，为了支持机器的读取功能，纸质的指令牌上灌注有轻微的放射性元素，而且需要通过网络来发送消费者的银行信息。一年之后，一位名叫Ray Tomlinson 的电脑程序员发送了世界上第一封电子邮件，并开始使用@符号来分隔姓名和地址。

那时，全球企业也开始有相互交流的需求，但当时铜质电话线只能承载有限的通话量，而且声音的质量比较差，因为线路不能携带足够的信息来重塑一个人的声音。需求大大超过了供给，以至于国际长途的价格一度高达每分钟4 美元（相当于2020 年的27 美元）甚至更高。

以低成本远距离传输大量数据和对话的需求日益增长。为应对这一需求，一套或许可行的理论进入了研究人员的视野，这得益于当时在英国标准电信实验室的一名物理学家——高锟(Charles)。

“光纤”一词在20 世纪60 年代开始进入人们的视野。但最初这个词被用来形容在阴极射线管（用于看电视）、计算机电路和医疗设备中的光放大器。这项技术只在短距离光传输时才有效。当距离达约20 米后，信号几乎会完全消失。

高锟是第一位预示到世界可能会以光的形式，通过光纤为媒介得以互联的人。高锟在其1966 年发表的一篇开创性论文中写道：光纤在理论上可能远优于铜线或无线电信号。其中的挑战在于玻璃中含有的杂质，这也导致了被科学家称为“衰减”的信号损耗。科学家们想方设法找到一种“低损耗光纤”，一种可以在不明显损失光的情况下长距离传输光的玻璃。

高锟假设：通过净化玻璃，细光纤束将能够以最小的信号损耗在长距离传输大量数据。

但当时还没有人知道应该如何制造这种净化的光纤。负责英国电话系统的英国驿务署找到康宁公司寻求帮助，希望寻找一款新型的大容量数据线。康宁委派物理学家Robert Maurer，事领两名新入职的年轻研究员——实验物理学家Donald Keck 和玻璃化学家Peter Schultz 全力投入这一项目的研究。

然而，创新之路注定避免不了无数次实验失败所带来的沮丧。这期间，科学家们尝试了无数的玻璃组合，以及基于不同设计尺寸和生产方法的实验，以创造和净化实验所需的玻璃成份。其中面临的最大挑战之一，就是将两种玻璃组合成单纤。在每一项测试中，技术人员需要从并排放置在熔炉里的玻璃块上拉出一根纤维，然后将这根纤维套在另一根纤维中，以此来制造单纤。

1970 年8 月的某个周五傍晚，Donald Keck 正准备将团队最新研发出的新型光纤样品放置到设备中进行测试。虽然迫不及待想开启周末，但他仍想在回家前试验一次这最新的成果。当他俯身站在显微镜前时，被一束明亮的光惊呆了。后来， 他形容说：“这是我所见过的最壮丽的情景。”

光的损耗以分贝为单位进行测量，而证实高锟博士理论可行的前提是，玻璃的载光能力需要表现出小于20 dB的光损耗。穿过这款新型光纤的光脉冲在16 ～17 dB 之间。Donald Keck 说，他那天仿佛在实验室里感受到了爱迪生的精神，并在笔记本中郑重地写下了“哇！”

正如在专利申请中所描述的那样，“光波导光纤”是一种能够承载比铜线多65 000 倍信息的光纤。四年之后，1970 年夏天的那个“哇”时刻，凭借美国第3 711 262 号专利成为永恒。

而康宁开始大规模生产光纤，则已经是9 年之后的事了。又过了几年，各大公司才陆续开始将其应用于海底光缆的铺设，从而让连接各大洲的梦想成为现实，为人们提供了一种低成本的通信方式。

1970 年8 月的那个下午，标志着一场通信革命的开始，而它最终将助力重塑整个世界。