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光纖之父高錕
2009/12/22 02:37:25瀏覽1008|回應0|推薦13

如果不是被授予了諾貝爾物理獎,知高錕之名的中國人會很少。然而中國人早就開始受高錕之惠了,包括接近美國總人口的中國互聯網民們,以及數量更多幾倍的用著電話看著電視的中國人。所有這些千里眼和順風耳,都仰仗著高錕發明的光纖以前所未有的速度來傳遞信息。

光,具有超強的傳遞信息的能力,這並非高錕的發現,而是一個十分自然的推論。在電話和無綫電發明之後,人們開始利用電磁波在導綫或開放空間中傳播信息,而要想增加所傳遞的信息量,就必須提高電磁波的頻率,也就是縮短電磁波的波長。例如,收音機可以收到用長波(波長可達10000米)搭載的聲音信號,而電視信號就只能用接近微波(波長在1米以下)的頻率傳送了。當電磁波的波長持續縮短,落進“光頻率”(optical frequencies,波長大約800納米至400納米,1納米為10億分之一米)的範圍,就成了可見光,理論上講,這時候已成爲光波的電磁波所能負載的信息量是微波的上萬倍。

但用光來傳遞信息有兩個巨大的障礙:首先是需要一種超高強度、單一頻率、並且可以把要搭載的信息“摻”到其中的光源;第二個更難克服,光的波長很短因而特別容易在傳播過程中衰減,並且不能像較低頻率電磁波那樣可以被容納在傳導介質(如金屬導綫)中想傳到哪裏就傳到哪裏,而只能走一條直綫,實在沒有什麽實用價值。

上世紀50年代末,兩個美國人從理論上推斷某些物質在受到特定方式的刺激時會發射出極亮極純的光,兩年后另一個美國人把這種光真的做了出來,這就是激光(Laser)。不久蘇聯人製成了體積小、反應快、容易控制的半導體激光器。至此光通信有了合適的光源。

高錕則獨立和完整地解決了光通信的傳導媒介問題,他利用透明材料内壁的連續反射讓光線“拐彎”從而使一向只能直綫傳播的光就範于可隨意彎曲的光導介質,並提出只要光導介質具備一定的條件就能使光信號的傳播距離達到實用的程度,然後爲了找到合適的材料四處尋訪玻璃製造商,最終用石英玻璃製成了光導纖維。

光纖的研發實際上已經超出了傳統電磁學的範圍,更像是一個光學和材料的問題。而高錕早年所學同光和材料都沒什麽直接關係,從學士到博士,他的領域一直是電機工程(Electrical Engineering),這是他從小的志趣。“電機工程”並非像我們想象的那樣只和發電機和電動馬達有關,在高錕求學的四、五十年代,“電子工程(Electronic Engineering)”尚未完全獨立,那時候的“電機工程”包羅著與電磁相關之萬象。在臺灣至今仍是如此,而大陸由於當年效仿蘇聯的學科分類,“電機工程”被大卸八塊,已經不復存在多年,唯一能讓大陸的青年們對該詞有一點印象的是:江澤民畢業于交通大學電機工程系。

高錕能夠將大跨度的知識和技術融會貫通而發明光纖,固然因爲他任職于電信業、以提高通信效率為研究方向,更得益于他頗爲特別的早期教育。高錕1933年生於上海,他父親對兒子的教育不拘一格,少年高錕可以由著自己的興趣隨便折騰,把家裏的一層樓變成了自己的實驗室,在裏面鼓搗各種稀奇古怪的東西,比如製造氯氣、煙花、滅火器和照相紙,甚至用泥巴和化學藥品做成小“炸彈”扔到街上嚇唬過路的小貓小狗以博一樂,後來愛好由化學轉至電磁,小小年紀就用幾個電子管做出了收音機。

1948年高錕15嵗的時候,舉家前往臺灣,再遷到香港定居。中學畢業的時候,高錕先考上了香港大學,但由於該校沒有他喜歡的電機工程,轉赴英國讀書。

1957年,24嵗的高錕進入國際電話電報公司(ITT)在英國的分公司工作。ITT(International Telephone & Telegraph)是一家美國公司,在當時提供長途電話和電報服務並製造電訊設備(如今這家公司在經過一系列的並購和分割之後已退出電信服務業,“ITT”完全失去了其字面含義,僅是一個品牌而已)。1960年,高錕进入ITT设在英国的研究機構“標準通信實驗室”,這相當於赫赫有名的AT&T貝爾實驗室。也就在這一年,美國人梅曼(Theodore Harold Maiman)通過用強光刺激紅寶石而生成了強度和純度都極高的激光,使得用光來傳遞信息有了第一個必要條件,於是高錕借著這股東風開始了對光纖的研究和試驗。1966年,高錕在英国电机工程师学会的学报上發表了“光频率介质纤维表面波导(Dielectric-fibre surface waveguids for optical frequencies)”一文(有興趣的朋友可以從網上找到這篇文章),這是光纖技術的奠基禮。

然後高錕開始着手解決光纖的材料和製造工藝問題。爲了讓光在傳播過程中的衰減降到最低,必須找到一種通透性極好的玻璃並最大程度地去除其中的雜質,而把這種玻璃均勻地拉成細如髮絲的光纖已經夠難了,更別説爲了使光纖的内壁具有反射能力還必須在其表面覆上一層其他材料。高錕奔波各地,向玻璃廠商們推介光纖的理念。1970年,美國康寧公司(Corning Glass Works)製成了符合要求的石英玻璃光導纖維,這一技術從此進入了實用階段。

1974年,41嵗的高錕由於出類拔萃的能力和貢獻,被ITT任命為公司首席科學家,從此遷居美國。

1987年,高錕離開了任職30年的ITT,受聘擔任香港中文大學校長,直至1996年。高錕對香港科技界及這所學校的貢獻,香港媒體只在他獲諾貝爾獎之後才有所報道,而在他任職校長的9年間,只有一次登上了香港各大媒體的版面,而且還是被當成笑話看。那是90年代初,中國政府爲了準備香港回歸,在香港各界人士中任命了一批“港事顧問”,其中就有高錕。時值“六四”后不久,高錕受此任命被學生們當成了賣港之賊,在中文大學的一次重大活動中高錕講話的時候,一些學生沖上主席臺閙場,當著台下的滿座高朋羞辱高錕,致使活動中斷。其後全校教師一致聲討這些學生,建議給與最嚴厲處罰,但高錕卻堅決反對,沒對他們進行任何懲戒。

高錕和大陸及臺灣均有學術交流,是中國科學院外籍院士和臺灣中央研究院院士。1996年,中國科學院紫金山天文臺將一顆小行星命名為“高錕星”。

高錕今年76嵗,曾經如此有智慧的人近年不幸得了老年痴呆症,記憶和語言表達嚴重受損,連最親近的人都不能確定他是否還記得自己當年如何做了一件改變世界的事。高錕質樸淡泊慈和寬厚,這些品質不會隨著腦力的衰退而消失,相信他仍能凴此安享晚年。在這裡祝他平安快樂。

( 知識學習科學百科 )
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