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诺奖得主、光纤之父高锟逝世,曾被评价为真正的君子

2018-11-07 16:07:17|浏览量:708

诺奖得主、光纤之父高锟逝世,曾被评价为真正的君子

虎嗅注:据环球网报道,9月23日,诺贝尔物理学奖得主、香港中文大学前校长高锟逝世,享年84岁。高锟一生最大成就,莫过于发明光纤通讯,亦因如此,他有“光纤之父”之称,享誉全球。上海交通大学教授陈益新曾评价道:“我的这位朋友是一位乐于助人、热心桑梓的谦谦君子。”


高锟于2003年确诊脑退化症后,行动和认知能力受到很大影响。2009年获得的诺贝尔物理学奖,对他来说,可算是“迟来的奖项”。


在此,感谢高锟校长为世界通讯行业以及慈善事业做出的贡献。


本文转自公众号“ 以光为鉴”。


在全球宽带建设如火如荼的今天,也许6000公里的海缆系统已经显得稀松平常,但通信圈人士知道,这已经是光通信史上排的上号的光缆系统长度。也或许有人问,从非洲到南美洲的通信,难道不可以走卫星通信吗?其实走卫星通信也不是不可以,只不过32Tbit/s这样的大带宽是目前卫星通信难以企及的,另外一个更重要的原因就在于卫星通信的空口通信损耗太高,并且不是太稳定,性价比很低。


卫星通信的损耗高,性价比低,难道光通信就没有损耗?其实如果回顾光通信的历史就会发现,最初光通信的损耗几乎是大到令科学家们一致心灰意冷的地步,几乎等同于放弃。


这个时候,我们会更加怀念起一个人。他就是光纤之父——高锟。


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无论是大到国家的宽带计划,如美国的信息高速公路,小至街头巷尾常说的光纤到楼、光纤到户,现代的信息科技已经和光通信难解难分。很难想象如果没有光通信,我们将无法享受到上网看电影的乐趣,也享受不到3G、4G,以及即将到来的5G移动通信的各种福利,尽管移动通信在接入的层面不需要光通信,但传输却是离不开的。


也可以这么说,如果没有光通信,我们整个信息社会的传输模式还停留在几十年前。由此我们不禁要问,光通信是如何到来的,而高锟又是如何让曾经几乎被放弃的光通信成为现代通信最耀眼的明星?


让我们一起回顾光通信以及光纤之父高锟走过的探索之路。


早在十九世纪中期,就有两位科学家发现了光的全内反射现象。全内反射现象又称为全反射,即当光线从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时,如果入射角大于某一临界角,光线将不发生折射,而是所有的入射光线将被反射。


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科学家们做过这样的实验,他们将带孔的水桶注满水,把光打在水桶内,结果发现光线竟然沿着弯曲的水流平滑地流出来,这个现象颠覆了人们习惯性的认为光线的直线传播。这里需要说明的是,光线其实依然是直线传播的,只不过在特定的介质内发生了折射。


根据光具有的反射及折射现象,在十九世纪末,美国发明家贝尔就发明了“光话机”,这是一种具有科学前瞻性的设备,即使现在看来原理也有领先之处。其原理就是用能感受震动的薄镜片将聚集后的阳光反射出去,因薄镜受到声音震动而改变光线的强度,而接收方再将加载了声音信息的光线还原成声音。


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但这个原型机却不能达到贝尔预期的效果。贝尔因此说“我听到光线的笑声、咳嗽声和歌唱声”。贝尔也发现,没有达到预期效果的原因是空气作为光线传播介质,本身就会带来很大的衰减,光线传播了一段距离后强度变得很弱,因此也失去了实用价值。


在此之后虽然也出现了多种传播介质,可以让光线在其中转弯,但衰减的问题并没有得到解决,因此每三米就衰减过半的性能也之能应用于医用内窥镜。


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1966年,高锟发表了论文《光频率的介质纤维表面波导》,论证了玻璃介质能够完成光线传播的条件,并首次提出用玻璃纤维作为光传播介质并用于通信的理论。在光通信史上,这是一个具有划时代意义的理论,但遗憾的是,论文发表以后却如石沉大海,业界对此毫无兴趣。


在此我们也肯定猜到,如果高锟就此放弃,就不会有后来的光通信。那么是什么因素造就光通信后来的辉煌,而高锟又经历了怎样的人生轨迹?这就得从高锟的童年说起。


高锟生于上海,高锟的祖父高吹万是一位晚清的诗人,与常州钱名山、昆山胡石亭齐名“江南三名士”,并且与柳亚子交往深厚。他自称为“闲闲山庄”的庄主,并自撰门联一幅:“苟全性命于乱世,别有天地在人间。”


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高锟年幼时接受旧式的私塾教育,直至十岁时进入一所西式学校学习。那是一所旅法留学生创办的学校,学校透出的自由民主科学气息深深影响到了童年时的高锟。


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在这张难得的照片之中,坐在中间的为高锟。幼年时的高锟对科学充满了兴趣,六年级时便开始做化学实验,他与好伙伴周同学一起成功地通过电解水制备了氢气与氧气。除了化学实验,高锟对无线电也颇有兴趣,他和周同学因此又走进了无线电的新天地。而无线电的科技实践也在高锟心里埋下了电机工程的种子。


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在高锟的中学时代正赶上内战,高锟家人为了躲避战乱于是辗转来到香港。高锟以全港前十的成绩考入香港大学,并选修电机工程专业。后来高锟又远渡重洋来到英国就读伍尔维奇理工学院,现在这个学院已改名为格林威治大学。


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从伍尔维奇理工学院毕业以后,高锟进入了国际电话电报公司,而此时也正是通信行业正在酝酿激变的时期。高锟在国际电话电报公司工作的头两三年专注于高频波导管的研究工作。在研究中,高锟发现高频波具有更高的信息容量,但其特性导致在空气传播过程中损耗过大,需要采用特殊的空心线缆进行定向传播。


在1959年,激光的横空出世让业界看到了新的希望,但信号衰减的现象依然得不到解决,因此其特性并不足以作为远距离传输的载体。但高锟并没有放弃其他传输介质的研究,此时高锟已经在攻读博士学位。


经过多年的研究,高锟得到一个重要的理论发现:透明材质中的杂质才是造成衰减率过大的主要原因。同时光纤的构想已经在高锟脑海里成熟,但他也明白,理论中衰减率低于20 dB/km的光导纤维当时根本没有厂家能够生产。于是高锟跑遍了世界各地的大型玻璃生产企业,说服他们开展相关的研究。


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此时大多数的企业都不愿意花高昂的成本研发超纯净玻璃纤维,毕竟做更有商业价值的玻璃器皿更有实际意义。高锟不得不自己动手,成为玻璃工艺专家,并与企业的研发部门一起探讨研究可行的高纯度玻璃制造工艺。为此高锟甚至找到了当时公司的竞争对手贝尔实验室。


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根据高锟发表的论文,美国康宁公司开始了研发光导纤维。康宁公司是美国著名玻璃生产商,也是当今智能手机屏幕大猩猩玻璃的生产商。到了1970年,终于制造出了符合理论的低损耗试验性光纤,由此开启了光通信的时代。


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让我们在此也回顾中国光纤发展走过的50年花光流年。


1966年,高锟博士发表了《光频率的介质纤维表面波导》,并制造出世界第一根可用于通信的光导纤维。


1973年,中国邮电部武汉邮电科学研究院开始研究光纤通信。


1979年,赵梓森教授拉制出中国自主研发的第一根实用光纤。


1980年,多模光纤通信系统开启商用化,传输速率达到140Mbps。


1982年,中国邮电部光纤通信重点科研工程“八二工程”在武汉开通。


1990年,单模光纤通信系统进入商用化阶段(565Mbps),数字同步体系(SDH)的技术标准开始制定。


1997年,采用波分复用技术(WDM)的20Gbps 和40Gbps 的光纤产品试验取得重大突破。


1999年,中国生产的8×2.5Gbps WDM系统首次在青岛至大连开通。


2005年,3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通。


2012年,中国的光纤产能已达到1亿2千万芯公里。


2009年,诺贝尔物理学奖获奖名单揭晓,高锟与另外两位科学家同获科学界的最高奖项。这是一份迟来的荣誉,高锟在科学上的贡献已经远远超越了时代的局限,让世界能够更快进入到信息爆发的时代。而现在谈起“光纤之父”的称号,高锟博士也并不在意。早在2003年,花甲之年的高锟被确诊患上阿兹海默症(也就是俗称的老年痴呆症)。


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经过半个多世纪对科学的孜孜以求,即便已经获得诸多科学的桂冠,但高锟对纯真的追求一如既往。尽管他现在的智力在逐渐退化,变得像孩子一样单纯,渐渐他会记不起自己曾经有过了不起的贡献,忘记了掌声和鲜花,甚至记不起光纤,但纯真的笑容将停留在脸庞。


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在诺贝尔颁奖典礼上,高锟获特别安排,免除走到台中领奖、鞠躬三次的礼仪,瑞典国王卡尔十六世•古斯塔夫破例走到他面前颁奖。高锟说了“谢谢”,这是他接到奖章与证书后说的唯一一句话。

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