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英国华裔科学家高锟因为“在光学通信领域中光的传输的开创性成就”,而与“发明了成像半导体电路”的另两位美国科学家共同获得了2009年度诺贝尔物理学奖。光纤通信一时间成了媒体和公众关注的焦点。
烽火报警
早在2700多年前的我国西周时期,为了防备西边部落的侵扰,在镐京城附近的骊山一带修筑了许多烽火台。如果发现西边部落来进攻,晚上就在烽火台上烧起大火,白天就在烽火台上燃烧狼粪使它冒烟,以此发出警报。相邻烽火台上的士兵见此情景,也跟着燃起大火或“狼烟”。这样,远方的诸侯就知道镐京城告急,天子有难,赶紧带领军队前来救援。“周幽王烽火戏诸侯”的故事就是这样发生的。因此,我国可以说是人类历史上最早使用光来传递信息的国家。
19世纪70年代,一位英国科学家,做过这样一个有趣的实验:?摇他在一个容器的壁上钻了一个小孔,然后往容器里倒入大量的水,让水从小孔中流出。此时,用光照射容器内的水,他发现射入水中的光竟然随着水从小孔喷出,而且同水流一起呈弧线状落到地面,在地面上形成了一个光斑。这本是一个重大的科学发现!可在当时,并没有引起科学家们的重视。1889年,巴黎世博会上,一条条传导着光线的水流组成一道色彩缤纷的瀑布,吸引了许多人的眼球;但也仅此而已。
20世纪30年代,希腊有一位制作玻璃器皿的工人意外地发现,光能毫无散射地从玻璃棒的一端传到另一端。这实际上已经初步揭示了光在玻璃中的传播规律。可在当时,人们也没有意识到这一发现有什么重大意义。直到1958年,光的这一传播规律才在医学领域得到了应用。由2500根细玻璃纤维制成的“胃窥镜”,能将光引到人体的胃内,使医生不用开刀,就可以看到胃里的情况。
大失所望
科学家发现,在水或玻璃中沿直线传播的光,遇到水与空气或玻璃与空气的交界面时,会发生反射和折射,即一部分光线返回水或玻璃中,另一部分光线则进入空气中继续传播。但当光线到达交界面时的入射角度超过某个极限值时,折射光线消失了;所有的光线都返回了水或玻璃中。科学家称这一现象为光的全反射现象。发生全反射时,原先四散奔跑的光,会被束缚在水柱或玻璃棒内,沿着“WWW”形的路径继续往前传播。照射到容器内的光能在地面上形成一个光斑,光线能从玻璃棒的一端传到另一端,就是这个道理。
既然“胃窥镜”能让医生看到病人胃内的情况,能不能利用玻璃纤维来传递更多的信息呢?因为光是通信信号极好的载体,而且制作玻璃纤维的原材料远比铜要廉价得多;上世纪60年代,科学家几经努力,但结果却令人大失所望。问题出在光在玻璃纤维中传播时会急剧衰减。如果传播距离是1千米,光的能量就会衰减到原来的100亿分之一!这意味着北京“水立方”满满一池的水,经过一条1千米长的输水管后,将只剩下一滴水了。基于如此高的损耗,许多科学家都认为,光纤虽然可用在胃镜导管上,但用于长距离通信却根本不可能。
"疯子"高锟
然而伟大的发现或成功,往往蕴育于对于“不可能”的否定之中。
高锟1933年生于上海,1948年举家迁往香港。从伦敦大学毕业后,加入英国国际电话电报公司任工程师,同时攻读伦敦大学的博士学位。在公司,年轻的高锟带领着一个只有几个人的小团队,选择了用玻璃代替铜线,用光来传送信号这个“不可能完成的”研究项目。对此,许多人都认为匪夷所思,甚至认为他是个疯子。所以,在他成功之后,人们最关心的问题,莫过于为什么初出茅庐的他,当年能顶住那么强大的质疑,坚持自己的研究。他说,那时公司里的氛围十分宽容,只要你别花太多钱,就可以继续做下去。而他自己从小对各种事情充满了好奇心,不畏惧挑战传统思维和权威,而且探索的过程给他带来了大量的乐趣。
高锟对如何降低光在光纤中的急剧衰减做了大量研究。他首先排除了一系列影响因素,最终证明:是玻璃中的离子杂质对光的衰减起到了决定性作用。他还发现了最适合长距离传输的光的波长,或者说什么颜色的光最适合用来进行长距离通信。他预言,只要每千米衰减后光的能量能保留1%,光纤就可以用于通信。1966年7月,高锟发表了具有历史意义的论文。尽管在当时人们还无法制造出高锟要求的那种“超纯净玻璃”,但高锟揭示出了这种技术的极限。一旦这一极限得以实现,那就意味着为新技术开启了一扇大门。
他很满足
为寻找那种“没有杂质的玻璃”,高锟费尽周折。他去了许多玻璃制造厂,宣传他的理论,激励大家开发“超纯玻璃”。他到过美国的贝尔实验室及日本、德国,跟人们讨论玻璃的制造工艺。在那段四处奔波的日子里,他遭受了许多人的嘲笑,说世界上并不存在没有杂质的玻璃。但高锟的信心并没有丝毫的动摇,他认为科学家应该是固执的,要觉得自己是对的,否则就不会成功。
4年后的1970年,美国康宁公司发明了一种特殊的玻璃制造工艺,首次迈过了“每千米衰减后光的能量能保留1%”的门槛。之后,随着技术不断进步,每千米衰减后的能量达到了5%。再后来,高锟发明了石英玻璃,制造出了世界上第一根光导纤维,使科学界大为震惊。
高锟的成功使信息高速公路在全球迅猛发展,他也因此被世人尊称为“光纤之父”。不过,由于技术的专利权属于雇用他的公司,他并没有从中得到很多财富。对此,高锟坦然地说:我心里觉得,一个人有这样的好运,能做一件前所未有的事情,而且做出来的影响是非常非常大,这对我自己个人说,很满足。就像印刷机让所有老百姓都可以拿到印刷出来的书,可以增加知识,光纤把我们的知识时代,把我们所有的信息,所有要传送的资料,都可以很快地送给人家。所以我很满足,拿不拿奖,对我完全没有什么意思。
永远铭记
你可能会问,“为什么高锟现在才得诺贝尔奖?”这一方面是由于过去诺贝尔奖偏重于基础理论,现在对具有重大影响的工程应用也很重视了。另一方面,光有了光纤,没有高速度的光源还是不能发挥光纤通信的优势,这中间有一个发展过程。
1976年,美国贝尔实验室建成了从华盛顿到亚特兰大的世界上第一条光纤通信线路,由于当时还没有高速度的半导体激光器,只能用简称“LED”的低速度的发光管作光源,所以其通信速度仅为每秒45兆。现在,普通家庭上网用的宽带速度都有每秒2兆了。1982年1月,中国第一个光纤通信线路在武汉建成,也是采用LED作光源,通信速度为每秒8兆,可容纳120路电话;而当时电缆通信可容纳1800路电话。所以,那时许多人对光纤通信的评价甚低。
1981年,世界上第一个半导体激光器研制成功。1984年,美国采用激光器的光纤通信的速度达到每秒144兆,可容纳电话1920路;信号放大站的间隔距离可达数十千米,都超过电缆通信。现在,实验室光纤通信系统的速度已能达到每秒3200万兆!2005年建成的上海到杭州的光纤通信线路,可容纳5000万路电话,是目前世界最大的商用线路。
如今,光纤通信已成了信息时代的重要支柱。手机、因特网、数字电视……人类的生活已与光纤通信息息相关。尽管因患老年痴呆症,高锟已忘了自己的毕生研究,不知道自己是“光纤之父”,但人们决不会忘记,是高锟实现了被绝大多数人认为不可能的光纤通信,对人类文明作出了伟大的贡献。
烽火报警
早在2700多年前的我国西周时期,为了防备西边部落的侵扰,在镐京城附近的骊山一带修筑了许多烽火台。如果发现西边部落来进攻,晚上就在烽火台上烧起大火,白天就在烽火台上燃烧狼粪使它冒烟,以此发出警报。相邻烽火台上的士兵见此情景,也跟着燃起大火或“狼烟”。这样,远方的诸侯就知道镐京城告急,天子有难,赶紧带领军队前来救援。“周幽王烽火戏诸侯”的故事就是这样发生的。因此,我国可以说是人类历史上最早使用光来传递信息的国家。
19世纪70年代,一位英国科学家,做过这样一个有趣的实验:?摇他在一个容器的壁上钻了一个小孔,然后往容器里倒入大量的水,让水从小孔中流出。此时,用光照射容器内的水,他发现射入水中的光竟然随着水从小孔喷出,而且同水流一起呈弧线状落到地面,在地面上形成了一个光斑。这本是一个重大的科学发现!可在当时,并没有引起科学家们的重视。1889年,巴黎世博会上,一条条传导着光线的水流组成一道色彩缤纷的瀑布,吸引了许多人的眼球;但也仅此而已。
20世纪30年代,希腊有一位制作玻璃器皿的工人意外地发现,光能毫无散射地从玻璃棒的一端传到另一端。这实际上已经初步揭示了光在玻璃中的传播规律。可在当时,人们也没有意识到这一发现有什么重大意义。直到1958年,光的这一传播规律才在医学领域得到了应用。由2500根细玻璃纤维制成的“胃窥镜”,能将光引到人体的胃内,使医生不用开刀,就可以看到胃里的情况。
大失所望
科学家发现,在水或玻璃中沿直线传播的光,遇到水与空气或玻璃与空气的交界面时,会发生反射和折射,即一部分光线返回水或玻璃中,另一部分光线则进入空气中继续传播。但当光线到达交界面时的入射角度超过某个极限值时,折射光线消失了;所有的光线都返回了水或玻璃中。科学家称这一现象为光的全反射现象。发生全反射时,原先四散奔跑的光,会被束缚在水柱或玻璃棒内,沿着“WWW”形的路径继续往前传播。照射到容器内的光能在地面上形成一个光斑,光线能从玻璃棒的一端传到另一端,就是这个道理。
既然“胃窥镜”能让医生看到病人胃内的情况,能不能利用玻璃纤维来传递更多的信息呢?因为光是通信信号极好的载体,而且制作玻璃纤维的原材料远比铜要廉价得多;上世纪60年代,科学家几经努力,但结果却令人大失所望。问题出在光在玻璃纤维中传播时会急剧衰减。如果传播距离是1千米,光的能量就会衰减到原来的100亿分之一!这意味着北京“水立方”满满一池的水,经过一条1千米长的输水管后,将只剩下一滴水了。基于如此高的损耗,许多科学家都认为,光纤虽然可用在胃镜导管上,但用于长距离通信却根本不可能。
"疯子"高锟
然而伟大的发现或成功,往往蕴育于对于“不可能”的否定之中。
高锟1933年生于上海,1948年举家迁往香港。从伦敦大学毕业后,加入英国国际电话电报公司任工程师,同时攻读伦敦大学的博士学位。在公司,年轻的高锟带领着一个只有几个人的小团队,选择了用玻璃代替铜线,用光来传送信号这个“不可能完成的”研究项目。对此,许多人都认为匪夷所思,甚至认为他是个疯子。所以,在他成功之后,人们最关心的问题,莫过于为什么初出茅庐的他,当年能顶住那么强大的质疑,坚持自己的研究。他说,那时公司里的氛围十分宽容,只要你别花太多钱,就可以继续做下去。而他自己从小对各种事情充满了好奇心,不畏惧挑战传统思维和权威,而且探索的过程给他带来了大量的乐趣。
高锟对如何降低光在光纤中的急剧衰减做了大量研究。他首先排除了一系列影响因素,最终证明:是玻璃中的离子杂质对光的衰减起到了决定性作用。他还发现了最适合长距离传输的光的波长,或者说什么颜色的光最适合用来进行长距离通信。他预言,只要每千米衰减后光的能量能保留1%,光纤就可以用于通信。1966年7月,高锟发表了具有历史意义的论文。尽管在当时人们还无法制造出高锟要求的那种“超纯净玻璃”,但高锟揭示出了这种技术的极限。一旦这一极限得以实现,那就意味着为新技术开启了一扇大门。
他很满足
为寻找那种“没有杂质的玻璃”,高锟费尽周折。他去了许多玻璃制造厂,宣传他的理论,激励大家开发“超纯玻璃”。他到过美国的贝尔实验室及日本、德国,跟人们讨论玻璃的制造工艺。在那段四处奔波的日子里,他遭受了许多人的嘲笑,说世界上并不存在没有杂质的玻璃。但高锟的信心并没有丝毫的动摇,他认为科学家应该是固执的,要觉得自己是对的,否则就不会成功。
4年后的1970年,美国康宁公司发明了一种特殊的玻璃制造工艺,首次迈过了“每千米衰减后光的能量能保留1%”的门槛。之后,随着技术不断进步,每千米衰减后的能量达到了5%。再后来,高锟发明了石英玻璃,制造出了世界上第一根光导纤维,使科学界大为震惊。
高锟的成功使信息高速公路在全球迅猛发展,他也因此被世人尊称为“光纤之父”。不过,由于技术的专利权属于雇用他的公司,他并没有从中得到很多财富。对此,高锟坦然地说:我心里觉得,一个人有这样的好运,能做一件前所未有的事情,而且做出来的影响是非常非常大,这对我自己个人说,很满足。就像印刷机让所有老百姓都可以拿到印刷出来的书,可以增加知识,光纤把我们的知识时代,把我们所有的信息,所有要传送的资料,都可以很快地送给人家。所以我很满足,拿不拿奖,对我完全没有什么意思。
永远铭记
你可能会问,“为什么高锟现在才得诺贝尔奖?”这一方面是由于过去诺贝尔奖偏重于基础理论,现在对具有重大影响的工程应用也很重视了。另一方面,光有了光纤,没有高速度的光源还是不能发挥光纤通信的优势,这中间有一个发展过程。
1976年,美国贝尔实验室建成了从华盛顿到亚特兰大的世界上第一条光纤通信线路,由于当时还没有高速度的半导体激光器,只能用简称“LED”的低速度的发光管作光源,所以其通信速度仅为每秒45兆。现在,普通家庭上网用的宽带速度都有每秒2兆了。1982年1月,中国第一个光纤通信线路在武汉建成,也是采用LED作光源,通信速度为每秒8兆,可容纳120路电话;而当时电缆通信可容纳1800路电话。所以,那时许多人对光纤通信的评价甚低。
1981年,世界上第一个半导体激光器研制成功。1984年,美国采用激光器的光纤通信的速度达到每秒144兆,可容纳电话1920路;信号放大站的间隔距离可达数十千米,都超过电缆通信。现在,实验室光纤通信系统的速度已能达到每秒3200万兆!2005年建成的上海到杭州的光纤通信线路,可容纳5000万路电话,是目前世界最大的商用线路。
如今,光纤通信已成了信息时代的重要支柱。手机、因特网、数字电视……人类的生活已与光纤通信息息相关。尽管因患老年痴呆症,高锟已忘了自己的毕生研究,不知道自己是“光纤之父”,但人们决不会忘记,是高锟实现了被绝大多数人认为不可能的光纤通信,对人类文明作出了伟大的贡献。