光纖50年：康寧與低損耗光纖的發(fā)明

  1970年，全球正處于數(shù)據(jù)和通信爆炸的邊緣。

  新發(fā)明的出現(xiàn)開始催生遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)的需求。1969年秋，美國國防部開發(fā)了阿帕網(wǎng) (ARPAnet)，其作為互聯(lián)網(wǎng)的先驅(qū)，首先將五角大樓和大學(xué)實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)了起來。Digital Equipment等公司當(dāng)時(shí)正忙于制造第一臺(tái)冰箱大小的微型計(jì)算機(jī)，相較于房間大小的大型機(jī)，其更小更便宜，也意味著更多公司能夠通過數(shù)據(jù)來運(yùn)營他們的業(yè)務(wù)。當(dāng)時(shí)第一批的ATM自動(dòng)取款機(jī)還很原始，為了支持機(jī)器的讀取功能，紙質(zhì)的指令牌上灌注有輕微的放射性元素，并且需要通過網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送消費(fèi)者的銀行信息。一年之后，一位名叫Ray Tomlinson的電腦程序員發(fā)送了世界上第一封電子郵件，并開始使用@符號(hào)來分隔姓名和地址。

  全球企業(yè)也開始有相互交流的需求，但當(dāng)時(shí)銅質(zhì)電話線只能承載有限通話量。聲音的質(zhì)量很微弱，因?yàn)榫€路不能攜帶足夠的信息來重塑一個(gè)人的聲音。需求大大超過了供給，以至于國際長途的價(jià)格一度高達(dá)每分鐘4美元(相當(dāng)于2020年的27美元)甚至更高。

  以低成本進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸大量數(shù)據(jù)和對(duì)話的需求日益增長。為應(yīng)對(duì)這一需求，一套或許可行的理論進(jìn)入了研究人員的視野，這得益于當(dāng)時(shí)在英國標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室的一名物理學(xué)家——高錕(Charles)。

  “光纖”一詞在20世紀(jì)60年代進(jìn)入人們的視野。但最初這個(gè)詞被用來形容在陰極射線管(用于看電視)、計(jì)算機(jī)電路和醫(yī)療設(shè)備中的光放大器。這項(xiàng)技術(shù)只在短距離光傳輸時(shí)有效。當(dāng)距離達(dá)約20米(約 65 英尺)后，信號(hào)幾乎會(huì)完全消失。

  高錕是第一位預(yù)示到世界可能會(huì)以光的形式，通過光纖為媒介得以互聯(lián)的人。高錕在其1966年發(fā)表的一篇開創(chuàng)性論文中寫道，光纖在理論上可能遠(yuǎn)優(yōu)于銅線或無線電信號(hào)。其中的挑戰(zhàn)在于玻璃中含有的雜質(zhì)，這也導(dǎo)致了被科學(xué)家稱為“衰減”的信號(hào)損耗。科學(xué)家們?cè)O(shè)法找到一種“低損耗光纖”，一種可以在不明顯損失光的情況下長距離傳輸光的玻璃。高錕假設(shè)：通過凈化玻璃，細(xì)光纖束將能夠以最小的信號(hào)損耗在長距離傳輸大量數(shù)據(jù)。

  但當(dāng)時(shí)還沒有人知道應(yīng)該如何制造這種凈化的光纖。負(fù)責(zé)英國電話系統(tǒng)的英國驛務(wù)署找到康寧公司尋求幫助，希望尋找一款新型的大容量數(shù)據(jù)線。康寧委派物理學(xué)家Robert Maurer領(lǐng)導(dǎo)兩名新入職的年輕研究員：實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家Donald Keck和玻璃化學(xué)家Peter Schultz開始研究這一項(xiàng)目。

  然而，創(chuàng)新之路注定避免不了無數(shù)次實(shí)驗(yàn)失敗所帶來的沮喪。期間科學(xué)家們嘗試了無數(shù)的玻璃組合以及基于不同設(shè)計(jì)尺寸和生產(chǎn)方法的實(shí)驗(yàn)，以創(chuàng)造和凈化實(shí)驗(yàn)所需的玻璃組份。其中面臨的挑戰(zhàn)之一就是將兩種玻璃組合成單纖。在每一項(xiàng)測(cè)試中，技術(shù)人員需要從并排放置在熔爐里的玻璃塊上拉出一根纖維，然后將這根纖維套在另一根纖維中，以此來制造單纖。

  1970年8月的某個(gè)周五傍晚，Keck正準(zhǔn)備將團(tuán)隊(duì)最新研發(fā)出的新型光纖樣品放置到設(shè)備中進(jìn)行測(cè)試。雖然迫不及待想開啟周末，但Keck仍想在回家前試驗(yàn)一次這最新的成果。他俯身站在顯微鏡前，被一束明亮的光驚呆了。后來，Keck形容說：“這是我所見過的最壯麗的情景?！惫獾膿p耗以分貝為單位進(jìn)行測(cè)量，而證實(shí)高錕博士理論可行的前提是，玻璃的載光能力需要表現(xiàn)出小于20分貝的光損耗。穿過這款新型光纖的光脈沖在16-17分貝之間。Keck說他那天仿佛在實(shí)驗(yàn)室里感受到了愛迪生的精神，并在筆記本中寫下了“Wow!”。

  正如在專利申請(qǐng)中所描述的那樣，“光波導(dǎo)光纖”是一種能夠承載比銅線多65,000倍信息的光纖。四年之后，1970年夏天的那個(gè)“Wow”時(shí)刻憑借美國第 3711,262號(hào)專利成為永恒。

  康寧開始大規(guī)模生產(chǎn)光纖，已經(jīng)是九年之后了。又過了幾年，各大公司才陸續(xù)開始將其應(yīng)用于海底光纜的鋪設(shè)，從而連接各大洲，為人們提供了一種低成本的通信方式。然而，1970年8月的那個(gè)下午，始終標(biāo)志了一場(chǎng)通信革命的開始，而它最終將助力重塑世界。