光纖50年：康寧與低損耗光纖的發(fā)明

  1970年，全球正處于數據和通信爆炸的邊緣。

  新發(fā)明的出現開始催生遠距離傳輸數據的需求。1969年秋，美國國防部開發(fā)了阿帕網 (ARPAnet)，其作為互聯(lián)網的先驅，首先將五角大樓和大學實驗室互聯(lián)了起來。Digital Equipment等公司當時正忙于制造第一臺冰箱大小的微型計算機，相較于房間大小的大型機，其更小更便宜，也意味著更多公司能夠通過數據來運營他們的業(yè)務。當時第一批的ATM自動取款機還很原始，為了支持機器的讀取功能，紙質的指令牌上灌注有輕微的放射性元素，并且需要通過網絡來發(fā)送消費者的銀行信息。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，但當時銅質電話線只能承載有限通話量。聲音的質量很微弱，因為線路不能攜帶足夠的信息來重塑一個人的聲音。需求大大超過了供給，以至于國際長途的價格一度高達每分鐘4美元(相當于2020年的27美元)甚至更高。

  以低成本進行遠距離傳輸大量數據和對話的需求日益增長。為應對這一需求，一套或許可行的理論進入了研究人員的視野，這得益于當時在英國標準電信實驗室的一名物理學家——高錕(Charles)。

  “光纖”一詞在20世紀60年代進入人們的視野。但最初這個詞被用來形容在陰極射線管(用于看電視)、計算機電路和醫(yī)療設備中的光放大器。這項技術只在短距離光傳輸時有效。當距離達約20米(約 65 英尺)后，信號幾乎會完全消失。

  高錕是第一位預示到世界可能會以光的形式，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優(yōu)于銅線或無線電信號。其中的挑戰(zhàn)在于玻璃中含有的雜質，這也導致了被科學家稱為“衰減”的信號損耗?？茖W家們設法找到一種“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：通過凈化玻璃，細光纖束將能夠以最小的信號損耗在長距離傳輸大量數據。

  但當時還沒有人知道應該如何制造這種凈化的光纖。負責英國電話系統(tǒng)的英國驛務署找到康寧公司尋求幫助，希望尋找一款新型的大容量數據線。康寧委派物理學家Robert Maurer領導兩名新入職的年輕研究員：實驗物理學家Donald Keck和玻璃化學家Peter Schultz開始研究這一項目。

  然而，創(chuàng)新之路注定避免不了無數次實驗失敗所帶來的沮喪。期間科學家們嘗試了無數的玻璃組合以及基于不同設計尺寸和生產方法的實驗，以創(chuàng)造和凈化實驗所需的玻璃組份。其中面臨的挑戰(zhàn)之一就是將兩種玻璃組合成單纖。在每一項測試中，技術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月的某個周五傍晚，Keck正準備將團隊最新研發(fā)出的新型光纖樣品放置到設備中進行測試。雖然迫不及待想開啟周末，但Keck仍想在回家前試驗一次這最新的成果。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耗以分貝為單位進行測量，而證實高錕博士理論可行的前提是，玻璃的載光能力需要表現出小于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說他那天仿佛在實驗室里感受到了愛迪生的精神，并在筆記本中寫下了“Wow!”。

  正如在專利申請中所描述的那樣，“光波導光纖”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“Wow”時刻憑借美國第 3711,262號專利成為永恒。

  康寧開始大規(guī)模生產光纖，已經是九年之后了。又過了幾年，各大公司才陸續(xù)開始將其應用于海底光纜的鋪設，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月的那個下午，始終標志了一場通信革命的開始，而它最終將助力重塑世界。