第二篇章 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(kāi)始催生遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)的需求。1969 年秋，美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)了阿帕網(wǎng) (ARPAnet)，它作為互聯(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(lái)。

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)，它相較于房間大小的大型機(jī)，更小也更便宜，這意味著更多公司能夠通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)運(yùn)營(yíng)他們的業(yè)務(wù)。

當(dāng)時(shí)，第一批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，而且需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)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(kāi)始使用@符號(hào)來(lái)分隔姓名和地址。

那時(shí)，全球企業(yè)也開(kāi)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的通話量，而且聲音的質(zhì)量比較差，因?yàn)榫€路不能攜帶足夠的信息來(lái)重塑一個(gè)人的聲音。需求大大超過(guò)了供給，以至于國(guó)際長(zhǎng)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。

以低成本遠(yuǎn)距離傳輸大量數(shù)據(jù)和對(duì)話的需求日益增長(zhǎng)。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(guó)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 年代開(kāi)始進(jìn)入人們的視野。但最初這個(gè)詞被用來(lái)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)才有效。當(dāng)距離達(dá)約20 米后，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(guò)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(kāi)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(wú)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)家們想方設(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(zhǎng)距離傳輸光的玻璃。

高錕假設(shè)：通過(guò)凈化玻璃，細(xì)光纖束將能夠以最小的信號(hào)損耗在長(zhǎng)距離傳輸大量數(shù)據(jù)。

但當(dāng)時(shí)還沒(méi)有人知道應(yīng)該如何制造這種凈化的光纖。負(fù)責(zé)英國(guó)電話系統(tǒng)的英國(guó)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?？祵幬晌锢韺W(xué)家Robert Maurer，事領(lǐng)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 全力投入這一項(xiàng)目的研究。

然而，創(chuàng)新之路注定避免不了無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)失敗所帶來(lái)的沮喪。這期間，科學(xué)家們嘗試了無(wú)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)所需的玻璃成份。其中面臨的最大挑戰(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(lái)制造單纖。

1970 年8 月的某個(gè)周五傍晚，Donald 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(kāi)啟周末，但他仍想在回家前試驗(yàn)一次這最新的成果。當(dāng)他俯身站在顯微鏡前時(shí)，被一束明亮的光驚呆了。后來(lái)， 他形容說(shuō)：“這是我所見(jiàn)過(guò)的最壯麗的情景?！?/p>

光的損耗以分貝為單位進(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 dB的光損耗。穿過(guò)這款新型光纖的光脈沖在16 ～17 dB 之間。Donald Keck 說(shuō)，他那天仿佛在實(shí)驗(yàn)室里感受到了愛(ài)迪生的精神，并在筆記本中鄭重地寫下了“哇！”

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)“哇”時(shí)刻，憑借美國(guó)第3 711 262 號(hào)專利成為永恒。

而康寧開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)光纖，則已經(jīng)是9 年之后的事了。又過(guò)了幾年，各大公司才陸續(xù)開(kāi)始將其應(yīng)用于海底光纜的鋪設(shè)，從而讓連接各大洲的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)，為人們提供了一種低成本的通信方式。

1970 年8 月的那個(gè)下午，標(biāo)志著一場(chǎng)通信革命的開(kāi)始，而它最終將助力重塑整個(gè)世界。