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高锟

高锟是电气工程师,其研究确立了利用低损耗光纤进行长距离通信的可行性。

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高锟(1933年11月4日—2018年9月23日)是一位出生于中国的电气工程师,其研究确立了利用高纯度光纤进行长距离通信的可行性。他的研究指出,玻璃纯度是实现实用光纤传输的关键障碍,并推动后续研究转向低损耗材料。他常被称为“光纤之父”,因在利用光纤传输光以实现光通信方面的成就,获得了2009年诺贝尔物理学奖的一半奖金。他还于1987年至1996年担任香港中文大学校长。(nobelprize.org)

早年生活与教育

据香港中文大学的生平年表记载,高锟出生于上海,1949年移居香港。他曾就读于圣若瑟书院,随后赴英国继续求学。1957年,他在伍尔维奇理工学院完成学业,取得伦敦大学颁授的工程学学士学位。此后,他加入国际电话电报公司(ITT),并于1960年转入该公司旗下的标准电信实验室(STL)。(iso.cuhk.edu.hk)

在位于英国哈洛的标准电信实验室,高锟一边从事工业研究,一边攻读博士学位。1965年,他获得伦敦大学学院的电气工程博士学位。他的职业生涯横跨光学、通信工程和玻璃技术领域:要解决他所研究的问题,既需要理解光如何在光纤中传播,也需要弄清现有玻璃为何会吸收如此多的光。(iso.cuhk.edu.hk)

光在玻璃中传输的难题

在高锟开展研究之前,玻璃纤维已经能够导光。然而,光衰减——即信号功率在传输过程中逐渐损失的现象——严重限制了它们在长距离电信中的用途。光纤可以在短距离内传送图像,但当时可用的材料损失的光过多,难以与既有通信系统有效竞争。激光的发展提供了一种很有前景的光源,却未能解决传输介质本身这一独立问题。(nobelprize.org)

高锟与乔治·A·霍克哈姆合作,研究这些损耗究竟是玻璃不可避免的固有性质,还是杂质和制造技术局限所造成的结果。区分这两种情况至关重要:如果损耗主要源于可以去除的杂质,那么改进材料就可能使光纤从短距离光学元件转变为通信信道。他们的结论将研究重点转向玻璃提纯,而不是把现有光纤的低劣性能视为无法突破的极限。(nobelprize.org)

1966年的论文与低损耗光纤

1966年,高锟与霍克哈姆在《电气工程师学会会刊》上发表了《光频介质纤维表面波导》一文。论文探讨了玻璃纤维光波导作为通信介质的潜力,并提出,只要损耗足够低,就能使其具有实用价值。其中一项核心目标是将衰减降至每公里约20分贝,远低于当时光纤的衰减水平。这是他们提出的工程目标,并不意味着当时已经建成了完整的商用光纤系统。(nobelprize.org)

高锟继续研究块体玻璃的光损耗,并推动确认了熔融石英是一种合适的材料。其高纯度为降低衰减提供了途径,但所需的高加工温度也增加了制造难度。1970年,康宁玻璃公司的研究人员制成了达到低损耗目标的光纤,从实验和制造两个方面为这一思路提供了重要验证。(nobelprize.org)

因此,高锟的贡献并不是发明了光纤网络中的每一个部件。他证明了一项关键的材料障碍可以被克服,提出了具有实用价值的性能目标,并鼓励实验室和制造商为之努力。此后,实用系统的实现还依赖于光纤制造、光源、探测器及传输工程等方面的进一步发展。(nobelprize.org)

工业研究与大学管理

1970年,高锟加入香港中文大学,筹建电子学系。在向标准电信实验室请假的四年间,他协助发展本科及研究生教学,并在暑期返回英国,跟进光纤研究。1974年,他重新回到国际电话电报公司工作,迁往美国,担任高级科研和工程职务。(nobelprize.org)

20世纪80年代,高锟从事的工业研究包括一项探索每秒太比特级传输容量的项目。1987年,他返回香港,出任香港中文大学第三任校长。在他任内,大学扩大了高等教育与研究的规模:1991年,工程学院成立,整合了计算机科学、电子工程、信息工程及系统工程等学科。教育学院和多个研究所也在他任内成立。他于1996年卸任校长,并成为工程学荣誉教授。(nobelprize.org)

荣誉与历史意义

高锟获得的荣誉包括1996年的日本国际奖和1999年的查尔斯·斯塔克·德雷珀奖。2009年10月6日,瑞典皇家科学院宣布他获得诺贝尔奖。他获得物理学奖的一半奖金;另一半由威拉德·S·博伊尔和乔治·E·史密斯分享,以表彰他们发明了用于成像的半导体电路——电荷耦合器件。此次颁奖表彰的是对信息技术的两项不同贡献,而非一项共同发明。(iso.cuhk.edu.hk)

低损耗光纤后来成为互联网以及长距离语音和数据网络不可或缺的传输基础设施。高锟在这一发展进程中的地位,尤其在于他证明了现有玻璃的局限并不意味着实用光通信无法实现。他于2018年9月23日在香港逝世,享年84岁;他的诺贝尔奖奖章和证书此前已捐赠给香港中文大学。(nobelprize.org)