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光纖通信之父:諾貝爾獎(jiǎng)得主高錕

光纖通信之父高錕(1933年11月4日-2018年9月23日)

導(dǎo)讀:
       現(xiàn)代人的生活和工作須臾離不開光纖,沒有光纖網(wǎng)絡(luò)的日子是無法想象的。沒有光纖就沒有高速傳輸?shù)幕ヂ?lián)網(wǎng),沒有精彩紛呈的高清數(shù)字電視,沒有遍布城鄉(xiāng)的移動(dòng)通信,沒有即發(fā)即收的電子郵件,也不會(huì)有微信和QQ等實(shí)時(shí)聊天工具,正是光纖將全球連成了“地球村”。
      高錕以光纖通信理論方面的重大原創(chuàng)性成果榮膺2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1964年,高錕首先提出在電話網(wǎng)絡(luò)中“以光代替電流,以玻璃纖維代替導(dǎo)線”的大膽設(shè)想,被人譏諷為“癡人說夢(mèng)”后仍矢志不移,堅(jiān)守信念,潛心研究,終成正果。
     謹(jǐn)以此文紀(jì)念享譽(yù)全球的“光纖通信之父”高錕先生90周年誕辰。

朱安遠(yuǎn) | 撰文

世界科學(xué) | 來源

高錕(前排中)全家福照(1942年攝于上海一影樓)

人才輩出的金山高氏家族

1933年11月4日,高錕出生于祖居地一個(gè)殷實(shí)書香世家,高家祖宅閑閑山莊(由高燮始建于1916年,1917年落成)位于今上海市金山區(qū)(時(shí)屬江蘇省金山縣,1958年11月金山縣劃歸上海市)張堰鎮(zhèn)秦望村10組,因年久失修,早已荒廢。高錕祖父高燮曾家住上海法租界賈爾業(yè)愛路(今徐匯區(qū)東平路)8號(hào)的花園洋房。幼時(shí)高錕曾家住上海法租界著名時(shí)尚商業(yè)街霞飛路(今徐匯區(qū)淮海中路)1670弄中南新村15號(hào)的一棟三層洋房。

高錕祖父高燮(字時(shí)若,號(hào)吹萬)是著名詩(shī)人、書畫家、藏書家和儒學(xué)家,與武進(jìn)的錢名山和昆山的胡石予(即胡蘊(yùn),南社社友)合稱“江南三大文學(xué)家”(“江南三大儒”之說系訛傳),尤以其藏書保存了國(guó)學(xué)而聞名。

父親高筠(字君湘)系高燮三子,1924年上海東吳大學(xué)法學(xué)院第七屆法學(xué)學(xué)士畢業(yè),1925年獲美國(guó)密歇根大學(xué)法學(xué)院法學(xué)碩士學(xué)位,1926年獲底特律法學(xué)院(今密歇根州立大學(xué)法學(xué)院)法律博士學(xué)位。同年留美歸國(guó),早期當(dāng)過法官,1932年在上海注冊(cè)為律師,系20世紀(jì)三四十年代上海灘知名執(zhí)業(yè)律師,曾任上海法學(xué)院(1951年被撤并)法學(xué)教授和滬江大學(xué)(1952年秋在院系調(diào)整中被撤并)商法教授。母親金靜芳出身于寶山一個(gè)書香門第(金高兩家相距很近),系知名學(xué)者、編輯和文史館員金其源(字巨山)之長(zhǎng)女,受過良好教育,秀外慧中,會(huì)作詩(shī)。1967年,高君湘夫婦從香港移居倫敦,與長(zhǎng)子全家團(tuán)聚。

1923年農(nóng)歷九月,高筠和金靜芳在上海喜結(jié)連理,翌年9月他乘船離滬赴美留學(xué)。金靜芳最初生下的1女1子均因麻疹并發(fā)癥而早夭,接著又流產(chǎn)過2次,然后才誕下高錕和高铻兩兄弟。1937年7月20日,美籍華裔土木工程教育家高铻生于上海,1963年獲密歇根大學(xué)土木工程學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位,1970年起任美國(guó)天主教大學(xué)工程學(xué)院教授,主攻流體動(dòng)力學(xué)。

金山高氏家族素以崇文重教而著稱。高平子(字君平)系高燮胞兄高煌(字望之)之長(zhǎng)子,近代中國(guó)天文學(xué)的開拓者和南京紫金山天文臺(tái)的籌建者。1982年8月,月球上一環(huán)形山被第18屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)命名為“高平子”。1909年11月13日,著名文藝團(tuán)體南社在蘇州虎丘成立,其活動(dòng)中心則在上海。南社在中國(guó)近現(xiàn)代史上扮演過重要角色,頗具影響力,故民國(guó)社會(huì)流傳著“文有南社,武有黃埔”之說。南社三位發(fā)起人是陳去病、高旭(字天梅)和柳亞子。

1923年10月14日,因南社出現(xiàn)內(nèi)訌紛爭(zhēng),柳亞子等人在上海發(fā)起組建新南社。同年底,南社基本解體。文學(xué)家和藏書家姚光(字鳳石)是號(hào)稱南社精神領(lǐng)袖高燮的親外甥,1918年接替柳亞子出任南社第二任主任。高燮、高旭(高燮堂侄)及其胞弟高增(字卓庵)合稱“金山高氏三杰”,均是南社重要社友,高君湘僅是南社紀(jì)念會(huì)(1935年12月29日,由柳亞子發(fā)起成立于上海,只持續(xù)了1年多)成員。高铦(1928年11月10日生于上海,定居北京,仍健在)系高燮四子高垿(字君賓)之長(zhǎng)子,高錕堂兄,曾任中國(guó)社會(huì)科學(xué)院拉丁美洲研究所譯審、學(xué)術(shù)委員會(huì)主任和社科院第三世界研究中心秘書長(zhǎng)。

甜蜜的愛情

1957年夏,高錕從技術(shù)學(xué)院畢業(yè),首份工作是到英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電話和電纜公司做見習(xí)工程師,入職幾天后便初識(shí)(經(jīng)仔細(xì)考證,廣為流傳的“邂逅”說與事實(shí)不符)公司同事、英籍華裔系統(tǒng)分析師和計(jì)算機(jī)工程師黃美蕓小姐。

黃小姐祖籍廣東開平,1934年生于英國(guó)倫敦,1955年獲倫敦大學(xué)理學(xué)學(xué)士學(xué)位。黃美蕓上有1個(gè)哥哥(生于1928年)和1個(gè)姐姐,下有1個(gè)妹妹(生于1938年),父親在她12歲那年因病早逝,文化程度很低的母親(2000年2月18日仙逝于倫敦,享年100歲整)在異國(guó)他鄉(xiāng)獨(dú)自艱難地拉扯大4個(gè)孩子。

高錕和黃美蕓在他鄉(xiāng)相遇,同為炎黃子孫,分外親切,一見如故,倆人很快便熟絡(luò)起來并迅即共墜愛河??墒牵瑑晌荒贻p人的相愛卻遭遇來自女方家庭的極大阻力,黃老夫人固守中國(guó)傳統(tǒng)老習(xí)俗:在家族長(zhǎng)子未結(jié)婚前,其弟妹一律不得談婚論嫁。她強(qiáng)令女兒在哥哥成婚前不得考慮自己的婚戀問題,可是當(dāng)時(shí)年近30歲的哥哥連女朋友都還沒有。

高錕和黃美蕓兩情相悅,相互愛慕,很快便陷入熱戀之中,雙方感情迅速升溫,談婚論嫁已水到渠成。黃美蕓從小就常被重男輕女觀念濃厚的母親責(zé)罵,幼小心靈備受創(chuàng)傷。為了追求自己的真愛和幸福,這次她罕見地勇敢下定決心,寧可“私奔”也要掙脫母親的擺布。

1959年9月19日,羅馬天主教教徒高錕和英國(guó)國(guó)教圣公會(huì)教徒黃美蕓在倫敦布萊克希斯教區(qū)的一個(gè)圣公會(huì)教堂舉行婚禮,有情人終成眷屬,喜結(jié)良緣,他倆浪漫的蜜月旅行選定在西班牙地中海海邊的一個(gè)度假勝地。夫婦倆婚后育1子1女:獨(dú)子高明漳,1961年9月22日生于倫敦,美國(guó)布朗大學(xué)計(jì)算機(jī)工程學(xué)碩士畢業(yè);獨(dú)女高明淇,1963年9月19日生于倫敦,加州大學(xué)伯克利分校電氣工程學(xué)碩士畢業(yè)。兄妹倆均工作和定居于加州舊金山灣硅谷附近。高錕在《自述》中透露,兒子兒媳結(jié)婚十余年仍是無意生育的“丁克族”,女兒更是干脆選擇做獨(dú)身的“不婚族”。

高錕和黃美蕓夫婦婚禮照

黃美蕓是第一代IT(信息技術(shù))從業(yè)人員,在夫君事業(yè)有成后便棄職專司家事,在家相夫教子,樂做賢內(nèi)助。高錕在《自述》中提及,妻子作為計(jì)算機(jī)程序員,正是她編寫的軟件幫助他解決了介電波導(dǎo)類型的選定以及協(xié)助確定輻射的特性。高錕自稱在1966年那篇獲得諾獎(jiǎng)的著名論文中沒有向她不可或缺的貢獻(xiàn)致謝,實(shí)屬不該并表歉意。

2004年初,高錕被確診患早期的阿爾茨海默病(一種神經(jīng)退行性疾病,俗稱老年癡呆癥。自2010年10月29日起,在香港改稱腦退化癥,以消除公眾可能因名稱誤解或成見而帶來歧視),開始接受康復(fù)治療和訓(xùn)練。高錕罹患此病源自家族遺傳,其父80歲起就開始患上阿爾茨海默病。隨著病程進(jìn)展,阿爾茨海默病患者的病情通常會(huì)逐步加重,語言、認(rèn)知和生活自理能力會(huì)逐漸衰退。高錕患病后的全部生活都由夫人晝夜悉心貼身照料,夫婦倆晚年定居香港,2009年5月至2010年9月期間(2010年1月29日至3月20日曾返港參加多項(xiàng)慶典活動(dòng))主要在舊金山灣山景城與子女相伴,共享天倫之樂。

為幫助阿爾茨海默病患者及其家屬,高錕夫婦捐出一部分諾獎(jiǎng)獎(jiǎng)金并聯(lián)合社會(huì)力量創(chuàng)辦阿爾茨海默病高錕慈善基金,2010年9月21日(即第17個(gè)世界阿爾茨海默病日),在香港舉行基金成立典禮,黃美蕓親任董事會(huì)主席,期望此舉能提高公眾對(duì)這種常見老年病癥的認(rèn)知,喚起社會(huì)更多的關(guān)注,給患者提供更好的關(guān)懷。

高錕和黃美蕓伉儷家庭生活和諧美滿,倆人鸞鳳和鳴,情深意篤,相濡以沫。黃美蕓夸贊夫君是“三好男人”:擅長(zhǎng)做菜的“好丈夫”,樂于跟子女玩耍的“好父親”和疼愛學(xué)生的“好校長(zhǎng)”。高錕贏得諾獎(jiǎng)后不久在接受記者采訪時(shí)曾謙恭而詼諧地表示:諾獎(jiǎng)并不是自己人生中的最大成就,甜蜜的愛情才是。

高錕夫婦全家福照

高錕夫婦之暮景桑榆

從上海走向世界

高錕和兄弟高铻從小就在家接受良好的傳統(tǒng)私塾啟蒙教育,國(guó)學(xué)根基和古典文學(xué)修養(yǎng)扎實(shí)深厚。高錕曾坦言,他取得的成就得益于家學(xué)淵源的中國(guó)傳統(tǒng)文化熏陶和潛移默化的影響。

高錕與中國(guó)電化學(xué)家、北京大學(xué)化學(xué)教授兼博士生導(dǎo)師蔡生民(1933年7月生于上海,祖籍浙江蕭山。中譯本《自述》中的“周同學(xué)”說有誤)是1936年創(chuàng)辦的上海世界學(xué)校的小學(xué)兼初中同學(xué)。高錕從小動(dòng)手能力就很強(qiáng),小學(xué)六年級(jí)時(shí)就和蔡同學(xué)悄悄地把自家三樓的儲(chǔ)物間改造成“化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”,在那里肆無忌憚地做各種各樣有趣的化學(xué)實(shí)驗(yàn),幼小的他們?yōu)槿〉谩叭紵龑?shí)驗(yàn)”和“泥球炸彈實(shí)驗(yàn)”的成功而興奮不已。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)大,一次意外濺出的熾熱酸性液體灼傷了高錕堂兄的手,不諳科學(xué)的父母在知曉后便嚴(yán)令禁止高錕和蔡同學(xué)再做化學(xué)實(shí)驗(yàn),他倆無奈就只好把興趣轉(zhuǎn)移到無線電方面,不久后就成功組裝真空管收音機(jī),這些早年訓(xùn)練和愛好為他們?nèi)蘸蟮某晒Φ於藞?jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1948年秋,高錕隨家人乘船離滬南遷,先到臺(tái)北稍作逗留,一是父親謀求在臺(tái)職業(yè)發(fā)展(未果),二是探訪父系在臺(tái)親友。在母系親屬的幫助下,翌年舉家移居香港。高錕的主要求學(xué)經(jīng)歷如下。

1941—1948年在寓所旁法租界福開森路世界學(xué)校(今徐匯區(qū)武康路280弄2號(hào)世界小學(xué))念小學(xué)和初中(學(xué)號(hào):671),因接受過良好的家庭教育,一入校便從三年級(jí)念起。1949—1953年在香港天主教男校圣若瑟書院中學(xué)部念高中(含1年預(yù)科)。

1953年夏,乘坐英國(guó)P&O公司“廣州號(hào)”郵輪負(fù)笈英倫留學(xué),就讀東倫敦的伍爾維奇技術(shù)學(xué)院(倫敦大學(xué)眾多的內(nèi)部學(xué)院之一,1992年升格為格林尼治大學(xué)),先上1年大學(xué)預(yù)科,1957年獲該學(xué)院電氣工程學(xué)二等理學(xué)學(xué)士學(xué)位。

高錕的主要工作履歷如下:

1957—1960年任美國(guó)國(guó)際電話電報(bào)公司(ITT)旗下英國(guó)哈羅子公司標(biāo)準(zhǔn)電話和電纜公司(STC)研發(fā)工程師。1960—1970年任美國(guó)ITT公司設(shè)于倫敦衛(wèi)星城哈羅的歐洲中央研究機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室(STL)首席研究工程師。1970—1974年任香港中文大學(xué)電子學(xué)系(今工程學(xué)院電子工程學(xué)系)創(chuàng)始系主任、教授和講座教授。1974—1981年任美國(guó)ITT公司設(shè)在弗吉尼亞州的光電產(chǎn)品事業(yè)部首席科學(xué)家。1981—1983年任ITT公司副總裁兼工程總監(jiān),1982年因卓越的研究和管理才能被委任為首位ITT“行政科學(xué)總裁”(任期5年),同年出版英文學(xué)術(shù)專著《光纖系統(tǒng)——工藝、設(shè)計(jì)與應(yīng)用》。1983—1987年任ITT公司設(shè)在康涅狄格州的先進(jìn)技術(shù)中心主任,其間兼任耶魯大學(xué)特朗布爾學(xué)院教授和研究員,1985年赴西德斯圖加特信號(hào)工程實(shí)驗(yàn)室(ITT-SEL)研究中心訪問,1986年被任命為ITT“研究事務(wù)總裁”。

1987年10月2日至1996年7月31日出任香港中文大學(xué)第3任校長(zhǎng),為該校創(chuàng)建多個(gè)世界一流新學(xué)科而不遺余力。1993—1997年被中央人民政府委任為香港事務(wù)顧問。1996年辭任校長(zhǎng)榮休后被港中大聘為工程學(xué)榮譽(yù)講座教授。1997—2003年任香港高科橋集團(tuán)有限公司董事會(huì)主席兼行政總裁,1999—2003年任香港資科顧問有限公司創(chuàng)始董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官,致力于光纖領(lǐng)域科研成果的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化。2000年入股投資創(chuàng)辦香港首家生產(chǎn)光纖的高科橋光纖有限公司并自任董事會(huì)主席兼行政總裁,經(jīng)營(yíng)3年后易主,更名為高科橋光通信有限公司并擴(kuò)大了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)范圍。2000年發(fā)起籌辦香港慈善私立學(xué)校弘立書院(ISF),2003年8月正式開學(xué)。

2001年,高錕撰寫完成自傳性英文書稿《潮平岸闊——高錕自述》(簡(jiǎn)稱《自述》,A Time and A Tide—Charles K. Kao:A Memoir),許迪鏗中譯本和英文本分別于2005年和2011年在香港出版。

高錕是一位學(xué)者型謙謙君子,寬容儒雅,頗具紳士風(fēng)度。他性格和善,思想開明,胸襟開闊,勇于擔(dān)當(dāng),治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),多才多藝。高錕熱愛中國(guó)傳統(tǒng)文化,業(yè)余愛好有繪畫(2015年在香港出版過《心源造化——高錕教授畫作集》)、音樂、陶藝、麻將和跳舞等,空閑時(shí)還喜歡閱讀武俠小說,體育愛好則是網(wǎng)球和乒乓球。

2018年9月23日上午11時(shí)45分,高錕先生最終因肺炎病逝于香港新界沙田區(qū)白普理寧養(yǎng)中心(1992年11月7日揭幕成立的香港首家臨終關(guān)懷服務(wù)機(jī)構(gòu)),享年85歲。10月8日上午,高錕告別儀式在香港殯儀館舉行。科壇巨星不幸隕落,全球廣泛沉痛哀悼。

2021年11月4日,美國(guó)谷歌公司為紀(jì)念高錕先生的88歲米壽冥誕,特意選用高錕形象作為谷歌首頁(yè)中的涂鴉人物。這個(gè)創(chuàng)意很有新意,別具一格,頗具風(fēng)趣,寓意深刻。

谷歌首頁(yè)中的涂鴉人物——高錕

光纖通信之父

“光纖”是“光導(dǎo)纖維”或“光學(xué)纖維”之簡(jiǎn)稱,舊稱“光纜”。光纖通信是指以激光作為信息載體,通過光導(dǎo)纖維基于光的全反射原理來傳遞信息的通信系統(tǒng)。光的全反射是指光由光密介質(zhì)(折射率稍大)射到光疏介質(zhì)(折射率略?。┙缑鏁r(shí)出現(xiàn)光全部反射的現(xiàn)象。按傳輸方式不同,光纖分為單模光纖和多模光纖兩種。

用來傳輸單一基模光波的光纖稱單模光纖,用來傳輸多種模式光波的光纖稱多模光纖。單模光纖對(duì)光源要求較高,其傳輸損耗和傳輸色散相對(duì)較小,頻帶較寬,技術(shù)難度較高,價(jià)格較貴,適宜于較大容量和長(zhǎng)距離傳輸。多模光纖則只適宜于中小容量和中短距離傳輸,價(jià)格較低。單模和多模光纖纖芯/包層直徑的典型值分別是9/125μm和50/125μm。

正在STL做光纖早期實(shí)驗(yàn)的高錕

1951年,美國(guó)物理學(xué)家布萊恩·奧布萊恩(Brian O'Brien)和荷蘭物理學(xué)家布拉姆·范海爾(Bram van Heel)各自獨(dú)立地提出石英光纖結(jié)構(gòu)中“包層”的概念。1954年,范海爾首次證實(shí)透明包層光纖束可用于圖像傳輸。同年,英國(guó)物理學(xué)家哈羅德·霍普金斯(Harold Hopkins)與美國(guó)和印度(雙重國(guó)籍)物理學(xué)家納林德·卡帕尼(Narinder Kapany)合作,成功實(shí)現(xiàn)用一束1萬多根纖維來傳輸圖像,這是光纖發(fā)展史上的一個(gè)重大突破。

光纖包層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和利用纖維束傳輸圖像成功標(biāo)志著光纖作為一門新興獨(dú)立學(xué)科的誕生??ㄅ聊嵋?qū)饫w早期研究作出過重要貢獻(xiàn)并于1956年首創(chuàng)“光纖”這一專用術(shù)語而被西方公認(rèn)為“光纖之父”。光通信大師高錕作為光纖通信領(lǐng)域研究先驅(qū)和作出過重大貢獻(xiàn)的關(guān)鍵性人物,被譽(yù)為“光纖通信之父”是恰如其分和實(shí)至名歸的。將高錕譽(yù)為“光纖之父”并不恰當(dāng),因?yàn)樗c光纖發(fā)展演變史不符。高錕在西方還享有“寬帶教父”和“太比特技術(shù)概念之父”的美譽(yù)。

1963年,高錕開始從事玻璃纖維理論和實(shí)驗(yàn)研究。同年,被譽(yù)為“日本半導(dǎo)體先生”和“日本光通信之父”的日本物理學(xué)家、工程師和發(fā)明家西澤潤(rùn)一提出并初步實(shí)現(xiàn)了集束型玻璃纖維通信,翌年首創(chuàng)梯度漸變折射率光纖理論,對(duì)推動(dòng)光纖通信發(fā)展和應(yīng)用作出重要貢獻(xiàn)。

1964年,高錕首先提出在電話網(wǎng)絡(luò)中“以光代替電流,以玻璃纖維代替導(dǎo)線”的大膽設(shè)想,被人譏諷為“癡人說夢(mèng)”后仍矢志不移,堅(jiān)守信念,潛心研究,終成正果。

在STL任職期間,高錕主要從事微波和光學(xué)通信新方法的理論和實(shí)驗(yàn)研究,他率領(lǐng)一個(gè)光纜中介電材料衰減機(jī)制的研究小組,通過研究確定光纜的體積極限和光功率在結(jié)合點(diǎn)處的衰減程度,同時(shí)推動(dòng)其他小組開展對(duì)符合光纜直徑和能發(fā)出預(yù)期紅外線波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器的研究。通過兩年多的不懈努力,介電波導(dǎo)管的理論推導(dǎo)、微波模擬實(shí)驗(yàn)和玻璃純凈度分析實(shí)驗(yàn)都充分表明:無論是在機(jī)械性能上,還是在表征性上,高純度石英基玻璃纖維(玻璃光纖)都是作為波導(dǎo)首選材料的絕佳選擇。

1966年7月,高錕與同事、英國(guó)電氣工程師喬治·霍克姆(George Hockham)精誠(chéng)合作,聯(lián)袂在《英國(guó)電氣工程師學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》第113卷第7期上發(fā)表了劃時(shí)代的8頁(yè)經(jīng)典論文《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》(Dielectric-Fibre Surface Waveguides for Optical Frequencies),首次明確提出低吸收率石英基玻璃纖維可用作光通信媒介,以解決雙絞銅線的電話通信容量問題,建立起光纖通信物理模型,描述了采用超純硅低損耗(光損耗<20dB/km)單模光纖進(jìn)行長(zhǎng)距離(>100千米,普通纖維只能傳輸光信號(hào)20米遠(yuǎn))和大容量(1Gb)光通信所需絕緣性纖維的結(jié)構(gòu)和材料特性,這項(xiàng)重大原創(chuàng)性研究成果奠定了光纖通信理論的基礎(chǔ),開啟了光纖通信投入實(shí)際應(yīng)用的大門,為后來包括互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信在內(nèi)的電信業(yè)的迅猛發(fā)展鋪平了道路。

高錕還研發(fā)出實(shí)現(xiàn)光纖通信所需的輔助子系統(tǒng),他在單模纖維的構(gòu)造、纖維的強(qiáng)度和耐久性、纖維連接器和耦合器以及擴(kuò)散均衡特性等多個(gè)領(lǐng)域都做過大量研究并取得卓著成效。

1960年12月,貝爾實(shí)驗(yàn)室旅美伊朗物理學(xué)家和發(fā)明家阿里·賈范(Ali Javan,1948年移居美國(guó),1963年4月22日入籍)小組發(fā)明了可穩(wěn)定輸出激光束的氦氖激光器。加上1966年高錕小組發(fā)現(xiàn)的光纖光損耗特性,現(xiàn)普遍被認(rèn)為是光電子學(xué)光纖通信領(lǐng)域發(fā)展史上的兩個(gè)重要里程碑。高錕發(fā)明的光纖通信是人類繼發(fā)明無線電報(bào)、有線電話和無線電通信之后的又一座不朽豐碑。

1970年8月7日,總部設(shè)在紐約的康寧公司的4位博士根據(jù)高錕和霍克姆論文中頗富前瞻性的思想理論,采用內(nèi)部氣相沉積(IVD)工藝來制作光纖預(yù)制棒,在纖芯中摻雜鈦,成功研制出世界上首根低光損耗(波長(zhǎng)632.8nm時(shí)的光損耗是17dB/km)單模石英光纖樣品(29米長(zhǎng)),標(biāo)志著光通信技術(shù)取得重大突破。

不久后,康寧改用外部氣相沉積(OVD)工藝,以摻鍺纖芯替代摻鈦纖芯,1972年6月時(shí)光纖的光損耗便降至4dB/km(多模光纖),1978年更是達(dá)0.20dB/km(日本NTT公司報(bào)道的單模光纖),1984年和1986年分別降至0.157dB/km和0.154dB/km,后者即目前最佳值且已十分逼近于理論計(jì)算最佳極限值0.148dB/km。

1970年成功創(chuàng)制光纖,再加上當(dāng)年蘇聯(lián)約飛物理技術(shù)研究所阿爾費(fèi)羅夫小組和貝爾實(shí)驗(yàn)室潘尼希小組幾乎同時(shí)研制成功室溫下連續(xù)工作的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器,故1970年常被稱作“光通信元年”。

康寧在取得上述重大技術(shù)突破后,又研制出大規(guī)模生產(chǎn)光纖的工藝,引領(lǐng)了通信產(chǎn)業(yè)和IT革命,使得低成本、高容量光通信系統(tǒng)逐漸走進(jìn)人們的日常生活中。

1971年,康寧公司首先制成長(zhǎng)1千米的光纖。1973年,全球首個(gè)光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在貝爾實(shí)驗(yàn)室建成,1976年開始進(jìn)行光纖通信現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。1981年,美國(guó)通用電氣公司(GE)生產(chǎn)的光纖長(zhǎng)度每根可達(dá)40千米。同年美國(guó)電報(bào)電話公司(AT&T)開始籌建“東北走廊干線”長(zhǎng)距離光纖電話通信網(wǎng)。1983年2月10日,世界上首個(gè)長(zhǎng)距離(約600千米)光纖通信系統(tǒng)在紐約至華盛頓之間正式開通運(yùn)營(yíng),標(biāo)志著人類通信開始步入光纖新時(shí)代。1988年,橫穿大西洋海底的光纖鋪設(shè)成功,自此全球海底電纜全都改用光纖鋪設(shè)。光纖通信網(wǎng)早已覆蓋全球,構(gòu)筑成全方位的方便快捷的信息高速公路??茖W(xué)家們利用海底光纖來監(jiān)測(cè)海洋地震,這是一個(gè)方興未艾的新興前沿研究領(lǐng)域。

1979年,中國(guó)光纖通信專家趙梓森(1995年獲選中國(guó)工程院院士)率領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在武漢郵電科學(xué)研究院“拉出”中國(guó)首根具有實(shí)用價(jià)值的低損耗(4dB/km)石英單模光纖。趙梓森力主以技術(shù)難度較高的單模光纖作為中國(guó)光纖的發(fā)展方向,他被公認(rèn)是中國(guó)光纖通信技術(shù)的開拓者和主要奠基人,故被譽(yù)為“中國(guó)光纖之父”。在趙梓森的倡導(dǎo)下,“武漢·中國(guó)光谷”于1988年成立,趙梓森出任其首席科學(xué)家,推動(dòng)它發(fā)展成為全球規(guī)模最大的光纖、光電器件生產(chǎn)基地和光通信技術(shù)研發(fā)基地。

屢獲全球大獎(jiǎng)

因在光纖通信理論方面的重大原創(chuàng)貢獻(xiàn),高錕多次獲得國(guó)際大獎(jiǎng)和榮銜。

1996年,高錕榮獲日本獎(jiǎng)基金會(huì)頒發(fā)的第12屆日本國(guó)際獎(jiǎng)(簡(jiǎn)稱日本獎(jiǎng)),褒獎(jiǎng)他“在寬帶低損耗光纖通信方面的開創(chuàng)性研究”。英國(guó)皇家工程院將1996年菲利普親王獎(jiǎng)?wù)骂C發(fā)給高錕,獎(jiǎng)勵(lì)他“開創(chuàng)性工作導(dǎo)致光纖的發(fā)明,并經(jīng)其領(lǐng)導(dǎo)實(shí)現(xiàn)光纖的工程和商業(yè)化應(yīng)用,以及他對(duì)香港高等教育的杰出貢獻(xiàn)”。

1997年,他因“對(duì)使用激光產(chǎn)生光波進(jìn)行光導(dǎo)通信時(shí),在細(xì)小的玻璃纖維中傳輸信息的理論研究”,榮獲美國(guó)富蘭克林學(xué)會(huì)(費(fèi)城)頒發(fā)的巴蘭坦獎(jiǎng)?wù)隆?/span>

2009年10月6日(周二),瑞典皇家科學(xué)院宣布將當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室和香港中文大學(xué)高錕教授等3人,高錕的獲獎(jiǎng)理由(即頒獎(jiǎng)詞)是“光通信領(lǐng)域中有關(guān)光在纖維中傳輸?shù)耐黄菩猿删汀薄?/span>

諾獎(jiǎng)是饋贈(zèng)給高錕夫婦結(jié)婚50周年金婚紀(jì)念的最珍貴禮物。高錕分享當(dāng)年1000萬瑞典克朗(當(dāng)時(shí)約合780萬元人民幣)諾獎(jiǎng)獎(jiǎng)金的一半,威拉德·博伊爾(加拿大和美國(guó)雙重國(guó)籍)和喬治·史密斯(美國(guó))均享獎(jiǎng)金的另一半,他倆的獲獎(jiǎng)理由是“因發(fā)明一種成像半導(dǎo)體電路——電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器”。高錕當(dāng)時(shí)擁有英國(guó)(1960年前后入籍)和美國(guó)(1984年10月19日入籍)雙重國(guó)籍,同時(shí)還擁有中國(guó)香港公民身份(1950年前后獲得)。

瑞典國(guó)王給高錕頒授諾獎(jiǎng)

在夫人黃美蕓的陪護(hù)下,高錕帶病親臨斯德哥爾摩,參加一年一度的“諾貝爾周”(12月6日至13日)系列活動(dòng)。2009年12月8日,在斯德哥爾摩大學(xué)馬格納會(huì)堂球形大廳內(nèi),獲獎(jiǎng)?wù)吒咤K因健康原因,改由黃美蕓代夫君用英語發(fā)表了題為《古沙遞捷音》(Sandfrom Centuries Past:Send Future Voices Fast)的諾貝爾演講。該演講稿由黃美蕓和香港中文大學(xué)4位教授(楊綱凱、黃永成、張國(guó)偉和陳亮光)聯(lián)手合作,參照高錕英文書稿《自述》中的內(nèi)容代筆。

12月10日下午,隆重的諾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮在斯德哥爾摩音樂廳舉行,在瑞典皇家科學(xué)院院士、時(shí)任物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾委員會(huì)主席約瑟夫·努德格倫(Joseph Nordgren)教授給物理學(xué)獎(jiǎng)得主做頒獎(jiǎng)致辭后,獲獎(jiǎng)?wù)邚娜鸬鋰?guó)王卡爾十六世·古斯塔夫手中領(lǐng)取諾獎(jiǎng)。根據(jù)頒獎(jiǎng)慣例和禮儀,獲獎(jiǎng)?wù)咄ǔP枳孕袕淖簧献叩筋C獎(jiǎng)臺(tái)中心的“N”圈內(nèi)接受國(guó)王授獎(jiǎng)??紤]到高錕患病這一特殊因素,主辦方諾貝爾基金會(huì)對(duì)頒獎(jiǎng)環(huán)節(jié)作出細(xì)致的特殊安排:高錕是當(dāng)年首個(gè)受獎(jiǎng)?wù)?,瑞典?guó)王看見他起身后,破例特意走出“N”圈外來到高錕面前給他頒獎(jiǎng),并免除他受獎(jiǎng)后三鞠躬致謝的傳統(tǒng)禮節(jié)。當(dāng)晚,高錕夫婦出席了在斯德哥爾摩市政廳一樓藍(lán)廳舉行的盛大的諾貝爾晚宴,未發(fā)表晚宴致辭。

此外,高錕教授獲得的含金量較高的國(guó)際性科學(xué)大獎(jiǎng)還有:美國(guó)陶瓷學(xué)會(huì)莫里獎(jiǎng)(1976)、美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)利布曼紀(jì)念獎(jiǎng)(1978)以及亞歷山大·貝爾獎(jiǎng)?wù)拢?985)、英國(guó)蘭克信托基金會(huì)光電子學(xué)蘭克獎(jiǎng)(1978)、瑞典愛立信基金會(huì)愛立信國(guó)際獎(jiǎng)(1979)、美國(guó)軍用通信與電子協(xié)會(huì)金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢?980)、美國(guó)馬可尼學(xué)會(huì)馬可尼獎(jiǎng)(被譽(yù)為“通信領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)”,1985)、日本電氣株式會(huì)社C&C基金會(huì)計(jì)算機(jī)與通信獎(jiǎng)(1987)、英國(guó)電氣工程師學(xué)會(huì)法拉第獎(jiǎng)?wù)拢?989)和國(guó)際演講獎(jiǎng)?wù)拢?998)、美國(guó)物理學(xué)會(huì)麥高第新材料獎(jiǎng)(1989)、美國(guó)國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢?992)、英國(guó)世界工程組織聯(lián)合會(huì)卓越工程成就金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢?995)、美國(guó)國(guó)家工程院德雷珀獎(jiǎng)(1999)以及香港工程師學(xué)會(huì)榮譽(yù)大獎(jiǎng)(2006)等。2010年3月27日晚,高錕在北京大學(xué)百年紀(jì)念講堂獲頒“世界因你而美麗——2009影響世界華人盛典”科學(xué)研究領(lǐng)域獎(jiǎng),獲獎(jiǎng)?wù)咭虿∥茨軄淼筋C獎(jiǎng)典禮現(xiàn)場(chǎng)受獎(jiǎng)。

高錕教授所獲國(guó)家級(jí)院士(會(huì)士)或外籍院士頭銜包括:美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)終身會(huì)士(1979)、瑞典皇家工程科學(xué)院外籍院士(1988)、英國(guó)皇家工程院院士(1989)、美國(guó)國(guó)家工程院院士(1990)、中國(guó)科學(xué)院外籍院士(1996)、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)士(1997)。1994年9月13日,香港工程科學(xué)院成立,4位創(chuàng)院院士是鐘士元、張佑啟、高錕和莫大偉。1997—2000年,高錕出任香港工程科學(xué)院院長(zhǎng)。2015年12月5日,香港科學(xué)院(最初中文全名是“港科院”)成立,2位創(chuàng)院榮譽(yù)院士是楊振寧和高錕。

高錕爵士所獲爵位榮銜包括:不列顛帝國(guó)勛章中的第3級(jí)司令勛章(CBE,1993)和第2級(jí)爵級(jí)司令勛章(KBE,2010,姓名前可加冠“Sir”,即中文之“爵士”)以及香港最高榮譽(yù)——大紫荊勛章(GBM,2010,姓名前可加冠“The Honourable”)。

1996年7月24日,“高錕星”命名典禮在香港恒生銀行總行大廈舉行,時(shí)任中科院常務(wù)副院長(zhǎng)的路甬祥院士為高錕先生頒授命名證書和銅匾。經(jīng)國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)國(guó)際小行星中心(MPC)第27125號(hào)公報(bào)核準(zhǔn),國(guó)際編號(hào)為3463(1981 XJ2)號(hào)的小行星被命名為“高錕星”,該星1981年12月3日晚由中科院南京紫金山天文臺(tái)在南京首次發(fā)現(xiàn)。

1996年11月7日,香港中文大學(xué)科學(xué)館北座被命名為“高錕樓”(港中大首位博文講座教授楊振寧的辦公室和1987年啟用的楊振寧閱覽室均設(shè)在此樓內(nèi)),港中大自2010年起設(shè)立“高錕獎(jiǎng)學(xué)金捐贈(zèng)基金”(簡(jiǎn)稱高錕基金)。2009年12月30日,香港科學(xué)園二期地標(biāo)建筑“金蛋”被命名為“高錕會(huì)議中心”,命名典禮于2010年3月1日舉行。2010年3月3日,香港圣若瑟書院校園內(nèi)的北座舊教學(xué)樓被命名為“高錕樓”,它始建于1920年,2000年8月被香港特別行政區(qū)政府列為法定古跡保護(hù)建筑。

香港科學(xué)園內(nèi)高錕會(huì)議中心(金蛋)

1999年,香港英文版《亞洲新聞周刊》(2001年12月7日起已停刊)和美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)(CNN)聯(lián)合舉辦“20世紀(jì)亞洲風(fēng)云人物”評(píng)選,5個(gè)類別的最終當(dāng)選人物分別是鄧小平(政治與政府)、盛田昭夫(商業(yè)與經(jīng)濟(jì))、黑澤明(藝術(shù)、文學(xué)與文化)、高錕(科學(xué)與技術(shù))和甘地(道德與精神領(lǐng)袖)。

本文選自《世界科學(xué)》雜志,作者朱安遠(yuǎn)是北京金自天正智能控制股份有限公司高級(jí)工程師,諾獎(jiǎng)研究者。


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