な保∧せ崞陶旁谝豢榈棺猆字形薄片之间,框架中央有一个长方形切口。这个设计令光线可在倒U形的一条支架射进薄膜,绕过弯度,再从另一条支架透出。这样,光的射进和透出都是在同一边,只是在不同的支架而已。我们在长方形切口的两边放置一块三棱镜,用以射进和透出光线,三棱镜的底部要紧贴薄膜。
当薄膜有相当厚度时,不难看到光线从射出一边的三棱镜透射出来时,呈现多条光束形态。当薄膜的厚度减至一定程度时,只有一条光束射出。三棱镜摆放的位置,要确保光线能绕过弯角,但又不会与从射进一边的三棱镜透射进来的光线混合。
一天早上,我们用愈来愈薄的膜片进行试验。这些薄膜都透明无色,我们只能用每次将溶液稀释两倍的方法控制薄膜的厚度。但在进行试验的黑房中,出现了令我们大感惊讶的现象。光线并没有绕过弯角,而是照亮了黑房的墙壁。我们发现,光线是在转弯的时候泄漏出来的。随着弯角的弧度减少,光线辐射的角度也降低,直至弧度消失为止。我们不知道薄膜波导的厚度,弯角位置光线的辐射,除了形成一幕幕奇景外,实际上是光功率在弯角处辐射散失的警号。如果转用电缆式的波导结构,电缆就一定不能有太急太尖的弯角。我们梦寐以求的,是能保存接近百分百功率的波导结构。
我建议就光纤电缆中介电材料的衰减机制进行详细的研究,并推动激光部门的同事研制可发出波长接近红外线范围,而又吻合单束光缆直径的半导体激光。这时卡博维克博士决定移民澳洲,加入新南威尔斯大学,我成为研究计划的主持,研究队伍也增加了人手。我们设立了一个小组,研究量度低衰减透明物料的实质衰减程度。刚毕业的工程师佐治加入我们的小组,研究介电波导的特性。他对波导理论很有兴趣,我派他专注研究光纤波导的耐受性要求。我们尤其要确定光纤电缆的体积极限和接合点光功率衰减的程度。我们按部就班,求证玻璃纤维若要成为机械性能和表现上适合作为波导物料的物理和波导要求。 。。
Chapter06 探索光纤(7)
此后两年,我们努力向目标进发。在材料物理和化学中,在解决新发现的电磁波问题中,我们都欠缺经验,但仍取得可喜的进展。我们翻查文献、访问专家,以及向各家玻璃和聚合体公司搜集材料样本。我们也研究有关的理论,并为进行一连串实验订定了测量的技术。在我们设计开发出来的各种设备中,有一种是用来测量材料极轻微的光谱衰减,另一种则用于分阶模拟实验,以测量因机械缺陷而导致的纤维损耗。我们又利用以微波频率运作的特别表面波结构,确定具有不同缺陷的波导的辐射衰减。佐治后来根据这方面的工作,获得了博士学位。我的妻子美芸在电脑实验室出任科学程式员,是她编订的程式软件,帮助我们解决选定介电质波导类型的问题,以及为佐治确定辐射的特性。在现今仍有一定知名度的那篇发表于1966年的学术论文中,我忘了向她不可或缺的贡献致谢,实在不该。
透明物料的光衰减是三种衰减作用的综合结果。物料本身的吸收性衰减,限制了透明区域的波长;杂质衰减是因为物料不纯净所引致,而散失性衰减则是物料结构不统一的结果。因为日常的玻璃用品,如玻璃窗、饰物和厨具等,透明度已足够,在我们展开光纤用途研究之前,没有人研究过玻璃的透明度问题及其限制。我向多位专家请教过,得出以下结论:
1。 将所有不纯元素,特别是铁、铜、锰等过渡元素,消减至1比100万至1比10亿的水平,以降低杂质衰减的损耗。但没有人做过任何实验,证实不纯净水平下降是否会令衰减程度相应减少。
2。 高温玻璃在高速冷却下,相对于聚合体之类的低温玻璃,应有较少的微组织,其非均质电子的分布也较平均。低温玻璃的散失性衰减也较高。
我们面对两个难题的挑战。其一是低衰减物料的测量技术,这些物料只能有20厘米左右的长度。如果将物料制成纤维,确保其表面平滑无瑕十分困难。其次是终端表面反射衰减。打磨过程可以改变光滑物料的反射衰减。但在进行测量时我们面对的困难,是要量度两个样本之间少于的衰减程度差异,而整段20厘米长样本的总衰减只是。进行这样的测量可以说近乎毫无意义。我们最后造出两个光线测量仪,如果反射衰减每次均可重复的话,就可以提供合理的量度数据。
我们很幸运,找到一些用负离子沉淀法制成的石英玻璃样本。因为在制造过程中使用高温,带杂质的离子都给蒸发,形成纯净的石英玻璃。利用这些样本进行测量,可以证明消除杂质可以降低吸收性衰减的理论。但我们注意到,因为湿化学品测试中杂质水平太高,难以进行高温玻璃的纯净度分析。
与此同时,微波模拟实验也已经完成。根据其波模、其端对端错配及纤维直径波动的尺寸偏差极限,全面确定了介电波导管的特性。所有理论和模拟实验所得的结果,都显示有关的理论基础是可行的,而实验结果也提供了实证的根据。我们写成题为《介电波导管的光波传送》,提交英国电机工程师学会学报。经过例行的评审程序,论文在1966年7月出版的学报上发表,这也被定为光纤通讯的诞生日子。
论文评审原来是邮政研究中心的总监。他很有兴趣跟进我们的工作,并提议立即在研究中心设立发展光纤的重点研究计划,以及与标准实验所签订合约,以推动光纤的发展。最近我惊喜地接到他的来信,告知他写了一部有关电讯业发展的著作,嘱我给他的书做一点宣传推广。离我发表那篇论文已有三十五年,我很高兴他还记得我和肯定我们的工作。现在光纤网络已遍布全球,光纤网络的应用,对世界文明有重大影响,而且还有远大的发展潜力。我认为这种资讯革命将缔造一个新的纪元,我们的生活也将因此而改变。这不是因为通讯容易了,或因为我们可以获得更多资讯和知识,而是因为我们一定要摒除旧有的思想,现代文明也将大为改观。一如多个世纪前印刷术的普及开拓了人类的视野,翻开历史新的一页,新的资讯革命也将推动我们在生命的探索上向前迈进。
如今,在圣诞期间,以至于任何时候打电话都已不成问题,只消提起话筒拨个号,数秒间便可接通全球,只要你的银行户口负担得起,谈多久也可以,但事实上每分钟只费几毛钱,任何人都可以畅所欲言。加上流动电话无处不在,即使是偏远的角落也如在近邻。
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Chapter07 光明在望(1)
我召集了光纤通讯小组的同事,作出一个简短的宣布:
“我们的论文已在《英国电子工程师学会学报》发表,也收到英国邮电局的来信,邀请我们进一步研究光纤的通讯用途,还说可以在他们的桃丽斯山实验室进行研究工作。”
我召集了光纤通讯小组的同事,作出一个简短的宣布:
“我们的论文已在《英国电子工程师学会学报》发表,也收到英国邮电局的来信,邀请我们进一步研究光纤的通讯用途,还说可以在他们的桃丽斯山实验室进行研究工作。”
为此大家都感到极度兴奋。过去三年来,我们证明了光纤通讯不再是个神话,通过各种实验数据,可以证实我们的理论并非空谈。即使有时我们的实验只是用蜡和线做工具,但仍能给我们的假设提供有力的证据。我们的假设是,降低石英玻璃中的杂质,可提高玻璃的透明度,在最高的透明度下,如果海洋是用这些玻璃组成,无论海有多深,我们都可以一望到底。我们也证明光纤可以借单模传送光波,从而像无线电波一样,发送开/关讯息。不同的是,光波在同一时间载送的开/关数量,比无线电波多上数百万倍。
我们虽然深受各种精神和实质上的支持鼓舞,但在同类的研究上,我们的同道似乎不多。我们的论文题目《介电波导管的光波传送》,其实有点讳莫如深,并没有在通讯业界中引起太大的回响。我想我们准是要将论文的要点直接提交给有兴趣于这种革命性通讯方法的公司,才有可能说服他们加入我们的行列。我们要发动最多的人,才能令计划成功。我还要向这些公司强调的一点就是,光纤是用世界上用之不竭的材料造成的,那就是——沙粒。用沙做材料既环保,成本又低。我要大力推销光纤的特性,尤其是其轻盈和高度耐受力,以及不会泄漏光源。我深信必须集合众人的努力,光纤传讯才会取得成功。为此我希望能尽快聚集一群同道中人,并准备在1966年12月底启程到亚洲和美国去。
自1953年离开香港后,这还是我第一次回到亚洲。除了顺道与久别的双亲和亲友团聚外,我还打算前往日本和台湾地区,向亚洲推介光纤通讯技术的重要意义。
在日本,我先拜访仙台的东北大学,再前赴日本电信电话公司(NTT)的中央研究实验所、日本板硝子公司(Nippon Sheet Glass Co。)以及日本电气公司(NEC)。日本给我的第一印象是整洁和准时,铁路系统尤其令人难忘。
列车驶过井然有序的田野和散落的村屋,天清日朗,像欢迎我这个海外来客。准时抵达仙台车站时,接车的人已在车厢外等候,看来他们早查清楚我的座号。来人自称是善一教授的助理,笑容可掬,彬彬有礼。事实上,在整个日本行程中,日本人办事的有条不紊和紧守时间观念,给我留下深刻印象,因为我也是个守时的人,对日本社会增添了几分亲切感。
东北大学是著名的国立大学,以八木天线闻名的八木教授就在这里任教。善一教授是位和蔼可亲的长者,对我关怀备至,在我需要他的时候他准会在我身旁,但当我忙于和其他