鎧甲勇士之光影傳奇 物理學(xué)獎：光影傳奇

　　 　　關(guān)于光纖通信和數(shù)字圖像的研究,幫助構(gòu)建了當今的信息時代 　　 　　10月6日下午,2009年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉,高錕與美國貝爾實驗室的威拉德?博伊爾(Willard Boyle)、喬治?史密斯(George Smith)共獲殊榮。高錕的獲獎成果,是在英國標準電訊實驗室完成的。后來,他在香港中文大學(xué)做過九年校長(1987年至1996年),直至退休。
　　由于在光纖通信領(lǐng)域的開創(chuàng)性成就,高錕將獲得約140萬美元獎金的一半,博伊爾和史密斯發(fā)明了用于數(shù)字圖像技術(shù)的CCD傳感器,將各獲四分之一的獎金。
　　三位科學(xué)家40年前的研究,幫助構(gòu)建了當下的信息時代,也為自己贏得了諾貝爾獎。
　　
　　高錕與低損耗光纖
　　20世紀60年代初,激光器的發(fā)明給光通信研究帶來了新的希望――激光束不僅具有亮度高等優(yōu)點,還可以在光纖中傳播。
　　但由于缺乏穩(wěn)定、可靠和低損耗的傳輸介質(zhì),光通信似乎仍是一個遙不可及的目標,因為光信號在當時的光纖材料中只能傳輸20米。
　　當時,高錕是國際電話電報公司旗下英國標準電訊實驗室的一名研究人員。他1933年11月出生在上海的一個書香門第,孩提時代的他就喜歡科學(xué)實驗,甚至自制過小型炸藥彈丸。
　　后來,高錕隨家人遷居香港,曾在香港圣約瑟書院就讀。1954年,他遠赴英倫,在倫敦大學(xué)攻讀電機工程。
　　與不少同行因此對光纖傳輸?shù)募夹g(shù)前景產(chǎn)生懷疑不同,高錕研究團隊認為更值得關(guān)注的,是光纖原材料問題。
　　他后來回憶道:“那時面對的最大難題,就是玻璃的雜質(zhì)問題。玻璃看似透明,其實雜有不純的元素,所以我們構(gòu)想,假若有一種沒有雜質(zhì)的玻璃,光波的傳導(dǎo)就不會衰減�！�
　　1966年6月,高錕與同事喬治?霍肯(George Hockham)在《電氣電子工程師學(xué)會學(xué)報》上發(fā)表題為“用于光頻的光纖表面波導(dǎo)”的論文指出,提純原材料后可制造出適合長距離通信使用的低損耗光纖:在純的玻璃纖維中,光信號可傳輸100公里以上。
　　這一研究奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。這一年,他年僅32歲。1970年,美國康寧公司研制出第一種超純光纖。1975年,英國安裝了世界上第一套光纖通信系統(tǒng)。
　　
　　北京郵電大學(xué)前校長林金桐對記者說:“從高錕和霍肯的論文,到世界上第一個商用光纖通信系統(tǒng)的誕生,僅用了十年時間,這在重大科學(xué)研究成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的眾多案例中,顯得格外突出�！�
　　諾貝爾獎評委會在新聞公報中表示,這些低損耗的玻璃纖維推動了因特網(wǎng)等寬帶通信的發(fā)展,光在這些玻璃纖維中流動,文本、音樂、圖像和視頻可在瞬間進行全球傳輸,“如果我們拆開密布全球的玻璃纖維,將得到一條10億公里以上的長線,足夠環(huán)繞地球2.5萬多圈�！�
　　香港中文大學(xué)前任校長金耀基甚至將高錕研究成果的重要性,與印刷術(shù)、火藥、指南針等中國古代發(fā)明相提并論,“今天生活在網(wǎng)絡(luò)社會,就是因為光纖的發(fā)明改變了我們的生活。”(更多關(guān)于高錕的資料,見本期“華人”欄目)
　　
　　貝爾實驗室和CCD
　　在現(xiàn)代的高速網(wǎng)絡(luò)通信中,數(shù)字圖像是最主要的承載內(nèi)容,而這很大程度上要歸功于本年度諾貝爾物理學(xué)獎的另一項獲獎內(nèi)容――美國朗訊公司貝爾實驗室的威拉德?博伊爾和喬治?史密斯發(fā)明的用于數(shù)字圖像的裝置:電荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)。
　　博伊爾1924年出生于加拿大,26歲時在加拿大麥基爾大學(xué)獲得博士學(xué)位。他在1953年加入貝爾實驗室,并在1962年與同事首先發(fā)明了可以連續(xù)運行的紅寶石激光器。
　　史密斯1930年出生于美國,29歲時在美國芝加哥大學(xué)獲得博士學(xué)位后也進入貝爾實驗室。
　　1969年10月的一天,史密斯走進同在貝爾實驗室半導(dǎo)體研究部門工作的博伊爾的辦公室,兩人進行了一場“頭腦風(fēng)暴”。在不到兩個小時的時間里,博伊爾和史密斯在黑板上大致勾繪出一種新裝置的藍圖,兩人將其命名為電荷耦合器件。
　　
　　這種新技術(shù)的源頭,還要追溯到愛因斯坦提出的光電效應(yīng),即通過光電效應(yīng),光可以被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�。然�?如何在極短時間內(nèi)收集并讀出信號,看上去卻是一個無法逾越的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此,一開始,很多同行都對CCD的概念嗤之以鼻。
　　但博伊爾和史密斯堅信自己的想法,并成功地將藍圖變成了現(xiàn)實。他們采用特殊的硅半導(dǎo)體材料,并將硅片細分為一個個“單元格”或者說“像素”,這樣,當光照射到像素之上,會產(chǎn)生信號電荷。當時,很多電子器件以電流或電壓作為信號,CCD則采用電荷作為信號。
　　信號電荷不僅可以在CCD內(nèi)存貯,還可以穿越一排排的“像素”,在電極與電極之間快速傳輸(電荷耦合),并最終被讀出。
　　CCD的發(fā)明,帶來了攝影的一場革命。光能夠被電子化捕捉,而不再需要傳統(tǒng)的感光膠卷,數(shù)碼相機也得以走進千家萬戶。
　　此外,在醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域,CCD技術(shù)均有廣泛應(yīng)用,數(shù)字攝影已經(jīng)成為不可取代的工具。諾貝爾獎評委會在新聞公報中稱,從遙遠的宇宙到海洋深處,即使是先前一些無法看到的事物,“CCD技術(shù)都能為我們提供水晶般清晰的圖像”。
　　而“潮平岸闊”,大概可以同時用來形容光纖通信和數(shù)字圖像技術(shù)的發(fā)展,以及三位諾貝爾物理學(xué)獎得主科研生涯的寫照。(李虎軍、王端)

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