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康宁发现低损耗纤维

康宁发现低损耗纤维

1970年,世界在数据和通信爆炸的边缘摇摇欲坠。

新的发明开始产生长距离数据传输的需求。1969年秋天,美国国防部启动了ARPAnet,这是连接五角大楼和大学实验室的互联网先驱。像Digital Equipment这样的公司正在制造第一台冰箱大小的微型计算机,比房间大小的主机更小、更便宜,这意味着更多的公司可以使用数据来运行他们的业务。第一批atm机仍然非常原始,纸质收据为了使其具有可读性,还带有轻微的放射性。它们需要连接起来,以便向周围发送消费者银行信息。又过了一年,一位名叫雷·汤姆林森(Ray Tomlinson)的计算机程序员发出了世界上第一封电子邮件,他开始使用@符号来分隔姓名和用户地址。

在铜质电话电缆只能传输有限的通话量的时候,全球企业需要相互通话。音质很细,因为这些线条不能承载足够的信息来完全重现一个人的声音。需求大大超过供应,打国际长途可能需要每分钟4美元(按2020年的美元计算是每分钟27美元)或更多。

以低成本远距离传输大量数据和对话的需求日益增长。在英国标准电信实验室(Standard Telecommunication Laboratories)的物理学家查尔斯·高(Charles Kao)的帮助下,当时的研究人员有了一个可能行得通的理论。

“光纤”一词是在20世纪60年代发明的。但最初这个词是指阴极射线管(用于看电视)、计算机电路和医疗设备中的光增强器。这项技术只在光需要传播很短的距离时才有效。大约20米(约65英尺)后,信号几乎完全消散。

花王是第一个看到以光纤为媒介的光连接世界的人。在1966年发表的一篇开创性论文中,花王写道,理论上,光纤可能远远优于铜线或无线电信号。问题在于玻璃中的杂质,它会导致信号丢失,科学家称之为“衰减”。他们面临的挑战是找到一种“低损耗光纤”——一种可以在不明显损耗光的情况下远距离携带光的玻璃。花王假设,通过净化玻璃,细纤维束将能够以最小的信号损失在长距离传输大量数据。

但还没有人知道如何制造这种纯化纤维。同时负责英国电话系统的英国邮局找到康宁公司寻求帮助,寻找新的高容量数据线。康宁公司指派物理学家罗伯特·毛雷尔(Robert Maurer)领导一个团队,其中包括两名新加入公司的年轻研究人员:实验物理学家唐纳德·凯克(Donald Keck)和玻璃化学家彼得·舒尔茨(Peter Schultz)。

然而,创新之路总是令人沮丧的,充满了失误和失败的实验。这导致了无数的玻璃组合,以及不同的设计尺寸和生产方法的实验,以创造和纯化他们所实验的组合。该团队面临的挑战之一是将两种玻璃结合成一种纤维。在每一项测试中,工人们都需要从并排放置在熔炉中的玻璃块中拉出几根纤维,然后将一根纤维包裹在另一根纤维中,形成一根纤维。

他俯身在显微镜前,被一束明亮的光惊呆了。后来,凯克形容这是“我见过的最辉煌的事情”。

1970年8月的一个周五下午,凯克将这一最新的样品插入了团队的设备中进行测试。凯克急于开始他的周末,但想在回家之前测量一下最新的尝试。他俯身在显微镜前,被一束明亮的光惊呆了。后来,凯克形容这是“我见过的最辉煌的事情”。光损耗是以分贝来衡量的。高锟曾说,要让他的想法实现,玻璃的携带能力需要显示出小于20分贝的光损失。通过这种新型光纤的光脉冲测量值在16到17分贝之间。凯克说,这就好像他能“在实验室里感受到爱迪生的精神”。那天,凯克在他的笔记本上写下了“呜!”

发明者在他们的专利申请中描述的“光波导光纤”,是一种比铜线能承载6.5万倍信息的光纤。又过了四年,1970年夏天的“欢呼”时刻被美国专利号3,711,262永世铭记。

又过了9年,康宁公司才开始批量生产光纤。又过了几年,一些公司才开始用它在海底铺设光缆,连接大陆,为人们提供了一种低成本的通信方式。

但1970年8月的那个下午标志着一场电信革命的开始,这场革命最终将重塑世界。

光纤的历史

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物理学家Charles Kao在1966年描述了光纤如何传输信息。但康宁的三位科学家尝试了无数种玻璃组合,最终发现了一种可行的低损耗纤维。

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纤维变真实→

到1978年,光纤走出了实验室,并在世界各地发现了它的第一个商业用途。

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语音通话新纪元→

20世纪80年代初,语音电话开始了一场革命。这其中的关键是光纤的到来,它允许公司建造新的高带宽线路,以更低的成本承载更多的通话。

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互联网数据爆炸→

20世纪90年代中期,互联网时代拉开了序幕。高带宽光纤网络可以跨越大陆和海洋传输网页、电子邮件和数据。到90年代末,互联网将成为人们生活中不可分割的一部分。

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移动改变生活和工作→

在2000年代末,智能手机和云计算让计算从一个地方解放了出来。现在,每个人都可以在任何地方连接到互联网。这反过来又产生了巨大的新数据流量,通过光纤网络从一个地方传输到另一个地方。

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云计算与软件即服务→

随着业务向云计算转移,消费者也开始使用社交媒体平台,不仅可以连接,还可以存储照片和文件。康宁的创新开启了物联网、人工智能和虚拟现实的新世界。

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COVID-19危机和连接的新时代→

随着新冠肺炎疫情导致许多国家关闭,工作和生活都在网上,带宽需求空前激增,光纤比以往任何时候都更有必要使用。

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康宁庆祝纤维50周年

在过去的50年里,光纤改变了我们连接的方式,我们迫不及待地想看看下一个50年将会发生什么。观看这段视频了解更多关于这一革命性的创新。

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