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開卷嚴選:潮平岸闊‧高錕自述

2009-10-25 15:57迴響:0點閱:1520

 提起高錕教授,即時會想起他的光纖、寬頻通訊等科學技術上的成就。本書是作者的七十自述,除了讓讀者一覽他闖蕩世界科技文明、周遊列國的廣闊人生之外,還與讀者分享他對人、對世界的開闊視野。「潮平岸闊」既可以用來形容今天的寬頻傳送,何嘗不是作者生命形態的最佳寫照。

 《潮平岸闊─高錕自述》裡的高錕,不止「光纖之父」一面。本書共十五章,首章先寫與廝守四十多年的夫人美芸相識相遇,及後共結連理的生活細節,隨之倒敘童年往事,以及鮮有詳細披露的留學生活。這是作者的巧心安排:科技事業與家庭兼重,以「邂逅」居全書之首,見科技學者對人文、人倫價值之肯定。

 第六、七、八三章詳細交代光纖發明、改良、大量生產的過程。這方面的成功令他在創新科技事業上闖出一個又一個高峰。第九至十二章是光纖之外的社會貢獻,以及平凡而溫馨豐富的家庭生活。出掌中大,是重投華人世界,尋根問源。最後三章是回顧過去、展望未來的宏觀陳述。

 

潮平岸闊‧高錕自述

作者:高錕
出版:香港三聯書店(三民代理)
定價:430元
出版日期:2009/10/01
類別:傳記

作者簡介:高錕

CBE(Charles Kuen Kao,1933年11月4日-),華裔物理學家,生於中國上海,祖籍江蘇金山(今上海市金山區),擁有英國、美國國籍並持香港居民身份,目前在香港和美國加州山景城兩地居住。高錕為光纖通訊、電機工程專家,華文媒體稱之為「光纖之父」、普世稱之為「光纖通訊之父」(Father of Fiber Optic Communications)美譽,曾任香港中文大學校長。2009年,與威拉德•博伊爾和喬治•埃爾伍德•史密斯共享諾貝爾物理學獎。

 

【書摘】

〈邂逅〉

 美芸活潑開朗、興趣廣泛,給我留下深刻的印象。漸漸的,我對她家裡的底細也略知一二。比如她們怎樣熬過戰時的生活、她怎樣刻苦求學。她還透露,她守寡的母親是位廚藝高手,在倫敦的學生社群中,以好客著名,來訪者必饗以佳餚。其實,她母親是希望在那些不請自來的男男女女中,為她的獨子物色一位年輕姑娘作為對象。我有時候也混在大夥裡。漸漸的,她的一顰一笑常在我腦中縈繞。在工廠裡,我常跑到她的工作檯去跟她聊天。美芸對我的舉止愈來愈有戒心,一如她所料,我們的友誼已成為實驗室裡的話題。

 一天,美芸、我和其他朋友坐小林開的車,我不識趣的在車內約美芸去看電影。看她一臉不自在就知道,她對我公開追求她感到尷尬極了。她不斷找藉口推辭,我仍纏繞不休。最後,她為免尷尬場面沒完沒了,只好答應我的要求。在幾位咧嘴而笑的見證人面前,我們約定了日期。

 那是個大風寒冷的晚上,我們看了謝利路易和甸馬田的胡鬧劇。美芸不愛看,但還是禮貌地把她的不悅收藏起來。後來她才坦白表明,她忍受不了這種無聊幼稚的把戲。那晚上風很冷,我們由戲院步行回美芸的家,她容許我緊握著她的手好保持暖和,兩手相牽的剎那,恍惚有一股電流由我們的雙手流遍全身。直到現在,四十多年以後,我們仍記得這一晚,回味那一剎那時光。

 我相信我應該察覺到,我們的友情很快便進展為愛情。我覺得美芸是我的朋友,因為我們很多方面都合得來,也因為她對我和她自己的問題都勇於面對,並致力解決。她是我的患難之交。當我強烈反對她搭同事的摩托車,我就應該醒覺,我已墮入愛河。

 我說:「你沒有戴頭盔,坐在摩托車後座,太危險了。」我相信我是看不過眼她摟著那小夥子,好像很親熱的樣子。

 美芸怕我不理解她母親那套古老守舊的婚姻觀念。從她姐姐的事例看,美芸惟恐她遭受的懲罰會更嚴厲,儘管我反而認為她姐姐輕而易舉的就解決了問題。美芸也擔心母親過於重男輕女。戰時家裡的女孩看著配給食物中最好的都分給了哥哥,只有乾垂涎的份兒。她不知道我會不會相信這種難以理解的事情,害怕我會放棄。那時候,她還沒有準備好向她的母親,或者向我表白一切。

 度過了一個充滿田園風味的假期,面對我的卻是一段難熬的日子。美芸要和我保持距離,甚至表示在六個月內彼此不要見面,我不明其中底蘊,心裡焦慮如焚。命運再次站在我這一邊。一次公共汽車罷工令倫敦交通為之癱瘓,我一直每天都去探望美芸,公共汽車不開,我怎辦?我決定徒步去看她,以顯示我的誠意。美芸的母親也為我的真情感動,她不但熱情招待我,還給我借一輛自行車,好讓我回程時好過點。我希望我的真誠可以打動美芸,讓她能放心告訴我,她憂慮的是甚麼。這是一個機會,讓我們可以一起解決問題,一個原來真的棘手的問題。

 我的行動果然湊效。

 美芸終於開口:「如果哥哥的問題沒法解決,我就要面對母親的反對。你會像白馬王子那樣,救我出險嗎?」

 我忙不迭的說:「當然喏,但情況真的如此惡劣嗎?你也看到,你母親她還給我借自行車呢。她應該至少會聽我怎麼說,我們甚至可以給你哥哥介紹一位女孩,可能會令事情順利些。」

 美芸說:「我也知你會這樣想,母親不是你想像的那麼仁慈,她會把我關起來,把你一腳踢出去。」

 美芸終於說服我,必須作出最壞的打算。我同意,最後一步就是私奔。我們也計劃好,一旦真的要私奔的話,我們也應定期試試探望她母親,跟她講和,直至她讓步為止。

 事情果然一如美芸所料。在那決定我們命運的一晚,我跟美芸母親提出婚事,我的策略是開門見山,直截了當的說:「我來請求你,允許我和美芸結婚。」

 她的臉色立即沉下來,沒等我說完,她已搶先嘶喊道:「你竟敢搶走我的女兒,立即給我滾,要不然我把你踢出去。不要再來找我的女兒,以後都不要。」

 我簡直不相信我的耳朵。我還以為她對我有好感,只是略提一下親事,怎會招來那樣粗暴的反應?我沒法明白她母親為甚麼那麼著緊、那麼擔心兒子的名聲。她可是只跟隨傳統?按照家族的規定,長子是繼後香燈的人,所以地位在眾人之上,也就是說,他必須首先結婚,她的妻子也要為他生一個男丁,讓家族的姓氏能一代一代傳下去。作為一家之主,他也要照顧家裡的每一個人,包括他母親在內。如果她的思想的確如此,也就難怪她那麼著緊了。

 短暫的沉默增加了屋內的緊張氣氛,美芸鼓起勇氣,平靜的對母親說:「看來你不會同意我和錕的婚事,我要跟他一起走。」

 「走吧,我不想再見到你們兩個。」

 美芸把鑰匙清脆的呯一聲拋到地上,就和我邁出家門。

 此後幾個月我們再沒有見過美芸的母親,我們每次回家,都沒有人應門。我們已被逐出家門了。在失望而回之前,我們都在門前放下一份禮物和一張字條,但一切都在我們意料之內。一天,我們發覺門是虛掩的,我們相信這是一種暗示,於是大著膽子走進屋裡,雖然只是得到冷冰冰的接待,但可以感覺到冰已開始融化。把母親弄得那麼不愉快,我們的確有點內疚,因此,樂意找個機會為我們的行為賠罪。下一次過訪,我們得悉襟兄已和一位在新加坡認識的女士訂婚,準備在婚後返回倫敦。當時自忖,我們實在為他做了件好事,如果不是我們為了自己的婚事把他迫得緊,他至今也許還是名王老五。

 我們婚後第二天,便出發到西班牙度蜜月。我們的目的地是Tossa de Mer,一個位於地中海邊的度假勝地,歐洲人享受陽光的旅遊重點。我們在旅遊方面經驗尚淺,我還是頭一遭渡海到歐洲大陸。美芸可以講一點法語,之前也到過法國,理所當然成為我在漫漫旅途上每一步的嚮導。

 我現在仍記得,我們是怎樣珍惜旅途上的每一刻。在火車輕緩的晃盪中,我安然躲進睡鄉。我們偶爾互相對望,為能兩相廝守而感到穩靠,又恍惚如夢。最後,我們抵達目的地,那是一家簡樸的私人小旅舍,古色古香而又予人賓至如歸的感覺。我們的房間在一樓,由門廊上去要爬兩段樓梯。我要美芸先等我一陣子,讓我把行李箱拿上去,順道看一看房子。其實,我是要暗中盤算一下把美芸抱上房間是否可行。英偉的男子漢抱著他美麗的新娘子邁向美滿幸福的婚姻,如此浪漫的電影場景一直在我腦中盤旋。我和美芸攀上第一段梯級後,便出其不意一把將她抱起,踉蹌地衝進房門,差點沒把她弄個人仰馬翻。

 四十年後,我要脅美芸要她讓我把她抱進我們共度結婚紀念的酒店房間,美芸說:「你準會把老骨頭也弄斷,一把年紀啦,還胡鬧!」「你也知道我們中國自古有言『老而彌堅』的吧。」我一邊回敬,一邊就要動手。

 我們的婚姻生活在西班牙開展,往後,我們將仿效西班牙的探險家,出發探索新世界,拓展新領域。回到英國以後,就憑著手頭上僅有的五十英鎊儲蓄,我們四海為家,經歷和見聞都為之開闊。也許這並不全是命運使然。我之學習獨立、青年時代所受的悉心培育,以及我的學校教育,都有助於把我塑造成今日之我。

 

〈探索光纖〉

 我的博士研究題目是「類光學波導」,但這個新方法其實隱藏不少困難,也沒有確實的解決方案。經過兩年努力,總算完成了論文和實驗。我發現幾何光波的成像與平面波傳送相容,但線性或定點光源發出的球體或圓筒形光波卻出現不確定的衍射及光波漏失。這可說是個過渡性的研究,對我掌握光波原理大有幫助。

 激光的發明和半導體技術的迅速發展,令光通訊不再是紙上談兵。1963年,我進行了開放空間的氦氖(HeNe)激光傳送實驗,將激光引導至若干距離外的一點上。由固定的激光發射器發出的光線直射向一段距離外的目標,十分穩定,但為甚麼從另一點觀察,我們卻彷彿覺得光在不停閃動,其直徑更比原來的光線大了幾倍?我們終於明白,那原因很簡單,是空氣的不同密度扭曲了在大氣中傳送的激光,在英國,潮濕的天氣令大氣密度更不一致,光線的閃動也因此更明顯。

 我們也做了不少在全球各家研究實驗所都在進行的實驗。比方說,我們做了共焦鏡實驗,將一系列焦距相同的凸透鏡排列起來,其間距相等於鏡片的焦距。這實驗要在夜闌人靜,空氣死寂的時刻進行,但即使如此,每隔100米轉移聚焦時,光線仍不能保持在鏡片的有效孔徑之內。據知貝爾實驗所(Bell Labs)曾進一步利用氣體鏡進行實驗,但因在維持氣體鏡形狀的穩定時難以提供足夠的介電作用,不得不中止實驗。這些費盡九牛二虎之力的實驗,無非是想找出控制光線長程傳送的方法。這些研究必須進行下去,因為環型波導系統也遇上相同的難題,研究成本也很高。鋪設波導系統時,只容許十分輕微的彎度,對長程傳送是一大障礙。氣體鏡系統也沒有完全被捨棄,因為當時認為這系統對直線的要求仍可以接受。

 在標準實驗所,研究重心漸轉向介電體波導。卡博維克博士看來仍想繞過尋找高透明度波導物料的難題,他建議我就他提出的薄膜波導進行研究。我和一個三人工程師小組便著手測試製造薄膜波導的可行性。

 根據分析,薄膜的厚度應該相等於波長的十分之一,其引導的能量應有百分之九十在薄膜之上或之下的自由空間中傳送,其餘的百分之十則依附於介電體中。第一項挑戰是怎樣做出那薄膜。進行過幾次實驗後,我建議將聚合體溶化在溶液內,然後將這種混合溶液滴在一種流質上。與我們實驗室負責聚合體的同事商議過後,我們發覺聚碳酸酯透明度高,也可溶化在揮發性溶液中。混合溶液比水輕,因此我們可以將溶液滴在水上,讓水的表面張力舒張溶液,形成一層連續不斷的薄膜。這種技術後來稱為超薄薄膜技術,常用於製藥業。

 薄膜的製造進行得很順利和成功。我們發覺,薄膜的色澤與其厚度有關,是受光線的反射影響。因薄膜的厚度小於可見光線波長的一半,因此沒有色澤。我們製造了不同的框架,用來架起薄膜。最後,我們要機械部門製成一個特別形狀的框架,在撿起薄膜時,薄膜會鋪張在一塊倒轉U字形薄片之間,框架中央有一個長方形切口。這個設計令光線可在倒U形的一條支架射進薄膜,繞過彎度,再從另一條支架透出。這樣,光的射進和透出都是在同一邊,只是在不同的支架而已。我們在長方形切口的兩邊放置一塊三稜鏡,用以射進和透出光線,三稜鏡的底部要緊貼薄膜。

 當薄膜有相當厚度時,不難看到光線從射出一邊的三稜鏡透射出來時,呈現多條光束形態。當薄膜的厚度減至一定程度時,只有一條光束射出。三稜鏡擺放的位置,要確保光線能繞過彎角,但又不會與從射進一邊的三稜鏡透射進來的光線混合。

 一天早上,我們用愈來愈薄的膜片進行試驗。這些薄膜都透明無色,我們只能用每次將溶液稀釋兩倍的方法控制薄膜的厚度。但在進行試驗的黑房中,出現了令我們大感驚訝的現象。光線並沒有繞過彎角,而是照亮了黑房的牆壁。我們發現,光線是在轉彎的時候洩漏出來的。隨著彎角的弧度減少,光線輻射的角度也降低,直至弧度消失為止。我們不知道薄膜波導的厚度,彎角位置光線的輻射,除了形成一幕幕奇景外,實際上是光功率在彎角處輻射散失的警號。如果轉用電纜式的波導結構,電纜就一定不能有太急太尖的彎角。我們夢寐以求的,是能保存接近百分百功率的波導結構。

 我建議就光纖電纜中介電材料的衰減機制進行詳細的研究,並推動激光部門的同事研製可發出波長接近紅外線範圍,而又吻合單束光纜直徑的半導體激光。這時卡博維克博士決定移民澳洲,加入新南威爾斯大學,我成為研究計劃的主持,研究隊伍也增加了人手。我們設立了一個小組,研究量度低衰減透明物料的實質衰減程度。剛畢業的工程師佐治加入我們的小組,研究介電波導的特性。他對波導理論很有興趣,我派他專注研究光纖波導的耐受性要求。我們尤其要確定光纖電纜的體積極限和接合點光功率衰減的程度。我們按部就班,求證玻璃纖維若要成為機械性能和表現上適合作為波導物料的物理和波導要求。

 此後兩年,我們努力向目標進發。在材料物理和化學中,在解決新發現的電磁波問題中,我們都欠缺經驗,但仍取得可喜的進展。我們翻查文獻、訪問專家,以及向各家玻璃和聚合體公司搜集材料樣本。我們也研究有關的理論,並為進行一連串實驗訂定了測量的技術。在我們設計開發出來的各種設備中,有一種是用來測量材料極輕微的光譜衰減,另一種則用於分階模擬實驗,以測量因機械缺陷而導致的纖維損耗。我們又利用以微波頻率運作的特別表面波結構,確定具有不同缺陷的波導的輻射衰減。佐治後來根據這方面的工作,獲得了博士學位。我的妻子美芸在電腦實驗室出任科學程式員,是她編訂的程式軟件,幫助我們解決選定介電質波導類型的問題,以及為佐治確定輻射的特性。在現今仍有一定知名度的那篇發表於1966年的學術論文中,我忘了向她不可或缺的貢獻致謝,實在不該。

 透明物料的光衰減是三種衰減作用的綜合結果。物料本身的吸收性衰減,限制了透明區域的波長;雜質衰減是因為物料不純淨所引致,而散失性衰減則是物料結構不統一的結果。因為日常的玻璃用品,如玻璃窗、飾物和廚具等,透明度已足夠,在我們展開光纖用途研究之前,沒有人研究過玻璃的透明度問題及其限制。我向多位專家請教過,得出以下結論:

  1. 將所有不純元素,特別是鐵、銅、錳等過渡元素,消減至1比100萬至1比10億的水平,以降低雜質衰減的損耗。但沒有人做過任何實驗,證實不純淨水平下降是否會令衰減程度相應減少。 高溫玻璃在高速冷卻下,相對於聚合體之類的低溫玻璃,應有較少的微組織,其非均質電子的分佈也較平均。低溫玻璃的散失性衰減也較高。

 我們面對兩個難題的挑戰。其一是低衰減物料的測量技術,這些物料只能有20厘米左右的長度。如果將物料製成纖維,確保其表面平滑無瑕十分困難。其次是終端表面反射衰減。打磨過程可以改變光滑物料的反射衰減。但在進行測量時我們面對的困難,是要量度兩個樣本之間少於0.1%的衰減程度差異,而整段20厘米長樣本的總衰減只是0.1%。進行這樣的測量可以說近乎毫無意義。我們最後造出兩個光線測量儀,如果反射衰減每次均可重複的話,就可以提供合理的量度數據。

 我們很幸運,找到一些用負離子沉澱法製成的石英玻璃樣本。因為在製造過程中使用高溫,帶雜質的離子都給蒸發,形成純淨的石英玻璃。利用這些樣本進行測量,可以證明消除雜質可以降低吸收性衰減的理論。但我們注意到,因為濕化學品測試中雜質水平太高,難以進行高溫玻璃的純淨度分析。

 與此同時,微波模擬實驗也已經完成。根據其波模、其端對端錯配及纖維直徑波動的尺寸偏差極限,全面確定了介電波導管的特性。所有理論和模擬實驗所得的結果,都顯示有關的理論基礎是可行的,而實驗結果也提供了實證的根據。我們寫成題為《介電波導管的光波傳送》,提交英國電機工程師學會學報。經過例行的評審程序,論文在1966年7月出版的學報上發表,這也被定為光纖通訊的誕生日子。

 論文評審原來是郵政研究中心的總監。他很有興趣跟進我們的工作,並提議立即在研究中心設立發展光纖的重點研究計劃,以及與標準實驗所簽訂合約,以推動光纖的發展。最近我驚喜地接到他的來信,告知他寫了一部有關電訊業發展的著作,囑我給他的書做一點宣傳推廣。離我發表那篇論文已有三十五年,我很高興他還記得我和肯定我們的工作。現在光纖網絡已遍佈全球,光纖網絡的應用,對世界文明有重大影響,而且還有遠大的發展潛力。我認為這種資訊革命將締造一個新的紀元,我們的生活也將因此而改變。這不是因為通訊容易了,或因為我們可以獲得更多資訊和知識,而是因為我們一定要摒除舊有的思想,現代文明也將大為改觀。一如多個世紀前印刷術的普及開拓了人類的視野,翻開歷史新的一頁,新的資訊革命也將推動我們在生命的探索上向前邁進。

 如今,在聖誕期間,以至於任何時候打電話都已不成問題,只消提起話筒撥個號,數秒間便可接通全球,只要你的銀行戶口負擔得起,談多久也可以,但事實上每分鐘只費幾毛錢,任何人都可以暢所欲言。加上流動電話無處不在,即使是偏遠的角落也如在近鄰。

 

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引用:http://blog.chinatimes.com/openbook/archive/2009/10/25/443515.html
2009-10-25 15:57作者:開卷分類:開卷嚴選迴響:0點閱:1520

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