3/22/2020，光纖在線訊，3/22/2020， 50年前，康寧發(fā)明了低損耗光纖，開創(chuàng)了光纖通信的時(shí)代。3月號(hào)的OSA Optics&Photonics雜志刊載了美國作家Jeff Hecht關(guān)于當(dāng)年康寧發(fā)明光纖的故事，簡單整理出來，以紀(jì)念這個(gè)了不起的科技進(jìn)步。

在高錕先生那篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文發(fā)表后，年近退休的康寧公司科學(xué)家William Shaver在去英國郵電研究所出差的時(shí)候了解到這一技術(shù)概念。他在康寧從事過Pyrex玻璃餐具研發(fā)，也從事過Palomar 望遠(yuǎn)鏡 200英寸鏡面等的研究，一直在琢磨為康寧找到玻璃應(yīng)用的新方向。當(dāng)時(shí)康寧已經(jīng)有損耗大約每米幾個(gè)dB醫(yī)療和軍用光纖產(chǎn)品，但是通信光纖需要的是20dB/Km，這里面有巨大的差距。得到這一新的研究設(shè)想后，康寧的研發(fā)總監(jiān) Bill Armistead把這個(gè)任務(wù)交給Robert Maurer的基礎(chǔ)物理研究小組。Maurer 1952年加入康寧，他畢業(yè)于 MIT，是一位低溫物理方面的博士，公認(rèn)的玻璃專家，在關(guān)于玻璃本質(zhì)的研究上有很深造詣。

當(dāng)時(shí)，光纖研制有兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)：第一，現(xiàn)有光學(xué)玻璃再提純化；第二，采用具有高熔點(diǎn)，低折射率特性超純的熔融石英（Silica），再通過摻雜形成高折射率纖芯�？梢灾谱鞑ＡУ脑�材料有許多種，最自然的出發(fā)點(diǎn)自然是對現(xiàn)有的玻璃進(jìn)行提純。Maurer卻選擇了從石英出發(fā)，但是他當(dāng)時(shí)并不知道這一定會(huì)成功。他只是想走一條與眾不同的路。

Maurer這樣做也有歷史原因�？祵帍�1930年帶開始開發(fā)高硼硅玻璃，并將其用于Pryex餐具玻璃等產(chǎn)品內(nèi)。也在那個(gè)時(shí)代，一位叫做J. Franklin Hyde的年輕化學(xué)家在康寧開發(fā)出了基于四氯化硅制造純凈石英的工藝。從1950年代開始，康寧將摻雜鈦元素的石英工藝用于陶瓷玻璃餐具和其他軍用用途中。

Maurer找到了Frank Zimar博士和他一起進(jìn)行研發(fā)。Zimar 博士1945年加入康寧，他是一位試驗(yàn)化學(xué)家 。他開發(fā)的可以工作到2000攝氏度的爐子對于熔點(diǎn)在1650攝氏度的石英研究非常有用。Maurer和Zimer基于鈦摻雜的纖芯和純石英外套工藝開發(fā)了第一根單模光纖，驗(yàn)證了石英光纖的工藝可行性。

1967年，一位暑期實(shí)習(xí)生Clifton Fonstad 的參與，給出了更多令人鼓舞的結(jié)果，也讓Amistead 決定擴(kuò)大研究規(guī)模。Peter Schultz和Donald Keck在這個(gè)時(shí)候得以加入這個(gè)工作。Schultz博士畢業(yè)于Rutgers大學(xué)，主要從事不透明玻璃材料研究，1967年加入康寧。Keck 博士畢業(yè)于密西根州立大學(xué)，主要研究波傳輸理論，1968年加入康寧。

Schultz和Keck發(fā)現(xiàn)原有的鈦摻雜工藝有許多問題，做出的光纖要不損耗高，要不太脆。他們改用從套管內(nèi)部沉積鈦摻雜石英再崩塌收縮的辦法來制作纖芯，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，1969年夏天，他們研發(fā)出合適的爐子。也是在這個(gè)時(shí)候，光纖125微米外徑的標(biāo)準(zhǔn)得以確定。1970年初，康寧開始決定對他們的光纖工藝申請專利。5月11日，康寧申請兩項(xiàng)光纖基本工藝的專利。第一，Maurer和Schultz的“熔融石英光波導(dǎo)”；第二，Keck和Schulta的 IVD制作光纖工藝。

1970年7月22日，Keck和Zimar從六根鈦摻雜預(yù)制棒拉出光纖。8月7日完成熱處理。29米的光纖實(shí)現(xiàn)17dB/km的損耗指標(biāo)，8月21日實(shí)現(xiàn)210米光纖的熱處理，測量損耗16.9dB/Km，標(biāo)志著低損耗光纖的正式誕生。

1970年9月底，Maurer在英國IEE主板的通信會(huì)議上透露了16dB/Km這一指標(biāo)。同年11月15日的應(yīng)用物理快報(bào)上，Maurer和Keck發(fā)表了這一結(jié)果。在此前后，他們也與貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們通報(bào)了這一成果，并在英國郵電進(jìn)行了測試�？祵幑饫w的測試結(jié)果震驚了英國人，他們試圖采取間諜手段分析這種光纖的成分，卻無功而返。

鈦摻雜纖芯光纖的發(fā)明是一個(gè)劃時(shí)代的成就，但是這種光纖的強(qiáng)度卻不夠。與此同時(shí)，貝爾實(shí)驗(yàn)室最初的光纖通信系統(tǒng)更加看重多模光纖，而不是康寧最初制作的單模光纖。Zimar的老板，John Frazer要求他們?nèi)ラ_發(fā)一種新的摻雜工藝，鍺摻雜的OVD工藝應(yīng)運(yùn)而生。二氧化鍺在IVD工藝中會(huì)被揮發(fā)，因此需要一種新沉積工藝。1972年6月，Zimar,Schultz和Keck的團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出基于OVD工藝的鍺摻雜光纖，在800到850nm下實(shí)現(xiàn)了4dB/Km的損耗指標(biāo)。在Maurer,Keckhe Schultzde 的一篇文章“決定玻璃光波導(dǎo)損耗下限的最終因素”中，他們指出氫氧基正是這一最終因素。

1978年，NTT實(shí)現(xiàn)了1550nm下0.2dB/Km的損耗指標(biāo)。人類進(jìn)入了全新的光纖通信時(shí)代。讓我們記住在光纖發(fā)明中那些做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家的名字吧。