通識導賞:光纖發展未止步

文章日期:2018年09月30日

【明報專訊】「光纖是最好的,在一千年之內,我找不到一個新的系統來代替它。我這樣講,你們應該不要相信我,因為我本來也不相信專家的講法。」二○○九年諾貝爾獎的頒獎台上播出了「光纖之父」高錕的訪問片段,當年有份協助高錕夫人黃美芸撰寫講稿的中大信息工程學系教授陳亮光說,他現在也會教學生,不要因專家的地位或名氣而盡信他們的說法,

「要勇敢探索真相,若非如此,我們現在還認為地球是平的」。

高錕在自傳《潮平岸闊》中曾回憶一九五九年結婚的難忘片段。也是在九月,一個明媚輕爽的秋日,他在教堂等待新娘團,過了十二時未見啦轎車蹤影,「雖然只過了幾分鐘,卻已經像天長地久一樣」,他開始擔心新娘會否臨陣退縮,幸好車子稍遲,還是來了。「如果當時流動電話已經普及,我只消拿出電話來撥個號碼,那三十分鐘的疑慮煎熬和牽腸掛肚,便會瞬間消弭。」如果在今天,新郎應該可以更氣定神閒,傳個WhatsApp短訊問問新娘目前位置,還可與兄弟自拍幾張即時上傳到社交平台。

光纖誕生 加快光通訊發展

然而在高錕結婚前一年,人類始發明出如何產生激光。光通訊的歷史,中大電子工程學系教授許正德從一八四一年說起。瑞士物理學家Jean-Daniel Colladon在那年演示了用水柱引導光;一八八○年,電話的發明者Alexander Graham Bell利用太陽光成功將電話信號傳送了二百米的距離。但人類無法知道明日是否一定會好天,陽光也會時強時弱,因此到了一九五八年,美國兩名物理學家Arthur Leonard Schawlow及Charles Townes發明了激光,可提供穩定光源,就成為光通訊的一道曙光,電訊業期望激光若成為信息載體,信息容量可比點到點微波傳送系統提高一百萬倍。不到十年以後,高錕於一九六六年在英國電機工程師學會學報發表論文,提出以玻璃纖維作為嶄新的通訊媒介,就是光纖誕生之年。

「我們的假設是,降低石英玻璃中的雜質,可提高玻璃的透明度,在最高的透明度下,如果海洋是用這些玻璃組成,無論海有多深,我們都可以一望到底。」高錕的設想在今天看來似是理所當然,但當時不少人相信另一種理所當然的想法,陳亮光解釋:「玻璃看上去很清,用來造窗當然可以,但如果將玻璃疊個一公里,還能見到幾多光?高錕指出雖然極高的光衰減是個嚴重問題,但並非根本上無法解決。如果說太陽是從東邊或西邊出來,那則是受制于一些fundamental的定律,無法輕易改變。」

光纖通訊曾被質疑

陳亮光笑言,外間對諾貝爾獎講稿反應不俗,不過鼎鼎有名的貝爾實驗室(Bell Labs)就不很高興。一九六○年代高錕的論文一出,隨之而來不是世界立時就有翻天覆地的改變,卻只有高錕像個傻子到處敲門,包括貝爾實驗室,說服他們光纖通訊是可行的。高太太在講台上說:「在遲疑不決多年之後,貝爾實驗室最終於一九六九年加入行列,創立了光纖研究項目。」

所謂厚玻璃不透光,你我看看家中的普通玻璃窗,都覺得幾有道理,但製造光纖的熔凝石英(fused silica)就能打破固有想法,這種材料亦會用以製作實驗室裏的試管。許正德解釋,「它是提煉過的玻璃,將純度提高,可減少光傳輸時的能量損耗。一九六六年時,玻璃傳送信號每一公里的光能量損耗是一千分貝,亦即每二十米便損耗百分之九十九,高錕當時要求每一公里才損耗百分之九十九,今天做到的是每一百公里損耗百分之九十九。」

別苦惱於不完美

陳教授將辦公桌上的筆座移前,讓記者看刻在上面的字﹕「知所先後,則近道矣。」《大學》的道理,也是工程師的道理。對一個複雜的系統,先解決大問題,做出來試試看還有什麼問題,再一步步改良,「工程師會先辨別出最重要的問題來解決,然後其他次要問題也會更顯清晰。我們不是數學家,要有完美的答案。達到夠好的結果即可,便可做到很多事。而且可能十年二十年後會有人發明更好的替代品,為何要苦惱能不能得到完美的答案?」高錕的一千年信念,陳教授相信其遠見,因為玻璃原材料取自沙,成本低廉,相信在地球上很難找到性能比玻璃好、材料來源也一樣豐富的物質。但高錕接在後面的話亦機敏地自我質疑,「你們不要信」。他深知科技未來總不可知,也再一次提醒大家不要盡信專家。

許正德說:「今天很多資訊傳遞都憑光纖在背後做骨幹。」想知美國的天氣,不消幾秒,信息就能穿越海洋送到我們面前。不過高錕卻在發表論文近半個世紀後方獲諾獎肯定,「光纖入屋」亦是近十年才開始慢慢成為家喻戶曉的概念,許正德提到光纖通訊的另一關鍵科技「光纖放大器」在一九八七年面世。光纖的重要突破在於做到跨海洋的遠距離傳輸,一九八八年首次跨越大西洋的光纜TAT-8投入服務,此後光纖通訊逐漸普及發展,二○○九年的諾貝爾獎是來得有點遲,「可能也考慮到科技獲廣泛應用的層面」。至今天光纖入屋,就多視乎市場供求及經濟因素,「香港很多是一棟大廈共享一條光纖,如沒有玩遊戲、看影片的需要,許多人也未必需要用到光纖入屋的服務」。

高錕在一九九九年接受訪問時曾說,人類就如進入一個剛開始的世界,為此他有點不安。正如今日人工智能帶來的反思,陳亮光認為科技如何用,不只是工程師或科學家要面對的問題,是需要整個社會來思慮。「我仍相信人的好奇心,也希望科技帶給人美好的資訊與生活,但過度的使用科技可能帶來反效果,不如返璞歸真。」許正德亦說科技發展「好不好」不由科學家決定,「有科技可以選擇好好利用,但沒科技便沒有了選擇」。

以有限資源做最好研究

許正德未忘高錕對他們說的一個比喻。「我一九九二年到中大任教,他當時是校長,有一次他與系中學者會面,了解系內的發展。」高錕在一九七○年曾回港出任中大新成立的電子學系主任。「香港的大學當時科技研究未很成熟,他跟我們說,不可以因為自己在香港,研究資源不是很足夠,就做一些二線的研究,我們應該做最好的研究。」許正德回憶,現在我們的電腦用上i7、i5處理器,當時用的是286、386,「他說你可能只有一部260 processor(處理器),而不是286、386,做電腦可能沒別人快,但如果用在玩具上,就會很powerful」。今天當別人着眼研究光通訊如何加大容量、傳送更遠,許正德則着手研究光信號頻率及時間之間的關係,該研究旨在更全面了解如何在不同領域有效控制和處理光通訊信號,這項工作並未受到研究設備的速度和帶寬(bandwidth)的嚴格限制,因此即使研究設備因產品週期較短,不斷改良推出新版本,研究亦不會被影響。「希望可以看遠一點。」科學家總相信,不懈印證新想法,光終可穿越至遙遠之地。

文//曾曉玲

圖 // 資料圖片、曾曉玲、iStockphoto

編輯 // 王翠麗

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