光纖之父·高錕自傳

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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。

回想起來，選定研究題目對研究生來說是十分重要的一環，所定的題目應推動研究生在既有的基礎上，加深對尚待解決問題的認識，將研究的前線，推向未知的領域。在我而言，以幾何光波原理解釋光學現象，以及完全解釋在劃定空間內的電磁現象，只能在少數情況下做得到，要解決問題尚有其難以逾越的侷限。必須透過具體及邏輯正確的模擬，才能建構出系統化的模式。指導教授看來了解我的艱苦研究有一定的創新性和邏輯性，因此把博士學位頒授給我。

鐳射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）鐳射傳送實驗，將鐳射引導至若干距離外的一點上。由固定的鐳射發射器發出的光線直射向一段距離外的目標，十分穩定，但為什麼從另一點觀察，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鐳射，在英國，潮溼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，因為環形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。書包　網　。　想看書來

Chapter06　探索光纖（6）

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