光纖 帶動人類生活大躍進

報導/諶淑婷

  二○○九年諾貝爾物理學獎得主日前揭曉,被譽為「光纖之父」的華裔科學家高錕是獲獎人之一。

  根據中國時報報導,高錕在一九六六年發表開創性論文〈光頻率介質纖維表面波導〉,提出光導纖維通訊的基本原理,建議使用玻璃纖維作為通訊導體,以大幅延長傳輸距離。

  他的研究開啟了人類「光通訊」世代。聯合報也報導,國科會讚譽高錕的光纖研究,除了在物理技術上是重大突破,還象徵整個通訊科技產業突破,今天世人能享受無遠弗屆的「資訊高速公路」,都要感謝他。

  也有學者表示,光纖並不是物理知識上的重大突破,但高錕解決了技術上的困難,讓光纖得以運用於生活中,像是手機通訊、國際電話、有線電視、網際網路傳輸運作。諾貝爾獎組織表示,如果把全球的光纖連起來,將超過十億公里長,可以環繞地球兩點五萬次,同時光纖的長度仍以每小時數千公里的速度成長中。

  光纖對小朋友來說,是個既陌生又熟悉的名詞,要了解光纖的概念,首先要清楚光的特性。新竹市光武國中理化科教師林茂成表示,光的特性是直線前進,要讓光轉變方向發送訊息,只能靠反射。

  光在玻璃中有折射和部分全反射兩種特性,想像坐火車過隧道前,只能隱約從窗戶看到自己的倒影,因為此時車上光源照射到人體而反射,約有八成會穿透車窗(折射),兩成又反射回來;當火車進入隧道後,玻璃上所看到的清楚倒影,就是這兩成的反射。

  高錕提出的光纖概念,是透過石英玻璃的材質,抽取成細長狹小的纖維,讓光幾乎是貼著纖維的切面前進,達到光線全反射的效果,讓訊號傳遞再遠也不會因為發生折射而衰減。我們只要將資訊化作一明一暗的閃亮訊號,透過光纖傳遞到遠方,收訊端接受後再轉化成電流,經過解碼就是數位資料。

  林茂成表示,由於承載著訊號的光線在空間內可以重疊,所以一條光纖能夠同時傳遞許多訊號,但高錕在四十年前提出這樣的想法時,大家都無法想像,「一條和頭髮粗細相同的玻璃細絲,非常脆弱,如何橫跨洲際傳遞訊息?」事實上只要找到對的材質和技術,就可以得到對的結果。

  「當高錕在一九六六年發表光纖論文時,他就已經將光纖的物理性質、結構與所需材料研究清楚,讓技術得以發展迅速。」中山大學物理系副教授嚴祖強說,高錕提出的是一項「預言性研究」,有了他的研究數據協助,一九七○年才有第一條光纖出現,當時傳遞距離僅一公里;而論文發表十年後,光纖資訊已經可以傳到四十公里遠了。

  雖然高錕提出一項革命性研究,但卻將研究所需的理論知識與背景資料準備俱全,嚴祖強表示,所有科學家都相信「站在巨人的肩膀上,才能超越巨人」,所以科學家若想對人類科技文明有貢獻,就必須先努力擴充自己的知識與能力,才能做出成功的研究。

  未來十年,光纖會帶給人類更多的資訊與影像科技,也許電視頻道會全部改由光纖數位傳送,影像電話也會取代目前的電話。光纖的應用還有許多可能性與發展,等待新一代的發明家創造。

  嚴祖強提醒,在現代資訊蓬勃發展的環境中,工作與生活所需的知識能力都比過去高深,「小朋友不妨反過來思考,如何透過不斷進步的資訊與影像科技,讓自己獲得更多知識,才有能力去操作、實踐,讓未來生活更創新。」

  林茂成強調,對現代人來說十分重要的光纖,四十年前曾被視為異想天開。科學家常常耗費心力在研究冷門技術,直到發展出關鍵技術,才獲得外界肯定,「所以小朋友學習也不必一窩蜂跟著熱潮走,有自己的獨特想法與思考才重要,就像書上告訴我們光是直線前進,但高錕卻讓它『轉彎』了。」


編輯臺觀點
  光線折射與反射的物理特性,都是學校所教的基礎課程,但高錕卻能運用想像力和創意加以運用。他曾經說過,重要的不是發明東西,而是如何利用發明來改進生活。這樣的科學研究精神與目的,很值得我們學習。


讀報熱線
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邱子峰 桃園縣西門國小
  ■高錕研究光纖,對人類有很大貢獻。當初他提出理論時,被認為是異想天開,他不但沒放棄,還努力找出正確答案。這樣的精神很值得我們在課業、體育、音樂等方面的學習。 

曾茹檍 臺中市軍功國小
  ■太陽底下沒什麼新鮮事,因為我們用敏銳的雙眼發現新事物;太陽底下到處是新鮮事,因為我們用細膩的心思感受新事物。高錕因夢想而偉大,贏得「光纖之父」美譽。當學生的我們,更應有一顆好奇的心,讓創意無所不在,造福更多人群。

陳志楷 屏東縣佳冬國小
  ■高錕的光纖研究讓我們的生活變得更方便,例如上網玩遊戲不會卡住,也不用一直等,很謝謝他的發明,他得到這個獎是應該的。


讀報講堂
研究冷門技術 科學家不懈怠

林怡辰 彰化縣成功國小教師

  高錕和其他科學家花了許多時間及精神,努力不懈的研究冷門技術,再利用這些知識來改善我們的生活,例如手機、國際電話、有線電視、網際網路等,讓我們的生活越來越便利。請小朋友看完文章後,一起來回答下列問題:

  1. 高錕教授提出什麼研究重點,延長了資訊傳輸的距離?
  2. 光線有折射和反射的特性,請問光纖是屬於哪一種特性?可以讓訊號傳遞再遠都不會變弱。
  3. 光纖的研究結果,對你的生活有什麼重大影響?
  4. 請說說看,如何透過資訊與影像科技,讓自己獲得更多知識、擁有思考能力?而不是只在電腦上複製及貼上。