Чарльз Као

Чарльз Као (англ. Charles K. Kao, полное имя — Као Кунь, 4 ноября 1933, Шанхай, Китай — 23 сентября 2018, Гонконг) — китайский, британский и американский инженер-электротехник, физик, педагог. Лауреат Нобелевской премии по физике 2009 года (совместно с Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом) «за новаторские достижения в области передачи света по волокнам для оптической связи». Считается основоположником волоконно-оптической связи, его работы в 1960-х годах стали теоретической и практической основой для создания современных оптоволоконных кабелей.

Биография

Ранние годы и образование

Чарльз Као родился в Шанхае в семье учёных-юристов. Его отец, Као Чунь-и, был профессором права, а дед по отцовской линии — известным поэтом и литератором. В 1948 году семья переехала в Гонконг (тогда британская колония). Као окончил среднюю школу в Гонконге, а затем поступил в Университетский колледж Лондона (University College London), где в 1957 году получил степень бакалавра в области электротехники. В 1965 году он защитил докторскую диссертацию (PhD) в области электротехники в Лондонском университете, работая в компании Standard Telephones and Cables (STC).

Карьера и научная деятельность

После получения степени бакалавра Као начал работать в исследовательском центре STC в Харлоу (Англия). В 1960-х годах он занимался проблемами передачи сигналов на большие расстояния. В 1964 году он присоединился к исследовательской группе, изучавшей возможности использования света для передачи информации. В 1966 году совместно с коллегой Джорджем Хокхэмом (George Hockham) опубликовал основополагающую статью «Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies», в которой впервые теоретически обосновал возможность использования стеклянных волокон для передачи света на большие расстояния с малыми потерями.

В 1970 году Као перешёл в компанию ITT (International Telephone and Telegraph), где продолжил исследования в области оптических волокон. В 1974 году он стал главным научным сотрудником отдела оптических исследований ITT в Виргинии (США). В 1982 году он вернулся в Гонконг, где занял должность профессора и заведующего кафедрой электротехники в Китайском университете Гонконга (CUHK). В 1987–1996 годах был вице-канцлером (ректором) этого университета, способствуя его развитию как ведущего научного центра.

В 1996 году Као вышел на пенсию, но продолжал заниматься консультированием и благотворительностью. В 2004 году у него была диагностирована болезнь Альцгеймера. Умер 23 сентября 2018 года в Гонконге.

Научный вклад: волоконная оптика

Проблема потерь в оптических волокнах

До работ Као считалось, что стеклянные волокна непригодны для передачи света на расстояния более нескольких метров из-за огромных потерь (до 1000 дБ/км). Основной причиной были примеси в стекле, особенно ионы переходных металлов (железо, медь, хром). Као и Хокхэм в 1966 году показали, что фундаментальный предел потерь в чистом кварцевом стекле составляет около 20 дБ/км, что делает возможным создание линий связи длиной в десятки километров. Они также предложили использовать волокна с сердцевиной из кварцевого стекла и оболочкой с меньшим показателем преломления для обеспечения полного внутреннего отражения.

Ключевая публикация 1966 года

Статья Као и Хокхэма «Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies» (опубликована в журнале Proceedings of the Institution of Electrical Engineers) стала поворотным моментом. В ней авторы:

• Рассчитали теоретически минимально возможные потери в стекле (около 20 дБ/км на длине волны 1 мкм).
• Предложили конструкцию одномодового волокна с диаметром сердцевины около 5–10 мкм.
• Показали, что основным препятствием являются примеси, а не рассеяние света.
• Предсказали, что при очистке стекла потери могут быть снижены до уровня, достаточного для практической связи.

Экспериментальное подтверждение и развитие

В 1970 году компания Corning Glass Works (США) впервые изготовила оптическое волокно с потерями 17 дБ/км, подтвердив предсказания Као. К 1975 году потери были снижены до 4 дБ/км, а к 1980-м — до 0,2 дБ/км, что позволило создать трансатлантические и трансокеанские оптоволоконные линии. Као не участвовал в создании первого коммерческого волокна, но его теоретическая работа стала основой для всех последующих разработок.

Признание и награды

Нобелевская премия по физике (2009)

В 2009 году Чарльз Као получил половину Нобелевской премии по физике «за новаторские достижения в области передачи света по волокнам для оптической связи». Вторая половина премии была присуждена Уилларду Бойлу и Джорджу Смиту за изобретение ПЗС-матрицы. Вручение премии Као стало признанием его вклада в создание глобальной инфраструктуры связи.

Другие награды и звания

• Член Лондонского королевского общества (1997).
• Член Национальной инженерной академии США (1990).
• Медаль Стюарта Баллантайна (1977) от Института Франклина.
• Премия Маркони (1985) за вклад в развитие беспроводной и оптической связи.
• Медаль Чарльза Старка Дрейпера (1999) — высшая награда Национальной инженерной академии США.
• Орден Британской империи (OBE, 1981) — за заслуги в науке.
• Золотая медаль Королевского общества (2010).

Личная жизнь и благотворительность

Чарльз Као был женат на Гвендолин Вонг (Gwendoline Wong), с которой познакомился в Лондоне. У них двое детей. После выхода на пенсию Као активно занимался благотворительностью, особенно в области образования и науки в Гонконге и Китае. В 2010 году он основал фонд Charles K. Kao Foundation for Alzheimer’s Disease, занимающийся поддержкой исследований болезни Альцгеймера и помощью пациентам. Сам Као страдал этим заболеванием с 2004 года.

Влияние на современную цивилизацию

Работы Чарльза Као считаются основой современной волоконно-оптической связи, без которой невозможны интернет, телекоммуникации, кабельное телевидение и многие другие технологии. Оптоволоконные кабели, проложенные по дну океанов и континентам, передают более 90 % мирового трафика данных. Као называют «отцом волоконной оптики» или «крестным отцом широкополосного доступа». Его открытие позволило снизить стоимость передачи информации на несколько порядков и обеспечило экспоненциальный рост объёмов данных.

Интересные факты

• В 2009 году, когда Као узнал о присуждении Нобелевской премии, он уже страдал от болезни Альцгеймера и не мог полностью осознать значение события.
• В 2010 году в Гонконге был установлен памятник Чарльзу Као в виде спирали из оптоволокна.
• Его имя носит астероид (188973) Kaokuen, открытый в 2008 году.
• В 2018 году, после смерти Као, в Гонконге был объявлен день траура.

Источники

• Kao, C. K., Hockham, G. A. (1966). «Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies». Proceedings of the Institution of Electrical Engineers.
• Nobel Prize in Physics 2009 — официальный сайт Нобелевского комитета.
• Hecht, J. (1999). «City of Light: The Story of Fiber Optics». Oxford University Press.
• Charles K. Kao Foundation for Alzheimer’s Disease — официальный сайт.
• Некролог в The New York Times (24 сентября 2018).