今年诺贝尔物理学奖颁给了3位科学家，他们的发现和发明构成了我们今天早已视若无睹的日常生活的基石。在高琨博士的理论基础上制造的光纤，构成了现今信息时代的基础；而维拉德·S·博伊尔（Willard S.Boyle）博士和乔治·E·史密斯（George E. Smith）博士发明的电荷耦合器件（CCD，Charge Coupled Device），完全改变了人们记录世界的方式。今年瑞典皇家科学院发布的《诺贝尔物理学奖科学背景》一文中，称今年的获奖者创造了“两种革命性的光学技术”。
1966年7月，英国《电机工程师学会学报》（PIEE）上刊载了高锟博士的一篇论文，题为“光频率的介质纤维表面波导”（Dielectric-fibre Surface waveguides for optical frequencies）。这篇文章描述了在长距离和大容量信息传输的情况下，介质纤维所必需的结构和材料特性。这是一篇关于通信应用理论的开创性和奠基性的论文，它提供了制造高速、高带宽信息传输介质的一种可能性。几年后，这种产品成为了现实，并且在过去的40年中迅速延伸到世界的大多数地方。现在，互联网无时无刻不在传递的海量数据，相当大一部分都是通过这些细细的纤维来传递的。这就是光纤，它构成了这个世界的“信息血管”。
人们很早就发现了光在不同介质中的折射、反射现象，并且考虑使用光线来传递信息的可能性。在19世纪，人们发现了水柱可以传递光线，甚至当水柱弯曲的时候，其中的光也会随之弯曲。这一技术现在已经广泛地应用在彩色喷泉中，但是很显然，它并不能用来传递信息。随后，科学家们试图用玻璃柱来传递光线，但是却失望地发现，玻璃柱中光线散失得太快，在20米的传输中，只有1%的光能够从一端到达另一端。这种损失让光通信看似前途渺茫，玻璃纤维只能用于更短的距离，例如手术时使用的内窥镜：在这种设备中，光线只需要传递数十厘米就够了。
20世纪60年代，人们对光通信的难题依然束手无策。虽然这时已经发明了激光器，可以提供高强度、极强指向性的光源，但是光线传递过程中依然存在的高耗散，让光的长距离传递看起来像是一座空中楼阁——美丽，却遥不可及。
高锟博士把这座空中楼阁变成了今天的基石。他于1933年出生于上海，中学就读于香港，大学则在伦敦就读。他从1957年开始在美国国际电话电报公司的英国标准通信研究所工作，此间，在参考了其他研究成果后，于1966年发表了那篇重要的论文。在文中他详细地论述了如果要降低耗散，应该在光纤的材料、纯度及折射率上进行的调整，并且认为，光线传输的有效距离可以达到数十千米。4年后，康宁玻璃公司通过化学气相沉积法制造出了符合高锟博士要求的纤维，并且验证了他的发现。
今天，我们所使用的光纤都是基于高琨博士的发现而设计的。可以长距离使用的、只能传输一种模式的光纤被称作单模光纤，它的介质纤维直径为8.3微米，使用光波长在1310纳米的光源。加上防止散色的包层后，单根单模光纤的外径是125微米，只大约比头发粗一倍，但是其传输速度却可以达到每秒数千兆，传输距离为数十到100千米。短距离使用、可以传输多种模式的光纤被叫做多模光纤，它的纤芯直径是50或者62.5微米，但是耗散比单模光纤大得多，带宽也比单模光纤小得多。这两类光纤各有优势，已成为如今不可或缺的通信介质。
在数十年的研究生涯中，高锟博士不仅对纤维光学理论做出了创造性的贡献，还在诸多与此相关的领域获得了显著成绩，包括单模光纤的制造工艺、光纤强度和持久性、光纤连接器、耦合器以及色散均衡问题等等。他获得了超过30项专利、出版了4本专著和数百篇论文。这也为他赢得了众多奖项，并且成为许多学会和研究组织的成员。在发表那篇著名论文40多年之后，“光纤之父”终于得到了诺贝尔奖的肯定。
高锟博士提出了使用光的新方法，今年诺贝尔物理学奖的另外两位得主则提出了捕捉光的新方法。博伊尔和史密斯博士因其在1969年发明的CCD而获奖，这种发明改变了我们获取图像的方式。现在，这种高速、快捷、精确的图像记录装置已经广泛应用于各个领域，从记录日常生活的片断到帮助我们了解这个世界的更多秘密，都可以看见CCD的身影。
虽然光电效应早就已为人所知——1839年，法国物理学家亚历克山大·贝克勒尔发现了半导体材料经过光照后，表面会携带电荷—但是直到100多年之后，贝尔实验室的博伊尔和史密斯博士才找到了将这些电荷迅速转化成数字信号并且存储的方法。
和传统底片照相机类似，CCD也是一次可以记录一整张图片。一片CCD上有许多微小的方形感光单元，每一个单元就像是传统相机底片上的感光颗粒。当有光照射时，感光单元上将会聚集电荷，电荷的数量和感光强度有关。在曝光之后，所有产生的电荷都会被转移到邻近的单元中，在到达CCD边缘后再传入放大器，转变成电位，记录下每个感光单元感受到的光强度。在对整块CCD上的所有感光单元都进行了同样的处理后，再存进储存器。
1969年，博伊尔和史密斯博士发明了CCD。起初，这种装置是打算作为下一代存储装置，因为其可以注入电荷，并且能够通过一片半导体的表面传导这些电荷。但是博伊尔和史密斯发现，把它做为影像捕捉装置比做为存储器更有价值。虽然CCD上每个感光单元产生的电荷只是和光照强度有关—这意味着CCD本身无法识别颜色—但是科学家们很快就找到了解决方案。现在，我们可以通过三棱镜将红绿蓝三色光分别分离出来，使用3个CCD分别接收，或者使用一块特殊的透镜覆盖在CCD上，将每4个感光单元作为一个像素，其中两个收集绿色，一个收集红色，另一个收集蓝色，并且将其组合成彩色图像。这两种方式分别用在高端和低端的照相设备上，因为很显然，使用3块CCD的成本要比仅用一块CCD的成本高得多。
CCD让人们几乎在记录影像的同时就可以看到结果，而且其成本比传统的底片要低许多。它能捕捉到的入射光比传统底片要高数十倍，这也使其很快在天文观测领域获得了大量的应用。它也可以感应红外线，由此又衍生出了在红外线影像、夜视装置等领域的应用。
经过几十年的不懈研发和改进，现在的CCD已经成为了使用最广泛的图像记录装置。CCD的两位发明者也因为这项杰出贡献，获得了诸多奖项和荣誉。对于本来打算开发新一代存储装置的两位科学家来说，这可能也是始料未及的事情吧。
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