Aujourd’hui, les câbles à fibres optiques transportent plus de 95% de toutes les données numériques dans le monde, sous-tendant Internet. En 1966, c’est Kuen Charles Kao (Charlie à ses collègues) qui proposa l’utilisation des fibres optiques comme support universel de communication, et calcula comment cela pourrait être fait. Compte tenu de la technologie rudimentaire disponible à l’époque, c’était un saut d’imagination, à la limite de la science-fiction. Pour ce travail, Kao a remporté une part du Prix Nobel de physique en 2009.

Kao est né le 4 novembre 1933 dans la haute société de Shanghai, d’un père avocat universitaire et d’une mère poète. Introverti et geek, Kao a fait ses études à la maison avec son jeune frère Timothy avant d’aller dans des écoles francophones et anglophones. En 1953, il s’installe en Angleterre pour étudier à l’École polytechnique de Woolwich (aujourd’hui l’Université de Greenwich à Londres).

Diplômé en génie électrique en 1957, il rejoint Standard Telephones and Cables, qui fait partie du conglomérat International Telephone &Telegraph (ITT). Là, il a rencontré sa femme, son collègue ingénieur Gwen Mae-wan Wong. Il a refusé une conférence à Loughborough Polytechnic, au Royaume—Uni, pour faire un doctorat industriel dans la branche de recherche de l’entreprise – les Standard Telecommunication Laboratories (STL) à Harlow, au Royaume-Uni. Semblable aux Bell Labs aux États-Unis (bien que moins bien financés), STL était une pépinière pour les futurs leaders universitaires et industriels, enivrant de créativité, de camaraderie et de débrouillardise. Kao a rejoint le groupe de Toni Karbowiak, travaillant aux côtés d’un autre pionnier britannique des télécommunications, Alec Reeves.

À l’époque, les télécommunications utilisaient des câbles électroniques coaxiaux ou diffusaient des signaux radio dans la gamme de fréquences mégahertz. La demande croissante de transfert d’informations impliquait de passer à des fréquences hyperfréquences plus élevées (gigahertz), avec de grands programmes de recherche mis en place dans le monde entier pour trouver un moyen de guider les signaux de la source à la destination. La technologie de pointe était les guides d’ondes en métal creux, mis au point dans les années 1950 par Harold Barlow, directeur de thèse externe de Kao à l’University College de Londres. Coûteux et peu pratiques, ces tubes métalliques devaient être posés en lignes droites. Karbowiak, un ingénieur en micro-ondes chevronné et ancien étudiant au doctorat de Barlow, savait que de nouvelles idées étaient nécessaires.

Au début des années 1960, au moment où le laser est apparu, Karbowiak a demandé à Kao de regarder un analogue optique d’un guide d’ondes micro-ondes. Les signaux optiques ont une fréquence encore plus élevée (des centaines de térahertz), et peuvent donc transporter plus d’informations. L’idée de fabriquer un guide d’ondes pour la transmission de la lumière sur des centaines de kilomètres était à couper le souffle. Cela signifiait réduire le guide d’ondes de quelques centimètres à quelque chose d’aussi fin qu’un cheveu humain, à seulement 100 micromètres de large. Le verre était le matériau le plus optiquement transparent connu, et présentait les avantages d’être potentiellement flexible et résistant à la foudre. Mais pourrait-il être rendu assez pur et clair? George Hockham, un jeune théoricien talentueux, a été chargé d’aider Kao.

Ils ont commencé de manière pragmatique; compte tenu de la puissance disponible des premiers lasers de l’époque, de la sensibilité des détecteurs et de la distance entre les centres de commutation des télécommunications britanniques, ils ont calculé qu’un signal ne pouvait perdre que 20 décibels (une mesure logarithmique de la puissance) par kilomètre parcouru, ce qui équivaut à une perte de puissance de 99% après 1 km. C’était un objectif ambitieux : les meilleures lunettes de l’époque avaient des pertes quelque 1098 fois plus importantes, d’environ 1000 dB km–1. Kao a analysé systématiquement l’absorption, la réflexion et la diffusion de différents verres, tandis que Hockham a effectué des calculs de dimension de guide d’ondes. Leur article historique de 1966 a conclu que la tâche, bien que difficile, était théoriquement possible (K. C. Kao et G. A. Hockham Proc. Inst. Électr. Eng. 113, 1151–1158; 1966).

Le document est passé presque inaperçu, sauf dans les laboratoires de recherche de la Poste générale britannique (dont la branche de télécommunications est devenue plus tard British Telecom, maintenant BT) et du ministère de la Défense. Les deux organisations ont mis en place des programmes de recherche dans ce domaine, attirées par l’idée d’une alternative moins coûteuse aux guides d’ondes micro-ondes.

Mais il y avait beaucoup de scepticisme — l’écart entre la théorie et la pratique était énorme. Pour convaincre les autres, Kao a mesuré les pertes dans les lunettes les plus pures qu’il ait pu trouver, maintenant aidé par Mervin Jones (Hockham est parti fonder son propre groupe de recherche sur la technologie des antennes en 1967). Ils ont conçu une configuration complexe et élégante pour mesurer de très faibles valeurs de perte dans des bâtonnets de verre de silice fondue de la longueur d’une règle. Ils ont publié leurs résultats en 1969 (M. W. Jones et K. C. Kao J. Phys. E Sci. Instrum. 2, 331; 1969). L’année suivante, le groupe de Robert Maurer de la société américaine Corning Glass a franchi la limite de 20 dB km–1 dans les fibres optiques d’environ 1 km de long. Avec les rapports du premier laser à semi-conducteur à température ambiante à ondes continues en 1970, cela a convaincu les sceptiques, suscitant des efforts de recherche dans le monde entier.

La révolution de la fibre optique avait commencé. Une grande partie du travail a été effectuée à STL et dans les laboratoires de recherche Post Office en Grande-Bretagne, en concurrence féroce avec Bell Labs et la société de télécommunications américaine À &T. En 1977, la Poste britannique a été la première à installer des fibres optiques dans son réseau de télécommunications. Le premier système transatlantique a suivi en 1988.

De 1970 à 1974, Kao a créé le département de génie électrique de l’Université chinoise de Hong Kong (CUHK), retournant à STL pendant les vacances pour se tenir au courant des recherches. En 1974, Kao est allé travailler pour ITT aux États-Unis, où il est devenu directeur de la recherche en entreprise en 1985. En 1986, il est retourné à la CUHK en tant que vice-chancelier, où, pendant neuf ans, il a utilisé ses relations pour renforcer la base de recherche de l’université et la rendre compétitive sur le plan international.

Au milieu des années 2000, Kao a développé la maladie d’Alzheimer. Il a assisté à la cérémonie de remise du prix Nobel de 2009 et aux célébrations qui ont suivi, toujours avec le sourire, mais son discours Nobel a été lu par sa femme Gwen. Il est décédé à Hong Kong le 23 septembre.

L’héritage de Kao est difficile à surestimer. Aujourd’hui, ses prévisions de 1966 ont été dépassées de six ordres de grandeur, avec des pertes de fibres inférieures à 0.15 dB km – 1. La détermination de Kao a inspiré ceux d’entre nous qui ont travaillé chez STL jusqu’à sa fermeture en 2009. Le site, maintenant un centre d’affaires technologique, est nommé Kao Park en l’honneur de son résident le plus célèbre.