卡爾·布勞恩

卡爾·費迪南德·布勞恩 Karl Ferdinand Braun
出生	1850年6月6日 黑森富爾達（今德國黑森邦）
逝世	1918年4月20日(1918歲—04—20)（67歲） 美國紐約
居住地	黑森選侯國
國籍	黑森選侯國
母校	馬爾堡大學 柏林大學
知名於	陰極射線管
獎項	諾貝爾物理學獎（1909年）
科學生涯
研究領域	發明家和物理學家
機構	斯特拉斯堡大學
博士導師	August Kundt
博士生	列昂尼德·曼德爾施塔姆 阿爾伯特·史懷哲

卡爾·費迪南德·布勞恩（德語：Karl Ferdinand Braun，1850年6月6日—1918年4月20日），德國物理學家，諾貝爾物理學獎獲得者，陰極射線管的發明者。

生平

早年經歷

1850年6月6日，布勞恩出生在富爾達，父親是個公務員。1868年開始在德國馬爾堡大學學習數學和自然科學，1869年轉去柏林大學研究天線，1872年獲得物理學博士學位。

1873年，他通過國家中學教師考試，在萊比錫的一家中學教數學和自然科學，在那裏他同時進行對振盪電流的科學研究。1874年，他發現某些金屬硫化物具有使電流單方向通過的特性，並利用半導體的這個特性製成了無線通信技術中不可或缺的檢波器，開創了人類研究半導體的先例。

布勞恩先後在馬爾堡大學（1876年）、斯特拉斯堡大學（1880年）和卡爾斯魯厄大學（1883年）任物理學副教授和教授，1887年又應蒂賓根大學的邀請負責建立物理學研究所，1895年他回到斯特拉斯堡大學任物理研究所主任和教授，把主要精力用於進行電學研究。

發明陰極射線管（布勞恩管）

陰極射線管示意圖：
1. 極板網柵；2. 陽極；3. 偏轉線圈；4. 加熱器；
5. 陰極；6. 電子束；7. 聚集線圈；8. 螢光屏

布勞恩製造了第一個陰極射線管（縮寫CRT，俗稱顯像管）示波器。現在CRT被廣泛應用在電視機和計算機的顯示器上，在德語國家，CRT仍被稱為「布勞恩管」（德語：Braunsche Röhre）。

19世紀後半葉，電學發展到了鼎盛時期。1858年，德國物理學家尤利烏斯·普呂克觀察到一種陰極螢光現象，1876年，德國物理學家哥爾茨坦確認這一種陰極射線。在追蹤陰極射線的過程中，1895年，德國物理學家倫琴意外地發現了X光。1897年，英國物理學家湯姆生，對陰極射線進行了精確的實驗研究，並將其命名為「電子」。就是在這個背景下，19世紀90年代，當布勞恩得知人們正在研究陰極射線時，立即投身於這一新領域。

第一個陰極射線管誕生在1897年的德國卡爾斯魯厄。布勞恩在抽成真空的管子一端裝上電極（右圖中5），從陰極發射出來的電子在穿過通電電極時，因為受到靜電力影響聚成一束狹窄的射線，即電子束，稱為陰極射線（右圖中6），管子側壁分別擺放一對水平的和一對垂直的金屬平行板電極（右圖中3），水平的電極使得電子束上下垂直偏轉運動，垂直的電極使得電子束左右水平偏轉運動。管子的另一端均勻地塗上一層硫化鋅或其他礦物質細粉，做成螢光屏（右圖中8），電子束打在上面可以產生黃綠色的明亮光斑。隨着側壁上擺放的平行板電極電壓的變化，電子束的偏轉也隨之變化，從而在螢光屏上形成不同的亮點，稱為「掃描」。螢光屏上光斑的變化，呈現了控制電子束偏轉的平行板電極電壓的變化，也就是所研究電波的波動圖象，這是示波器的雛形和基礎，它使得對電波的直觀觀察成為可能。

布勞恩最初設計的陰極射線管還不十分完美，它只有一個冷陰極，管子也不是完全真空，而且要求十萬伏特的高壓來加速電子束，才能在螢光屏上夠辨認出受偏轉影響後的運動軌跡，此外，電磁偏轉也只有一個方向。但是工業界很快對布勞恩的這個發明產生了興趣，這使得陰極射線管得到了很好的繼續發展。1889年，布勞恩的助手澤納克（Zenneck）為陰極射線管增加了另一個方向的電磁偏轉，此後又相繼發明了熱陰極和高真空。這使得陰極射線管不僅可以用在示波器上，1930年起成為了顯示器的重要部件，為後來電視、雷達和電子顯微鏡的發明奠定了重要基礎，如今仍被廣泛應用於計算機、電視機和示波器等的顯像器上。

改進無線電通訊

在發明陰極射線管的同時，布勞恩還開始了他在無線電報方面的研究。

無線電接收機

當時的電報技術存在一個致命的問題，就是缺少可靠的電報接收機。布勞恩是物理學家出身，有着嚴謹的實驗作風，他所做的實驗條件都是可重複再現的。他改用晶體探測器，使接收機的敏感度提高了很多。直到發明了電子管，布勞恩的晶體探測器才被淘汰了，即便如此，晶體探測器仍在簡易接收機中使用了很長一段時間。最初的超高頻雷達設備也使用了晶體探測器。

無線電發射機

在發射機方面，布勞恩同樣貢獻很大，馬可尼主要是憑藉經驗和試探發明了發報機，而布勞恩在馬可尼發明的基礎上，對發報機進行了物理學背景研究，並對馬可尼的發報機做了根本性的改造。比如，他發現了產生高功率低阻尼電波的方法，原本馬可尼發報機的振盪線路和天線是合在一起的，這種線路產生的功率很低，布勞恩把兩者分開，發明了磁耦合天線，初級線圈由電容器和火花隙構成，耦合上一個感性的天線，電容電路的振盪在輻射天線中產生了極大的電流，這使得整個系統的發射功率大大增加，增大了通信距離，而且無線電接收機和發射機不需要直接與天線相連，減少了受到雷擊的危險。如今，磁耦合天線仍應用在收音機、電視機、電台和雷達上。

1899年時候的發射機可以傳輸20千米，完成了橫跨英吉利海峽之間的無線電通訊，真正實現了「遠距離電報通信」，是人類第一次用電磁波傳送資訊，電文是：「你的來電收妥無誤，而且很清楚」。這個傳輸距離每個月都在被打破，1901年馬可尼又用布勞恩的發射機成功地從英國科爾努埃爾發出電報，跨越大西洋上空到達加拿大紐芬蘭，建立了從英國到北美的通信線路。

布勞恩還發明了定向天線。定向性也是電報技術的一個難點，發射機需要定向發射，接收機也需要定向接收，布勞恩是最先實現定向發報的人之一，他發明的定向天線只在一個指定的方向上發無線電波，從而減少了能量的無謂消耗。他還把發射機的頻帶調得很窄，從而減小了不同發射機之間的干擾。

獲諾貝爾物理學獎

因為對無線電報的改進，布勞恩同發明無線電報的馬可尼分享了1909年的諾貝爾物理學獎。馬可尼的發明曾多次借用到布勞恩的專利。

逝世

第一次世界大戰爆發後，英國控制的馬可尼無線電公司企圖關閉紐約的無線電發射站，切斷美國和德國的通信，並對位於長島的塞維爾無線電發射站的專利權提出起訴。當時美國尚未加入戰爭，64歲的布勞恩抱病衝破英國的封鎖前往美國，幫助維護德國設在紐約的無線電站，並在紐約出庭為他曾做過的實驗作證。其間，美國介入第一次世界大戰，布勞恩成為了「敵對國公民」，美國不允許他回到斯特拉斯堡，只能生活在布魯克林，直到1918年第一次世界大戰結束前，布勞恩逝世於家中。

參考文獻

• K.F. Braun: On the current conduction in metal sulphides (title tranlated from German into English). Ann. Phys. Chem., 153 (1874), 556. (In German)
• Keller, P.A.: The 100th Anniversary of the Cathode-Ray Tube. Vol. 13, No. 10, 1997, pp. 28-32.
• 張開遜: 回望人類發明之路：駕馭電子

外部連結

• 諾貝爾獎官方網站關於卡爾·布勞恩生平介紹（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）