卡爾·費迪南德·布勞恩（德國物理學(xué)家，陰極射線管的發(fā)明者）

卡爾·費迪南德·布勞恩（Karl Ferdinand Braun，1850年6月6日－1918年4月20日），德國物理學(xué)家，1909年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，陰極射線管的發(fā)明者。

人物生平

1850年6月6日，布勞恩出生在富爾達(dá)，父親是個公務(wù)員。

1868年開始在德國馬爾堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)。

1869年轉(zhuǎn)去柏林大學(xué)研究天線。

1872年獲得物理學(xué)博士學(xué)位。博士導(dǎo)師：奧古斯特·孔脫。博士學(xué)生：列昂尼德·伊薩科維奇·曼德爾施塔姆。

1873年，他通過國家中學(xué)教師考試，在萊比錫的一家中學(xué)教數(shù)學(xué)和自然科學(xué)，在那里他同時進行對振蕩電流的科學(xué)研究。

1874年，他發(fā)現(xiàn)某些金屬硫化物具有使電流單方向通過的特性，并利用半導(dǎo)體的這個特性制成了無線通信技術(shù)中不可或缺的檢波器，開創(chuàng)了人類研究半導(dǎo)體的先例。布勞恩先后在馬爾堡大學(xué)（1876年）、斯特拉斯堡大學(xué)（1880年）和卡爾斯魯厄大學(xué)（1883年）任物理學(xué)副教授和教授。

1887年又應(yīng)蒂賓根大學(xué)的邀請負(fù)責(zé)建立物理學(xué)研究所。

1895年他回到斯特拉斯堡大學(xué)任物理研究所主任和教授，把主要精力用于進行電學(xué)研究。

1909年，因為對無線電報的改進，布勞恩同發(fā)明無線電報的馬可尼分享了諾貝爾物理學(xué)獎。馬可尼的發(fā)明曾多次借用到布勞恩的專利。

第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，英國控制的馬克尼無線電公司企圖關(guān)閉紐約的無線電發(fā)射站，切斷美國和德國的通信，并對位于長島的塞維爾無線電發(fā)射站的專利權(quán)提出起訴。當(dāng)時美國尚未加入戰(zhàn)爭，64歲的布勞恩抱病沖破英國的封鎖前往美國，幫助維護德國設(shè)在紐約的無線電站，并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(zhàn)，布勞恩成為了“敵對國公民”[4]，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(zhàn)結(jié)束前，布勞恩逝世于家中。

主要成就

發(fā)明陰極射線管

發(fā)明陰極射線管CRT（布勞恩管，CRT顯示器的核心部件）　陰極射線管示意圖：

1. 極板網(wǎng)柵；2. 陽極；3. 偏轉(zhuǎn)線圈；4. 加熱器；5. 陰極；6. 電子束；7. 聚集線圈；8. 熒光屏

布勞恩制造了第一個陰極射線管（縮寫CRT，俗稱顯像管）示波器。CRT被廣泛應(yīng)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 R?hre）。

19世紀(jì)后半葉，電學(xué)發(fā)展到了鼎盛時期。1858年，德國物理學(xué)家尤利烏斯·普呂克觀察到一種陰極熒光現(xiàn)象，1876年，德國物理學(xué)家哥爾茨坦[2]確認(rèn)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(xué)家倫琴意外地發(fā)現(xiàn)了X光。1897年，英國物理學(xué)家湯姆孫，對陰極射線進行了精確的實驗研究，并將其命名為“電子”。就是在這個背景下，19世紀(jì)90年代，當(dāng)布勞恩得知人們正在研究陰極射線時，立即投身于這一新領(lǐng)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（圖1中5），從陰極發(fā)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（圖1中6），管子側(cè)壁分別擺放一對水平的和一對垂直的金屬平行板電極（圖1中3），水平的電極使得電子束上下垂直偏轉(zhuǎn)運動，垂直的電極使得電子束左右水平偏轉(zhuǎn)運動。管子的另一端均勻地涂上一層硫化鋅或其他礦物質(zhì)細(xì)粉，做成熒光屏（右圖中8），電子束打在上面可以產(chǎn)生黃綠色的明亮光斑。隨著側(cè)壁上擺放的平行板電極電壓的變化，電子束的偏轉(zhuǎn)也隨之變化，從而在熒光屏上形成不同的亮點，稱為“掃描”。熒光屏上光斑的變化，呈現(xiàn)了控制電子束偏轉(zhuǎn)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(chǔ)，它使得對電波的直觀觀察成為可能。

布勞恩最初設(shè)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，才能在熒光屏上夠辨認(rèn)出受偏轉(zhuǎn)影響后的運動軌跡，此外，電磁偏轉(zhuǎn)也只有一個方向。但是工業(yè)界很快對布勞恩的這個發(fā)明產(chǎn)生了興趣，這使得陰極射線管得到了很好的繼續(xù)發(fā)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(zhuǎn)，此后又相繼發(fā)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，為后來電視、雷達(dá)和電子顯微鏡的發(fā)明奠定了重要基礎(chǔ)，如今仍被廣泛應(yīng)用于計算機、電視機和示波器等的顯像器上。

改進無線電通訊

在發(fā)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(dāng)時的電報技術(shù)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(xué)家出身，有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炞黠L(fēng)，他所做的實驗條件都是可重復(fù)再現(xiàn)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(fā)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(dá)設(shè)備也使用了晶體探測器。

無線電發(fā)射機

在發(fā)射機方面，布勞恩同樣貢獻(xiàn)很大，馬可尼主要是憑借經(jīng)驗和試探發(fā)明了發(fā)報機，而布勞恩在馬可尼發(fā)明的基礎(chǔ)上，對發(fā)報機進行了物理學(xué)背景研究，并對馬可尼的發(fā)報機做了根本性的改造。比如，他發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生高功率低阻尼電波的方法，原本馬可尼發(fā)報機的振蕩線路和天線是合在一起的，這種線路產(chǎn)生的功率很低，布勞恩把兩者分開，發(fā)明了磁耦合天線，初級線圈由電容器和火花隙構(gòu)成，耦合上一個感性的天線，電容電路的振蕩在輻射天線中產(chǎn)生了極大的電流，這使得整個系統(tǒng)的發(fā)射功率大大增加，增大了通信距離，而且無線電接收機和發(fā)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(yīng)用在收音機、電視機、電臺和雷達(dá)上。

1899年時候的發(fā)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(xiàn)了“遠(yuǎn)距離電報通信”，是人類第一次用電磁波傳送信息，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(fā)射機成功地從英國科爾努埃爾發(fā)出電報，跨越大西洋上空到達(dá)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(fā)明了定向天線。定向性也是電報技術(shù)的一個難點，發(fā)射機需要定向發(fā)射，接收機也需要定向接收，布勞恩是最先實現(xiàn)定向發(fā)報的人之一，他發(fā)明的定向天線只在一個指定的方向上發(fā)射電波，從而減少了能量的無謂消耗。他還把發(fā)射機的頻帶調(diào)得很窄，從而減小了不同發(fā)射機之間的干擾。