现如今，手机、互联网等已经成为了我们日常生活不可缺少的东西，然而这些如此便利的通讯系统是起源于哪里的呢？答案显而易见：贝尔实验室。这是一个颇富传奇的实验室，在短短百年内，在这里不仅诞生了9个诺贝尔奖、5个图灵奖的获得者，还诞生了众多伟大的发明。在介绍完美国三大光学中心后，我们再来了解了解这个充满传奇色彩的贝尔实验室。
起源：Alexander Graham Bell（亚历山大·格雷厄姆·贝尔）
亚历山大·格雷厄姆·贝尔于1847年3月3日出生在苏格兰的爱丁堡。贝尔的父亲是爱丁堡大学的演讲教授，他的母亲是一位有听觉障碍的钢琴家，可能也正是因为母亲的听觉障碍，使得贝尔对声学领域更加的感兴趣。
1871年，贝尔开始从事谐波电报方向的研究，这是一种可以通过电线传输多条信息的设备。在进行这项工作的同时，他还开始寻找一种通过电线传输人声的方法。1875年，贝尔在搭档Thomas Watson（托马斯·沃森）的协助下，成功提出了一种将电转化为声音的简单接收器。
与此同时，其他的科学家Antonio Meucci和Elisha Gray等人也在研究类似的技术，关于谁才是电话发明的第一人虽有所争议，但贝尔确实是取得电话专利的第一人。1876年 3月7日，贝尔获得了电话专利，几天后，他第一次打电话给沃森，并说出了至今广为人知的一句话：“Mr. Watson, come here. I want you.”
授予贝尔的电话专利：174465（这项专利引发了后续20多年的法律纠纷，1887年，美国政府动议撤回授予贝尔的专利，但经过一系列裁决，贝尔公司在最高法院的裁决中胜诉。）
1877年，贝尔成立了Bell Telephone Company（贝尔电话公司），这是历史上第一家电话公司；1880年又成立了American Bell Telephone Company（美国贝尔电话公司），初步形成贝尔系统；1885年3月3日，American Telephone and Telegraph Company（美国电话电报公司，AT&T）正式成立，成为美国贝尔电话公司的全资子公司；1896年，Western Electric （西电公司）在纽约西街463号购买了一处房产，用以安置AT&T的产品工程师；1899年12月30日，AT&T收购了美国贝尔，并成为贝尔系统的母公司，主要为美国和加拿大提供电话生产研发服务，包括电话交换机、电话电缆和半导体等电信技术；1925年1月1日，为了巩固贝尔系统在通信领域和相关科学领域的开发和研究活动，AT&T和西电公司的几个工程部门合并，正式成立了Bell Telephone Laboratories, Inc.（贝尔电话实验室公司，简称贝尔实验室），其所有权归西电公司和AT&T共有。
至此，开始了贝尔实验室的“创造之路”。
贝尔实验室旧址：纽约西街463号
“创意工厂”
贝尔实验室在成立初期便拥有足够庞大的阵容，其研发人员、工程师以及技术支持人员总数达到了3600多名，研究设施除了原有的400,000平方英尺的建筑外，还又扩建了约四分之一街区面积的建筑。
1934年，一直致力于弥合实验室研究和通信系统操作之间差距的AT&T开发和研究部并入贝尔实验室，进一步提升了贝尔实验室的研发实力以及研发规模；19世纪40年代初期，贝尔实验室的研究人员开始搬到远离纽约市拥堵和环境干扰的其他地方，1967年，贝尔实验室总部正式迁至新泽西州的默里山。
贝尔电话实验室的Holmdel综合大楼
此时的贝尔实验室是研发人员的圣地，也是众多研发人员向往的国度。在这里，研发人员从来不用担心资金不足的问题，因为当时的AT&T垄断了美国电话通讯领域90%的市场份额，且公司还很看重贝尔实验室的发展，所以当时的科研经费完全饱和。
另外，贝尔实验室的管理者以及上级领导不会给科学家们额外的压力，给所有的科研人员以足够的自由空间，这两者的结合也使得贝尔实验室研究创意层出不穷。
在早期的20世纪20年代，贝尔实验室发展的重点是扩展声音、视觉和语音技术：
1924年，贝尔实验室的物理学家 Walter A. Shewhart 提出了“控制图”作为一种确定过程何时处于统计控制状态的方法。该方法就是统计过程控制（SPC）的基础，也是现代质量运动“6σ”的起源。
1925年，真空管电子学领域的物理学家和先驱Harold Arnold提出了可以将音频管用作放大器的想法，这一关键想法是实现第一个跨大西洋无线电话传输的重要基础。
1927年，华纳兄弟使用贝尔实验室开发的设备展示了第一部带有同步伴奏的全长电影。
HM Stoller（左）和H.Pfannenstiehl（右）与第一个用于电影放映机光盘记录的商业模型
1927年，CJ Davisson和LH Germer通过实验将低速电子入射到镍晶体，取得电子的衍射图样，从而验证了电子的波动性，该项研发还获得了诺贝尔奖。
20世纪30年代：
1933年，Karl Jansky从银河系中心发出的无线电波，从而奠定了射电天文学的基础。
1939年，George Stibitz 使用机电继电器作为开关元件创建第一台电子数字计算机，然后继续设计功能越来越强大的计算机，包括那些具有存储编程功能的计算机。
第一台电子数字计算机
1939年，电化学家Russell Ohl发现了硅中的n型和p型区域以及pn结中的光电效应。这些发现对晶体管和太阳能电池的最终发展起到了至关重要的作用。
20世纪40年代，随着第二次世界大战的开始，贝尔实验室进行了重组，以扩大雷达实验室并扩大在磁学和声学科学方面的合作,战后，它专注于材料研究、计算和无线技术。
1940年夏末，伯明翰大学的两位物理学家带着高效腔磁控管的原型来到贝尔实验室，寻找可制造设计的技术解决方案。一年之内，该设备成功实现量产。
工程师使用定向波导天线对远处的船体进行探测，该技术最初是由英国科学家发现的，被称为“radar”，贝尔实验室是在其基础上进行高频波等更为广泛的研究
1946年，贝尔实验室开发的第一个商用移动电话正式开始服役，每个城市最多可以同时拨打三个用户，且每次通话都需要借助接线员的帮助。
CF Balckwelder在房车内使用无线电话
1947年12月23日，William Bradford Shockley, John Bardeen和Walter Houser Brattain发现了晶体管效应，这种可替代真空管的微型设备后来彻底改变了整个电子行业，他们三人也因此在1956年获得了诺贝尔物理学奖。这一发现也被认为是贝尔实验室对人类社会最伟大的发明。
William Bradford Shockley的实验室笔记本，记录里当日发现了晶体管效应（左）；组装的第一个晶体管（右）
20世纪50年代，进入了战后繁荣时期，贝尔实验室研究重点是用于语音、数据和电视的宽带微波传输；跨洋电话线和自动交换系统上线：
1953年，Fuller、Gerald Pearson和 Daryl Chapi创造了第一个实用的太阳能电池，迎来了太阳能电池技术的时代，1954年，他们再次证明了太阳能电池可有效用于商业应用。
贝尔电话工程师将太阳能电池安装在电线杆上
1956年，通过加拿大连接美国和英国的海底电缆正式铺建。
1958年，贝尔实验室的研究人员发明了激光——即通过受激辐射来放大光，这一发现不仅彻底改变了通信行业，而且彻底改变了材料加工、光学扫描、医学、能源研究和测量等领域。
AL Schawlow（左）在实验过程中调整红宝石光学脉冲；CH Townes（右）与带有用于射电天文学的红宝石脉冲放大器
1959年，Dawon Kahng和Martin Atalla发明了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，这是一种特殊类型的场效应晶体管，其特性非常适用于高速开关、功率放大器和大多数现代电子设备。
20世纪60年代，随着计算技术的兴起，贝尔实验室的科学家将其研究范围扩展到软件和固态电子产品上。它开始逐步转向数字通信系统并进入卫星技术领域：
1962年，Telstar I成功发射，成为世界上第一颗有源轨道通信卫星，它重171磅，配备3,600个太阳能电池供电以及一个用于产生无线电信号的新行波管。
1965年，Arno Penzias和Bob Wilson发现了宇宙背景辐射，为宇宙创造的大爆炸理论提供了证据。并因此获得了1978年的诺贝尔奖。
1969年，Dennis Ritchie和Ken Thompson创建了计算机操作系统UNIX，以支持电信交换系统以及通用计算。在70年代，Ritchie还为C编程语言的制定做出了贡献。
1969年，Willard S. Boyle和George E. Smith发明了电荷耦合元件（CCD），也就是如今扫码机、相机、扫描仪必备的感光组件。
1969年，Arthur Ashkin首次实现了利用强激光束的辐射压力来捕获和操纵微观粒子，后来又因光镊获得了2018年诺贝尔物理学奖。
20世纪70年代开启了微电子的新时代，贝尔实验室设计了处理数字信号处理和计算机存储功能的新型微芯片，研究试验开始于使用光子而不是电子的光波传输系统：
1972年，Michael Tompsett将电荷耦合器件专门应用于成像应用，并与他的团队一起开发了一系列CCD相机。
Michael Tompsett测试新型固态彩色电视相机
1972年，Dennis Ritchie 开发的C编程语言正式问世，该语言允许对以前用汇编语言编码的应用程序进行编码，是有史以来使用最广泛的编程语言。
1973年，John MacChesney与同事PB O'Connor合作开发了用于熔融二氧化硅的改良化学气相沉积(MCVD)工艺，使光纤能够达到用于商业系统所需的纯度和适应性水平。1977 年5月，贝尔实验室开发了第一个安装在芝加哥街道下的贝尔系统光电话通信系统，每对光纤可承载相当于672个语音通道。
1979年，第一个单芯片DSP成功问世，它成为ESS交换平台的关键组件，并已集成到包括回声消除和移动电话系统在内的众多电信应用中。
数字信号处理器，一种可编程的微型计算机，每秒可进行100万次计算，被用于西电5号电子开关系统
这一时期的贝尔实验室拥有上万个顶级的研发人员，各项先进技术专利层出不穷，引领着全球科技的方向，“对贝尔实验室真正重要的是创新、发明、设计和发现。简言之，来贝尔实验室就是体验挑战的刺激和乐趣，这就是他的全部意义所在。”但“物极必反，盛极必衰”，在接下来的时间里，贝尔实验室迎来了最为惨淡的时光。
分崩离析
贝尔商标
图中所示的贝尔商标在1921年至1969年间被AT&T公司和区域运营公司用于在一个贝尔系统商标下联合品牌。贝尔系统的电话及相关设备由Western Electric和AT&T公司的全资子公司制造，贝尔旗下的所有子公司将其收入的固定部分作为许可费支付给贝尔实验室。由于这种纵向垄断，到1940年，贝尔系统实际上拥有了美国从本地电话到长途电话的大部分电话服务，这也使得贝尔能够禁止客户在不付费的情况下将非贝尔制造或销售的设备连接到系统。
为了打破贝尔系统这种垄断，1949年，美国司法部因“AT&T和贝尔系统运营公司利用其在电信领域的近乎垄断地位，试图在相关技术中建立不公平的优势”对贝尔系统提出了反垄断诉讼，其结果是1956年，美国政府颁布了一项法令：将AT&T限制在美国全国电话网络的85%以下，并禁止继续在加拿大和加勒比地区持有相关权益。在此影响下，同年Western Electric剥离了Northern Electric公司，1975年，AT&T剥离了Bell Canada。但这不足以撼动贝尔系统在美国电信领域的地位，直至1974年的另一起反垄断案中，美国司法部指控贝尔系统公司的非法行为扼杀电信行业的公平竞争，这一诉讼直接导致了1984年1月1日的贝尔系统解散，同时也意味着贝尔电话实验室公司不复存在。
在贝尔系统剥离贝尔品牌的隶属关系后，成立了一个新的AT&T贝尔实验室公司（AT&T Bell Laboratories, Inc.）和一个贝尔通信研究公司（Bell Communications Research），为AT&T(仍然拥有西部电气和Long Lines)和七家新成立的地区性贝尔运营公司(RBOC)进行研发。
似乎一旦开始，剥离和重组就会永无止境。1996年，AT&T成立了一家名为朗讯科技(Lucent Technologies)的新公司，将贝尔实验室作为其研发实体（拥有贝尔实验室的名称，以及原贝尔实验室一半的科研资源），从而将以前的西方电气制造业务从AT&T剥离出来。另一个新实体AT&T实验室（AT&T Laboratories，拥有另一半的科研资源）成立，为AT&T研发。
这也意味着，贝尔实验室不再拥有AT&T充足的科研经费支持，原本自由的研究者也逐渐演变为功利的专利制造者，另外由于朗讯科技的经营不善，使得公司不得不进行科研人员的缩减，这更加加剧了贝尔实验室的艰难之路。
2006年，法国阿尔卡特公司收购朗讯公司，并将合并后的公司更名为阿尔卡特-朗讯公司（Alcatel-Lucent），2007年12月宣布，原朗讯贝尔实验室和原阿尔卡特研究与创新公司合并为一个组织，命名为贝尔实验室。这是贝尔实验室多年来因裁员和分拆导致公司短期关闭而逐渐失去人力之后的第一个增长时期。但阿尔卡特公司收购朗讯后不仅没有盈利，还亏损了48亿欧元，为了弥补这一亏损，2008年，阿尔卡特朗讯对外出售了拥有46年历史的贝尔实验室大楼，并宣布将退出基础科学、材料物理和半导体研究，转而专注于更直接的销售领域，包括网络、高速电子、无线网络、纳米技术和软件。
此时的贝尔实验室已经风光不再，成为了名义上“最重要的研发力量和最具前瞻性的研发机构”。
2016年，贝尔实验室迎来了再一次的整合，诺基亚收购了阿尔卡特朗讯，并将前诺基亚 FutureWorks 组织与贝尔实验室合并，联手创建了一个更大的诺基亚贝尔实验室（Nokia Bell Labs）。
贝尔电话实验室公司(BTL)及其后续历史
科研“一直在路上”
虽然在20世纪80年代之后，贝尔实验室经历了各种艰难险阻，但其科研之路从未有所止步。
20世纪80年代，数字网络正在取代过时的模拟系统，贝尔实验室也进行了重组，开发组织从贝尔实验室转移到产品部门：
1982年，Horst Stormer、Robert Laughlin和Daniel Tsui发现了分数量子霍尔效应，揭示了一种新的物质状态。该团队于1998年因其工作获得诺贝尔奖。
1983年，Bjarne Stroustrup创建并开发了C++编程语言。它是为UNIX系统环境设计的，它代表了C编程语言的增强，并使程序员能够提高所生成代码的质量。
1989年，Yann LeCun 和 Larry Jackel在开发了卷积神经网络，这是一种深度前馈的人工神经网络，以成功应用于分析视觉图像中。
20世纪90年代，互联网开始显示它将对商业和文化产生革命性的影响。贝尔实验室专注于通过有线和无线网络提供对语音、数据和视频的即时访问：
1990年，Seiji Ogawa及其同事奠定了使用磁共振成像和与大脑活动相关的血氧水平变化作为非侵入性映射大脑功能的一种方式的基础。这种方法称为功能性MRI，已广泛用于医学诊断和神经学研究中。
1992年，研究人员利用近场扫描光学显微镜技术展示了一种命性的磁光存储技术，可提供每平方英寸450亿位的数据密度。
1992年，Chraplyvy 和 Tkach发明了一种新型的光纤——非零色散光纤（NZDF），该光纤已广泛部署在洲际和长距离地面网络中。
1997年，贝尔实验室的研究人员与用仪器、飞利浦、萨尔诺夫、汤姆森、Zenith 和麻省理工学院在美国共同开创了数字电视和高清（高清）电视的先河。
高清电视逐行扫描技术（左）与隔行扫描技术（右）的差异
20世纪以来，贝尔实验室继续提高无线和光子技术的能力，并且从电路到分组传输和交换系统的转变也很明显：
2006年，贝尔实验室提出了“软路由”的概念，这种类型的路由架构将控制元素与转发元素分开。它允许开发可编程的、开放的网络基础设施，从而可以更轻松地部署利用公开网络功能的新服务。
2014年，贝尔实验室提出了XG-FAST技术，该技术是诺基亚商用 G.fast 技术的扩展，可以使现有的铜缆基础设施在短距离内产生超过10Gbps的速度。
尽管贝尔实验室在20世纪后的真正创新发现较少，但这家拥有96年历史的公司从未停止发明。无论如何，我们今天的很多技术都归功于贝尔实验室，没有它，世界肯定会与现在大相径庭。
来 源
- https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_System
- https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_Labs
- https://www.bell-labs.com/
- https://medium.com/@TomorrowLabNYC/-730722d8b303
- https://www.britannica.com/topic/Bell-Laboratories
- https://www.history.com/topics/inventions/alexander-graham-bell
- Memories: A Personal History of Bell T elephone Laboratories