Es considerado el "Padre de fibra óptica de Comunicaciones" y fue galardonado con el premio Nobel de Física en 2009 por "logros revolucionarios de la transmisión de luz en las fibras ópticas para la comunicación".

En la década de 1960 en la STC (Standard Telephones and Cables ), junto con George Hockham, Kao hizo su trabajo pionero en la realización de la fibra óptica como medio de telecomunicaciones, mediante la demostración de que la alta pérdida de la fibra óptica existente surgió de impurezas en el vidrio, en lugar de un subyacente problema con la tecnología en sí.Kao no sólo considero la óptica física, sino también las propiedades del material.

Presento sus resultados a principios de 1966 y fue publicado en junio. Este primer estudio se teorizó y se propuso utilizar fibras de vidrio para implementar la comunicación óptica, las ideas (sobre todo las características estructurales y materiales) se describe en gran medida son la base de la comunicación de fibra óptica de hoy.

En 1965, Kao llego a la conclusión de que la limitación fundamental para la atenuación del vidrio al pasar la luz está por debajo de 20 dB / km, que es un valor de umbral clave para las comunicaciones ópticas. Sin embargo, en el momento de esta determinación, las fibras ópticas comúnmente exhiben pérdida de luz tan alta como 1.000 dB / km y aún más. Esta conclusión abre la carrera intensa para encontrar materiales de baja pérdida y de las fibras adecuadas para llegar a esos criterios.

Kao, junto con su nuevo equipo (incluidos los miembros de la TW Davies, MW Jones, y CR Wright), persigue este objetivo mediante pruebas de diferentes materiales. Se mide con precisión la atenuación de la luz con diferentes longitudes de onda en vidrios y otros materiales. Durante este período, Kao señaló que la alta pureza de la sílice fundida hizo un candidato ideal para la comunicación óptica. Kao dijo también que la impureza del material de vidrio es la principal causa de la decadencia dramática de transmisión de la luz en el interior de fibra de vidrio, en lugar de efectos físicos fundamentales como la dispersión como muchos pensaban en ese momento, y mucha impureza podría ser eliminada. Esto inmediatamente estimulo un estudio a nivel mundial y la producción de fibras de vidrio de alta pureza.