趙梓森如何成為“中國光纖之父”
1932年出生于上海。1954年畢業(yè)于上海交通大學電信系。郵電部武漢郵政科學研究院高級工程師和總工程師,武漢·中國光谷首席科學家。1995年當選中國工程院院士。1977年在無比簡陋條件下研制出了中國第一根實用型光纖,采用石英光纖作傳輸介質、半導體激光器作光源、脈沖編碼調制為通信制式的方案建立了中國的光纖通信技術體系。領導科研技術團隊架設起貫通全國的光纖通信線路,主導借鑒和引進國外先進制造技術發(fā)展我國的光纖通信產業(yè),倡議并支撐建立起武漢·中國光谷這個全球最大的光電產品研產基地。先后獲得多項國家級和省部級科學技術進步獎,數(shù)次當選為全國人大代表和主席團成員。因在光纖通信領域的開創(chuàng)性成就,被譽為“中國光纖之父”。
本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201705/359629.htm現(xiàn)在,當我們能隨時隨地上網、舒適享受寬帶接入帶來的信息便利之時,不得不提到“中國光纖之父”——趙梓森院士。他自幼對理工科和制作感興趣,1973年初接觸到感興趣的光纖通信專業(yè)后,就全身心投入到這項事業(yè)之中。他克服難以想象的各種困難,推動我國把光纖通信列入國家通信發(fā)展戰(zhàn)略,研制出我國第一根實用性光纖,創(chuàng)立了我國的光纖通信技術方案,架設起連通全國的光纖通信線路和推動光纖到戶工程??v觀趙梓森的一生,是對實用科技興趣的不懈追求成就了他的科學報國理想。
求學:不達興趣不罷休
趙梓森1932年出生于上海盧灣區(qū)一個很小的制衣作坊家庭。他自幼興趣廣泛,尤偏于理科和制作,尚在小學和初中階段,就因陋就簡制造過氫氣球、礦石收音機、滑翔飛機模型和小提琴等。1937年8月,“淞滬會戰(zhàn)”爆發(fā),日軍強占了他們家新蓋的房子,全家人被迫顛沛流離,遍嘗生活艱辛,因而促使其從小就樹立了科學救國的理想。1949年高中畢業(yè)時,因追求感興趣的動手性強的實用性學科,他先后從浙江大學農藝系、復旦大學生物系退學,兩次重新參加高考,最后于1950年入讀上海交通大學電機系電信專業(yè),為他日后接觸和研制光纖打下了基礎。
他1954年大學畢業(yè)后被分配到武漢郵電學校當老師,在教授基礎學科之余不忘刻苦鉆研實用通信知識,雖多次因為專攻學術問題遭受政治迫害和沖擊,但始終相信“天生我材必有用”,一直醉心于多項自己感興趣的小制作和技術發(fā)明。“文革”期間,他白天參加政治學習,晚上在家偷偷自制電視機和高端收音機,為后來的光纖研究奠定了扎實的理論基礎。功夫不負有心人,他的不懈努力不斷得到回報。1959年,他率領團隊研制的可解三階微分方程的模擬計算機,在“武漢市高校五年成就展覽會”上演示獲得成功,被授予“武漢市高校科技成果特等獎”。1964年,他獨立演算提出的 “0-∞法解網絡”解“梅森公式”因簡潔實用得到學術界高度評價。1973年,他采用太陽光做平行光源,主導解決了立項研究多年而長期鮮有突破的國家級大氣激光通信項目。這些理論研究和實踐成果,既是他多年專注于科研興趣不斷積累的結果,也是他科研天賦和能力的反映,從此領導和同事們一致認可他為“技術專家”,覺得他“搞科研很有一套”,這為他日后說服領導并促成光纖研制積累了人力資本。
光纖:咬定青山不放松
1973年主導解決了大氣激光通信難題后,當許多同事為此歡欣鼓舞之時,趙梓森卻非常冷靜地看到這種技術會受到天氣和障礙物的局限,難有好的發(fā)展前景,于是開始思考新的通信方式。在聽說玻璃絲(光纖)能夠通信后,他急切去湖北省圖書館找到華裔英籍科學家高錕于1966年首次發(fā)表的關于光纖通信的論文《光頻介質波導》抄寫閱讀,初步認可了光纖通信技術的可行性和巨大發(fā)展?jié)摿?。他后又通過多方了解,知道美國和英國等發(fā)達國家已經在研制光纖通信技術并取得初步的成功后,更加堅信了自己的判斷,感覺找到了光纖通信這座“青山”。就他的性格而言,咬定青山就難以放松。但當時的中國,因為長期的政治運動和信息閉塞,不僅是領導層,就連科研人員都不相信玻璃絲可以通信。怎么辦?趙梓森意識到,機會不是坐等來的,而必須通過努力才能爭取到。他抓住一切可能的時機,不遺余力地呼吁和說服各層級領導支持和發(fā)展中國的光纖通信研究,并最終把握住了三次重大的機會。
第一次是1973年5月,他作為技術代表,在出席全國郵電科研規(guī)劃會議時,從剛訪美歸國的著名科學家錢偉長那里打聽到美國已經秘密研制成功實用光纖的消息后,非常著急,感覺時不我待,硬是多方說服會議領導把“積極創(chuàng)造條件開展光導纖維研制工作”這句話列入到未來科研規(guī)劃中來,促使光導纖維研制第一次成為一般性研究課題。第二次是1974年10月,他創(chuàng)新性提出的符合我國國情的光纖通信研究技術方案(石英光纖作傳輸介質、半導體激光器作光源、脈沖編碼調制為通信制式),在國務院科技辦組織的“背靠背辯論”中,“擊敗”已經有前期研究基礎且研究實力明顯強于自己的競爭單位,使光纖研制項目首次被納入到國家課題的層面,為我國的光纖研制確立了正確的方向。第三次是1977年5月,在“郵電部工業(yè)學大慶展覽會”上,他演示了用自行研制的光纖傳輸黑白電視信號,得到了時任郵電部部長鐘夫翔的稱贊和賞識,光纖通信因此被破格列為國家級重點攻關項目,從而促成其所在單位放棄了原來確定的重點攻關目標,而改為全院通力攻關光纖通信,并將其任命為技術負責人,主導全院的光纖通信技術研究。我國的光纖通信研究從此邁入了“快車道”。
技術:步步攻關終突破
對光纖通信研制來說,爭取到政策和單位的支持,只是萬里長征走了第一步。按照趙梓森提出的方案,光纖通信的三個基本要素(光纖、激光器和通信機)在當時我國落后的生產設備和工藝條件下,哪一個都是空白,都需要自力更生去解決、去突破、去攻關。
第一步攻關是研制實用型光纖(理論上石英純度高于109、光損低于20dB/km)。當時的情況是,雖然通過“背靠背辯論”把光纖研制納入到國家級課題,但武漢郵科院內部并未真正重視,沒有為此建立團隊,也沒有專門的實驗室。他好不容易說服領導,才把辦公樓一樓廁所旁一個廢棄洗手間改造成簡陋的實驗室。他和10位志同道合的同事,采用最簡易的實驗設備(電爐、試管和酒精燈等)、最簡單的工藝(燒烤)和最基礎的原料(四氯化硅、氧氣),經過1年多時間數(shù)千次的試驗,才熔煉出高純度(雜質10-9)的石英玻璃。他們以此試驗為基礎,采用改良的化學汽相沉積法(MCVD),自力更生繪制300多張圖紙,利用院內一臺舊車床和廢舊機械零件,制造出一臺光纖拉絲機,終于于1977年3月成功拉制出了我國第一根實用型、短波長(0.85?滋m)和階躍型石英光纖(長度17米,損耗300dB/km)。之后又經過近三年的試制探索,于1980年4月,使拉制出的長波長光纖最低損耗值在1.55?滋m處達到0.29dB/km,最終達到實踐應用的要求。
第二步是研制半導體激光器。就中國當時的工業(yè)和技術水平,如果單靠自力更生需要很長的時間摸索,如此會極大延誤光纖通信在我國的推廣使用。他利用被派出到美國參觀訪問的機會,不失時機與美國半導體激光器的發(fā)明人謝肇金博士進行商談達成了技術合作協(xié)議。為沖破美國設立的 “技術壁壘”,必須分別在美國和中國合作建廠,利用謝肇金享有的美國專利技術生產長波長半導體激光器。1979年9月,受邀來華訪問的謝肇金與武漢郵科院簽訂正式合作辦廠協(xié)議,在中國開辦長江激光電子股份有限公司,趙梓森為中方技術代表和負責人。但趙梓森清醒地意識到,引進技術是為了更好借鑒,決不能單純依賴。經細心考察員工后,他大膽起用了公司里年輕有為的李同寧(女)為課題組組長領導激光器的自主研發(fā)。經過兩年多的努力,中方主導的長江激光電子股份有限公司終于在1981年9月研制出了我國第一個享有自己知識產權的長波長半導體激光器,擺脫了依賴美國技術的歷史。
第三步是通信機問題。按照趙梓森在“背靠背辯論”時提出的技術方案,光導信號必須是數(shù)字信號,需要數(shù)字式通信機(PCM機)。但符合PCM機要求的半導體集成塊,即使在發(fā)達國家當時還沒研制出來,這成了解決通信機問題的“攔路虎”,難倒了一些同類型科研機構。而趙梓森沒有因此退縮,也沒有等待,他根據其掌握的扎實通信理論知識,認為半導體集成塊研制出來只是時間問題,在沒有研制出來之前,暫時可以通過“脈沖調相”來替代解決。隨后的發(fā)展再次證明了他的“準確眼光”,一是武漢郵科院采用了這個替代方案研發(fā)出了可用于光纖通信實踐的通信機,并在試驗中獲得了成功;二是國際上隨后果然研發(fā)出了符合通信技術要求的半導體集成塊。利用這些集成塊,趙梓森指導科研團隊很快研制出了PCM二代機和三代機,順利應用于我國的第一條實用光纖線路——“八二工程”,武漢郵科院因此在研制光纖通信中贏得了郵電部領導的信任和支持,取得了我國光纖通信研制的主導地位。
架設:由短及長通南北
完成了材料和設備研制并通過試驗驗證后,接下來就是實用光纖線路架設了。1981年9月,郵電部和國家科委確定在武漢建立一條光纜通信實用化系統(tǒng),意在通過實際使用,完成商用試驗以定型推廣。由于其限于1982年完成,故簡稱“八二工程”。按照設計方案,該工程是一個市內電話局間中繼工程,其主要技術指標為:傳輸速率8.448Mb/s,傳輸容量120個市話話路,中繼距離6公里,線路長13.3公里,跨越長江、漢水,貫穿武漢三鎮(zhèn),連接武漢市四個市話分局。與研制過程中的試驗線路相比,該工程最突出的困難有兩個:一是線路長,這就要求光纖必須大批量量產。光纖的量產包括熔煉、拉絲、測試、套塑四個基本環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)內還包括其他子工藝。尤其是拉絲環(huán)節(jié),為了兼顧光纖的質量和產量,還需要克服很多技術難題。趙梓森現(xiàn)在仍然對這些困難記憶猶新:“拉絲機是這樣的,上面一根玻璃棒,加在爐上,把溫度加高,它就軟了,一邊拉它,然后下面卷,但是在卷之前,如果玻璃在熱的時候碰到空氣冷卻,它會發(fā)生裂紋,有裂紋的話,光纖就沒強度了……”“八二工程”建設的另一個難點,是在長距離傳輸中光纖可能面臨損壞,即斷點問題。光纖無論是懸于空中,還是埋于地下,總難免發(fā)生意外出現(xiàn)斷裂。這些斷點有的顯而易見,查找容易;有的則十分隱蔽,查找困難。為此,一方面必須研制光纖斷點測試設備,另一方面還要隨時待命,排查線路中斷故障……若干年后趙梓森談起光纖通信實用化階段的艱辛時,印象最深的還是那一次次不分晝夜、不分寒暑隨叫隨到的檢修。因為早期缺乏檢修經驗和檢修儀器,每次都是相關人員一齊出動,趙梓森和二十多個同事擠在院里分配的一輛額定8人的面包車里,到處奔波。1982年12月31日,中國光纖通信的第一個實用化系統(tǒng)——“八二工程”按期全線開通,正式進入武漢市市話網,標志著中國進入光纖數(shù)字化通信時代。
隨著“八二工程”的成功入網,1983年5月,趙梓森被提拔為武漢郵科院總工程師。在他的領導下,又先后完成了數(shù)十項由短及長的光纖通信架設工程。其中,1987年完成的全長244.86公里的“漢荊沙工程”(武漢-荊州-沙市),被作為全國同類行業(yè)的示范。1993年完成的全長3046公里的“京漢廣工程”(北京-武漢-廣州),是目前中國也是世界上最長的架空光纜通信線路,該工程跨越北京、湖北、湖南、廣東等6省市。工程中為了解決原140Mb/s傳輸設備不適合中小城市電路條件的問題,他專門組織研發(fā)了140Mb/s1B1H碼型機。由于北京到廣州之間溫差很大,會導致光纖在應力作用下信號傳輸出現(xiàn)延時,趙梓森指導學生毛謙進行攻關,確保了如此長距離光纖傳導延時小于規(guī)定的14微秒。為了方便沿途各省市單位對工程維護,他們還在工程監(jiān)控上首次采用了漢字終端顯示。京漢廣架空光纜工程的開通,不僅有效緩解了京漢廣沿線的通信線路緊張狀況,也對疏通全國光纖通信線路起到了很好的調節(jié)作用。這樣在不到10年時間內,趙梓森和他的團隊就將大容量高傳速的光纖通信線路連通到天南海北,完成了我國的信息高速公路建設工作。
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