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“中國光纖之父”的追光人生



武漢武昌南望山腳下的武漢郵科院家屬區,一棟上世紀70年代的兩層樓房。推開銹跡斑斑的鐵門,小院里種滿了絲瓜、辣椒等,幾只小花貓生活在樹藤下,陪伴著趙梓森享受平靜的晚年生活。如果不是家中掛滿墻的榮譽證書,很難相信眼前這位普通的老人就是“中國光纖之父”。
 
和藹之中帶點幽默,87歲的趙梓森院士像其他普通老人一樣,是一位讓人如沐春風的老者。
 
在廁所旁實驗室拉出第一根光纖
 
1954年,趙梓森大學畢業后被分配到武漢郵電學校當老師。這是原郵電工業部下屬的一所中專學校,后升格為武漢郵電科學研究院。
 
1969年,北京郵電科學研究院將國家科研項目“激光大氣傳輸通信”以及項目執行人員轉移到武漢郵電科學研究院。到了1971年,院領導認為項目進展太慢,要求“技術好的”趙梓森加入進來,并牽頭負責。
 
趙梓森找科研人員了解得知,進展慢是因為沒有儀表設備,“平行光管得一年后才能到貨”。趙梓森就想到“土法上馬”,將天線搬到屋頂,利用太陽校正了天線,接著把整個激光大氣通信設備,搬到當時武漢市最高的建筑——六渡橋的水塔和水運工程學院的某高樓,實現了“大氣傳輸激光通信”,傳輸有效距離從8米迅速提高到10公里,課題獲得了成功。“同事們都很高興,但是我卻高興不起來。”趙梓森發現大氣傳輸光通信無法全天候通信,碰上雨、雪、霧等天氣,裝置就失靈了,必須尋求“替代物”。在聽說玻璃絲(光纖)能夠通信后,趙梓森急切去湖北省圖書館查找資料,仔細研究,初步認可了光纖通信技術的可行性和巨大潛力。后又通過留學科學家錢偉長等人打聽到,美國和英國等發達國家已經在研制光纖通信技術并取得初步成功。趙梓森決定開展光纖通信研究。
 
1974年8月,趙梓森提出石英光纖通信技術方案。方案遭到許多權威專家的質疑,“小小玻璃絲可以通信?簡直是天方夜譚。”趙梓森卻堅信自己的判斷。他堅持研究發現,光纖玻璃的損耗并非“必然”,而是由過渡金屬離子產生,如果將其含量控制在百萬分之一以下,吸收損耗就在10dB/km以下,再改進拉絲工藝和熱處理技術,損耗就會降到更低,對光傳輸的影響也微乎其微。這一發現使趙梓森更有了信心。在一無技術、二無設備、三無人員的情況下,趙梓森開始了中國的光纖攻關。
 
經過再三努力說服領導,趙梓森在單位辦公樓一樓廁所旁改造出一間實驗室。他找來幾位年輕同事做幫手,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),經過一年多時間數千次的試驗,熔煉出高純度的石英玻璃。以此試驗為基礎,采用化學氣相沉積法繪制出300多張圖紙,利用舊車床和廢舊機械零件制造出一臺光纖拉絲機。
 
經過近三年的努力,我國第一根實用型、短波長和階躍型石英光纖終于誕生了。
 
追求真理不盲從
 
其實,在當時,我國多個部委和研究機構也都著手研究光通信技術。福建物質結構研究所開展激光通信研究的方案在1972年3月正式立項為國家重點科研項目“723”機,主要從事光纖波導數字通信和大氣激光通信的研究。
 
1973年,趙梓森在發現“大氣傳輸”存在重大缺陷后,又發現“723”機項目存在技術“路線錯誤”。趙梓森決定另尋他路。1974年8月,趙梓森向國務院科技辦專門提出,以石英光纖為媒介、半導體激光器做光源、脈沖編碼為調制方式的光纖通信技術路線,并被列為國家“五五”計劃重點趕超科研項目。
 
接下來,趙梓森又主持制定了用MCVD法制造石英玻璃光纖預制棒的技術路線。“這就是后來的光纖技術路徑。”中國工程院院士余少華說,后來的實踐證明,正是這條正確的技術路線,才引領中國通信光纖從無到有并迅速發展,少走了很多彎路。
 
光纖、激光器、通信機,是光纖通信的三個基本要素。光纖制造出來了,還要解決另兩個問題。而這兩者在當時都是空白,無任何基礎。
 
第一步攻關是研制實用型光纖。趙梓森和團隊于1980年4月使拉制出的長波長光纖最低損耗值在1.55nm處達到0.29dB/km,最終達到實踐應用的要求。
 
半導體激光器是趙梓森等人面臨的又一“攔路虎”。“我知道,引進技術是為了更好地借鑒,決不能單純依賴。所以我大膽起用年輕人領導激光器自主研發。”回憶起當時的決定,趙梓森至今仍深感欣慰。經過兩年多的努力,中方主導的長江激光終于生產出我國第一個享有自己知識產權的長波長半導體激光器,擺脫了對美國技術的依賴。
 
第三步是通信機問題。根據趙梓森的技術方案,光導信號必須是數字信號,需要數字式通信機(PCM機)。但符合PCM機要求的半導體集成塊,一些歐美國家正在研制,還未成功。
 
面對這一“世界難題”,趙梓森嘗試通過“脈沖調相”來替代解決,并在試驗中取得成功。隨后不久,有外國團隊半導體集成塊研發取得突破,趙梓森迅速指導團隊利用這些集成塊,研制出了PCM二代機和三代機。
 
至此,光纖通信的三道“難關”都相繼被攻克了。剩下就是真正商用檢驗了。
 
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,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,所以簡稱“八二工程”。
 
1982年12月31日,中國光纖通信的第一個實用化系統——“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字化通信時代。
 
87歲高齡仍堅持每天緊盯學術動態
 
1995年,趙梓森當選為中國工程院院士。
 
2000年后,趙梓森從領導崗位上退了下來,但仍擔任武漢郵電科學研究院首席顧問,擔任華中科技大學等學校的博士生導師。已是87歲高齡的趙梓森每天堅持上網查看國內科技學術網站,時常奔赴各大城市甚至海外參加各類學術活動。
 
前年,趙梓森通過海外學術文章了解到,現在光纖的主要材料二氧化硅,在生產過程中產生氯氣,對環境尚有一些不利影響。為此,他建議用有機硅代替,更加環保。趙梓森的建議得到了新成立的中國信息通信科技集團的采納。
 
“技術永遠是不斷發展,我們不抓緊推進,就會落后于人。”趙梓森說,他已深切感受到科技的日新月異和國際競爭的白熱化。“中國現在的光纖,已占世界光纖市場的半壁江山。接下來,我們要使用新材料,做更高水平的光纖,繼續在世界領跑。”
 

責編:一冰

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