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(xué)電信系。郵電部武漢郵政科學(xué)研究院高級工程師和總工程師，武漢·中國光谷首席科學(xué)家。1995年當(dāng)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(zhì)、半導(dǎo)體激光器作光源、脈沖編碼調(diào)制為通信制式的方案建立了中國的光纖通信技術(shù)體系。領(lǐng)導(dǎo)科研技術(shù)團(tuán)隊架設(shè)起貫通全國的光纖通信線路，主導(dǎo)借鑒和引進(jìn)國外先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展我國的光纖通信產(chǎn)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(chǎn)品研產(chǎn)基地。先后獲得多項國家級和省部級科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎，數(shù)次當(dāng)選為全國人大代表和主席團(tuán)成員。因在光纖通信領(lǐng)域的開創(chuàng)性成就，被譽(yù)為“中國光纖之父”。

　　現(xiàn)在，當(dāng)我們能隨時隨地上網(wǎng)、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(shù)方案，架設(shè)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(xué)報國理想。

　　求學(xué)：不達(dá)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(xué)和初中階段，就因陋就簡制造過氫氣球、礦石收音機(jī)、滑翔飛機(jī)模型和小提琴等。1937年8月，“淞滬會戰(zhàn)”爆發(fā)，日軍強(qiáng)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(xué)救國的理想。1949年高中畢業(yè)時，因追求感興趣的動手性強(qiáng)的實用性學(xué)科，他先后從浙江大學(xué)農(nóng)藝系、復(fù)旦大學(xué)生物系退學(xué)，兩次重新參加高考，最后于1950年入讀上海交通大學(xué)電機(jī)系電信專業(yè)，為他日后接觸和研制光纖打下了基礎(chǔ)。

　　他1954年大學(xué)畢業(yè)后被分配到武漢郵電學(xué)校當(dāng)老師，在教授基礎(chǔ)學(xué)科之余不忘刻苦鉆研實用通信知識，雖多次因為專攻學(xué)術(shù)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(shù)發(fā)明。“文革”期間，他白天參加政治學(xué)習(xí)，晚上在家偷偷自制電視機(jī)和高端收音機(jī)，為后來的光纖研究奠定了扎實的理論基礎(chǔ)。功夫不負(fù)有心人，他的不懈努力不斷得到回報。1959年，他率領(lǐng)團(tuán)隊研制的可解三階微分方程的模擬計算機(jī)，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(wǎng)絡(luò)”解“梅森公式”因簡潔實用得到學(xué)術(shù)界高度評價。1973年，他采用太陽光做平行光源，主導(dǎo)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(jié)果，也是他科研天賦和能力的反映，從此領(lǐng)導(dǎo)和同事們一致認(rèn)可他為“技術(shù)專家”，覺得他“搞科研很有一套”，這為他日后說服領(lǐng)導(dǎo)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(dǎo)解決了大氣激光通信難題后，當(dāng)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(shù)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(xué)家高錕于1966年首次發(fā)表的關(guān)于光纖通信的論文《光頻介質(zhì)波導(dǎo)》抄寫閱讀，初步認(rèn)可了光纖通信技術(shù)的可行性和巨大發(fā)展?jié)摿ΑＫ笥滞ㄟ^多方了解，知道美國和英國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在研制光纖通信技術(shù)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(dāng)時的中國，因為長期的政治運(yùn)動和信息閉塞，不僅是領(lǐng)導(dǎo)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(jī)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(jī)，不遺余力地呼吁和說服各層級領(lǐng)導(dǎo)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(jī)會。

　　第一次是1973年5月，他作為技術(shù)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(xué)家錢偉長那里打聽到美國已經(jīng)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(lǐng)導(dǎo)把“積極創(chuàng)造條件開展光導(dǎo)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(dǎo)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(shù)方案(石英光纖作傳輸介質(zhì)、半導(dǎo)體激光器作光源、脈沖編碼調(diào)制為通信制式)，在國務(wù)院科技辦組織的“背靠背辯論”中，“擊敗”已經(jīng)有前期研究基礎(chǔ)且研究實力明顯強(qiáng)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(xué)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(guān)項目，從而促成其所在單位放棄了原來確定的重點攻關(guān)目標(biāo)，而改為全院通力攻關(guān)光纖通信，并將其任命為技術(shù)負(fù)責(zé)人，主導(dǎo)全院的光纖通信技術(shù)研究。我國的光纖通信研究從此邁入了“快車道”。

　　技術(shù)：步步攻關(guān)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(jī))在當(dāng)時我國落后的生產(chǎn)設(shè)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(guān)。

　　第一步攻關(guān)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(dāng)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(nèi)部并未真正重視，沒有為此建立團(tuán)隊，也沒有專門的實驗室。他好不容易說服領(lǐng)導(dǎo)，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(shè)備(電爐、試管和酒精燈等)、最簡單的工藝(燒烤)和最基礎(chǔ)的原料(四氯化硅、氧氣)，經(jīng)過1年多時間數(shù)千次的試驗，才熔煉出高純度(雜質(zhì)10-9)的石英玻璃。他們以此試驗為基礎(chǔ)，采用改良的化學(xué)汽相沉積法(MCVD)，自力更生繪制300多張圖紙，利用院內(nèi)一臺舊車床和廢舊機(jī)械零件，制造出一臺光纖拉絲機(jī)，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(jīng)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(dá)到0.29dB/km，最終達(dá)到實踐應(yīng)用的要求。

　　第二步是研制半導(dǎo)體激光器。就中國當(dāng)時的工業(yè)和技術(shù)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(jī)會，不失時機(jī)與美國半導(dǎo)體激光器的發(fā)明人謝肇金博士進(jìn)行商談達(dá)成了技術(shù)合作協(xié)議。為沖破美國設(shè)立的 “技術(shù)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(shù)生產(chǎn)長波長半導(dǎo)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(shù)代表和負(fù)責(zé)人。但趙梓森清醒地意識到，引進(jìn)技術(shù)是為了更好借鑒，決不能單純依賴。經(jīng)細(xì)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(lǐng)導(dǎo)激光器的自主研發(fā)。經(jīng)過兩年多的努力，中方主導(dǎo)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(chǎn)權(quán)的長波長半導(dǎo)體激光器，擺脫了依賴美國技術(shù)的歷史。

　　第三步是通信機(jī)問題。按照趙梓森在“背靠背辯論”時提出的技術(shù)方案，光導(dǎo)信號必須是數(shù)字信號，需要數(shù)字式通信機(jī)(PCM機(jī))。但符合PCM機(jī)要求的半導(dǎo)體集成塊，即使在發(fā)達(dá)國家當(dāng)時還沒研制出來，這成了解決通信機(jī)問題的“攔路虎”，難倒了一些同類型科研機(jī)構(gòu)。而趙梓森沒有因此退縮，也沒有等待，他根據(jù)其掌握的扎實通信理論知識，認(rèn)為半導(dǎo)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(diào)相”來替代解決。隨后的發(fā)展再次證明了他的“準(zhǔn)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(jī)，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(shù)要求的半導(dǎo)體集成塊。利用這些集成塊，趙梓森指導(dǎo)科研團(tuán)隊很快研制出了PCM二代機(jī)和三代機(jī)，順利應(yīng)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(lǐng)導(dǎo)的信任和支持，取得了我國光纖通信研制的主導(dǎo)地位。

　　架設(shè)：由短及長通南北

　　完成了材料和設(shè)備研制并通過試驗驗證后，接下來就是實用光纖線路架設(shè)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(shè)計方案，該工程是一個市內(nèi)電話局間中繼工程，其主要技術(shù)指標(biāo)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(chǎn)。光纖的量產(chǎn)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(nèi)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(zhì)量和產(chǎn)量，還需要克服很多技術(shù)難題。趙梓森現(xiàn)在仍然對這些困難記憶猶新：“拉絲機(jī)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(qiáng)度了……”“八二工程”建設(shè)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(shè)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?xí)r，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(jīng)驗和檢修儀器，每次都是相關(guān)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?yán)?，到處奔波?982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(jìn)入武漢市市話網(wǎng)，標(biāo)志著中國進(jìn)入光纖數(shù)字化通信時代。

　　隨著“八二工程”的成功入網(wǎng)，1983年5月，趙梓森被提拔為武漢郵科院總工程師。在他的領(lǐng)導(dǎo)下，又先后完成了數(shù)十項由短及長的光纖通信架設(shè)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(shè)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(jī)。由于北京到廣州之間溫差很大，會導(dǎo)致光纖在應(yīng)力作用下信號傳輸出現(xiàn)延時，趙梓森指導(dǎo)學(xué)生毛謙進(jìn)行攻關(guān)，確保了如此長距離光纖傳導(dǎo)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(hù)，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(diào)節(jié)作用。這樣在不到10年時間內(nèi)，趙梓森和他的團(tuán)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(shè)工作。