赵梓森院士:一朝为光纤,一生为光纤

在赵梓森的家中一直珍藏着一份美国报纸,工整排布的英文单词围着一张图片,那是武汉邮科院大门的照片。这份美国报纸报道的主题是“中国光谷”。

 

 

图片来源:长江日报许巍巍

 

 

武汉的光通信产业不仅成就了“中国光谷”之名,也让“中国光谷”这张名片走出国门,被世界所认识。而这其中,中国光纤之父赵梓森院士功不可没。他当年主导研制的通信用的光纤,如今已“飞入寻常百姓家”,也使中国的光纤通信普及率在国际上领先。

 

 

困难不断:从电通信到光通信

 

 

赵梓森首次接触光通信,是在自由空间中的激光通信。1969 年,当时的武汉邮电科学研究院(以下简称邮科院)隶属于北京邮电科学研究院(以下简称北京院),北京院把国家科研项目“激光大气传输通信”以及项目执行人员十余人移至武汉院。1971 年,武汉院的领导嫌激光大气传输通信进展太慢,遂让赵梓森担任该项目的负责人,加快进展。由于项目所需的平行光管要在一年后才能交货,为了加快进展,赵梓森提出用太阳光作平行光,代替平行光管,可校正抛物面天线聚焦。根据赵梓森的设想,邮科院众人将整个激光大气通信设备搬到当时武汉市最高的建筑——六渡桥的水塔和青山的水运工程学院的某高楼上,实现了“大气传输激光通信”,距离约10 km。省科学技术委员会领导以及全院职工都为此高兴,汇报会很成功。

 

但赵梓森并不高兴,因为他知道,下雨下雪时,大气传输无法独立实现通信,不能“全天候”。这就意味着不能用在邮电通信上。

 

1973 年,美国 Bell 实验室研制出了几十米的光纤样品进行通信,这让赵梓森看到了光纤通信的希望。他提出,我们应该发展光纤通信。很多人不理解,不相信光纤通信能成功,甚至有领导质问:“玻璃丝怎么能通信!赵梓森你不要胡搞,要花几千万,你负得了责吗?”

 

赵梓森相信,以微波为载波的无线电通信中,微波带宽是以 Gb/s 为单位的,放大间距只有几十米。而在以光波为载波的光通信中,信息带宽达到了 100 TGb/s,放大间距为 80 km。加上光通信可以实现“全天候”,这让赵梓森坚定了发展光通信的决心。最后,领导将光纤通信当作一个可有可无的小项目,拨给赵梓森。“没有钱,没有地方,就在洗手间内做实验!”在简陋的洗手间中,赵梓森将不可能变成了可能。

 

1978 年,时值改革开放之初,邮电部举办了一个名为“邮电工业学大庆”的展览会。没想到这个展会成了中国光纤通信发展的转机,赵梓森在这里展现了如何用“玻璃丝”传递光信号。展示引起了当时邮电部长钟夫翔和国务院副总理谷牧的注意力。在钟夫翔部长亲自验证光纤通信的可行性后,邮电部正式批文,将光纤通信列为邮电部重点项目。戏剧性的转折使得赵梓森在院里的“劲敌”杨恩泽总工程师举双手说:“小赵呀,我投降!我投降!我加入光纤通信的研究。”随后不久,整个邮科院都投入到了光纤通信的研究中。

光纤通信开始步入正轨,院领导过来询问赵梓森需要多少资源和人员,赵梓森回答:“全院的人都不够。“看似张狂的话语背后是真诚的愿望:光纤样品要成为产品(即工程化),才能真正服务于民。1979 年,赵梓森和他的团队拉制出了第一根具有实用价值,每公里衰耗只有 4 dB 的光纤,这是中国发展光纤通信迈出的第一步,赵梓森作为技术带头人,也被称为“中国光纤之父”。紧接着赵梓森提出了光纤普及的问题。光纤光缆厂、光器件所等的建设一一被提上了日程。

 

 

需努力:材料、光纤、器件,一个不落

 

 

激光在 20 世纪 80 年代吸收了半导体物理发展最新成果,产生了光纤通信用半导体激光器组件,即激光二极管。这是光纤通信的三个基本要素(光纤、激光器和通信机)之一。20 世纪初的中国不比现在,对于当时技术落后的中国来讲,三要素中无论哪一样都要从头开始。

 

以材料来说,用四氯化硅做玻璃丝会放出氯气。这种有害气体的处理费用较高。此外,传统制作玻璃丝的工艺硅的利用率是 20%-30%,效率不高。而美国采取有机硅进行玻璃丝制造,同时解决了上述两个问题。得知这一消息,赵梓森第一时间就告知了烽火科技的相关人员,并和他们一起,采用新的技术来拉制光纤。

 

拉光纤,先要做预制棒。赵梓森他们将预制棒竖起来沿垂直方向制造,这样制造的预制棒将粗度从原先的 150 mm 提升到 200 mm,将长度从 1.5 m 提升到 6 m。光纤预制棒作为光缆生产的“源头”项目,新工艺带来的改变无疑是巨大的。

 

在研制光纤通信用半导体激光器的时候,由于当时中国的工业和技术水平不达标,无法自力更生。于是赵梓森就趁到美国参观访问的机会,与美国发明半导体激光器的谢肇金博士商讨,并确定了合作。虽说得到了美国的技术援助,但赵梓森清楚地知道冲破“技术壁垒”的重要性,坚决要在中国独立建厂。经过 2 年的努力,中方主导的长江激光电子股份有限公司终于在 1981 年9 月研制出了我国第一个享有自主知识产权的光纤通信用长波长半导体激光器,实现了技术独立。

 

1982 年,赵梓森和同事们又一起研制了达到8 MB/s 的光缆市话通信工程,该工程属于国家“八二”工程,它的建立,开创了中国光纤通信事业的历史新篇章。1983 年,赵梓森担任邮科院的总工程师,继续带领中国光纤事业的发展。到80 年代末,中国的光纤通信的关键技术已达到国际先进水平。赵梓森的远见和坚定,为中国光纤事业的发展打下了良好的基础,填补了中国在光纤通信上的空白。在他担任总工程师期间,武汉邮科院是中国光纤通信产业的发源基地,到如今一直处于全产业链的领跑先锋。

 

除了技术,赵梓森对于管理方面也提出了自己的见解。在赵梓森担任总工程师期间,有一个有趣的现象就是研究人员和生产人员时常吵架。后来赵梓森才明白其中的原因——由于工作任务存在专业壁垒,研究人员总是指责生产工人的工作不达标,生产工人则指责研究人员表意不清,双方矛盾不断,阻碍了效率的提高。于是赵梓森提出了研究生产一体化的建议,“研究人员下去和工厂一起生产,生产出来你再回来。”面对面的沟通减少了误会和矛盾的同时,也提高了研发和生产的效率,这样的方式直到现在还被借鉴。

 

 

 

梦想实现,中国崛起

 

 

 

光纤通信产业经过数十年的发展,产业链布局比较完整,产业规模和产品种类不断扩大。从2013 年起,国家先后公布了“宽带中国”、“提速降费”、“通信业十三五发展规划”等政策,加大对通信基础设施建设的扶持力度,驱动运营商加大光网络投资。光纤通信作为最为重要的信息通信基础设施之一,在支撑中国社会信息化、宽带化建设和网络强国方面的作用日益凸显。

 

在光谷的带动下,中国已经成为全球光电元器件的重要生产销售基地,中国光纤产量问鼎世界第一。2018 年,中国大陆地区的光纤宽带普及率排名依旧保持着世界前 20 的优势,光纤宽带的用户数达到了 596 万,位居世界第三。2019 年,我国完成了首次 1.06 Pbit/s 的光纤传输系统实验,成为拥有最先进光纤通信技术的三个国家之一。如今,我国的光纤通信相关产品的产量和市场占有率已经是世界第一,也是全球光模块和光芯片的重要生产基地。

 

赵梓森在上个世纪所期盼的光纤通信的普及成为了现实。光纤如同血管一般遍布中国这个巨人的每一寸身体,每个人无时无刻不在享受着光纤通信带来的便利。

 

来源: 光电汇OESHOW

 

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