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“中国光纤之父”的追光人生



武汉武昌南望山脚下的武汉邮科院家属区,一栋上世纪70年代的两层楼房。推开锈迹斑斑的铁门,小院里种满了丝瓜、辣椒等,几只小花猫生活在树藤下,陪伴着赵梓森享受平静的晚年生活。如果不是家中挂满墙的荣誉证书,很难相信眼前这位普通的老人就是“中国光纤之父”。
 
和蔼之中带点幽默,87岁的赵梓森院士像其他普通老人一样,是一位让人如沐春风的老者。
 
在厕所旁实验室拉出第一根光纤
 
1954年,赵梓森大学毕业后被分配到武汉邮电学校当老师。这是原邮电工业部下属的一所中专学校,后升格为武汉邮电科学研究院。
 
1969年,北京邮电科学研究院将国家科研项目“激光大气传输通信”以及项目执行人员转移到武汉邮电科学研究院。到了1971年,院领导认为项目进展太慢,要求“技术好的”赵梓森加入进来,并牵头负责。
 
赵梓森找科研人员了解得知,进展慢是因为没有仪表设备,“平行光管得一年后才能到货”。赵梓森就想到“土法上马”,将天线搬到屋顶,利用太阳校正了天线,接着把整个激光大气通信设备,搬到当时武汉市最高的建筑——六渡桥的水塔和水运工程学院的某高楼,实现了“大气传输激光通信”,传输有效距离从8米迅速提高到10公里,课题获得了成功。“同事们都很高兴,但是我却高兴不起来。”赵梓森发现大气传输光通信无法全天候通信,碰上雨、雪、雾等天气,装置就失灵了,必须寻求“替代物”。在听说玻璃丝(光纤)能够通信后,赵梓森急切去湖北省图书馆查找资料,仔细研究,初步认可了光纤通信技术的可行性和巨大潜力。后又通过留学科学家钱伟长等人打听到,美国和英国等发达国家已经在研制光纤通信技术并取得初步成功。赵梓森决定开展光纤通信研究。
 
1974年8月,赵梓森提出石英光纤通信技术方案。方案遭到许多权威专家的质疑,“小小玻璃丝可以通信?简直是天方夜谭。”赵梓森却坚信自己的判断。他坚持研究发现,光纤玻璃的损耗并非“必然”,而是由过渡金属离子产生,如果将其含量控制在百万分之一以下,吸收损耗就在10dB/km以下,再改进拉丝工艺和热处理技术,损耗就会降到更低,对光传输的影响也微乎其微。这一发现使赵梓森更有了信心。在一无技术、二无设备、三无人员的情况下,赵梓森开始了中国的光纤攻关。
 
经过再三努力说服领导,赵梓森在单位办公楼一楼厕所旁改造出一间实验室。他找来几位年轻同事做帮手,采用最简易的实验设备(电炉、试管和酒精灯等)、最简单的工艺(烧烤)和最基础的原料(四氯化硅、氧气),经过一年多时间数千次的试验,熔炼出高纯度的石英玻璃。以此试验为基础,采用化学气相沉积法绘制出300多张图纸,利用旧车床和废旧机械零件制造出一台光纤拉丝机。
 
经过近三年的努力,我国第一根实用型、短波长和阶跃型石英光纤终于诞生了。
 
追求真理不盲从
 
其实,在当时,我国多个部委和研究机构也都着手研究光通信技术。福建物质结构研究所开展激光通信研究的方案在1972年3月正式立项为国家重点科研项目“723”机,主要从事光纤波导数字通信和大气激光通信的研究。
 
1973年,赵梓森在发现“大气传输”存在重大缺陷后,又发现“723”机项目存在技术“路线错误”。赵梓森决定另寻他路。1974年8月,赵梓森向国务院科技办专门提出,以石英光纤为媒介、半导体激光器做光源、脉冲编码为调制方式的光纤通信技术路线,并被列为国家“五五”计划重点赶超科研项目。
 
接下来,赵梓森又主持制定了用MCVD法制造石英玻璃光纤预制棒的技术路线。“这就是后来的光纤技术路径。”中国工程院院士余少华说,后来的实践证明,正是这条正确的技术路线,才引领中国通信光纤从无到有并迅速发展,少走了很多弯路。
 
光纤、激光器、通信机,是光纤通信的三个基本要素。光纤制造出来了,还要解决另两个问题。而这两者在当时都是空白,无任何基础。
 
第一步攻关是研制实用型光纤。赵梓森和团队于1980年4月使拉制出的长波长光纤最低损耗值在1.55nm处达到0.29dB/km,最终达到实践应用的要求。
 
半导体激光器是赵梓森等人面临的又一“拦路虎”。“我知道,引进技术是为了更好地借鉴,决不能单纯依赖。所以我大胆起用年轻人领导激光器自主研发。”回忆起当时的决定,赵梓森至今仍深感欣慰。经过两年多的努力,中方主导的长江激光终于生产出我国第一个享有自己知识产权的长波长半导体激光器,摆脱了对美国技术的依赖。
 
第三步是通信机问题。根据赵梓森的技术方案,光导信号必须是数字信号,需要数字式通信机(PCM机)。但符合PCM机要求的半导体集成块,一些欧美国家正在研制,还未成功。
 
面对这一“世界难题”,赵梓森尝试通过“脉冲调相”来替代解决,并在试验中取得成功。随后不久,有外国团队半导体集成块研发取得突破,赵梓森迅速指导团队利用这些集成块,研制出了PCM二代机和三代机。
 
至此,光纤通信的三道“难关”都相继被攻克了。剩下就是真正商用检验了。
 
1981年9月,邮电部和国家科委确定在武汉建立一条光缆通信实用化系统,意在通过实际使用,完成商用试验以定型推广。由于其限于1982年完成,所以简称“八二工程”。
 
1982年12月31日,中国光纤通信的第一个实用化系统——“八二工程”按期全线开通,正式进入武汉市市话网,标志着中国进入光纤数字化通信时代。
 
87岁高龄仍坚持每天紧盯学术动态
 
1995年,赵梓森当选为中国工程院院士。
 
2000年后,赵梓森从领导岗位上退了下来,但仍担任武汉邮电科学研究院首席顾问,担任华中科技大学等学校的博士生导师。已是87岁高龄的赵梓森每天坚持上网查看国内科技学术网站,时常奔赴各大城市甚至海外参加各类学术活动。
 
前年,赵梓森通过海外学术文章了解到,现在光纤的主要材料二氧化硅,在生产过程中产生氯气,对环境尚有一些不利影响。为此,他建议用有机硅代替,更加环保。赵梓森的建议得到了新成立的中国信息通信科技集团的采纳。
 
“技术永远是不断发展,我们不抓紧推进,就会落后于人。”赵梓森说,他已深切感受到科技的日新月异和国际竞争的白热化。“中国现在的光纤,已占世界光纤市场的半壁江山。接下来,我们要使用新材料,做更高水平的光纤,继续在世界领跑。”
 

责编:一冰

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