中國工程院院士趙梓森：一生為通信技術(shù)創(chuàng)新不停歇

武漢武昌南望山腳下的武漢郵科院家屬區(qū),一棟上世紀(jì)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(yù)證書,很難相信眼前這位普通的老人就是“中國光纖之父”。

《科學(xué)美國人》雜志曾評價說:“光纖通信是二戰(zhàn)以來最有意義的四大發(fā)明之一。如果沒有光纖通信,就不會有今天的互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)。”但是,對于拉出我國第一根光纖的趙梓森院士及第一根光纖的誕生,人們知之甚少。

在光纖通信上有幾個重要的節(jié)點事件:1966年,上海出生的英/美籍華人高錕首次提出玻璃絲可用于通信。1970年,美國花費3000萬美元制造出了3條30米長的光纖樣品,這是世界上第一次制造出對光纖通信有實用價值的光纖。7年后,身居武漢的青年教師趙梓森也拉出了具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的第一根實用光纖。

正是趙梓森的這一貢獻(xiàn),使我國在通信技術(shù)方面與世界最先進(jìn)水平齊頭并進(jìn),在部分領(lǐng)域甚至處于領(lǐng)跑地位。

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(fēng)的老者。簡陋的房屋、簡單的生活、簡樸的衣著,趙梓森坐在一個竹藤椅上與記者拉起了家常,回顧自己42年的追光之路。

在廁所旁拉出第一根光纖,開啟我國通信新時代

1932年,趙梓森出生于上海一個制衣作坊家庭。1937年淞滬會戰(zhàn)爆發(fā),幼小的趙梓森目睹了上海被日軍占領(lǐng)的過程,他家也受到戰(zhàn)爭影響,一家人輾轉(zhuǎn)搬到英租界,母親平時做點縫縫補(bǔ)補(bǔ)的針線活補(bǔ)貼家用。至今與記者談起這些童年往事,他仍然記得很多生動的細(xì)節(jié)。

趙梓森小時候特愛搗鼓些小制作,制造過氫氣球、礦石收音機(jī)和滑翔飛機(jī)模型和小提琴等。趙梓森告訴記者,看到別人有玩具飛機(jī),他也“心癢癢”,于是自己使出渾身解數(shù)做了一個模型飛機(jī)。恰好上海組織學(xué)生模型飛機(jī)比賽,趙梓森把自己心愛的作品拿去參賽,沒想到還得了名次,他更沒想到當(dāng)時的上海市長還親自給他頒獎。

1954年,趙梓森大學(xué)畢業(yè)后被分配到武漢郵電學(xué)校當(dāng)老師。這是原郵電工業(yè)部下屬的一所中專學(xué)校,后來升格為武漢郵電科學(xué)研究院。趙梓森很清楚新中國剛剛來到,將來一定需要大規(guī)模建設(shè),一定需要大量的科學(xué)知識。于是,趙梓森一有閑暇時間,就自學(xué)研究生課程,惡補(bǔ)日語英語俄語等外語。

即使在“文革”期間,趙梓森仍然堅持白天參加政治學(xué)習(xí),晚上在家鉆研光纖通信知識,偷偷自制電視機(jī)和高端收音機(jī)。

1969年,北京郵電科學(xué)研究院將國家科研項目“激光大氣傳輸通信”以及項目執(zhí)行人員轉(zhuǎn)移到武漢郵電科學(xué)研究院。到了1971年,院領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為項目進(jìn)展太慢,要求“技術(shù)好的”趙梓森加入進(jìn)來,并牽頭負(fù)責(zé)。

趙梓森找科研人員了解得知,進(jìn)展慢是因為沒有儀表設(shè)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(shè)備,搬到當(dāng)時武漢市最高的建筑——六渡橋的水塔和水運工程學(xué)院的某高樓,實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)大氣傳輸光通信無法實現(xiàn)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(xì)研究,初步認(rèn)可了光纖通信技術(shù)的可行性和巨大潛力。后又通過留學(xué)科學(xué)家錢偉長等人打聽到,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)并取得初步成功。趙梓森更加堅信了自己的判斷,決定開展光纖通信研究。

1974年8月,在歷經(jīng)長時間深入研究后,趙梓森提出石英光纖通信技術(shù)方案。方案遭到許多權(quán)威專家的質(zhì)疑,“小小玻璃絲可以通信?簡直是天方夜譚”。質(zhì)疑聲中最主要的觀點是,光信號經(jīng)光纖傳輸后,由于吸收、散射等原因引起光功率減小,影響傳輸距離或中繼站間隔距離,導(dǎo)致“通信傳不遠(yuǎn)聽不清”。

趙梓森卻堅信自己的判斷。他堅持研究發(fā)現(xiàn),光纖玻璃的損耗并非“必然”,而是由過渡金屬離子產(chǎn)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(jìn)拉絲工藝和熱處理技術(shù),損耗就會降到更低,對光傳輸?shù)挠绊懸参⒑跗湮ⅰ?/p>

這一發(fā)現(xiàn)使趙梓森更有了信心。他白天參加政治學(xué)習(xí),晚上在家偷偷鉆研光纖。

在一無技術(shù)、二無設(shè)備、三無人員的情況下,趙梓森開始了中國的光纖攻關(guān)。

經(jīng)過再三努力說服領(lǐng)導(dǎo),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(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)過一年多時間數(shù)千次的試驗,熔煉出高純度的石英玻璃。以此試驗為基礎(chǔ),采用化學(xué)氣相沉積法繪制出300多張圖紙,利用舊車床和廢舊機(jī)械零件制造出一臺光纖拉絲機(jī)。

一次實驗中,趙梓森不小心將四氯化硅液體噴進(jìn)右眼。由于氯氣釋放濃度太大,眼睛劇痛,暈倒在地。同事們趕緊將其送進(jìn)醫(yī)院。“到了醫(yī)院,醫(yī)生都愣住了,沒見過這種情況,不會治。”趙梓森說,“后來我跟醫(yī)生說,用蒸餾水沖洗眼睛,然后打吊針消炎就行。”眼睛剛一消腫,還未痊愈,趙梓森又回到了實驗室。

經(jīng)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。在1977年舉辦的“郵電部工業(yè)學(xué)大慶展覽會”上,趙梓森通過自行研制的光纖,成功傳輸黑白電視信號,引起國家的重視。光纖通信因此被破格列為國家重點攻關(guān)項目。我國的光纖通信技術(shù)從此邁入了“快車道”。

追求真理不盲從　為我國光通信技術(shù)探索出正確路徑

當(dāng)時的中國,因為長期的政治運動和信息閉塞,幾乎沒人相信玻璃絲可以通信,而且,自主研發(fā)的試驗條件不具備,既然美英等國已在研制光纖通信技術(shù)并取得初步的成功,我國是否可以引進(jìn)外國產(chǎn)品來發(fā)展我國通信技術(shù)?

“科學(xué)沒有捷徑可走。通往真相的路,得自己尋找。”趙梓森意識到,雖然依靠進(jìn)口光纖可以短時間內(nèi)建構(gòu)起我國的通信網(wǎng)絡(luò),但核心部件卻永遠(yuǎn)被人“卡脖子”。于是,他抓住一切可能的時機(jī),不遺余力地呼吁我國支持和發(fā)展光纖通信研究。

其實,在當(dāng)時,我國多個部委和研究機(jī)構(gòu)也都著手研究光通信技術(shù)。福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所開展激光通信研究的方案也得到相關(guān)部門的支持,并在1972年3月正式立項為國家重點科研項目“723”機(jī),主要從事光纖波導(dǎo)數(shù)字通信和大氣激光通信的研究。

1973年,趙梓森在發(fā)現(xiàn)“大氣傳輸”存在重大缺陷后,又發(fā)現(xiàn)“723”機(jī)項目其實也行不通。這個項目采用的多組分玻璃光纖的提純有極大難度,而且這種光纖的品界反射與散射導(dǎo)致光傳輸效果不佳。“項目雖然用到了半導(dǎo)體激光器,但只是用于提高泵浦的效率和代替水冷器等,而不是直接做光源。”趙梓森認(rèn)為,“723”項目存在技術(shù)“路線錯誤”。

發(fā)現(xiàn)當(dāng)時國家確定的兩個科研方向“前途堪憂”后,趙梓森決定另尋他路。1974年8月,趙梓森向國務(wù)院科技辦專門提出,以石英光纖為媒介、半導(dǎo)體激光器做光源、脈沖編碼為調(diào)制方式的光纖通信技術(shù)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(yù)制棒的技術(shù)路線。“這就是后來的光纖技術(shù)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(shù)路線,才引領(lǐng)中國通信光纖從無到有并迅速發(fā)展,少走了很多彎路。

光纖、激光器、通信機(jī),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(dāng)時都是空白,無任何基礎(chǔ)。如果單靠自力更生需要很長時間的摸索,如此會極大地延誤光纖通信在我國的推廣使用。

“在當(dāng)時落后的生產(chǎn)設(shè)備和工藝條件下,想自力更生去攻關(guān),都無從下手,連工具都沒有”。趙梓森回憶那段經(jīng)歷,仍然感慨自己當(dāng)時的勇氣。他堅持認(rèn)為,試驗條件不是最重要的,關(guān)鍵在人,只要有心,任何限制都是可以突破的。

第一步攻關(guān)是研制實用型光纖。拉出第一根光纖之后,趙梓森和團(tuán)隊又經(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1.55nm處達(dá)到0.29dB/km,最終達(dá)到實踐應(yīng)用的要求。

半導(dǎo)體激光器是趙梓森等人面臨的又一“攔路虎”。“我知道,引進(jìn)技術(shù)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(lǐng)導(dǎo)激光器自主研發(fā)。”回憶起當(dāng)時決定,趙梓森至今仍深感欣慰。經(jīng)過兩年多的努力,中方主導(dǎo)的長江激光終于生產(chǎn)出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,擺脫了對美國技術(shù)的依賴。

第三步是通信機(jī)問題。根據(jù)趙梓森的技術(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,一些歐美國家正在研制,還未成功。

面對這一“世界難題”,趙梓森沒有退縮,也沒有等待,他嘗試通過“脈沖調(diào)相”來替代解決,并在試驗中取得成功。隨后不久,有外國團(tuán)隊半導(dǎo)體集成塊研發(fā)取得突破,趙梓森迅速指導(dǎo)團(tuán)隊利用這些集成塊,研制出了PCM二代機(jī)和三代機(jī)。

至此,光纖通信的三道“難關(guān)”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(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,所以簡稱“八二工程”。按照設(shè)計方案,這是一個市內(nèi)電話局間的中繼工程,跨越長江、漢水,貫穿武漢三鎮(zhèn),連接武漢四個市話分局。

由于長距離傳輸,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。”趙梓森至今還記得當(dāng)初無數(shù)次半夜被叫起來趕往幾十公里外修光纖。

若干年后,曾經(jīng)的同事、武漢郵電科學(xué)研究院總顧問毛謙談起光纖通信實用化階段的艱辛?xí)r,印象最深的還是一次次不分晝夜、不分寒暑隨叫隨到的檢修。當(dāng)時已是院領(lǐng)導(dǎo)的趙梓森每次都和20多個同事擠在一輛8人座的面包車?yán)?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(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。

孜孜追求　一生為通信技術(shù)創(chuàng)新不停歇

1995年,趙梓森當(dāng)選為中國工程院院士。2000年后,趙梓森從領(lǐng)導(dǎo)崗位上退了下來,但仍擔(dān)任武漢郵電科學(xué)研究院首席顧問,擔(dān)任華中科技大學(xué)等學(xué)校的博士生導(dǎo)師。已是87歲高齡的趙梓森每天堅持上網(wǎng)查看國內(nèi)科技學(xué)術(shù)網(wǎng)站,時常奔赴各大城市甚至海外參加各類學(xué)術(shù)活動。

趙梓森對自己在我國光纖通信技術(shù)上的重大貢獻(xiàn)總是看得很淡。每每有人敬稱他為“中國光纖之父”時,趙梓森都會擺擺手說,“就是我不搞光纖,還有別人會搞光纖,光纖是世界發(fā)展的方向,誰都會跟著來,我只是先走了一步而已。”“至于當(dāng)不當(dāng)‘父’,只要我做的事情能對老百姓,對社會有用,我就很高興了。”

趙梓森現(xiàn)在本可以不去上班了,但院里仍然給他安排了一間辦公室、實驗室,他告訴記者,他的時間安排很緊湊,也很規(guī)律。每天都要去實驗室,上下班都是步行。“走路也鍛煉了身體,上班走20分鐘,下班走22分鐘。”

同樣距離的路程,為什么用的時間不一樣呢?記者正在納悶,趙梓森突然笑起來,說“一個是下坡,一個是上坡嘛。”

趙梓森的妻子范幼英也是武漢郵電科學(xué)研究院高級工程師。“所謂專家專家,就是什么都不會,一輩子只會干一行。”范老開玩笑地對記者說,趙梓森專注于自己的研究事業(yè),即便是現(xiàn)在,還是堅持看各種研究報告,關(guān)注光通信的方方面面。

前年,趙梓森通過海外學(xué)術(shù)文章了解到,現(xiàn)在光纖的主要材料二氧化硅,在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生氯氣,對環(huán)境尚有一些不利影響。為此,他建議用有機(jī)硅代替,更加環(huán)保。趙梓森的建議得到了新成立的中國信息通信科技集團(tuán)的采納。

如今,中國已成為世界最大的光纖光纜生產(chǎn)基地,部分光通信領(lǐng)域已領(lǐng)先全球。趙梓森院士所在的武漢東湖高新區(qū)也已成為與美國硅谷齊名的“中國光谷”。

“技術(shù)永遠(yuǎn)是不斷發(fā)展,我們不抓緊推進(jìn),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(xiàn)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(xù)在世界領(lǐng)跑。”

生活中,趙梓森非常簡單。他最大的愛好是拉小提琴。高中時期,趙梓森就開始拉小提琴,門德爾松、巴赫、莫扎特、柴可夫斯基等知名大家他都喜歡。這一愛好,趙梓森一直堅持著,幾乎每天都有必拉的曲目,80多歲后,由于手指靈敏度下降,才開始放棄拉琴,改聽音樂。

音樂也是趙梓森夫婦共同的愛好。“他拉琴的節(jié)拍不一定很準(zhǔn),但絕對投入,鍥而不舍,獨具韻味,并且每天都拉,從不間斷,如同做人……”范幼英說,趙梓森在光纖技術(shù)研究最緊張的日子里,仍堅持天天拉琴。其中,有一個關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計就是在拉琴時猛然想到的。“靈感,常常伴隨著他的琴聲起舞。即使再困難的時候,他仍然是個樂觀的舞者”。

是的,反觀趙梓森的一生,無論是風(fēng)雨如晦還是陽光燦爛,無論是科研走進(jìn)死胡同覺得山窮水盡,還是突然間靈感迸發(fā)柳暗花明,他都視作生活的饋贈,命運的安排。他都笑著面對,一如既往地堅持最初的夢想,一步一步地去實現(xiàn)。