中國工程院院士趙梓森:一生為通信技術創新不停歇
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,小院裏種滿了絲瓜、辣椒等,幾隻小花貓生活在樹藤下,陪伴著趙梓森享受平靜的晚年生活。如果不是家中挂滿墻的榮譽證書,很難相信眼前這位普通的老人就是“中國光纖之父”。
《科學美國人》雜誌曾評價說:“光纖通信是二戰以來最有意義的四大發明之一。如果沒有光纖通信,就不會有今天的網際網路和通信網路。”但是,對於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於通信。1970年,美國花費3000萬美元製造出了3條30米長的光纖樣品,這是世界上第一次製造出對光纖通信有實用價值的光纖。7年後,身居武漢的青年教師趙梓森也拉出了具有中國自主智慧財產權的第一根實用光纖。
正是趙梓森的這一貢獻,使我國在通信技術方面與世界最先進水準齊頭並進,在部分領域甚至處於領跑地位。
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,趙梓森出生於上海一個製衣作坊家庭。1937年淞滬會戰爆發,幼小的趙梓森目睹了上海被日軍佔領的過程,他家也受到戰爭影響,一家人輾轉搬到英租界,母親平時做點縫縫補補的針線活補貼家用。至今與記者談起這些童年往事,他仍然記得很多生動的細節。
趙梓森小時候特愛搗鼓些小製作,製造過氫氣球、礦石收音機和滑翔飛機模型和小提琴等。趙梓森告訴記者,看到別人有玩具飛機,他也“心癢癢”,於是自己使出渾身解數做了一個模型飛機。恰好上海組織學生模型飛機比賽,趙梓森把自己心愛的作品拿去參賽,沒想到還得了名次,他更沒想到當時的上海市長還親自給他頒獎。
1954年,趙梓森大學畢業後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,後來升格為武漢郵電科學研究院。趙梓森很清楚新中國剛剛來到,將來一定需要大規模建設,一定需要大量的科學知識。於是,趙梓森一有閒暇時間,就自學研究生課程,惡補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習,晚上在家鑽研光纖通信知識,偷偷自製電視機和高端收音機。
1969年,北京郵電科學研究院將國家科研項目“鐳射大氣傳輸通信”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,並牽頭負責。
趙梓森找科研人員了解得知,進展慢是因為沒有儀錶設備,“平行光管得一年後才能到貨”。趙梓森就想到“土法開工”,將天線搬到屋頂,利用太陽校正了天線,接著把整個鐳射大氣通信設備,搬到當時武漢市最高的建築——六渡橋的水塔和水運工程學院的某高樓,實現了“大氣傳輸鐳射通信”,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實現全天候通信,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)能夠通信後,趙梓森急切去湖北省圖書館搜尋資料,仔細研究,初步認可了光纖通信技術的可行性和巨大潛力。後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製光纖通信技術並取得初步成功。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,在歷經長時間深入研究後,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”。質疑聲中最主要的觀點是,光信號經光纖傳輸後,由於吸收、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,導致“通信傳不遠聽不清”。
趙梓森卻堅信自己的判斷。他堅持研究發現,光纖玻璃的損耗並非“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。他白天參加政治學習,晚上在家偷偷鑽研光纖。
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,採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,採用化學氣相沉積法繪製出300多張圖紙,利用舊車床和廢舊機械零件製造出一台光纖拉絲機。
一次實驗中,趙梓森不小心將四氯化硅液體噴進右眼。由於氯氣釋放濃度太大,眼睛劇痛,暈倒在地。同事們趕緊將其送進醫院。“到了醫院,醫生都愣住了,沒見過這種情況,不會治。”趙梓森說,“後來我跟醫生說,用蒸餾水沖洗眼睛,然後打吊針消炎就行。”眼睛剛一消腫,還未痊癒,趙梓森又回到了實驗室。
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於誕生了。在1977年舉辦的“郵電部工業學大慶展覽會”上,趙梓森通過自行研製的光纖,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項目。我國的光纖通信技術從此邁入了“快車道”。
追求真理不盲從 為我國光通信技術探索出正確路徑
當時的中國,因為長期的政治運動和資訊閉塞,幾乎沒人相信玻璃絲可以通信,而且,自主研發的試驗條件不具備,既然美英等國已在研製光纖通信技術並取得初步的成功,我國是否可以引進外國產品來發展我國通信技術?
“科學沒有捷徑可走。通往真相的路,得自己尋找。”趙梓森意識到,雖然依靠進口光纖可以短時間內建構起我國的通信網路,但核心部件卻永遠被人“卡脖子”。於是,他抓住一切可能的時機,不遺餘力地呼籲我國支援和發展光纖通信研究。
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鐳射通信研究的方案也得到相關部門的支援,並在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鐳射通信的研究。
1973年,趙梓森在發現“大氣傳輸”存在重大缺陷後,又發現“723”機項目其實也行不通。這個項目採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致光傳輸效果不佳。“項目雖然用到了半導體鐳射器,但只是用於提高泵浦的效率和代替水冷器等,而不是直接做光源。”趙梓森認為,“723”項目存在技術“路線錯誤”。
發現當時國家確定的兩個科研方向“前途堪憂”後,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、半導體鐳射器做光源、脈衝編碼為調製方式的光纖通信技術路線,並被列為國家“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法製造石英玻璃光纖預製棒的技術路線。“這就是後來的光纖技術路徑。”中國工程院院士余少華說,後來的實踐證明,正是這條正確的技術路線,才引領中國通信光纖從無到有並迅速發展,少走了很多彎路。
光纖、鐳射器、通信機,是光纖通信的三個基本要素。光纖製造出來了,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。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。
“在當時落後的生產設備和工藝條件下,想自力更生去攻關,都無從下手,連工具都沒有”。趙梓森回憶那段經歷,仍然感慨自己當時的勇氣。他堅持認為,試驗條件不是最重要的,關鍵在人,只要有心,任何限制都是可以突破的。
第一步攻關是研製實用型光纖。拉出第一根光纖之後,趙梓森和團隊又經過近三年的試製探索,于1980年4月使拉制出的長波長光纖最低損耗值在1.55nm處達到0.29dB/km,最終達到實踐應用的要求。
半導體鐳射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鐳射器自主研發。”回憶起當時決定,趙梓森至今仍深感欣慰。經過兩年多的努力,中方主導的長江鐳射終於生產出我國第一個享有自己智慧財產權的長波長半導體鐳射器,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機要求的半導體整合塊,一些歐美國家正在研製,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“脈衝調相”來替代解決,並在試驗中取得成功。隨後不久,有外國團隊半導體整合塊研發取得突破,趙梓森迅速指導團隊利用這些整合塊,研製出了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。由於其限于1982年完成,所以簡稱“八二工程”。按照設計方案,這是一個市內電話局間的中繼工程,跨越長江、漢水,貫穿武漢三鎮,連接武漢四個市話分局。
由於長距離傳輸,光纖無論是懸于空中,還是埋于地下,總難免發生意外出現斷裂。“這些中斷點有的顯而易見,搜尋容易,有的則十分隱蔽,搜尋困難。”趙梓森至今還記得當初無數次半夜被叫起來趕往幾十公里外修光纖。
若干年後,曾經的同事、武漢郵電科學研究院總顧問毛謙談起光纖通信實用化階段的艱辛時,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。當時已是院領導的趙梓森每次都和20多個同事擠在一輛8人座的麵包車裏,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——“八二工程”按期全線開通,正式進入武漢市市話網,標誌著中國進入光纖數字化通信時代。
孜孜追求 一生為通信技術創新不停歇
1995年,趙梓森當選為中國工程院院士。2000年後,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。
趙梓森對自己在我國光纖通信技術上的重大貢獻總是看得很淡。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,光纖是世界發展的方向,誰都會跟著來,我只是先走了一步而已。”“至於當不當‘父’,只要我做的事情能對老百姓,對社會有用,我就很高興了。”
趙梓森現在本可以不去上班了,但院裏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,也很規律。每天都要去實驗室,上下班都是步行。“走路也鍛鍊了身體,上班走20分鐘,下班走22分鐘。”
同樣距離的路程,為什麼用的時間不一樣呢?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研究院高級工程師。“所謂專家專家,就是什麼都不會,一輩子只會幹一行。”范老開玩笑地對記者說,趙梓森專注于自己的研究事業,即便是現在,還是堅持看各種研究報告,關注光通信的方方面面。
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資訊通信科技集團的採納。
如今,中國已成為世界最大的光纖光纜生產基地,部分光通信領域已領先全球。趙梓森院士所在的武漢東湖高新區也已成為與美國矽谷齊名的“中國光谷”。
“技術永遠是不斷發展,我們不抓緊推進,就會落後於人。”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,已佔世界光纖市場的半壁江山。接下來,我們要使用新材料,做更高水準的光纖,繼續在世界領跑。”
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多歲後,由於手指靈敏度下降,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。“他拉琴的節拍不一定很準,但絕對投入,鍥而不捨,獨具韻味,並且每天都拉,從不間斷,如同做人……”范幼英說,趙梓森在光纖技術研究最緊張的日子裏,仍堅持天天拉琴。其中,有一個關鍵技術設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,無論是風雨如晦還是陽光燦爛,無論是科研走進死衚同覺得山窮水盡,還是突然間靈感迸發柳暗花明,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。
