赵梓森：兴趣成就的“中国光纤之父”
赵子森
1932年出生于上海。他于1954年毕业于上海交通大学电信系。邮电部武汉邮政科学研究所高级工程师、总工程师，中国武汉光谷首席科学家。1995年，他被选为中国工程院院士。1977年，中国第一根实用光纤在极其简单的条件下研制成功。以应时光纤为传输介质，半导体激光器为光源，脉冲编码调制为通信系统，建立了中国光纤通信技术体系。领导科研和技术团队建立遍布全国的光纤通信线路，领导学习和引进国外先进制造技术，发展中国光纤通信产业，倡导和支持建立世界最大的光电产品研发生产基地——武汉中国光谷。他多次获得国家、省部级科技进步奖，并多次当选为全国人民代表大会及其主席团成员。由于其在光纤通信领域的开创性成就，被誉为“中国光纤之父”。
■何金波
现在，当我们可以随时随地上网，舒舒服服地享受宽带接入带来的信息便利时，我们不得不提到“中国光纤之父”赵子森院士。他从小就对科学、工程和生产感兴趣。1973年初，他接触了光纤通信专业，并投身于这一职业。他克服了难以想象的困难，推动中国将光纤通信纳入国家通信发展战略，开发了中国第一条实用光纤，创建了中国光纤通信技术项目，建立了连接全国的光纤通信线路，推进了光纤到户工程。赵子森一生对实用科学技术的不懈追求，实现了他科学报国的理想。
学习:不要停下来，直到你有兴趣为止
赵子森1932年出生于上海卢湾区的一个小服装作坊家庭。他从小就兴趣广泛，尤其是科学和生产。他制造了氢气球、水晶接收器、滑翔机模型、小提琴等。在小学和初中阶段。1937年8月，“淞沪之战”爆发。日军占领了他们新建的房子，迫使全家人四处流浪，体验生活的艰辛。结果，他们从小就树立了通过科学救国的理想。1949年他高中毕业时，为了追求实用和有趣的科目，他从浙江大学农学系和复旦大学生物系退学。他参加了两次高考，最终在1950年进入上海交通大学电气工程系电信专业，为他将来接触和发展光纤打下了基础。
1954年大学毕业后，他被分配到武汉邮电大学当教师。在教授基础课程时，他没有忘记努力学习实用的沟通知识。尽管他因为专攻学术问题而多次遭受政治迫害和冲击，但他始终相信“既然上天赐予了人才，就让它被利用吧！”并且总是沉迷于许多让他感兴趣的小作品和技术发明。“*”期间，他白天参加政治学习，晚上在家里秘密制作电视机和高端收音机，为后来的光纤研究奠定了坚实的理论基础。凡是下定决心的人都会有所收获。他的不懈努力不断得到回报。1959年，他带领一个团队开发了一台能够求解三阶微分方程的模拟计算机。该计算机在“武汉大学五年成果展”上成功演示，并获得“武汉大学科技成果特别奖”。1964年，他的独立微积分提出的“0无穷网络解法”和“梅森公式”因其简单实用而受到学术界的高度赞扬。1973年，他利用太阳光作为平行光源，领导了国家大气激光通信项目，该项目已研究多年，长期以来几乎没有突破。这些理论研究和实践成果不仅是他多年潜心研究兴趣不断积累的结果，也是他的科研才华和能力的体现。从那以后，领导和同事们一致认为他是一个“技术专家”，并认为他“在科学研究方面很有技巧”。这为说服领导者和促进未来光纤的发展积累了人力资本。
光纤:断言青山不放松
在1973年解决了大气激光通信的难题后，当许多同事为此欢欣鼓舞时，赵子森非常平静地看到这项技术将受到天气和障碍的限制，不会有很好的发展前景，于是他开始思考新的通信方法。听说玻璃纤维(光纤)可以通信后，他迫不及待地去湖北省图书馆找了一份1966年由华裔英国科学家高锟首次发表的关于光纤通信的论文《光频介质波导》，初步证实了光纤通信技术的可行性和巨大的发展潜力。他从各种渠道了解到，美国和英国等发达国家已经在发展光纤通信技术方面取得了初步成功。他更加相信自己的判断，觉得自己找到了光纤通信的“青山”。就他的性格而言，当他坚持要青山的时候，很难放松。但当时的中国，由于长期的政治运动和信息的缺乏，不仅领导层，而且科学研究人员都不相信玻璃纤维能够沟通。我该怎么办？赵子森意识到机会不是等待，而是通过努力赢得的。他抓住一切可能的机会，不遗余力地呼吁和说服各级领导支持和发展中国的光纤通信研究，最终抓住了三大机遇。
第一次是在1973年5月。作为技术代表，他在参加全国邮电科研规划会议时，听到刚从美国回来的著名科学家钱伟长说美国秘密研制了实用的光纤，非常着急。他觉得时间快用完了。他说服会议*将“积极为光纤发展创造条件”纳入未来科研规划，促使光纤发展首次成为一个普遍的研究课题。第二次是在1974年10月，当时他创新性地提出了光纤通信的研究技术方案(应时光纤作为传输介质，半导体激光器作为光源，脉冲编码调制作为通信系统)。在国务院科技厅组织的“背靠背辩论”中，“失败”已经有了初步的研究基础，研究实力明显强于自己的竞争单位，使光纤研究项目首次列入国家学科水平，为我国光纤研究确立了正确的方向。第三次是1977年5月，在“邮电部大庆工业研究展”上，他展示了用自己研制的光纤传输黑白电视信号，得到了当时的邮电部部长钟夫翔的称赞和赞赏。因此，光纤通信被破例列为国家重点研究项目，这使得他所在的单位放弃了原来确定的重点研究目标，转而全力解决全医院的光纤通信问题，任命他为技术负责人，领导全医院的光纤通信技术研究。从此，中国的光纤通信研究进入了“快车道”。
技术:逐步解决关键问题的突破口
对于光纤通信的发展来说，赢得政策和单位的支持只是长征的第一步。根据赵子森提出的方案，在当时我国落后的生产设备和工艺条件下，光纤通信的三个基本要素(光纤、激光和通信机)是空白的。他们都需要自己解决、突破和解决关键问题。
第一步是开发实用的光纤(理论上，应时纯度高于109，光损耗低于20dB/km)。当时的情况是，虽然光纤的发展通过“背靠背的辩论”被纳入国家课题，但武汉邮电学院并没有真正重视，也没有为此成立专门的团队或实验室。他设法说服领导们将办公楼一楼厕所附近的一个废弃厕所改造成一个简陋的实验室。他和10个志同道合的同事使用了最简单的实验设备(电炉、试管、酒精灯等)。)，最简单的工艺(烧烤)和最基本的原料(四氯化硅、氧气)。经过一年多的时间和数千次试验，应时玻璃被冶炼成高纯度(杂质10-9)。在这个实验的基础上，他们采用了改良的化学气相沉积(MCVD)法，自己绘制了300多幅图纸，并利用医院的一台旧车床和废弃的机械零件制作了一台纤维拉丝机。最后，在1977年3月，他们成功地画出了第一个实用的短波长(0.85？紫米)和步应时光纤(长17米，损耗300分贝/千米)。经过近三年的试生产和探索，1980年4月，拉制的长波长光纤的最小损耗值为1.55？在紫米波段达到0.29分贝/公里，最终满足实际应用的要求。
第二步是开发半导体激光器。根据当时中国的工业和技术水平，如果仅仅依靠自力更生，将需要很长时间才能搞清楚，这将大大推迟光纤通信在中国的推广和使用。他利用被派往美国访问的机会，不失时机地与美国半导体激光器的发明者谢·博士谈判，以达成一项技术合作协议。为了突破美国设置的“技术壁垒”，有必要分别在美国和中国设立工厂，利用谢享有的美国专利技术生产长波长半导体激光器。1979年9月，应邀访华的谢与武汉邮政科学研究院签订正式合作协议，在中国成立长江激光电子有限公司，中方技术代表和负责人为赵子森。然而，赵子森清楚地意识到，引进技术是为了更好地借鉴，而不是依赖。经过对员工的认真考察，他大胆地聘请了公司有前途的年轻人李(女)为组长，领导自主研发激光器。经过两年多的努力，以中国为首的长江激光电子有限公司终于在1981年9月研制出了中国第一台拥有自主知识产权的长波长半导体激光器，摆脱了依赖美国技术的历史。
第三步是通信机问题。根据赵子森在“背靠背辩论”中提出的技术方案，光导信号必须是数字信号，需要数字通信机(PCM机)。然而，即使在当时的发达国家，也没有开发出满足PCM机器要求的半导体集成模块，这成为解决通信机器问题的“路障”，并阻碍了一些同类科研机构的发展。赵子森没有退缩或等待。基于他对通信理论的扎实知识，他认为半导体集成模块的开发只是时间问题。在它被开发出来之前，它可以暂时被“脉冲相位调制”所取代。随后的发展再次证明了他的“精确视力”。首先，武汉邮电学院采用这种替代方案开发了一种可用于光纤通信实践的通信机，并在实验中取得了成功。其次，国际社会随后开发了满足通信技术要求的半导体集成模块。利用这些集成模块，赵子森指导研究团队快速开发了PCM第二代和第三代计算机，并成功应用于中国第一条实用光纤线路——“82工程”。因此，武汉邮电学院在发展光纤通信方面赢得了邮电部领导的信任和支持，在中国光纤通信发展中取得了领先地位。
勃起:从短到长，从北到南
在完成材料和设备的研发并通过测试验证后，下一步是架设实用的光纤线路。1981年9月，邮电部和国家科委决定在武汉建立一个实用的光缆通信系统，目的是完成商业测试，最后完成设计，并通过实际使用进行推广。由于该项目仅于1982年竣工，因此简称为“82工程”。根据设计方案，该项目是一个市内的局间接力项目。其主要技术指标是:传输速率8.448兆/秒，传输容量120条本地电话线路，中继距离6公里，线路长度13.3公里，跨越长江和汉江，跨越武汉三个镇，连接武汉四个本地电话分支机构。与开发过程中的测试电路相比，本项目有两个突出的难点:一是电路的长度，需要大量生产光纤。光纤的批量生产包括四个基本环节:熔化、拉伸、测试和塑料涂覆。每个环节还包括其他子过程。特别是在拉丝过程中，为了兼顾光纤的质量和产量，还有许多技术问题需要解决。赵子森仍然清楚地记得这些困难:“拉丝机是这样的:在炉子上加一根玻璃棒，温度升高，它就变软了。拉它的时候，它会滚下来。但是，在轧制之前，如果玻璃在热的时候遇到空气冷却，就会开裂，如果有开裂，光纤就会失去强度……”82工程施工中的另一个难点是光纤在长距离传输中可能会面临损坏，即断点问题。无论光纤是悬在空中还是埋在地下，都不可避免地会发生意外断裂。其中一些断点是显而易见的。其他的很隐蔽，很难找到。为此，一方面，有必要开发光纤断点测试设备，另一方面，也有必要随时待命检查线路中断情况。几年后，当赵子森谈到光纤通信实用阶段的艰辛时，他印象最深的是不分冷天热天日夜随叫随到的维护。由于早期缺乏检查经验和设备，每次都要一起派出相关人员。赵子森和20多名同事挤在一辆面包车里，院子里有8个人。1982年12月31日，中国第一个实用的光纤通信系统“82工程”如期全面开通，正式进入武汉本地电话网，标志着中国进入光纤数字通信时代。
随着“82工程”的成功进入网络，赵子森于1983年5月晋升为武汉邮政学院总工程师。在他的领导下，他已经完成了几十个长短光纤通信架设项目。其中，1987年建成的全长244.86公里的“韩晶沙工程”(武汉-荆州-沙市)堪称国内同类行业的典范。全长3046公里的“北京-武汉-广州工程”(北京-武汉-广州)于1993年竣工，是目前中国在世界上最长的空中电缆通信线路，横跨北京、湖北、湖南和广东六个省市。为了解决原有140兆位/秒传输设备不适合中小城市电路条件的问题，他专门组织开发了140兆位/s1B1H码型机。由于北京和广州的温差很大，光纤的信号传输在压力下会延迟。赵子森指示学生毛茜解决关键问题，确保这种长距离光纤的传输延迟小于规定的14微秒。为了方便沿途省市单位维护项目，他们还首次在项目监控中使用中文终端显示。京汉广架空光缆工程的开通，不仅有效缓解了京汉广沿线通信线路的紧张，而且对全国光纤通信线路的疏通起到了很好的调节作用。在不到10年的时间里，赵子森和他的团队已经将大容量和高速光纤通信线路连接到世界各地，完成了中国信息高速公路的建设。
工业:支持建立大光谷
以人体血液循环系统为例，“京汉广工程”只是光纤通信线路的主干。为了到达每个城市和村庄并实现fttp，需要建立大量的分支动脉、小动脉和毛细血管网络。因此，仅仅依靠武汉邮政科学院和国内少数单位生产相关材料和设备显然是不够的。必须加强光纤和光电产品的产业化和规模化。1983年，鉴于我国工业基础薄弱，国家计委和邮电部决定寻求外国企业的合作。为了使光纤通信和光纤光缆迅速发展成为产业，武汉邮电学院被指定为负责单位。1984年，邮电部、湖北省和武汉市达成协议，在武汉建立武汉通信光纤厂，赵子森担任中方技术负责人。经过仔细的调查和艰苦的谈判，他于1985年在荷兰与飞利浦达成协议，成立一家中外合作公司——昌飞公司。昌飞公司成立于1988年，1992年建成投产。然而，由于工业基础薄弱，国内光纤在多年的生产中与世界先进水平仍有很大差距。这也导致在1988年至1998年的一系列光纤干线项目中采用从美国康宁公司进口的光纤，这些项目是用“八条垂直线和八条水平线”建造的。面对昌飞早期发展所面临的技术困难，他一直在一线指导和不断帮助公司提高技术水平。经过六年多的发展，到1998年，高级航空公司生产的光纤质量接近世界先进水平，批量生产超过100万公里。现在，公司的技术和市场份额已经大大超过了早期的技术合作公司飞利浦，成为中国第一家世界知名的大公司。昌飞公司的成立和发展抑制了外国产品对中国光纤产业的控制，使中国光纤产业由弱变强，最终成为世界光纤制造大国。
美国有硅谷，中国有光谷。“武汉中国光谷”是中国最大的光纤、光缆和光电器件生产基地，也是中国最大的光通信技术研发基地。它是中国参与光电信息领域国际竞争的标志性品牌。这个山谷的建立有一个不可忽视的源头——赵子森。1995年，赵子森因在中国光纤通信领域的开拓性工作和突出贡献被选为中国工程院院士。同年，他首次提出加快发展武汉光电产业，把武汉建设成为国家光电产业基地。2000年5月7日，湖北省科学技术协会主办了“武汉地区中国光谷建设学术专家研讨会”。座谈会上，赵子森等26位学者和专家签署了《关于加快科技创新和发展中国光电信息产业的建议》，并要求党*、国务院批准将武汉建设成为国家光电信息产业基地——“中国光谷”。研讨会的目的是凝聚全国力量，促进中国光电信息产业的重组和扩张，形成武汉光电产业的示范效应和名牌效应。2000年5月31日，“武汉·中国光谷”领导小组聘请赵子森院士和李德仁院士为首席科学家。2001年2月28日，科技部正式批准在武汉建立国家光电信息技术产业化基地，命名为武汉中国光谷。光谷建成后，预期目标很快就实现了。从2001年项目获批到2007年，中国武汉光谷用了不到六年的时间成为世界上最大的光电产品研发和生产基地。
在与赵院士的访谈中，他多次讲述了"四十四年"的故事。在上海交通大学的一次同学聚会上，一位一直站在自己学习成绩前列的同学说:“赵子森，我们在上海交通大学只学到了一点点沟通知识。你从未上过研究生院，也从未被分配到武汉邮电大学这样的小单位。你是怎么取得这么多成就，最后成为一名院士的？”赵院士回应道:“虽然本科才四岁，但40年来我每天晚上都在家学习。”是的，大学四年很短，但是40年的持续学习很长，而且不容易。是什么力量促使赵院士坚持学习和研究了40年？当被问到这个问题时，他毫不犹豫地回答:兴趣。当被要求向渴望成为科学家的青少年提供建议时，他总是坚定地说:兴趣是最重要的。事实上，在赵院士的一生中，正是他始终不渝的科研和生产兴趣，促使他开创、推动和建立了中国的光纤通信产业，从而实现了他科学报国的理想。
(作者是华中师范大学心理学院副教授)
(1)1940年，小学四年级的赵子森在家里做了一架模型飞机。
(2)1995年诺贝尔奖得主、世界光纤之父高锟(左)赠送给赵紫森纪念品。
(3)1977年，武汉邮政科学研究所的赵子森(左二)和他的同事讨论了应时玻璃的熔化问题。
(4)1980年，武汉邮电学院的赵子森(右三)解释了光缆的发展过程。
从高锟奖看光纤通信的发展
■中国工程院院士赵子森
2009年10月，得知中国科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖的好消息后，赵子森高兴地写信，对高锟获奖表示衷心祝贺，并回忆起他与高锟接触的珍贵时刻。尽管中国光纤之父赵子森院士为中国光纤通信技术的发展做出了开创性的贡献，但他仍多次谦虚而公开地表示，在他的主持下，中国第一条实用光纤的成功研制，在理论上曾受到高锟先生的启发。赵子森院士还在文章中阐述了光纤通信技术中最新的毛根实用光纤，这在理论上曾受到高锟先生的启发。赵子森院士还阐述了光纤通信技术的最新发展和光纤通信的美好前景。本文对于公众了解光纤通信和光纤技术在行业中的发展具有重要的启发意义。
1979年，我随邮电部代表团赴意大利参加国际光纤通信会议。我第一次见到高锟，他是这次会议的*。我们去拜访了他，试着用英语和他交谈，但是他说他会说中文，应该用中文交流。他告诉我:中文名字叫高锟，英文名字叫查尔斯。高，1933年出生于中国上海。12岁时，他和他的律师父亲离开了*。我们俩都很高兴认识。
我早就听说有人提议用玻璃纤维进行通信，要求光纤每公里损失20分贝的光能。当时，大多数人认为这是不可能的，包括我在内。因为当时世界上最好的玻璃是镜头玻璃，每公里损失700分贝，每公里损失10，000分贝。1972年底，我从文献中发现，美国康宁玻璃公司实际上开发了一种损耗小于20分贝/公里、长度为20米的光纤样品。据说它花费了3000万美元，被认为是值得的。我立即意识到光纤通信是可能的，并将导致通信技术的革命！然后，我找到了高锟于1966年在美国电气和电子工程师学会期刊上发表的原创文章“光频介质波导”。本文阐明了光纤波导的传输理论，指出光纤通信可以获得巨大的带宽，并提出了单模光波导的结构模型。然而，作为长距离通信，光纤的损耗要求小于20dB/km。因此，1973年，我在我的工作单位武汉邮电学院(武汉邮电学院的前身)提出了研究光纤通信的课题。
在“*”的孤立环境中，在没有任何外援的情况下，我们克服了许多困难，在武汉邮电学院研制了一种实用的光纤。大约在1980年，高锟是ITT国际电报电话公司的首席科学家，他率领一个代表团参观了我们的医院。当时，代表团团长高锟说:“我很惊讶中国的光纤技术有这样的水平。中国的光纤通信有了一个良好的开端。”从那以后，我在国外和中国香港，特别是在香港的许多国际会议上见过高锟博士。因为他曾担任香港中文大学校长一段时间。2003年，中国在武汉举办了国际光纤通信会议。高锟博士被邀请参加会议。在此期间，他迎来了自己的生日，武汉邮政学院为他举行了庆祝大会。他非常支持中国的光纤通信研究。他非常谦虚友好。
最近，一名记者问我，“为什么高锟现在获得了诺贝尔奖？”我的回答是基于以下原因:首先，在过去，诺贝尔奖侧重于基础理论。这一次，它非常重视工程应用，影响很大。其次，有了光纤，没有高速光源就不能使用光纤通信宽带。1976年，贝尔实验室建造了世界上第一条从华盛顿到亚特兰大的光纤通信线路。由于高速半导体激光器在世界上还没有得到成功的发展，只有低速的发光二极管可以作为光源，所以它的通信速度只有45兆位/秒。1982年1月，中国第一条光纤通信线路在武汉建成。发光二极管也被用作光源。通信速度为8Mbps，可容纳120部电话，有线通信可容纳1800部电话。所以当时虽然可以使用光纤通信，但很多人对光纤通信的评价很低。1981年，世界上第一台半导体激光器研制成功。1984年，美国使用激光的光纤通信速度达到144兆位/秒，可容纳1920条电话线，放大站之间的距离为几十公里，超过了电缆通信的速度。1988年，中国邮电部宣布，所有长途通信线路都将是光纤而不是电缆。1996年，许多新的光电器件被成功地开发出来，如各种波长的激光器和滤光器，大大提高了光纤通信的速度。目前，实验室光纤通信系统的速度达到32兆位/秒(1T = 1000G克)。2005年，连接中国上海和杭州的光纤通信线路，速度为3.2兆比特/秒，容量为5000万条电话线，是目前世界上最大的商业线路(863项目)。
光纤通信的带宽几乎取之不尽！
一般来说，大多数人认为最早光纤通信是不可能的。后来，虽然光纤通信已经实现，但由于光源和其他光电器件的不成熟，光纤通信的优势不能充分发挥。许多人对光纤通信评价不高，也不重视。目前，光纤通信技术已经完全成熟，光纤通信已经得到广泛应用。互联网和无线移动通信网络必须在光纤网络的基础上运行。人们的生活与光纤通信密切相关。可以说，光纤通信是信息时代的重要支柱。人们已经意识到光纤通信对人类如此重要！
热烈祝贺高锟获得诺贝尔奖！
(摘要:人民邮电，第5版，2009年10月15日，略有修订)
《中国科学新闻》(第八版，2017年5月22日)