光纖改變了中國

朱國順

當(dāng)越來越多的市民享受千兆進(jìn)戶的上網(wǎng)便捷、越來越多的頻道游戲進(jìn)入到有線電視、越來越多的電信聯(lián)絡(luò)方式跨山越洋會聚世界各地賓朋，讓這一切成為可能的，是一根細(xì)細(xì)線纜——光纖。

2022年12月發(fā)布的《中國寬帶發(fā)展白皮書》顯示，中國光纖用戶已達(dá)5.5億，數(shù)量居全球首位。在全球所有的光纖用戶中，中國占了一半。可以說無論從量還是質(zhì)來說，中國的通信便利性穩(wěn)居世界第一。對比幾十年前還落后于世界兩代的通信水平，光纖改變了中國。

相當(dāng)長時間里，遠(yuǎn)距離有線通信靠的是銅質(zhì)電纜，銅是那些時代里傳導(dǎo)性較好、性價比最高的介質(zhì)。但作為金屬制品，它的衰減度依然很高，遠(yuǎn)距離通信時需要在沿途設(shè)置若干個放大器，一級一級把衰減的信息不斷放大，才能達(dá)到傳輸要求。我們以前打長途電話時，距離越遠(yuǎn)音質(zhì)就不好，原因就在這里。如果一直以銅作為傳輸介質(zhì)，今天海量信息的互聯(lián)網(wǎng)時代是不可能出現(xiàn)的，因?yàn)閭鬏斔p大并且容量有限。

1966年，一位華裔科學(xué)家把自己的科研成果，寫成了論文《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo) 》公開發(fā)表，從理論上論證了用光纖作為傳輸媒體以實(shí)現(xiàn)光通信的愿景，并預(yù)言了制造通信用超低耗光纖的可能性，引起極大關(guān)注。

這是一個非常創(chuàng)新的思路，運(yùn)用的是光的全反射原理。中學(xué)物理課上做過這樣實(shí)驗(yàn)，直射的光線遇到某條以某個弧度流動的水流時，光會被水流帶動而沿著水流的方向前進(jìn)，看起來好像被水流俘獲了在水流中不斷彎曲前進(jìn)。這是因?yàn)樗鳛榻橘|(zhì)密度比空氣大，光不會全部反射回空氣中，當(dāng)入射角大于某一角度時折射光線消失，全部光線都反射回水中，這就是光的全反射原理。光纖的設(shè)想就是用一種像水一樣透明的介質(zhì)，利用這種全反射原理，以光為載體，進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息傳輸。

像水一樣透明的介質(zhì)，已知的顯然就是玻璃。于是人們就開始生產(chǎn)透明度很高、像蜘蛛絲一樣的玻璃絲──玻璃纖維，當(dāng)光線以合適的角度射入玻璃纖維時，光就沿著彎彎曲曲的玻璃纖維前進(jìn)。只要材質(zhì)足夠純凈，遠(yuǎn)距離傳輸損耗就會很低，這種傳輸光線的纖維被稱之為光導(dǎo)纖維，簡稱光纖。

中國最先注意到這種創(chuàng)新應(yīng)用的，是趙梓森，當(dāng)時是武漢郵電科學(xué)研究院光通信研究所副所長，后來他被稱為“中國光纖之父”，武漢郵科院則因此發(fā)展成今天大名鼎鼎的央企中國信科集團(tuán)。

趙梓森敏銳意識到了光纖的廣闊前景，意識到這是我國通信技術(shù)趕超世界的有利時機(jī)，決定開展光纖通信研究，并于1974年8月提出了石英光纖通信技術(shù)方案。光通信在當(dāng)時是個新鮮而前沿的課題，很多人都無法理解光纖，方案討論時聽到最多的一句話就是：“玻璃絲怎么能通信！”好在當(dāng)時郵電部領(lǐng)導(dǎo)支持這個破天荒的創(chuàng)新，盡力為他創(chuàng)造可能的條件。

為了減少光能損失，制造光纖的石英不能用普通的天然石英，要用人工合成的超純石英。提純工作異常艱難，經(jīng)過無數(shù)次曲折和百般磨煉，1976年，我國第一根實(shí)用型、短波長和階躍型石英光纖終于誕生了。趙梓森通過自行研制的光纖，用上海光機(jī)所提供的激光器做光源，用自己設(shè)計的通信系統(tǒng)，成功傳輸了電視信號。郵電部領(lǐng)導(dǎo)參觀后，當(dāng)即確定光纖通信成為郵電部重點(diǎn)項(xiàng)目。由于投入生產(chǎn)需要龐大規(guī)模，武漢郵科院下馬其他項(xiàng)目，全力以赴搞光纖通信，這為日后我國趕超世界先進(jìn)水平打下了基礎(chǔ)。

1983年，趙梓森被任命為武漢郵科院總工程師，兩年后升任副院長。1995 年，當(dāng)選為中國工程院院士。

2018年，武漢郵科院研發(fā)的光纖，一根可實(shí)現(xiàn)67.5億對人同時通話。相對于當(dāng)年的銅質(zhì)電纜，光纖搭載信息量高出數(shù)百萬倍，傳輸損耗只有一億分之一。正是得益于較早創(chuàng)出中國式光纖之路，中國成為與美日并列的世界三大光通信技術(shù)強(qiáng)國之一。

世界半壁江山的光纖規(guī)模，構(gòu)成了中國的通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和電視網(wǎng)，讓中國站在了世界通信最前列。