——訪“中國光纖之父”中國工程院院士趙梓森

人物簡介：

    趙梓森，1932年生，廣東中山人，1995年當(dāng)選為中國工程院院士。武漢郵電科學(xué)研究院原副院長，國際電氣電子工程師協(xié)會(huì)會(huì)士，兼任華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，中國通信學(xué)會(huì)常務(wù)理事，“武漢•中國光谷”首席科學(xué)家，是我國光纖通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣、以及一系列填補(bǔ)空白的開拓者，被譽(yù)為“中國光纖之父”。

    《中國科技投資》：今天光纖通信已經(jīng)家喻戶曉，但是大家不一定知道這項(xiàng)技術(shù)的來龍去脈。首先，請(qǐng)您談?wù)劰饫w通信是怎樣發(fā)展起來的？

   趙梓森院士：1966年出生在中國上海的英籍華人高錕，發(fā)表論文《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，提出用石英玻璃纖維（光纖）傳送光信號(hào)來進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)長距離、大容量通信。

    1970年，據(jù)稱美國康寧公司花費(fèi)3000萬美元，把損失為20dB/km的光纖研制出來了，得到30米光纖樣品，這是最先發(fā)明并制造出世界第一根光纖，也使光纖通信得以廣泛應(yīng)用。這一突破，引起整個(gè)通信界的震動(dòng)，世界發(fā)達(dá)國家開始投入巨大力量研究光纖通信。

    1976年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室在亞特蘭大到華盛頓間建立了世界第一條實(shí)用化的光纖通信線路，速率為45Mb/s，采用的是多模光纖，光源用的是發(fā)光管LED，波長是0.85微米的紅外光。在上世紀(jì)70年代末，大容量的單模光纖研制成功。1981年用于光纖通信的半導(dǎo)體激光器研制成功。光纖通信系統(tǒng)開始顯示出長距離、大容量的優(yōu)越性。按理論計(jì)算：就光纖通信常用波長1.3微米和1.55微米波長窗口的容量至少有20000GHz。

    這樣，科技工作者自然會(huì)想到采用多波長的波分復(fù)用技術(shù)WDM（WavelengthDivisionMultiplex）。 

    1996年WDM技術(shù)取得突破、貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了WDM技術(shù)、美國MCI公司在1997年開通了商用的WDM線路。光纖通信系統(tǒng)的速率從單波長的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地發(fā)展到多波長的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)傳輸。當(dāng)今實(shí)驗(yàn)室光系統(tǒng)速率已達(dá)102Tb/s，幾乎是用之不盡的，所以它的發(fā)展前景極其輝煌。

    《中國科技投資》：現(xiàn)在我們的生活已經(jīng)離不開通信，但人們還不夠了解我國光纖通信的現(xiàn)狀。因此，請(qǐng)您再談?wù)劰饫w通信在我國的發(fā)展?fàn)顩r是怎樣的？

    趙梓森院士：光纖的發(fā)明，引起了通信技術(shù)的一場革命，是構(gòu)成21世紀(jì)信息社會(huì)的一大要素，甚至被稱為“二戰(zhàn)以后的四大發(fā)明”之一。

    早在1973年，世界光纖通信尚未實(shí)際應(yīng)用。武漢郵電科學(xué)研究院（當(dāng)時(shí)是武漢郵電學(xué)院）就開始研究光纖通信。由于采用了石英光纖、半導(dǎo)體激光器和編碼制式通信機(jī)正確的技術(shù)路線，使我國在發(fā)展光纖通信技術(shù)上少走了不少彎路，從而使我國光纖通信技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家有較小的差距。

    我國研究開發(fā)光纖通信，當(dāng)時(shí)正處于十年動(dòng)亂時(shí)期，國內(nèi)還是一個(gè)封閉狀態(tài)。國外技術(shù)基本無法借鑒，純屬自己摸索，一切都要靠自己，包括光纖、光電子器件和光纖通信系統(tǒng)。就研制光纖來說，原料提純、熔煉車床、拉絲機(jī)，還包括光纖的測(cè)試儀表和接續(xù)工具全都要自己開發(fā)，困難極大。武漢郵電科學(xué)研究院考慮到保證光纖通信最終能為經(jīng)濟(jì)建設(shè)所用，開展了全面研究，除研制光纖外，還開展光電子器件和光纖通信系統(tǒng)的研制。經(jīng)過幾十年的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，使我國至今具有了完整的光纖通信產(chǎn)業(yè)。

    1976年，我國的第一根符合國際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用化光纖在武漢郵電學(xué)院（武漢郵電科學(xué)研究院前身）誕生，首創(chuàng)我國實(shí)用化光纖的制作方法和制造設(shè)備。

    1978年，我國全面恢復(fù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)后，光纖通信的研發(fā)工作大大加快。上海、北京、武漢和桂林都研制出光纖通信試驗(yàn)系統(tǒng)。

    1981年，武漢郵電科學(xué)研究院在國內(nèi)率先開發(fā)出光纖通信用長波長光器件。

    1982年，我國第一個(gè)光纖通信系統(tǒng)工程在武漢開通。該工程被稱為實(shí)用化工程，要求一切是商用產(chǎn)品而不是試驗(yàn)品，要符合國際CCITT標(biāo)準(zhǔn)，要由設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、工人施工，而不是科技人員施工。從此中國的光纖通信進(jìn)入實(shí)用階段，中國也走進(jìn)數(shù)字通信時(shí)代。 

    接著，武漢郵電科學(xué)研究院在國內(nèi)首次開發(fā)出速率為34Mb/s和144Mb/s的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，可傳送1980路電話，超過同軸電纜載波。于是，光纖通信作為主流被大量采用，在傳輸干線上全面取代電纜。

    進(jìn)入九十年代，武漢郵電科學(xué)研究院先后研發(fā)了我國第一套565Mb/s PDH設(shè)備、第一套2.5Gb/s SDH設(shè)備、第一套10Gb/s SDH系統(tǒng)和32×2.5Gb/s DWDM系統(tǒng)，這是國內(nèi)首次開發(fā)出應(yīng)用于超大容量超長距離光傳輸?shù)腅DFA產(chǎn)品。目前，我國已建成“八縱八橫”干線網(wǎng)，連通全國各省區(qū)市。光纖通信已成為我國通信的主要手段。從1999年我國生產(chǎn)的8×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)首次在青島至大連開通，隨之沈陽至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統(tǒng)開通，到2005年3.2Tbps超大容量的光纖通信系統(tǒng)在上海至杭州開通，是當(dāng)時(shí)世界容量最大的實(shí)用線路。

    現(xiàn)在，我國已建立了一定規(guī)模的光纖通信產(chǎn)業(yè)。我國生產(chǎn)的光纖光纜、半導(dǎo)體光電子器件和光纖通信系統(tǒng)能供國內(nèi)建設(shè)，并有少量出口。尤其是“武漢·中國光谷”已經(jīng)成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的新一代信息化產(chǎn)業(yè)基地。以武漢郵電科學(xué)院為基礎(chǔ)建立的烽火集團(tuán)也成為我國光纖通信產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)，領(lǐng)引通信行業(yè)不斷科技創(chuàng)新、向前發(fā)展。

《中國科技投資》：目前，我國光纖通信技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展，也形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。哪么，今后我國光纖通信將如何發(fā)展，請(qǐng)談?wù)勀�的看法�?

趙梓森院士：有人認(rèn)為：我國光纖通信主要干線已經(jīng)建成，光纖通信容量達(dá)到Tbps，幾乎用不完；又加上IT泡沫經(jīng)濟(jì)的影響，使光纖的價(jià)格低到每公里100元，幾乎無利可圖。因此不要發(fā)展光纖通信技術(shù)了。實(shí)際上，我國有許多地區(qū)還是空白，還亟待需要建設(shè)。3G移動(dòng)通信網(wǎng)的建設(shè)也需要光纖網(wǎng)來支持；隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)需要擴(kuò)容等，光纖通信仍有巨大的市場�，F(xiàn)在每年光纖通信設(shè)備和光纜的銷售量是上升的。今后我國光纖通信的發(fā)展我認(rèn)為：

第一，光纖到家庭（FTTH）是光纖通信進(jìn)一步發(fā)展的方向。這是被公認(rèn)為理想的寬帶接入網(wǎng)。所謂寬帶業(yè)務(wù)，大多是500kbps的影視節(jié)目。運(yùn)營商為了充分利用銅線資源，采用ADSL技術(shù)就可提供，這使光纖到家庭（FTTH）成為接入網(wǎng)主流的時(shí)間有所推遲。不久的將來，在高清晰度電視（HDTV）普及的情況下，ADSL不能滿足要求，即使先進(jìn)的ADSL2+容許的帶寬是8Mb/s也不能傳送帶寬為19Mb/s HDTV。采用光纖到家庭（FTTH）比較合理，并且在雙向業(yè)務(wù)廣泛應(yīng)用的情況下，上下行不對(duì)稱的ADSL難以對(duì)應(yīng)。

近來出現(xiàn)了所謂的網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV），電信運(yùn)營商提出IPTV的初衷是考慮到有計(jì)算機(jī)的人少而有電視機(jī)的人多。提出的網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）是采用專用的機(jī)頂盒連接電視機(jī)可直接瀏覽電信網(wǎng)的內(nèi)容，而不要計(jì)算機(jī)。網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）具有常規(guī)電視并兼有點(diǎn)播和時(shí)移電視的功能，可能會(huì)取代常規(guī)電視。

由于網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）的發(fā)展，會(huì)影響光纖接入網(wǎng)構(gòu)建。同時(shí)也產(chǎn)生電信運(yùn)營商和廣播運(yùn)營商的利益沖突。盡管有限制發(fā)牌照政策以保護(hù)廣播運(yùn)營商，但大勢(shì)所趨，不可阻擋。實(shí)際上，許多廣播運(yùn)營商也開始改造其廣播網(wǎng)為數(shù)字雙向，也具備了發(fā)展網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）的功能。廣播運(yùn)營商和電信運(yùn)營商的界限開始有些模糊。隨著網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）在國外高速發(fā)展，在國內(nèi)也開始快速發(fā)展起來。

商家考慮到網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）的發(fā)展，會(huì)使現(xiàn)有的城域網(wǎng)和接入網(wǎng)不勝負(fù)擔(dān)，所以提出所謂的P2P（peer-對(duì)等）方法。P2P最初的概念是：所有用戶都是信息接收者，又是信息發(fā)送者。即某用戶把收到的節(jié)目用流媒體方法向其他用戶轉(zhuǎn)發(fā)出去（通常是讓用戶下載一個(gè)軟件使其具備P2P功能）。這樣便可減免都由中心向用戶播發(fā)，以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。

事實(shí)上，沒有中心是不行的，網(wǎng)上至少要有1個(gè)中心服務(wù)器來管理。經(jīng)過少量試行，近來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）流量太大，而用戶的接入網(wǎng)根本無法滿足P2P的傳輸，特別是ADSL原來就沒有考慮到大量的上行，用戶接入網(wǎng)負(fù)荷過重而崩潰。有人認(rèn)為P2P是惡魔。

由于寬帶業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的城域網(wǎng)、接入網(wǎng)的容量不足。對(duì)于運(yùn)營商而言，最根本和實(shí)際有效的辦法是對(duì)城域網(wǎng)和接入網(wǎng)擴(kuò)容。事實(shí)上，采用WDM技術(shù)擴(kuò)容，投資不很大，而可適應(yīng)今后寬帶業(yè)務(wù)的繼續(xù)發(fā)展。

第二，加快無線接入技術(shù)和光交換技術(shù)的發(fā)展。人需要移動(dòng)，采用無線接入比較方便。無線接入可滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，但帶寬有限，寬帶的視頻特別是高清晰度電視（HDTV）仍需要采用光纖通信。

光纖通信需要發(fā)展光交換—采用電纜通信的網(wǎng)是金屬網(wǎng)，傳輸?shù)氖请娦盘?hào)，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用電子交換機(jī)進(jìn)行交換�，F(xiàn)在，光纖通信的網(wǎng)是光纖網(wǎng)，傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)目前還沒有全光交換機(jī)，在網(wǎng)絡(luò)上只好采用“光-電-光”方式進(jìn)行交換，即先把來自光纖網(wǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，用電子交換機(jī)進(jìn)行交換，之后，又把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，再進(jìn)入光纖網(wǎng)。這種方法是不經(jīng)濟(jì)的，需要開發(fā)可把光信號(hào)直接交換的光交換機(jī)。目前已經(jīng)有小規(guī)模的光交換，它是作光線路保護(hù)的。通常這種光交換的通路是固定而不是可改變的，對(duì)于線路的調(diào)度不利。現(xiàn)在有種ROADM（reconfigrate add and drop division multiplex）可重組的上下路的光分插復(fù)用器，具有小規(guī)模光交換功能。

光纖通信的優(yōu)勢(shì)是容量大和傳輸距離遠(yuǎn)。無線通信的優(yōu)勢(shì)是可移動(dòng)，但帶寬小。可以想象，近距離小容量的數(shù)據(jù)接入趨向采用無線接入，而大容量的視頻影視采用光纖傳輸。衛(wèi)星傳輸距離也很長，唯容量和壽命有限。無線和光纖通信是互補(bǔ)的，它們是永存的兩個(gè)物理網(wǎng)。

第三，大力發(fā)展光電子器件和集成光器件技術(shù)�，F(xiàn)正在開發(fā)具有自動(dòng)交換的光網(wǎng)絡(luò)稱為ASON。ASON的關(guān)鍵技術(shù)是可重組光分插復(fù)用器ROADM，使線路可方便地調(diào)度。ASON不但可作光線路的保護(hù)，還可滿足線路調(diào)度和今后發(fā)展出租電路的需要。目前，已經(jīng)有非全光的ASON產(chǎn)品。

現(xiàn)在的通信網(wǎng)正在從SDH網(wǎng)向IP網(wǎng)過渡，交換機(jī)也要IP化。發(fā)展光網(wǎng)絡(luò)還要考慮IP化，還要進(jìn)一步發(fā)展光路由器，其中需要解決光地址的取存和光緩存技術(shù)。光電子器件和集成光器件需要大力發(fā)展，因?yàn)楣饫w通信技術(shù)的發(fā)展，依賴光器件的進(jìn)步。

由于網(wǎng)絡(luò)的速率不斷提高，目前單波長電子速率為40Gbps的光通信系統(tǒng)已經(jīng)商用，速率為160Gbps的電子系統(tǒng)在試驗(yàn)室開發(fā)。因此，光電子器件要與之相適應(yīng)，包括高速調(diào)制激光器等需要開發(fā)。實(shí)現(xiàn)ROADM需要發(fā)展波長可調(diào)的光濾波器、波長可調(diào)激光器和光開關(guān)等，其中有許多可創(chuàng)新的空間。

把許多分立的光電子器件集成在一起成為集成的光電子器件，其優(yōu)點(diǎn)是功能豐富、體積小、速度高、可靠。

目前已經(jīng)有小規(guī)模集成的光電子器件，需要開發(fā)更大規(guī)模的光電子集成器件�；旌霞�成可降低難度，提高成品率�；旌霞�成的關(guān)鍵技術(shù)是平面光波導(dǎo)線路PLC，它是一塊具有光波導(dǎo)的線路板，可把分立的光器件安裝在上面。

商用的光電子集成器件有8波長激光器模塊、100波長以上的AWG光濾波器、AWG+光衰減器和32×32光開關(guān)等。光集成器件的工藝有單片集成和混合集成兩種。目前集成光電子器件處于初級(jí)階段，我國應(yīng)迎頭趕上，否則就會(huì)吃大虧。

《中國科技投資》：由此可見，光纖通信技術(shù)的研發(fā)任重道遠(yuǎn)。就此，對(duì)光纖通信技術(shù)國家工程研究中心產(chǎn)學(xué)研的現(xiàn)狀及發(fā)展，您有哪些思考和建議？

趙梓森院士：在光纖通信技術(shù)國家工程研究中心方面存在一個(gè)重大的問題，是我一直在考慮和關(guān)注的，就是在集成光學(xué)方面的研究和發(fā)展有些困難。所謂集成光學(xué)是什么呢？就是把很多光的元器件集成在一起，變成一個(gè)小的光的系統(tǒng)，這個(gè)集成我們目前做的比較小、比較差。光集成中一個(gè)是無源集成，另一個(gè)是有源集成，或者是混合集成。無源集成里我們做的規(guī)模不夠大，搞研究沒有問題，做成后產(chǎn)量提不起來，因?yàn)橐?guī)模很小，成品率也比較小。現(xiàn)階段我們只能在小范圍內(nèi)做研究。投入大規(guī)模無源裝備需要資金和技術(shù)上的支持。在這里我建議加大資金投入力度，積極推進(jìn)自主研發(fā)，逐步減少我國對(duì)國外技術(shù)的依賴。

有源集成，我們根本還沒有。有源集成就是把幾個(gè)激光器或其它光器件集成在一起，或者把幾個(gè)激光器集成在一起，甚至把某些電子線路也集成在一起。這就需要用磷銦做原材料，而不是用硅做原材料，磷銦材料我們根本就沒有。

因此，我們有源集成研究就沒法跟上國際先進(jìn)水平。一個(gè)單的激光器，單一的激光機(jī)，跟外國沒法競爭。目前外國已經(jīng)開始有了有源集成，大概三年之后就大量的商用，我們就會(huì)在這方面被人家壓制了。因此我就建議要發(fā)展磷銦的生產(chǎn)工藝裝備，這大概要投資幾個(gè)億。

我們的光纖通信系統(tǒng)研發(fā)對(duì)很多科技人員影響很大，他們不怕困難，100G也敢做，我們有個(gè)年輕工程技術(shù)人員做的不錯(cuò)，他做了22T，一個(gè)T是1000G，相當(dāng)于22000G，目前這個(gè)系統(tǒng)要產(chǎn)業(yè)化，也必須巨大的資金和人力的投入。

研發(fā)產(chǎn)品和培養(yǎng)人才需要投入，這就是我對(duì)光纖通信技術(shù)國家工程研究中心在產(chǎn)學(xué)研方面提出的建議。

《中國科技投資》：國家把光纖通信作為新一代信息技術(shù)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，予以重點(diǎn)扶持和支持。為此，對(duì)我國光纖通信產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力建設(shè)、國際競爭能力以及政府政策支持等方面，您又有哪些建議？

趙梓森院士：從光纖產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來看，我國真正產(chǎn)量是四千萬公里；而我國每年市場需求是七、八千萬公里，實(shí)際上我國還需要進(jìn)口外國公司的。我就覺得這是一問題，因?yàn)槲覈�光纖產(chǎn)能標(biāo)準(zhǔn)是八千萬公里，也就是說是能夠滿足國內(nèi)市場需求的，為什么還要進(jìn)口國外的呢？我經(jīng)過調(diào)查之后，發(fā)現(xiàn)是管理上的問題，由于企業(yè)管理不到位，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差，成本高，產(chǎn)量低，市場價(jià)格也高，也就沒有競爭力了，不如買國外的同類產(chǎn)品，質(zhì)量好，價(jià)格也低。雖然我們的生產(chǎn)能力是有了，也是從外國進(jìn)口的裝備，為什么不能滿足市場的需求呢？這是我們光纖產(chǎn)業(yè)中一個(gè)很大的問題，希望能夠引起有關(guān)部門的關(guān)注和重視，要特別強(qiáng)化企業(yè)管理的創(chuàng)新能力建設(shè)，細(xì)化各項(xiàng)生產(chǎn)工藝技術(shù)，提高人員素質(zhì)，把光纖的產(chǎn)能搞上去。

光纖通信器件方面倒還好，器件方面我們有我們的優(yōu)勢(shì)，到不能說全部優(yōu)勢(shì)。日本、美國都要買中國的器件，中低檔買中國的。高檔我們做不了，我們買他們的。我們現(xiàn)在也只能上了，外國買我們中低檔，我們靠的是人工成本贏他們。這種競爭是不可持續(xù)的，我們要有清醒的認(rèn)識(shí)。

光纖通信系統(tǒng)方面我們現(xiàn)在做到四十千兆。40G已經(jīng)沒有問題，我們從杭州到武漢的40G線路就是我們做的。現(xiàn)在外國最高水平是100G，我們中國100G現(xiàn)在才做出來，還沒安裝上線路，美國剛剛開始安裝成線路可以打電話，所以我們的追趕還比較靠近。

說到建議，光纖通信系統(tǒng)方面的生產(chǎn)裝備我們很落后�，F(xiàn)在裝備制造實(shí)際上也沒有自己的，尤其是光纖方面的裝備制造，國家在這方面要給予大的支持。

（來源： 中國科技投資）