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一根“玻璃丝”在中国书写出的传奇——光纤及其产业在中国40年的发展故事

http://www.cyol.com 2016-12-30 13:26 中青报订阅 收藏本页

来源:新华网 钱彤、周甲禄、陈俊 李劲峰、廖君

  2016年,人类提出光纤通信理念整整半个世纪。

  2016年,从中国科研人员“土法上马”拉出第一根光纤算起,过去了40年。

  一根头发丝粗细的光纤从实验室产品到能容纳全球48亿人同时在线通话;一个从无到有的产业从全套引进到年产量达到绕地球几千圈,造就多家全球光纤业“领袖企业”,参与制定行业国际标准,光纤及其产业书写出一个精彩的中国传奇。

  故事,得从号称“九省通衢”的武汉讲起。

  中国光纤之父”传奇:几盘电炉外加烧瓶,厕所旁的实验室拉出中国第一根光纤

  1976年3月,武汉南望山,大地已经吐露出春天的气息。

  武汉邮电科学研究院一个清洗间改造成的实验室里,一根长度为17米的玻璃细丝——中国第一根石英光纤,从赵梓森手中缓缓流过。检测仪器检测:光纤短波长0.85毫米,按照光的衰耗单位计算,衰耗为每公里300分贝,达标。

  少有人意识到,这是一个传奇的开始,包括后来被称为“中国光纤之父”的中国工程院院士赵梓森。

  如今,对通信业再外行的人,也知道光纤了。光纤到底是啥物质,“就是石英,说白了就是和玻璃一样的物质”,今年84岁高龄、但依然精神矍铄的赵梓森说。

  赵梓森并不是一开始就盯上了光纤通信。上个世纪70年代初,赵梓森作为技术负责人承担的国家科研项目“激光大气传输通信”取得了成功。领导很高兴,但赵梓森并不高兴。“下雨下雪,大气传输通信就‘歇菜’,不能‘全天候’。”

  1972年底,赵梓森第一次听说美国在研究“光纤通信”——利用玻璃丝进行通信。他敏锐地意识到,光纤通信在未来大有希望,提出要发展“光纤通信”的科研项目。

  1973年5月,赵梓森参加了全国邮电科研规划会,在会上拜访了刚刚随中国科学家代表团访美归来的清华大学钱伟长教授,得知美国光纤通信研究已取得突破性进展,石英光纤衰减已降到每公里4分贝以下。

  当时的通信传输依靠铜线电缆,传播距离只能达到100米,更长距离就需要通过中继站来延续信号。而美国的光纤传输衰耗要比铜线低得多,传播距离达到数千米。

  赵梓森意识到时不我待,1974年8月写出《关于开展光导纤维研制工作的报告》,并先后向邮电部和国务院科技办公室作了详细汇报。

  现在习以为常的“玻璃丝”,在那个年代听起来似天方夜谭。玻璃丝怎么能通信?赵梓森回忆说,当时就有领导在几十人的大会上对他说:“赵梓森你不要胡搞,要花几千万,你负得了责吗?”

  立项一上来就遇到强烈的反对声,包括来自邮电部、武汉邮科院和北京邮科院这些有分量的部门。好在,还有懂科技的个别领导支持,光纤通信上马了。1974年,国务院科技办公室同意将光纤项目列为国家项目。

  项目立了,但也就是个“可有可无的小项目”。起步时,赵梓森拿到很少的钱,有了几个人的研发团队。院方拨给赵梓森一间不大的清洗间。还没来得及腾清的房间在楼梯拐角处,紧挨着厕所,靠墙是一排水槽,七八个水龙头,屋中间的台案上,散乱摆放着一些瓶瓶罐罐。

  赵梓森的——也是中国的“光纤之旅”就这样起步了。

  熔炼车床没有,拉丝机没有,怎么办?搞不到洋的,土法上马,按照国外科技文件仿着来。几盘电炉、几只烧瓶、一台废旧车床,这就是当时的光纤拉制核心设备。

  拉出光纤首先要熔炼出合格的石英玻璃棒,这是一项危险的实验,稍有不慎还会引起爆炸。在一次实验中,气体管道突然漏气,四氯化硅冲出来,与空气接触马上变成毒性很强的氯气和盐酸,直冲进赵梓森的眼睛和口腔里,他顿时晕倒在地。幸亏同事及时送医,否则后果不堪设想。“搞科研,也要敢冒生命危险。”回想起当时的情景,赵梓森淡然地说。

  一个科研项目,与一个国家的整体实力也有千丝万缕的联系。就拿做光纤预制棒的熔炼车床来说,核心部件因为要接触高酸物质,解决不了腐蚀问题,就没法保证精度。“当时中国没有不锈钢,我赵梓森总不能去炼钢,这是中国工业基础的问题。”谈起当时的困难,老院士十分感慨。

  1979年,赵梓森的团队终于拉制出中国第一根具有实用价值,每公里衰耗只有4分贝的光纤。

  1982年,他和同事们又研制、设计、安装并开通了8M/秒的光缆市话通信工程。我国第一条实用化的光纤通信线路,跨越武汉三镇联通。

  从百万字节每秒到现在动辄以千亿字节每秒计量的数据传输量,发轫于几盘电炉和几个烧瓶。

  1980年,全球“光纤之父”、华裔科学家高锟访问武汉邮科院,第一次看到中国的光纤通信技术。高锟当时就说了一句“surprise”(惊讶),在现场为他介绍的正是赵梓森。

  长飞“起飞传奇”:从欧式插座到世界纪录

  武汉光谷,长飞光纤光缆股份有限公司拉丝车间内,一根直径20厘米、长3米的世界最大预制棒——经过材料配比的透明石英圆棒,在超过2000℃的高温炙烤下,发出炫目光芒。经过拉丝塔,头发丝般粗细的光纤轻盈跃出,一根光棒可以拉出光纤7500公里。

  2015年,长飞从这样拉丝塔“飞”出的光纤光缆长度可绕地球3000多圈,光纤销量首次反超美国,与预制棒产量双双问鼎全球第一。2016年,长飞仍保持引领优势。曾经以美国为主导,日本、欧洲紧随的世界光纤光缆产业格局,自此必须添加上中国的名字。

  长飞公司厂房,建筑平面呈风叶形,至今留存着风车之国荷兰建筑的印记。厂子里不少办公室是拉毛墙面,墙上的插线板插孔还是欧式双圆柱制式。

  “现在充电还需要电源转换器。”谈及公司的发展,在长飞工作20多年的副总裁闫长鹍指着这个中国第一家光纤合资企业至今留存的外国印记,打开了话匣子。

  上个世纪80年代,改革开放之初,各种基础设施建设都刚刚起步,尤其是通信业发展问题更为突出。由于工业基础薄弱,国产光纤还处在研发阶段,难以实现规模化生产,远不能满足大规模干线建设的需要。即便是事关命脉的国防干线也还是以铜线为主,解决信号衰减只能靠部分里程后增设信号放大器。“这就是为啥通讯里程一远就基本靠喊”,当时还在部队通信部门工作的闫长鹍回忆道。

  改变通信业产业落后状况、发展光通信还只能靠引进。几圈谈判下来,美国康宁、日本电信公司,以及欧洲一些光纤厂家都说:买我们产品,没问题;和你们中国人一起搞产业,免谈。只有荷兰飞利浦愿意做部分技术转让。

  1988年5月,邮电部、武汉市、荷兰飞利浦三方合资成立了长飞公司。闫长鹍也在那时脱下军装转业,成了长飞“商务工程师”——也就是懂技术的销售人员。“各个省跑,从最基础的关于光纤知识普及做起。”

  一切,都是从头开始。

  “对我们个人来说,工资收入增加一倍,蛮不错的。”闫长鹍说。对企业而言,因为没有自己的技术,付出了巨大的代价。从1984年选项开始,到公司起步,整个谈判过程历时4年。

  “市场换技术”之路对我国众多产业来说是个老故事了,光纤制造行业也不例外。刚刚组建的长飞,仅有员工百人、年销售额不足亿元。光纤制造设备和技术全部来自于国外,公司只能按照外方设计的标准和规格生产光纤。

  “那时候,从核心设备到螺丝钉、配件都需要进口。”闫长鹍清楚地记得,当初采购配件时,对方明确告知,配件是在采购基础上加上25%的利润,“但是没办法,还得买他的,因为没有别的选择。”

  装备制造水平的落后,让“谈判”几乎没有回旋的余地,进口设备投入占整个投资比例的60%以上,和海外巨头相比,产品几乎没有成本和技术上的竞争力。2000年,当时实力并不强大的长飞公司痛下决心,开始自主研发设备。

  “每年销售额的5%全部用于研发,必须把它花掉。研发经费只有下限,没有上限!”长飞研发中心总经理王瑞春说。

  10年卧薪尝胆,长飞终于实现了光缆光纤整套设备的自主研发,自主生产。2010年更是攻克了技术含量最高的预制棒设备的自主设计研发。

  2016年,通过近3年的努力,长飞又啃下一块硬骨头,把预制棒拉丝工程中一个重要工序——紫外固化的技术难关攻克,大大降低了能耗。一年生产7000万公里光纤,新的紫外固化设备的使用寿命是进口设备的4倍,成本却仅为进口设备的一半。

  新生产设备的开发,信息化的集成,自动化生产线的改造,大大提高了生产效率,拉丝塔的拉丝速度也由原来的2000米/分钟,跃升为3000米/分钟,这是目前全世界光纤拉丝的最高速度。

  闫长鹍说,同样的一台设备,长飞可以多产出50%,“可降低10%的成本”。

  今天,已经高度自动化的生产车间,长飞正和辽宁新松机器人公司等合作,进一步优化升级自动化生产流程。“这是中国‘智’造在我们公司的试点项目。”长飞公司总裁庄丹说。

  在全国,长飞的兰州光缆生产基地辐射中亚,沈阳光缆生产基地辐射东北亚。走出国门,长飞还在缅甸、印度尼西亚、南非增设了生产设施,配合国家“一带一路”战略布局,和当年我们自身发展一样,从强化通信基础设施开始做起。

  “引进—消化—吸收—创新”螺旋式上升,长飞最终实现了从“追随者”到“领军者”的完美蜕变。

  现在,长飞已成为全球唯一掌握光纤生产三大工艺技术的领军企业,全球第一大光纤和预制棒供应商、全球第二大光缆供应商。技术升级,产能提升,让原本每公里上千元的光纤,到现在降到不到80元,推动光纤步入寻常百姓家。

  庄丹介绍,“十三五”期间,长飞还将在海外继续设立新的工厂或者项目,继续完善国际化布局。

  集群式产业传奇:从“信息铺路”到“信息造城”

  不久前,湖北省召开科技大会,武汉邮电科学研究院的一则消息让人振奋,该院实验室再次刷新光传输世界纪录,达到每秒400T。这意味着一根头发丝粗细的光纤,可容纳全球48亿人同时在线通话。

  据测算,一部普通高清电影数据大小约为2G,一部蓝光高清电影约10G,以武汉邮科院最新的光传输速度,1秒钟可传输4万部蓝光高清电影。

  3年来,武汉邮科院已经五次成功冲击世界纪录。

  武汉邮科院党委书记、烽火科技集团总裁鲁国庆告诉记者,这个超大容量光传输系统是邮科院牵头承担的国家973项目“超高速超大容量超长距离光传输基础研究”的核心技术。这一重大科技成果的突破,在于攻克了特殊多芯单模光纤技术。

  在光纤光缆产业里,那根圆圆的光纤预制棒属于核心技术领域。由于技术壁垒较高,长期以来,生产工艺一直掌握在发达国家少数企业手中,我国企业很少实现光纤预制棒的规模化生产。每年,我国光纤预制棒进口比例超过50%,大部分光纤、光缆生产厂家都处在“买棒拉丝”的阶段。

  2003年起,长飞成立了具有自主知识产权的新一代预制棒规模化生产技术开发项目组,先后开发出国际领先的大、小尺寸光纤预制棒,并实现量产。

  长飞成功研发光纤预制棒生产设施,摆脱对国外技术的依赖,使得生产成本大大降低。闫长鹍说,“过去进口一套设备需要300万欧元,而长飞自主研发的设备只需不到300万人民币,这样一来,制造成本降低,光纤价格进一步降低,产品更有竞争力。”

  目前,长飞生产的预制棒产品,直径达到20厘米,属于全球最大;单根预制棒拉丝后光纤长度超过7500公里,成为全球光纤生产效率的标杆。

  经过多年的发展,长飞实现了预制棒、光纤、光缆核心装备的自主开发、制造和对外销售,是全球唯一同时掌握三大主流预制棒制备工艺的企业,同时也是全球行业内产品最全、产业链最长的企业。

  2016年11月3日,“中国光谷”光电子博览会在武汉开幕,烽火通信、长飞光纤、华工科技、楚天激光等本土企业云集,光通信、光制造等前沿科技汇聚一堂。

  在展台里,一台神秘的“箱子”释放出耀眼光线,将1厘米厚的钢板瞬间截断,吸引了很多观众驻足观看。“我们的万瓦光纤激光器是继美国之后全球第二家掌握这项核心技术。”负责技术攻关的“千人计划”专家闫大鹏兴奋地说,别看它其貌不扬,细如发丝的光纤释放的激光能量,现在广泛用于工业造船、飞机和汽车制造、航空航天等领域。

  万瓦激光器不是展会上的唯一“法宝”,一件件展品背后是一串串靓丽的数字。武汉光谷已经成为全球最大的光纤光缆研制基地,光纤光缆国内市场占有率66%,国际市场占有率25%,销量世界第一;成为我国最大的光器件研发生产基地,光器件国内市场占有率60%,国际市场占有率12%;成为我国最大的激光产业基地,激光产业国内市场占有率连续11年超过50%。

  武汉东湖高新区科创局局长李世庭说,未来还要通过对光材料、光传感、光网络、光计算、光服务等领域进行产业链上下游匹配协作,实现国内领先的产业生态。

  如今,在光谷之外,我国光通信产业规模约350至400亿元,全国通信企业预计超过2000家。我国已经成为全球最主要的光纤光缆市场和全球最大的光纤光缆制造国,年产量占全球产量50%以上。

  当年的小学生如今已经成了“教授”,参与全球技术规则的制定。武汉邮科院不久前又传来好消息,烽火通信战略与市场部总工程师李铿当选国际电信联盟“物联网及其在智慧城市和社区等的应用”研究组副主席,这也是该职位首次由中国人担任。“以前我们都是跟随别人的规则,如今我们自己是规则的制定人。”武汉邮科院总工程师余少华说。

  但余少华也坦言:“这些年,我们的确是在大跨步,但与国际相比,我们还有很长的路要走。”

  2016年“中国光谷”光博会期间,在纪念光纤通信50周年高峰论坛现场,有专家担忧地指出,从国际市场来看,国际几大光纤巨头的80%市场占有率在国外,而国内光纤企业90%市场在国内。尽管中国企业的专利总数增长,但核心的发展专利不足,尤其是国际专利方面,这也是国际化方面的一个差距。专利差距在于研发力量较薄弱,研发团队人数层次与国际标杆相比还有差距。

  谈到产业问题,赵梓森说:“中国当前面临光纤生产能力过剩的挑战。但高档光器件还是不足,仍然需要进口。其次是光纤入户的费用太贵,进一步提速后的费用更加高昂,而我国广大农村的光纤普及率仍然较低。”

  与赵梓森的观点相同,武汉邮科院高级技术顾问毛谦认为,我国光通信产业面临的主要问题是核心技术的缺失,预制棒、高端光器件、光纤光缆的许多原材料等都还依赖进口。

  “我国既是光通信大国,又需要发展成为光通信强国。5G、大数据、云计算、物联网等的发展,为光通信的进一步发展创造了机遇,需要加强创新,掌握核心技术,使光通信产业成为我国经济的支柱产业。”毛谦说。

  “4G时代只相当于信息铺路,5G可以看成是信息造城的时代,最终实现信息随心而至,光纤让万物触手可及。”余少华对未来充满信心。(执笔记者:钱彤、周甲禄、陈俊;参与记者:李劲峰、廖君)

【责任编辑:刘盼盼】
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