最初的光纤预制棒是怎样炼成的
现任院老年科协的一位领导同志说：“我们院的创业首先是从光纤开始的，从捕捉信息开始，在毫无基础的情况下，用勇气和智慧争得了国家重点项目，真是了不起的成绩；光纤的工作条件在院内可能是最差的，……我总认为光纤的创业是极不容易的。”这话说得真是非常中肯。
离退休老同志 唐仁杰
我院当时开展光纤通信研究，面临的第一个问题就是我们院没有光纤，国内也没有光纤。国外有，但是，当时的国际政治局势还处于“冷战时期”，西方发达国家建立的“巴黎统筹委员会”对我国实行技术封锁，不允许向我国出售光纤。各级领导和有关高级技术人员也明白，自己研制光纤的难度极大。大家谁都没有见过光纤究竟是什么样子，有关资料中介绍的要求光纤原材料的纯度高于“多少个九”、要求实验室空气中尘埃粒子数小于多少个等等，听起来也很吓人。而且我们当时完全没有基础。俗话说，“隔行如隔山”。我们是邮电部门，在电通信理论及电子电路方面可以说是基础雄厚、人才济济。但是研制光纤最需要的是硅酸盐专业人才和玻璃行业的技术及设备，这些我院当时是一无所有。但是，我们中国的科技人员一向具有急国家之所急，为国家分忧解难的优秀品质。为了打破外国的封锁，赵梓森等领导同志在1973-1974年期间奔走呼吁、积极倡导的就是要迎难而上，积极开展光纤研制，把光纤研制作为开展光纤通信研究的第一步来抓。
开展光纤研制之前，我们通过国内调研了解到，早在1972-1974年期间，国内就已经有几个单位开展了光纤研制。但是，他们有的是采用坩埚法或离子交换工艺制作多组分玻璃光纤；有的则采用高频等离子体熔制石英玻璃，制作塑料包层光纤。以上这些技术路线，难以制造出满足通信光纤要求的高纯度玻璃材料，一直未能在降低光纤衰减方面取得突破。当时的院领导及高级技术人员，在调查研究的基础上，结合我院的具体情况，制定了以MCVD法制造石英玻璃预制棒、再用高温炉拉制光纤的技术路线。历史已经证明，这条技术路线引领中国通信光纤从无到有并迅速发展、成熟。
根据所确定的技术路线，关键环节就是用MCVD法制造石英玻璃预制棒。在1975年夏天，课题组开始了MCVD法模拟实验。记得当时是借用了原半导体车间的一个清洗间，在桌面上架起一根石英玻璃管，用手转动该石英玻璃管，加热用的氢氧焰喷灯也是用手拖动的。赵梓森同志在试验中身先士卒，危险的工作抢着干。由于条件简陋以及操作经验不足，有时会发生四氯化硅泄漏，泄露的四氯化硅在空气中产生的盐酸气体会伤及人体。赵梓森同志在试验中负伤的事情就发生在这一阶段。当时在场参加试验的还有黄定国（已故）、郝战洪等。
在模拟试验的基础上，我们看到了成功的希望。于是，在1976年夏天，院里给我们新建了100平方米的MCVD实验室。为了加快建设进度，我们还在建筑工地参加了搬砖、推车运土等体力劳动。（该实验室早已拆除，当时就建立在现在学生食堂的地方，为一排平房。）在建设实验室同时，还利用一台报废的金加工车床改装成玻璃车床，负责该项工作的主要是王祖德等同志。当时尹延勋同志带领大家喊着劳动号子，从原二车间的楼道里（该楼早已拆除，原位于现在教学楼的北面那棵雪松花坛的地方）拖出来一台报废的金加工车床，改装用的许多零件，也是从废物堆里挑拣出来的。改装出来的玻璃车床就安装在新建的实验室里。利用这台车床，再加上其它自制的附属设施，建立了我院的第一套MCVD实验系统，开始了夜以继日的沉积、制棒试验。
这期间，逐步解决了一系列预计到的和没有预计到的技术问题。例如，一开始的时候，我们根据外国资料简介的MCVD工艺，把一根石英玻璃反应管安装在玻璃车床上旋转、反应管内部通入必要的气态化学原料，安装在托板上的氢氧焰喷灯对反应管加热并同时平移，管内就发生化学反应和沉积，并同时把沉积层烧结成透明玻璃。听起来很简单，可是，实际做起来就没有那么容易了。试验还没有进行几分钟，反应生成的二氧化硅粉末就把管子堵死了，完全无法继续进行下去。此时，我忽然想到，不久前曾经看过一篇美国贝尔实验室发表的关于MCVD光纤的文章，当初看这篇文章的一幅照片时，脑子里就有个疑问，“他们用的石英管的直径怎么不一致，一部分粗、一部分细？”当时并没有想明白，问过别的同事，也不知道是怎么回事。现在遇到粉末堵塞现象了，一下子就恍然大悟了——人家那段粗管子很可能就是解决粉末堵塞问题的！经过大家讨论同意，我们在反应管的下游端焊接上一段大直径的管子（后来我们把该管称大尾管，一直沿用至今）。采取了这个措施，沉积试验时间大大延长了（因为MCVD的沉积速率本质上是很低的，当时的国际先进水平也就是每分钟零点一克左右，所以必须追求长时间沉积才能够多沉积点玻璃出来，才够烧成棒）。在此基础上，进一步发现，引起堵塞的粉末非常细软蓬松，我们就把一根细石英玻璃棒插在大尾管中，随着车床的转动，石英玻璃棒在大尾管中滚动的同时，把细软蓬松的粉末压实在管壁上，从而保持中心畅通，基本解决了堵塞问题。然而，问题是一个接着一个。随着沉积时间的延长, 反应管被反复几十次加热，逐渐发生了扭曲变形问题，做出来的棒是弯弯曲曲的或者是扁的；随着沉积时间的延长,沉积材料的厚度增加了（这是所追求的），可是也变得难以烧透了，就出现了气泡问题（当然还有其它原因造成的气泡，这里就不谈了），气泡多，衰减大，棒就成了废品；有时候，好不容易地沉积了足够的材料，并辛辛苦苦地做出来一根棒，却在冷却之后炸裂了（因为反应管与沉积材料之间的膨胀系数差别太大）。面对一个个困难和问题，我们经过绞尽脑汁琢磨，千方百计改进工艺条件，反复做沉积试验，通过实践获得了真知，这些问题都逐一基本解决了。还记得大约在1976年冬天，任国兴、韦世林这两位北京工业大学硅酸盐专业的毕业生分配到本课题组，这两位同志都是党员，专业对口，既能干又肯干，对于课题组而言，真是雪里送炭。他们在解决以上提及的以及没有提及的MCVD工艺问题上发挥了重要作用。回想起来，那时大家真的非常刻苦、非常努力，真有一不怕苦、二不怕死的革命精神。大家都知道，燃烧加热用的氢气氧气是易燃易爆的，一个个的高压钢瓶就像大炸弹，搞不好就会出大事；作为原材料用的四氯化硅、三氯氧磷、三氯化硼等化学原料都是有毒有害的；清洗石英玻璃管及鼓泡瓶用的氢氟酸等也都是有毒有害的；MCVD反应产生的氯气是剧毒的；产生的超细二氧化硅粉末对肺不好等等。这些东西我们几乎天天接触、天天用，没有加班费、没有奖金，大家却自觉自愿经常工作到深夜，凭的就是一份工作责任心和事业心。
在克服技术困难期间，还发生过一次意外事故：在一次沉积试验中，我们使用了协作单位武汉大学化学系提供的高纯四氯化硅，一切如常地准备就绪之后，我们就点燃氢氧焰喷灯、开始平移、加热抛光反应管、然后打开四氯化硅原材料供气阀门，接着就听“砰”的一声，装四氯化硅的鼓泡瓶被炸得粉碎，毒雾立刻弥漫了沉积室！随后，经过我院的化学分析证明，这次所用的武汉大学化学系提供的高纯四氯化硅不合格，里面含有大量三氯氢硅，三氯氢硅遇热与作为载流气体的氧气剧烈反应发生了爆炸。武大的老师对该同一批次的四氯化硅的检验也得出相同结论。幸好当时用的鼓泡瓶比较小，爆炸威力不大，没有伤及人身和设备，就是让我们又多吸了几口毒气。从此之后，我们吸取教训，建立了原材料检验制度，由原材料提纯及化学分析课题组承担，此后再也没有发生过同类事故。
“功夫不负有心人”，“一分耕耘、一分收获”。经过几十次试验，受了许多磨难，终于在1976年底，MCVD的沉积层厚度达到0.2-0.5mm，并熔缩成了预制棒，完成了MCVD全过程。与此同时，光纤拉丝课题组也已研制出寿命为1小时的加热炉，为拉制光纤摸索了基本技术；光纤测试方面也研制了各种必要的测量技术。1977年初，我院第一根阶跃型多模石英光纤研制出来了，虽然光纤长度只有17米，衰减300 dB/km,但是它代表了我院通信光纤研制史上的第一次技术突破。随后又经过将近1年的努力，于1977年底，我们研制出的预制棒经过拉丝、涂覆以后形成的阶跃型多模光纤的最大长度达到960米（衰减30 dB/km），最低衰减达到20 dB/km。早在1966年，诺贝尔奖获得者高锟博士曾预言，只要光纤衰减低于20 dB/km就可以用于光纤通信。根据这个说法，我们终于研制出了我院的第一根可用于通信的光纤，初步实现预制棒及光纤从无到有的发展。能够取得以上成绩，除了本课题组的努力之外，也是和全院各级领导的正确决策、各个部门的大力支持与配合分不开的。
文字 / 离退休老同志 唐仁杰
排版 / 中国信科集团 党委办公室
来源： 企业供稿 |
