成电---中国光纤通信系统发祥（启蒙）地
唐明光
时光荏苒，岁月如梭，今年已是中华人民共和国七十华诞。或许属于我的时代已成过去，但在这七十年中，有一段奋斗的追梦年华依然沸腾于心，不禁想与大家分享那段岁月。
1972年3月，我还在四川省米易县湾丘成电五七干校劳动，一天连队领导通知我，结束五七干校的劳动，立即回校另有任务。坐火车回到成都后，5系501教研室通知我，参加新成立的“723机”研究组。“723机”研究组组长是林崇杰，成员有唐明光、陆荣鑫、梅克俊、朱大勇、刘文达，陈思珍一共七人（不久朱大勇被调往激光器件研究组）。系领导刘树杞和教研室领导廖品霖也是研究组名誉成员。
“723机”项目的全名是“地下多路军用光纤通信系统研制”，它是由当时的国防科委在1972年3月下达的一项军事预研项目。由三个单位：中科院福建物质结构研究所（物构所）、成都电讯工程学院（成电）、清华大学（清华）组成项目总体组，物构所负责光纤研制、成电负责光纤通信系统研制、清华负责数字视频终端机研制。在电子部科技司主导下，经过“723机”项目总体组几次技术协调会讨论，最终决定系统技术指标为光纤数字通信二次群系统，即6.3Mb/s(一路数字视频或96路数字语音电话)光纤通信系统。
成电负责光纤通信系统研制的任务，为什么会落在5系501教研室呢？ 1969年，半导体器件取代真空电子管已经是大势所趋，501教研室就是电子管教研室，在“失业”的压力下，501教研室的教师们群策群力地攀上了激光专业，经电子部批准，原电子管教研室转变为激光技术教研室。经几年的努力，501教研室的老师们在激光器和激光技术领域取得了不凡的成绩。由于光纤通信涉及到激光技术领域，而成电当时只有501教研室涉及激光领域，所以，“723机”项目就落到了501教研室。
国际上，1966年中国旅英科学家高锟发表了“光频率介质纤维表面波导”论文，开创性地提出光导纤维在通信应用的基本原理，描述了长程及高信息量光通信所需绝缘性纤维的材料和结构特性，他指出只要解决好玻璃的成分和纯度等问题，就能够利用玻璃制作光导纤维，从而高效传输信息。随之英美日等国家的研究机构大力投入研发光导纤维和光纤通信系统。1970年，美国康宁玻璃公司率先取得突破，拉制出了20dB/km损耗的多模光纤；光纤通信系统使用的光发射机激光器和光接收机的光检测器也取得了突破性进展，同时，有线电缆通信系统也正由模拟系统向数字系统过渡中，光纤通信系统已经到了呼之欲出的境地。
在此国际大环境下，我国军方提出研发光纤通信系统，在当时的确是高瞻远瞩。就在我们开始研发光纤通信系统之际，国内通信行业专家就有不同的声音，甚至认为723机是异想天开。但是，整个“723机”研制组不为流言蜚语所动，义无反顾地展开了研发战斗。
对于承担光纤通信系统研制的成电501教研室“723机”组，当时的成员都是30多岁的年青人，平均年龄不足35岁，成员全是成电60、62年的大学毕业生留校任教的青年教师。在承担这个任务的时候，都没有做过通信系统方面的教学和科研工作，可以说全组成员的业务基础一穷二白。好在当时学校处于“复课闹革命”后期，学校已经招收了大量工农兵学员进入我校学习，学校的教学和科研也已经开始逐步走上正轨。为了提高我校青年教师的业务水平，学校组织老教授们专为青年教师开出了一系列专业课和专业基础课。针对我们现在承担的科研任务，我选择了陈尚勤教授讲授的线性代数、杨鸿泉教授的信号处理、张宏基教授的现代信息论，以及林为干教授的光波导传输理论这几门课程。通过一年多的学习，加上自我刻苦进修，我算是迈过了通信领域这道门槛，由原来的电真空器件专业和激光技术专业，转行到了通信专业。
1972年的中国，还没有任何一个大学、研究机构和企业进行过光纤通信系统这一课题的研究。成电算是中国第一个吃光纤通信“螃蟹”的单位，我们“723机”研究组是中国第一个踏入光纤通信领域的研究小组。由于这是国防科委下达的重点国防科研项目，项目经费丰厚，成电院领导和科研处都非常重视“723机”项目。当时全校所有科技项目经费都是学校科研处统一管理使用，并不将项目经费下达给项目组，但是科研处对“723机”组使用科研经费从不管卡压。我们需要的仪器设备在与校园内其他项目组都有需求时，往往都是我们“723机”组获得该设备，同时，科研处还定期地来检查项目进展情况，提出指导意见和要求。在这些支持下，我们的研发能够有序地进行。
“723机”组内，将科研任务分解为三个方面：光发射机、光接收机（统称为光端机）、系统集成。我和陆荣鑫分别负责光发射机和光接收机研发，梅克俊分在光发射机，刘文达分在光接收机组，林崇杰和陈思珍负责电源和系统的总成。当时，研发光纤通信系统所需的光纤国内没有，光纤有源/无源元器件如半导体激光器LD、半导体光检测器PD/APD（光电二极管/雪崩光电二极管）、自聚焦透镜G-Lens国内刚刚开始有单位研发。而我们项目需要研发的是光纤多路数字通信系统，对光器件的要求极高。在国内没有满足要求的半导体激光器，而进口半导体激光器又受到“巴统”[注1]禁运情况下，首先考虑采用半导体发光二极管LED作为光发射机的发射光源，当时国外如日本、美国都已经有发射带宽达到100MHz的LED产品，只是其发射光功率很小，光束散角大，光信号不易耦合进光纤。不过作为试验系统，该LED基本可以满足系统联通的要求。光检测器PD的情况比LD和LED稍微好些，国内已经有PD和APD的样品，国外进口也比较容易。自聚焦透镜G-Lens是将光源发射的光信号耦合进光纤的关键器件，只有从国外进口，但也不容易，因为国外也才刚刚研发出来。总之，我们遇到的困难虽不如天大，但也有地大。
[注1] 巴黎统筹委员会简称巴统，是以美国为首的西方国家对新中国技术封锁的机构。凡是进口到中国的技术产品，都需要巴统的审核批准才能进口到中国。
怎么办呢！通过对国内相关单位调研，在电子部科技司的统筹下，在科技司总工程师罗沛霖（美国哈佛大学博士，1976年后被选为中科院院士）指导下，采用国内大协作的方式，邀请了北京半导体研究所、长春半导体厂、上海冶金研究所研发半导体激光器LD；自聚焦透镜G-Lens委托北京玻璃研究所研发；光纤在福建物质结构研究所没有
研发出来以前，经过调研，我们了解到北京玻璃研究所在生产传像玻璃纤维束，这是由多根玻璃纤维在截面上排列成二维矩阵的传像玻璃纤维束，它的横截面大约0.5cm2,我们订购了两根北京玻璃研究所能够制作的最长4米光纤束，暂时作为光纤系统的传输介质。
成电“723机”组全体成员经过多次研究后确定，在有源/无源光器件还没有的情况下，先将光发射机和光接收机的电子线路方案设计出来，并进行组装调试。但是，有关光纤通信的光发射机和光接收机的情报资料，我们找遍了学校图书馆和国内的科技情报单位，几无所获。于是只能从系统对光端机的技术要求出发，设计光端机的电子线路方案。我负责的光发射机，由于激光器LD/发光二极管LED都是电流驱动器件，所以，大功率的电子驱动器是设计的关键。当时的高速功率集成电路能够满足光发射机要求的国内没有，国外进口几无可能，我们只好采用分立元件搭建电路。最关键的光源LD或LED，当时长春半导体厂生产了一种只能脉冲工作的半导体激光器，可是它的脉冲重复频率只有100KHz，不能满足系统要求。为了首先研制出一套数字光传输系统，就决定先搭建速率较低的64kb/s光系统。光接收机研制环境相对好一点，它需要的光检测器无论是光电二极管PD或雪崩光电二极管APD，国内都已经有单位研发出来样品，基本能够满足研发光接收机的要求。
光传输系统需要64kb/s的数字信号源，我的三弟唐明淙那时在重庆716厂担任副总工程师，负责数字通信。从他那里了解到716厂正在生产24路数字电话通信机。“723机”组派我和陈思珍出差到重庆716厂寻求解决。我和陈思珍坐火车到重庆，来到716厂，唐明淙安排负责数字通信的魏鸿骏接待我们，并顺带告诉我，他们做的是军品，不能提供正规产品给我们使用。魏鸿骏是我的中学和大学同学，他也是成电校友，由于这种特殊关系，他私下亲自动手制作了一套64kb/s数字电话终端（该终端不能称之为终端机，只是用分立元件在一块集成电路板上安装而成的64kb/s数字电路）给我们。当然啰，聊胜于无嘛，我们还是很高兴。唐明淙还告诉我们，要想有正规产品，可以到眉山邮电部505厂去试试，505厂生产的是民品。我和陈思珍由重庆乘火车到宜宾，在宜宾乘岷江的轮船逆江而上到乐山，再坐长途汽车到眉山。从眉山长途汽车站去505厂所在的象耳镇，只有坐马车去那里。到了505厂，虽然见到了我们想要的24路数字电话终端机，但是厂里所有的产品都已经名花有主了。我们提出能否给我们一个插件，结果也未能如愿。我们只好带着716厂支援的电路板返回学校。
有了716厂那块64kb/s电路板作为信号源，采用脉冲LD的光发射机、采用光电二极管的光接收机、用一根4米长的传像光纤束将二者链接，构成了中国第一个光纤传输系统的雏形。后来，我们把光发射机激光器发射的激光束通过光学天线从图书馆楼顶上发射出去，在一号桥的四川石油局大院的一栋楼上用光学天线接收光信号，再送到光接收机的光电二极管变换为电信号，完成了光系统的大气传输实验。这两个实验系统，证实了我们研发的光端机能够实现在介质（无论是光纤束还是大气）中传输光信号。
进一步的研发是要提高传输速率，要达到项目要求的二次群6.3Mb/s速率。但是，最大的问题是没有高速率光源，也就是光发射机需要的高速率半导体激光器LD、或者高速率发光二极管LED；同时，驱动LD/LED的高速功率驱动器国内也没有。正在此时，应五系系主任刘树杞教授的邀请，日本大越孝敬教授来我校访问，大越孝敬是国际公认的光纤传输理论专家，他的来访除了讲授光纤传输理论外，还与我们723机研究小组对口进行了交流，他带来了日本研发的多模光纤样品和高速LED，并把二者都送给了我们。该只LED为富士通研发，工作带宽为100MHz，已经可以满足我们系统的要求，解决了我们缺少高速光源的难题。我们有了这只LED，只是解决了电-光变换的速率问题，但是LED固有的发射光束散角太大，而大越孝敬带来的多模光纤的芯径只有50µm，光纤和LED直接耦合，LED发射的光功率只有很少部分能够进入光纤，光信号在光纤中的传输距离受限。所以，必须解决LED与光纤端面的有效耦合。为此，我把LED放到光具座的五维微调架上，再在LED的前面，将一个聚焦透镜也放到光具座的五维微调架上，然后把光纤夹在五维微调架上放在聚焦透镜的焦点处，仔细调整三者之间的距离和空间角度，可以使LED发射的光功率最大限度地进入光纤。当然，这种方式只是从搭建光纤传输实验系统的角度解决了问题，工程上的应用必须另作考虑。光接收机中光电二极管PD与光纤的耦合相对简单一些，由于光电二极管的光接收面积比光纤芯径大，光纤端面可以直接对准光电二极管的接收光敏面，即可使其接收到光纤传输过来的绝大部分光功率。
从1972年3月接到这一项目，经过一年多的调研、多次技术协调会、多方面的实验，以及成电派出一个由林崇杰领队的小组（包括唐明光、张启富），到福建物质结构研究所实地参与光纤传输系统长达半年多时间的研发。根据系统的总体进度要求，成电在1974年的中期，研发出了一套6.3Mb/s的光纤传输系统的光端机样机。“723机”组派我将这套样机送到福建物质结构研究所，与他们研发的光纤样品和清华大学研发的6.3Mb/s电端机样机进行总体系统联调试验。我一个人带着光端机从成都坐火车经重庆、贵阳、到达南昌，人太多无座，全程三十几个小时都是站着，到南昌换乘南昌到福州的火车，才有了座位。我到达福州去到物构所，三家参试单位的人和设备都到齐了。三方研发的分系统有成电的光发射机和光接收机、清华的6.3Mb/s电端机、物构所的20多米的渐变型多模光纤样品。因为这时仍然没有自聚焦透镜，光发射机的LED与光纤的耦合仍采用分立元件耦合的光具座方式。这次试验实现了系统联通，但是，6.3Mb/s电端机工作不稳定；光纤只有20多米且其传输损耗很大（约达到40db/km）；光发射机的光源与光纤的有效耦合未解决而且工作过热不稳定；只有光接收机在整个系统中的工作相对使人满意。
通过这次试验，“723机”项目总体组进行了总结评估，认为光纤传输系统虽然联通了，只解决了光纤传输系统的有无问题。但是，这仅仅是一个雏形系统，就像是一个“玩具”。一些关键技术问题尚待解决：成电光端机光源LD/LED、光源与光纤的耦合、光发射机的电流驱动器过热等问题；清华电端机视频编解码不稳定；物构所的光纤拉制长度太短、损耗过大。项目总体组确定了723机项目目标：光纤传输系统要求达到光纤传输距离1km、误码率<=10-9、传输图像清晰稳定，一年后系统联调并实现连通，要求系统工作基本稳定。该项目目标上报电子部科技司得到批准。这个目标要求很高，因为系统的三个部分，无论是光发射机、光纤、电端机都存在不少关键问题有待解决。光发射机的光源仍然用的是大越孝敬带来的那只LED，它的发射光功率已经降低而且还在继续降低，协作单位研制光源进展缓慢，进口LD/LED的渠道仍不能解决，光纤与光源耦合必需的自聚焦透镜还在研制中；光纤需要继续降低损耗和解决拉丝长度；电端机要解决稳定性问题。以上问题中最大的两个问题是光发射机的光源和光纤。
光发射机的光源原来拟通过一家美国公司的美籍华人谢照金（名字的读音对但字不确切）引进，但是因谢照金所在公司与美国军方有关系，这条路走不通。只能依赖国内研发单位北京半导体研究所、上海冶金所、长春半导体厂。到了1975年初，北京半导体研究所和上海冶金所都研发出了半导体激光器LD不带光纤尾纤的样品，并提供给我们723机试用。我们拿到他们提供的LD安装在光发射机上，虽然可以工作，但其阈值电流高，发热量大，工作稳定性差，工作带宽仅够使用，没有余量，而且没有带尾纤，使用不便。也就是说，LD解决了有无的问题，真正要用到试验样机还不能够满足要求。这些意见反馈给“北半”和“上冶所”，请他们改进LD性能，同时，敦促北京玻璃研究所加快自聚焦透镜的研发。成电对光发射机的电子线路做进一步优化设计，设置了LD偏置电流的恒流供电跟随LD阈值电流的温度特性，稳定了LD的工作状态；重新选择驱动器电路和器件并优化数字功率驱动器，制作出了全新的光发射机，其输出光功率接近0.5mw(-3dbmw)，光接收机采用了雪崩光电二极管APD作为光电检测器，大大地提高了光接收机的光接收灵敏度，达到0.002mw(-27dbmw)。光发射机与光接收机之间允许的光损耗做到24db。
1975年春节后，福建物构所传来好消息，他们研制的多组分渐变多模光纤取得了突破，其损耗已经降到25db/km以下，光纤拉丝长度超过500m；“北半”研发的LD的阈值电流降到了25ma左右，利用北京玻璃研究所研发的自聚焦透镜，给LD装上了光纤尾纤，尾纤输出光功率达到1mw左右；清华研发的电终端机也解决了工作稳定性问题。723机项目总体组开会讨论后，向电子部科技司汇报了项目进展情况，电子部科技司认为723机全系统在6月底有可能实现项目预定指标，即光纤传输距离1km、传输速率6.3Mb/s数字视频、系统误码率<=10-9、传输图像清晰稳定。随即向723机项目三个总体单位下达了6月底在福建物构所全系统联通调试的任务。
1975年6月底成电和清华的设备和相关人员到达福建物构所。这时，在物构所主楼一楼走道，长达接近千米（实测98×.×米）的光纤已经安装在走道的墙上。成电的光端机与光纤连接采用V型槽（因为那时还没有光纤熔接机）方式，清华的电端机通过电缆连接到光发射机和光接收机，摄像机输出电缆连接到发射端电端机，视频显示器连接到接收端电端机，整个光纤传输系统物理上算是连接完毕。是否能够稳定地传输光信号，在没有开机通电以前，所有参试的科研人员和三个单位的相关领导，心中或多或少都有些忐忑。经过技术协调，确定了各个设备的开机顺序。光端机最怕冲击，所以，成电的光端机率先开机，10分钟后，清华的电端机开机，接着摄像机和视频显示器开机。摄像机对着整个楼道，显示器开机后，屏幕上开始显示一片黑白噪声点，随之出来的是不同步的黑白斜带，而且斜带还不稳定。通过调整显示器的同步仍然无法显示出图像。所有设备关机后，大家讨论问题所在，认为可能有几个原因，其一光纤损耗大，其二光端机允许的损耗余量不够，其三电端机解码有问题。成电提出先检测电端机，将电端机发、收端电缆直接连接，摄像机拍摄的图像可以稳定清晰地显示在显示器屏幕上，这就将电端机排除。接着测量光发射机发射光功率和光接收机接收光功率，得到发射光功率、光纤损耗和接收光功率，从而确定光传输系统损耗是否满足要求。采用光功率计测量光发射机光功率为0.51mw（-3dBmw），通过V型槽损耗0.1db,进入光纤传输近1km后的光功率为0.0019mw（-27.2dBmw），通过V型槽损耗0.1db,进入光检测器的光功率0.00186mw（-27.3dbmw）。由此得出光端机之间系统的传输损耗为-3-(-27.3)=24.3db，超出允许值0.3db。可见光端机工作在临界状态，这就可能导致光接收机输出波动，影响同步。只有将光发射功率提高3db，才能保证信号稳定，这就要求LD输出光功率达到1mw(0dbmw)以上。经过与北半和上冶所协调，他们在已经制作出的LD中挑选出了5只光功率在1mw左右的LD，立即送到了物构所。我经过测试，选出其中功率最大的一只LD，它的输出光功率有1.35mw(1.3dbmw)。光发射机换上这只LD后，再次开始系统调试，用光功率计检测光纤接收端光功率为-23.1dbmw，扣除V型槽损耗0.1db，进入光检测器的光功率为-23.2dbmw(0.005mw),比原来提高了4.1db。这时全系统进入正常工作状态，摄像机拍摄的视频图像，通过光纤传输，在接收端的显示屏上显示出稳定的图像。用误码分析仪测试接收端的误码率为9.2×10-10---1.3×10-9已经达到系统预定指标。这个结果出来，参加系统联调的所有人员非常激动，从1972年3月到1975年7月，整整三年多的时间，10几个单位相关人员通力合作奋战，终于使723机预研项目达到了预定目标。电子部科技司决定在1975年8月召开项目验收会，简称为“758会议”，对该项目进行了验收。“758会议”除了参与研发的单位外，还邀请了国内相关单位参加。“758会议”的召开，对国内通信学界影响巨大，即使原来对723机项目持怀疑观念的单位和专家，也迅速转变态度，积极地投入光纤通信的研究，促进了我国光纤通信技术和应用的迅速发展。
也就在1975年中期，美国AT&T在亚特兰大市开通了三次群数字光纤通信实验系统，传输数字语音。我国的723机光纤通信实验系统，传输的是二次群视频，当时在国际上也是独树一帜。
成电在723机项目中研发的光端机，是除光纤外最关键的部分。当时多模光纤在世界上处于最前沿的是美国康宁玻璃公司，其次是日本古河、法国阿尔卡特和芬兰诺基亚，已经进入工业化生产阶段，而我国的光纤由于处在文革时期的环境，各种相关基础设施缺失，基本上处于科研阶段，国内对光纤的需求全靠进口，直到90年代后期我国的光纤制造才进入规模生产，现在我国已经成为了光纤生产、应用和出口大国。
成电光端机研发成功，为我国的光纤通信系统的实施开创了一条道路。成电从开始研发数字光端机发展到研发出各种类型的光端机和光放大器，如四次群光端机、模拟电视信号光端机、数字电视信号光端机、遥控遥测信号光端机、卫星信号光端机、温度传感光端机、高压传感光端机、核爆信号光纤传输光端机以及各型光放大器等等。通过与不同的单位（如华为、九洲、730厂、34研究所、东方电机厂、上海电机厂、北京伊斯康光电…）技术合作，使这些光端机得以投入生产和实际应用。可以说成电是我国光纤通信系统的启蒙者、发祥地以及扩散者。从1972年到现在的47年期间，特别是改革开放的40年以来，我国的光纤通信系统从无到有，从弱到强，现在光纤通信系统产品已经处于世界领先地位。华为的光纤通信系统产品已全面超越了朗讯、阿尔卡特、思科等国际通信企业巨头。
回想我参与过的723机光纤通信系统研发历程，看看如今我国光纤通信网络的高速发展，规模世界第一、服务人群世界第一、技术世界领先。正像我们伟大祖国在中国共产党领导下，日新月异地向前发展，让祖国更强盛，人民更富裕，永远屹立于世界民族之林。
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