義理林：在光通信領域自由馳騁

本刊記者　宋 潔

義理林：在光通信領域自由馳騁

本刊記者宋 潔

專家簡介：

義理林，上海交通大學教授，博士生導師。近5年，主持NSFC優青、青年、面上、重點項目各1項，教育部優博基金1項以及企事業單位委托項目多項，以項目骨干身份參與NSFC重大、“863”重大和“973”課題3項；在國際一流刊物和會議上發表論文100余篇，其中SCI收錄58篇，SCI期刊邀請論文2篇，SCI他引520余次，在國際會議做特邀報告15次，獲得授權國家發明專利13項。

2010年獲全國優秀博士學位論文，2013年獲國家自然科學基金優秀青年基金，2011年獲上海市教委“晨光”計劃，2011/2014年分別獲上海交通大學“SMC-晨星青年學者”B類和A類支持。

從中考那年以縣第3名的優異成績考入四川省重點中學廣安一中開始，義理林一路優秀。他不斷在實踐中發現自我，并調整自己前進的方向。如今，義理林已經完成從校園學子到企業產品開發經理再到高校教授的角色蛻變，在交換精細化、接入寬帶化、傳輸安全化等方面取得諸多一流科研成果。

初出茅廬 參與研制高性能摻鉺光纖放大器

1998年對于義理林來說是意義頗重的一年，他迎來了人生中尤為重要的一場考試。然而，造化弄人，喜愛通信領域的義理林卻與理想志愿失之交臂，最終被調劑到了上海交通大學應用物理系。“也還好，通信的基礎是與物理相關的，我的物理知識也給后面通信打下了很好的基礎”，樂天派的他反而更加努力地廣泛汲取知識。4年青蔥歲月后，義理林考取了本校物理系光學專業研究生，從事的正好是他喜歡的光通信研究方向。

在他讀研的期間，正值光通信發展的高峰時期，各項研究均在如火如荼地展開中。義理林也在科研中盡情地大展拳腳。那年，他的導師申請到了一項關于摻鉺光纖放大器的項目。

摻鉺光纖放大器被譽為光纖通信中最偉大的發明之一，由英國南安普頓大學在1985年首先研制成功。經過將近20年的發展，摻鉺光纖放大器已經變得相對成熟，要想再有所突破就只能在原有的基礎上找出新的研究點，“我們更多的是從應用的角度考慮，希望能進一步提升摻鉺光纖放大器的性能和性價比，也就是如何用更低成本的器件獲得更好的性能。”

在導師的帶領下，義理林參與了這個頗具挑戰的項目。經歷了前期大量的研究，中期艱苦的技術攻關，團隊最終成功研發出新版摻鉺光纖放大器，與當時市面上銷售的同等產品相比，他們的產品成本更低、性能更好。而義理林也憑借在項目中的出色研究，在業界頂尖雜志IEEE PTL上發表了2篇論文——在21世紀之初，我國學者能在此期刊上發表論文的并不多。

隨著項目的結題，義理林也完成了自己的碩士畢業論文，那時他剛剛研究生一年級。“提前完成了目標，就希望自己的生活能更加豐富一些，因為讀研也并不是要把全部時間都用來搞科研”。恰逢物理系研究生會選舉新一屆學生會主席，性格開朗、并且喜歡學生工作的義理林從競爭中脫穎而出。就這樣，義理林的研二生活有如另一番天地。他積極投身學生會工作，先后組織了多項文化、體育、學術、科技活動，并帶領物理系研究生團支部獲得“上海交通大學優秀團支部”稱號，他本人也獲得了“上海市三好學生”稱號。“這段經歷對以后的工作還是挺有幫助的，當老師后發現，做項目需要管理學生，需要和不同團隊合作，而且要經常出去開會、做報告，這就需要一個人的組織管理能力、溝通能力和在公眾場合的演講能力”，幸運的是，義理林在研究生階段就得到了歷練。

加盟企業 做以市場為導向的應用研究

義理林有兩張博士學位證書，分別來自上海交通大學和法國國立高等電信學校。博士期間，他從物理系轉到了電子工程系，經過層層篩選，他成為電子信息與電氣工程學院兩名中法聯合培養對象中的一個。

為期1年的留學時光轉瞬即逝，義理林最終以兩篇高水平期刊、兩篇行業頂級會議論文以及一篇亞太光通信會議最佳學生論文的優異成績，取得了法國的博士學位。“這也算是個意外收獲”，他笑著說到。因為是聯合培養，法方先前并沒有確定是否授予學位，正是義理林在科研中的優秀表現讓他實至名歸。2010年，他獲得全國優秀博士學位論文。

博士畢業后，義理林有明確的想法，想到工業界去看看。“博士階段，我的研究方向是減慢光速，屬于前沿領域，離應用比較遠。仰望星空時間長了，希望能夠腳踏實地，所以特別想做些偏應用的研究”。而企業，是幫他實現理想的最佳選擇。于是，帶著“成果能應用到現實生活”美好愿景的義理林加入了Avanex上海研發中心。

剛剛進公司不久，義理林便一戰成名。一貫自主研發的Avanex美國總部由于資源緊缺，將Alcatel-Lucent 100G新型光放大器項目完全授權于上海研發中心。這對于上海中心來說，無疑是個可以證明自身研發能力的好機會。也正因如此，大家都有些猶豫，一旦出現差池，就意味著全盤皆輸。機會總是留給有準備的人，頂著巨大壓力，義理林主動請纓。而情況遠比想象中復雜，留給義理林的只有半年的時間，在這有限的時間里他要脫離原有的設計平臺，自主開發出光路、軟件系統和硬件平臺。

“最終完全按照客戶的要求完成了”，義理林也長舒一口氣。“每一項指標都要達到客戶的需求，有很細小的問題如果考慮不到就會影響產品最終的性能，也意味著項目失敗”。這次經歷，讓他第一次感覺到科研和產品開發之間遙遠的距離。“科研，可能只考慮某個參數指標，但是對于產品開發，不光要單項性能好，整體性能也要滿足，所以對研發者考慮問題的全面性要求更高。”

隨著項目的順利交付，義理林迎來了一個良好的開端。不久后，他主持了第2個項目——“Avanex下一代光放大器平臺”。從通信的發展來講，空間占比一直是個很大的問題。要求在把原有體積減小一半的前提下，增大容量、降低功耗，同時還要保持性能不變。“這是一個很大的挑戰，里面涉及了很多機械、光學、電路的設計問題”，就是這個當時在所有人看來是不可能完成的任務，義理林帶領團隊不斷攻關，思考新的辦法、設計，失敗后再思考，直至最后將理想變為現實。

“這段工作經歷對我也十分有意義。博士階段從事的是純科研的研究，需要有全新的想法、別人沒想到的；但對于工程來說，或許別人也想到了，但關鍵是如何實現？如何達到更好的性能以滿足要求。因此，現實意義更多一些，要求考慮非常全面”。努力的付出，使義理林連續兩年收獲了公司杰出員工獎，職位也從工程師升到高級工程師，最后升為產品開發經理。

和學生及導師合影

重返高校 三大研究方向齊頭并進

工作3年后，義理林選擇了離開。“在工業界有一個問題，就是一切研究都限制在公司的戰略目標中。我還是喜歡做自由創新的東西，也許學校更適合我，可以選擇一些自己感興趣的方向”。然而，從工業界回學校并非易事。“一般都是博士畢業后留校或者出國做博士后繼續從事科研工作，我的情況比較特殊，雖然我的研究工作得到評審專家的認可，但當時學校要求必須擁有海外的博士學位才可以簽正式合同進學校”，就在這緊要關頭，義理林當年的那張法國博士學位證書悄然發揮了作用，仿佛冥冥之中天注定。

有學位證書作為通行證的義理林又回到了昔日熟悉的母校。在這里，他延續了光信號處理方向，做著自己熱愛的研究。研究主要圍繞光通信系統和網絡的交換精細化、接入寬帶化、以及傳輸安全化三個方面展開，旨在利用光信號處理技術提升交換精細度、提高接入帶寬、增強傳輸安全性。

提升網絡交換精細度的主要功能器件是高分辨率可編程光濾波器。傳統光濾波器是基于光干涉或衍射原理，容易受限于干涉和衍射極限，濾波分辨率通常在GHz量級。針對這一局限，義理林利用光纖中的受激布里淵散射(SBS)效應，結合數字多頻外調制、數字快速掃頻調制、非線性管理、循環反饋校正等多種技術，成功開發出全世界分辨率最高(15MHz)的可編程任意形狀濾波器，填補了之前在10GHz帶寬以下無法實現任意形狀濾波的技術空白。此外，他還進一步解決了SBS濾波器平坦度、陡峭度、信噪比、濾波抑制比和偏振相關性等問題，實現了偏振無關的濾波，平坦度小于1dB，矩形因子接近理想值1，濾波抑制比達70dB，并且可對16QAM信號放大獲得無誤碼性能。相關研究成果在光通信領域旗艦會議OFC上被評為得分最高（Top scored）論文，并且他指導學生在ACP上獲得最佳學生論文獎；在多個國際會議做特邀報告，并在IEEE Journal of Lightwave Technology以及Photonics Network Communications上發表邀請論文。研究工作多次受到英國南安普頓大學、澳大利亞悉尼大學等單位的引用及跟蹤研究。

提高接入網帶寬是義理林加盟交大后新拓展的研究方向。近幾年，隨著用戶對帶寬的需求不斷提升，接入網容量標準從當前的10Gb/s向40Gb/s和100Gb/s提升，“其核心需求在于通過技術創新，用低成本技術方案獲得高系統性能”。義理林利用直接調制直接檢測結合多通道光色散均衡等技術，實現了100公里1024個用戶無中繼無色散補償同時接入，功率預算高達53dB，優于NEC美研所基于外調制和相干檢測獲得的51dB功率預算指標，以更低的成本獲得了更高的性能。研究工作在中興通訊公司系統中得到驗證，并聯合中興提交FSAN下一代光接入網（NGPON2）國際標準文稿，獲得普遍認可；在NG-PON2系統中上行采用直調激光器的方案也已寫入ITU-T Recommendation G.989.2標準中。

在IEEE 100Gb/s NGEPON方案選擇中，義理林提出采用單一光器件實現多通道光頻率均衡和啁啾管理方案來支持10G直調直檢光器件實現25Gb/s調制和傳輸，以更低的器件成本獲得優于華為美研所和阿爾卡特朗訊貝爾實驗室所提方案的性能。后來，他的研究工作受到烽火通信的重視，獲得其160萬開發經費，這是目前為止烽火與高校開展對外合作中金額最大的項目。義理林在半年內就開發出100Gb/s容量光接入網原型樣機，并在上海交通大學兩個校區間進行了現場演示，并聯合烽火以此技術為基礎提交了IEEE標準文稿。由于在接入網方面的出色工作，義理林入選為OFC會議接入網方向的程序委員會成員，成為了中國高校在此方向的首位入選者。

學生合影

隨著通信數據量不斷增加，用戶對隱私的保護需求越來越強烈，因此網絡安全問題變得日益重要。這需要在傳統的軟件加密基礎上增加物理層加密，從而進一步提高信號被破解的難度。這也是義理林目前正在研究的領域。混沌光通信是重要的物理層加密方案，它需工作在10Gb/s及以上的速率中，但其密碼物理狀態空間有限，保密度有待進一步提高。此外，最常用的基于反饋環的混沌光通信結構還存在延遲時間標簽容易泄露從而被破解的可能性。義理林則針對混沌光通信技術存在的問題，提出在反饋環時間反饋的基礎上，引入相位和頻率兩個反饋變量。“竊聽者除了要求硬件完全匹配外，還需要反饋時間，相位頻率相關曲線精確匹配，就能大大提升混沌保密度”，通過理論和實驗驗證其加密程度在現有軟件加密及混沌加密的基礎上可再增加10^48個物理狀態，并且反饋環的延遲時間標簽被完美隱藏，可達到幾乎無法破解的水平。

基于混沌光通信技術，義理林申請了兩項GF專利，并被寫入GF“十三五”項目規劃。盡管如此，在3年多的持續研究過程中，他還未發表過1篇論文，“我認為這是個不錯的方向，會繼續堅持下去”。這也正是義理林做科研的信條：把握準科研方向后就堅持不懈地探索，中途即使遇到挫折也不喪失信心，始終相信自己能做好。

如今，義理林踏入通信領域也已有十余載，他對科研的激情不減反增，這都源于他對通信的興趣。回首望去，當年的場景仿佛歷歷在目，下課后，那個追著老師問問題的他，直至跟著老師一起上校車，一路走一路問；在實驗室里，那個認真投入實驗的他，每天晚上都是最后一個才離開。未來，義理林仍會這條科研路上奮力拼搏，期待結出更多的科研果實。