尋夢光纖世界
——記北京郵電大學電子工程學院張曉光團隊

李 莉 李明麗

“這是唐先鋒，這是我們在圣地亞哥參加OFC會議的照片，那次我也去了。這是張文博，他是搞數學的，是南開大學畢業的博士。張虎，我的同門師弟，我倆都是楊伯君教授的學生。這些都是很早的照片了，那時曉晟還沒來。這是席老師，在參觀貝爾實驗室。2019年在美國硅谷，這是崔楠。這張是我在美國喬治亞理工大學，當時在那兒待了一個多月，旁邊兩個是在佐治亞理工訪學的博士生，一個是我的博士生，現在也是副教授了。你瞧，每個人都神采奕奕的，時間過得真快，好多學生都畢業走了?！狈凑掌?，勾起張曉光很多回憶，團隊中的其他伙伴又何嘗不是呢！

張曉光

一茬茬學生走了，團隊也壯大了。“從辦公室的布局就可以看出來，最開始，老張和我兩個男同志在一間辦公室，唯一的女同志老席在另外一間，現在辦公室的空間已經飽和到完全沒有空余的地方坐了，我們不得不把肖曉晟安排到了學生的座位上。嗨！出欄兒了都已經?！睆埼牟┐蛉さ馈?/p>

2006年張曉光開始組建團隊時，席麗霞、張文博是最早的成員，這支三人團隊曾是北京郵電大學（以下簡稱“北郵”）信息光子學與光通信國家重點實驗室最小的團隊，之后唐先鋒、張虎、肖曉晟、崔楠陸續加入，人員配置越來越合理。走過艱難，注重理論研究，重視成果落地，這支團隊逐漸被業界熟知并認可?，F在，這支隊伍中的每個人都可以拍著胸脯自信地說，自己是光通信領域的專家。

從教書匠到科學家

想當初，張曉光壓根沒想到自己會組建一支科研團隊。1988年從北京大學物理系碩士畢業后，他被分配到北郵基礎部物理教研室工作，給學生講授物理基礎課程。那時的基礎部是現在理學院的前身，在學校里是基礎教育部門，處于邊緣地位，除了教學很少有機會接觸科研，張曉光曾經問自己：“我這輩子是不是就是一個教書匠了？”

機遇總是垂青有準備的頭腦，張曉光很幸運，他遇見了自己的伯樂。北郵的專長在通信研究領域，他經?？紤]所學物理知識該怎樣與通信去結合。實際上，光纖中許多傳輸現象與非線性有關，而張曉光之前所學專業恰好就是非線性光學。有著非線性光學理論基礎的張曉光遇到了基礎部老主任楊伯君教授，在他的指導下，張曉光開始了對光孤子通信的研究。對于第一次參加科研工作的張曉光來說，研究光孤子通信技術是一個很高的起點，這不僅讓他對科研事業有了初步的了解，也為他從事高速光纖通信相關研究積累了不少經驗。但技術迭代更新很快，在他的科研事業剛起步時，光孤子通信研究確實占據著很重要的地位，然而隨著波分復用技術的出現，光孤子傳輸技術失去了它的優勢。

人們對信息傳輸日益增加的需求，促使光纖通信系統的碼率不斷提高。當傳輸碼率提升到10Gb/s以上時，光纖偏振模色散就變成限制光纖通信性能的一個主要因素。20世紀90年代以前鋪設的光纜，偏振模色散系數比較大，一般都要大于0.5ps/km1/2，有的甚至超過0.8ps/km1/2。光纖線路中高偏振模色散限制了傳輸碼率和傳輸距離，完全鋪設新的光纜既費錢又費時，所以對現有光纖通信網進行升級改造是相對比較經濟的方案。當將光纖通信網傳輸速率升級至10Gb/s或40Gb/s時，必須考慮到對偏振模色散的補償。由于偏振模色散具有統計特性，它隨時間的變化而不斷變化,所以對它的補償必須是實時的、自適應的。做光纖偏振研究具有相當高的難度,即使到目前這仍是光纖通信領域的熱點和難點問題之一。

1999年起，張曉光就已隨楊伯君教授開始從事偏振模色散研究，并取得了許多科研成果，他們掌握了偏振模色散的測量技術，并初步掌握了補償技術等。2001年年底，原國家“863”重點計劃項目“光纖偏振模色散自適應補償技術”要立項，楊教授認為張曉光已經完全具備獨立承擔項目的能力，于是讓他代表團隊去申請這個項目，經過研究考核，主管單位最終決定由張曉光作為項目負責人，以北郵理學院和電信學院為主，聯合清華大學相關團隊來做這個項目。巨大的擔子落到從未做過重大項目負責人的張曉光肩上，他感到了前所未有的壓力，但不得不承認，這對他、對團隊都是一個極好的自我提升的機會。

一個里程碑式的突破

“我后來想，如果當時楊教授沒把任務交給我，或者我當時不敢接，如果2001年我沒有組建團隊做研究，可能就不會走到現在。”張曉光說。在他心里“光纖偏振模色散自適應補償技術”項目是一個里程碑式的存在，無論是對未來科研道路的選擇還是對團隊的發展壯大，意義都是如此。

經過3年奮力攻關，克服了重重困難，2004年結題時，項目成果獲得了專家的高度肯定。提到項目最亮眼的成果，不能不提到算法問題。張曉光介紹：“作為研究動態自適應補償的技術，必須研究反饋系統，反饋系統研究中就包括反饋信號提取和反饋控制算法問題，這就涉及算法的選擇。算法不好，不僅速度跟不上，還會出現一些其他的問題。”當時國際上尚未解決的兩大主要難題，第一就是跟蹤速度問題，第二是補償陷入局部極值問題。當控制的元器件自由度比較多的時候，在搜索空間中除了存在全局最優值以外，還存在許多局部極值，自由度越多，局部極值越多。通過攻關，課題組已經將元器件控制到6個自由度，控制算法同時具備了速度快、避免陷入局部極值、抗噪聲3個明顯的特點。從當時可以查到的文獻來看，國際上還沒有研制出具備后兩種能力的算法，他們把原來用于神經網絡方面的一種算法——粒子群優化算法，借鑒到研究中，取得了相當好的效果。這獨樹一幟的“借鑒”所產生的效果，得到了當時國際學術界的廣泛認可。

2005年，德國同行在光波技術雜志Journal of Lightwave Technology發表論文評價課題組的算法“解決了多自由度的控制問題”。2006年，美國某科研組也在光波技術雜志發表論文，報道全階偏振模色散補償實驗，在提到以往一階、二階自適應補償的實驗時，課題中的相關研究被重點關注。2008年歐洲光纖通信大會上，日本OKI電氣工業公司所做的一個偏振模色散補償現場試驗備受與會者關注，他們在日本電信東京到大阪段，進行了160Gb/s-CSRZ碼的傳輸現場試驗，接收端用到偏振模色散補償器，他們的控制算法就借鑒了張曉光2005年發表在Photonics Technology Letters上的論文中提出的算法。

首戰打了個漂亮仗，大家心里有了底氣，雖然誰都清楚光纖偏振研究是塊難啃的硬骨頭，但自那以后，張曉光帶領團隊還是將這項研究延續了下來。其間團隊又完成了多項原國家“863”計劃項目和國家自然科學基金項目，以及華為委托研發項目，并于2010年研制成功中國第一臺光纖偏振模色散自適應補償樣機，指標全面超過美國同類產品。

張曉光和團隊自從投身于光纖偏振領域研究，雖在中途伴隨美國IT經濟泡沫的破裂，世界光通信研究遇冷，研究缺乏資金支持，團隊還是堅持了下來，“冷板凳”一坐就是20年。熬過寒冬期，光纖偏振研究終于迎來發展的春天?，F在，光通信制造商、運營商越來越關注光纖偏振對于通信系統的影響。

緊跟時代步伐，密切關注光通信事業的熱點問題，以解決這些問題為導向，張曉光團隊一直不遺余力。

2015年以來，據報道，100G相干光纖通信設備在雷雨天氣中時有通信中斷的事件發生，通過研究，科研人員發現是雷電造成了光纖中光信號偏振態的迅速改變，使接收機中的偏振跟蹤失效，這個問題成為了一個光通信的世界性難題。2017年至今，張曉光團隊與華為公司合作，在這一世界難題研究上取得了關鍵性突破，基于完備的三參量偏振旋轉（RSOP）模型，團隊提出了一種能夠聯合補償超快RSOP和大偏振模色散（PMD）滑窗式結構的時-頻域卡爾曼濾波器均衡算法，為解決由雷電等極端場景引發的光纖通信中斷提供了偏振跟蹤解決方案，也為徹底解決雷電引發的困局奠定了堅實的理論基礎。

科研無止境，社會的快速發展推動著信息技術的快速更迭，而下一代光纖通信系統必將有著更高的傳輸速率和更大的通信容量，光纖偏振效應對超寬帶的光通信系統的制約也會更為顯著。致力于相關研究，張曉光團隊有勇氣，也有信心去迎接未來的挑戰。

動力生于團結

網羅不同科研方向的優秀人才，一起同心同力做事情，是張曉光組建團隊時的一個期望。如他所愿，這支團隊就是如此。

張文博是數學方向的；張曉光和席麗霞擁有物理學背景；唐先鋒、崔楠都是通信專業畢業的，因此研究方向各有側重；張虎和肖曉晟雖同屬光電子學大方向，但他倆一個研究電子科學技術，一個研究光學儀器與設備。不同方向交叉結合，大家經常為同一個課題群策群力，在完成課題任務的同時，每個人也都獲得了提升。

除了堅持研究光纖偏振系列問題外，他們都找到了不同的研究側重點，致力于光纖通信長距離傳輸非線性損傷的均衡研究、光纖軌道角動量模分復用研究、光通信保密技術研究、光纖激光器的研究，各自進行著深入探索。

席麗霞是團隊里一個不折不扣的元老，1997年剛到北郵理學院物理系工作時，她和張曉光還只是同事。2002年開始跟隨楊伯君教授讀在職博士后，他倆實際上成了師兄妹。跟著張曉光，席麗霞參與到國家原“863”項目“光纖偏振模色散自適應補償技術”的攻關中。她常說：“楊伯君老師是我的導師，張曉光老師是我的第二導師。跟著張老師做課題，項目結題，我也博士畢業了，同時還評上了副教授。我們的團隊也是在那時有了雛形，自然而然發展到現在?！?/p>

從讀博士開始一直跟著張曉光做光纖偏振研究的席麗霞，到2011年時又在他的建議下，開始做當時比較火的光性能監測研究。她申請到了國家自然科學青年基金項目，并于2015年順利結題。之后她又投入到光纖通信長距離傳輸非線性損傷的均衡研究上。這又是一塊難啃的硬骨頭，雖然有過迷茫、糾結，但席麗霞還是咬牙堅持了下來。走過沉寂期，一些科研成果相繼產出，并發表在Optics Express上，首次建立的非線性頻域的PMD模型獲得了ACP/IPOC 2020“最佳海報獎”。

擅長數學的張文博也是團隊的元老級人物。課題中關于算法的問題，基本上都由他來做。2004年，他和張曉光相識于給國際學院的學生上課時，張曉光給學生講大學物理，他講高等數學和線性代數。兩人雖屬一個學院的不同系，但卻經常在一塊討論PPT怎么做、Photoshop怎么用，交情就這樣處了出來。從哥們、弟兄做起，水到渠成之后他們就有了項目上的合作。

回顧實驗室以往取得的成果

張文博博士畢業于南開大學，一直學的是計算數學，這個專業似乎與團隊中其他人的專業有很大偏差，但就是在一次次合作中，張文博對它有了重新的認識。國家原“863”重點計劃項目中的粒子群優化算法的改造、研制成功中國第一臺光纖偏振模色散自適應補償樣機，張文博都參與其中做了一些工作。他發現物理學討論的絕大多數問題，實際上基本都可以通過數學公式、數學架構來解決。如果不與其他學科結合，他的數學知識只會一直抽象下去。于是他在團隊里待了下來，一直到現在。除做光纖通信系統中信號損傷的均衡算法研究外，他也做信息安全、人工智能方面的研究。在他眼中，應用領域雖然不同，但是數學原理卻是相同的。他與華為長期合作，得到了對方的高度評價。

如果從2006年讀碩士算起，唐先鋒已在團隊里待了15年。他是席麗霞招收的第一位碩士，2008年碩博連讀后，正好趕上光纖偏振模色散自適應補償樣機研發項目，在張曉光指導下他參與了一些硬件的研發工作。之前跟隨席老師做光電信號處理研究的他，是第一次接觸此類研究，在重要項目中得到鍛煉后，他轉到了光纖偏振的研究。

作為團隊里第一位出國學習的博士，他曾在美國知名高校交流并開展博士后研究工作。其間，他雖收到許多知名企業的入職邀請，但卻選擇回到團隊工作，與張曉光、席麗霞、張文博共同度過了團隊初創期的艱難。近幾年，他將相干通信、偏振等技術應用到光物理層加密上，有許多創新性的研究成果在Optics Express等期刊上發表，同時又注重成果落地，他與一些國企建立了長久穩固的合作關系，成功開發了幾款實用化的樣機，將研究成果應用到了信息領域的不同場合，在壓力中前進，他的成長很快。

2009年博士畢業的張虎，是楊伯君教授的學生，也是張曉光和席麗霞的師弟。畢業后在北郵民族教育學院任教的他，一直沒有時間接觸科研。2015年開始，團隊要做光纖軌道角動量模分復用研究，這是個新方向，張曉光想到了之前做光子晶體研究的張虎。教學任務重，其他事也多，張虎的研究做得斷斷續續。

“2015年過完年，我想著好久沒去那邊了，就給張老師打電話，問還能過去做嗎？張老師說：‘你到底想干嘛？做科研需要全身心投入。你是要在河邊走走濕濕鞋，還是要把整個身子投入水里？做科研不能只是沾沾邊，這樣什么也做不出來?！?/p>

自此，張虎堅定地走上了科研路，目前無論在軌道角動量（OAM）光纖設計、OAM光纖放大器設計，還是光纖耦合器（復用器）設計上都取得了可圈可點的創新成果。他首次提出的利用單材料環形光子晶體光纖實現OAM模式的高質量傳輸方案，得到國際同行的認可，2020年年底，這種新型光纖已被拉制出來。后續，放大器、耦合器也會慢慢落地?！拔冶緛硪呀浐芫脹]做科研了，在張老師和席老師的幫助下，在團隊大家伙兒的幫助下，才慢慢走上了正軌，但是跟其他伙伴不一樣，我沒做過博士后，也沒去國外深造過，所以還須好好地努力?！睆埢⒄f。

比起前幾位與團隊的深厚淵源，肖曉晟看上去算是一位新成員，但也不盡然。在清華大學精密儀器系讀博士時，他的導師楊昌喜教授是做偏振模色散的，所以他很早就認識了同做此類研究的張曉光。博士期間做非線性研究，在清華大學任教后他轉向了光纖激光器研究。2019年，肖曉晟為了謀求更好的發展，想換個地方工作?！皬埨蠋熯@邊正好缺人，我感覺張老師人挺好，團隊關系也很融洽，就過來了。張老師對大家都很照顧，我感覺待在這兒挺好的?！毙躁烧f。

團隊與學生合影

來到團隊后，他一方面延續了在清華的工作，繼續做光纖激光器研究。另外融入團隊，他也在做偏振模色散的一些研究。最近與清華大學楊昌喜課題組合作，在時空鎖模激光方向研究上他取得了新進展，在科學上擴展了對三維光學系統中復雜非線性時空動力學的理解，揭示了利用商用的、低成本多模增益光纖可以實現時空鎖模，在工程上拓寬了時空鎖模激光器的設計可能性。成果發表在Physics Review Letters上，并被列為編輯推薦文章。

跟隨席麗霞碩博連讀的崔楠，也算是團隊的一位老成員了。在組里待了快6年，她從心底里喜歡這個團隊，喜歡這里每一位可愛可敬的師長。她很幸運，2015年一進組就接連參與了華為的數個項目，跟著張曉光做光纖偏振研究，交付時，聽到華為那邊的積極反饋，她為團隊驕傲，同時自己也獲得了自信。

在團隊里崔楠的成長很快，目前還在做博士后研究的她很希望繼續留在這里，繼續享受這里快樂的工作氛圍。

既要“頂天”也要“立地”

看到團隊里每個人都找到了自己的方向，并且都干勁十足地朝著目標前進著，沒有人比創始人張曉光更欣慰和自豪了。他最清楚團隊走到現在有多么不易，從連學生的科研津貼都發不出來到在科研上獨樹一幟并被業界所認可，大家走得雖艱難卻很堅定。

“一個好團隊就是成員間的彼此成就。團隊能發展壯大，科研能上新臺階，依靠的是團隊中每個人的辛苦付出。”張曉光說。

“領頭羊非常重要。當初沒有經費，張老師為了讓團隊發展，就把他的當量給大家平分。如果說團隊里有太陽的話，那這個太陽就是張老師，因為‘曉光’嘛，帶著光?！毕愊颊f。

“兄弟齊心，其利斷金，是哥們情誼讓我們走到了現在。因為我們是相互扶持的兄弟，所以遇到了問題，我們不會計較成本、得失。朋友在一起，一起做有意義的事，非常開心。”張文博說。

開心歸開心，但搞科研終歸是一件嚴肅的事，必須用認真、嚴謹的態度去對待。團隊發展中，如果國家原“863”重點計劃項目是第一個里程碑的話，給華為做光纖偏振模色散自適應補償樣機就是第二個具有里程碑意義的事情。

“雖然最后沒有成為產品，但是證明我們可以做工程應用上的事情。當時上大學選物理系時，我也是夢想奔著成為愛因斯坦、成為牛頓去的，從來沒想過今天會做應用研究，但將有用的東西束之高閣很可惜。所以，我一直在尋找一條既能夠‘頂天’同時也能‘立地’的研究道路，我們出身理學的人具備一些基本的物理機制、數學機制分析本領，恰好可以和工程實際相結合。其實這么多年實踐下來發現有很多能結合的點，就看我們想不想去做這個事情?！睆垥怨庹f。

從2008年開始，尤其是近幾年，團隊與企業的合作越來越密切，參加企業組織的大會、去作報告，收到了很好的反響，也為企業解決了一些技術瓶頸、“卡脖子”問題?！半m然在某些情境下成果不能馬上落地，但我們可以追求未來的落地?！睆垥怨庹f。雖然清楚高校教師在應用轉化這件事上做起來有很多困難，但張曉光愿意帶著團隊去和企業、公司建立合作渠道，去闖一闖這些難關。