寻梦光纤世界——记北京邮电大学电子工程学院张晓光团队

李 莉 李明丽

“这是唐先锋，这是我们在圣地亚哥参加OFC会议的照片，那次我也去了。这是张文博，他是搞数学的，是南开大学毕业的博士。张虎，我的同门师弟，我俩都是杨伯君教授的学生。这些都是很早的照片了，那时晓晟还没来。这是席老师，在参观贝尔实验室。2019年在美国硅谷，这是崔楠。这张是我在美国乔治亚理工大学，当时在那儿待了一个多月，旁边两个是在佐治亚理工访学的博士生，一个是我的博士生，现在也是副教授了。你瞧，每个人都神采奕奕的，时间过得真快，好多学生都毕业走了。”翻看照片，勾起张晓光很多回忆，团队中的其他伙伴又何尝不是呢！

张晓光

一茬茬学生走了，团队也壮大了。“从办公室的布局就可以看出来，最开始，老张和我两个男同志在一间办公室，唯一的女同志老席在另外一间，现在办公室的空间已经饱和到完全没有空余的地方坐了，我们不得不把肖晓晟安排到了学生的座位上。嗨！出栏儿了都已经。”张文博打趣道。

2006年张晓光开始组建团队时，席丽霞、张文博是最早的成员，这支三人团队曾是北京邮电大学（以下简称“北邮”）信息光子学与光通信国家重点实验室最小的团队，之后唐先锋、张虎、肖晓晟、崔楠陆续加入，人员配置越来越合理。走过艰难，注重理论研究，重视成果落地，这支团队逐渐被业界熟知并认可。现在，这支队伍中的每个人都可以拍着胸脯自信地说，自己是光通信领域的专家。

从教书匠到科学家

想当初，张晓光压根没想到自己会组建一支科研团队。1988年从北京大学物理系硕士毕业后，他被分配到北邮基础部物理教研室工作，给学生讲授物理基础课程。那时的基础部是现在理学院的前身，在学校里是基础教育部门，处于边缘地位，除了教学很少有机会接触科研，张晓光曾经问自己：“我这辈子是不是就是一个教书匠了？”

机遇总是垂青有准备的头脑，张晓光很幸运，他遇见了自己的伯乐。北邮的专长在通信研究领域，他经常考虑所学物理知识该怎样与通信去结合。实际上，光纤中许多传输现象与非线性有关，而张晓光之前所学专业恰好就是非线性光学。有着非线性光学理论基础的张晓光遇到了基础部老主任杨伯君教授，在他的指导下，张晓光开始了对光孤子通信的研究。对于第一次参加科研工作的张晓光来说，研究光孤子通信技术是一个很高的起点，这不仅让他对科研事业有了初步的了解，也为他从事高速光纤通信相关研究积累了不少经验。但技术迭代更新很快，在他的科研事业刚起步时，光孤子通信研究确实占据着很重要的地位，然而随着波分复用技术的出现，光孤子传输技术失去了它的优势。

人们对信息传输日益增加的需求，促使光纤通信系统的码率不断提高。当传输码率提升到10Gb/s以上时，光纤偏振模色散就变成限制光纤通信性能的一个主要因素。20世纪90年代以前铺设的光缆，偏振模色散系数比较大，一般都要大于0.5ps/km1/2，有的甚至超过0.8ps/km1/2。光纤线路中高偏振模色散限制了传输码率和传输距离，完全铺设新的光缆既费钱又费时，所以对现有光纤通信网进行升级改造是相对比较经济的方案。当将光纤通信网传输速率升级至10Gb/s或40Gb/s时，必须考虑到对偏振模色散的补偿。由于偏振模色散具有统计特性，它随时间的变化而不断变化,所以对它的补偿必须是实时的、自适应的。做光纤偏振研究具有相当高的难度,即使到目前这仍是光纤通信领域的热点和难点问题之一。

1999年起，张晓光就已随杨伯君教授开始从事偏振模色散研究，并取得了许多科研成果，他们掌握了偏振模色散的测量技术，并初步掌握了补偿技术等。2001年年底，原国家“863”重点计划项目“光纤偏振模色散自适应补偿技术”要立项，杨教授认为张晓光已经完全具备独立承担项目的能力，于是让他代表团队去申请这个项目，经过研究考核，主管单位最终决定由张晓光作为项目负责人，以北邮理学院和电信学院为主，联合清华大学相关团队来做这个项目。巨大的担子落到从未做过重大项目负责人的张晓光肩上，他感到了前所未有的压力，但不得不承认，这对他、对团队都是一个极好的自我提升的机会。

一个里程碑式的突破

“我后来想，如果当时杨教授没把任务交给我，或者我当时不敢接，如果2001年我没有组建团队做研究，可能就不会走到现在。”张晓光说。在他心里“光纤偏振模色散自适应补偿技术”项目是一个里程碑式的存在，无论是对未来科研道路的选择还是对团队的发展壮大，意义都是如此。

经过3年奋力攻关，克服了重重困难，2004年结题时，项目成果获得了专家的高度肯定。提到项目最亮眼的成果，不能不提到算法问题。张晓光介绍：“作为研究动态自适应补偿的技术，必须研究反馈系统，反馈系统研究中就包括反馈信号提取和反馈控制算法问题，这就涉及算法的选择。算法不好，不仅速度跟不上，还会出现一些其他的问题。”当时国际上尚未解决的两大主要难题，第一就是跟踪速度问题，第二是补偿陷入局部极值问题。当控制的元器件自由度比较多的时候，在搜索空间中除了存在全局最优值以外，还存在许多局部极值，自由度越多，局部极值越多。通过攻关，课题组已经将元器件控制到6个自由度，控制算法同时具备了速度快、避免陷入局部极值、抗噪声3个明显的特点。从当时可以查到的文献来看，国际上还没有研制出具备后两种能力的算法，他们把原来用于神经网络方面的一种算法——粒子群优化算法，借鉴到研究中，取得了相当好的效果。这独树一帜的“借鉴”所产生的效果，得到了当时国际学术界的广泛认可。

2005年，德国同行在光波技术杂志Journal of Lightwave Technology发表论文评价课题组的算法“解决了多自由度的控制问题”。2006年，美国某科研组也在光波技术杂志发表论文，报道全阶偏振模色散补偿实验，在提到以往一阶、二阶自适应补偿的实验时，课题中的相关研究被重点关注。2008年欧洲光纤通信大会上，日本OKI电气工业公司所做的一个偏振模色散补偿现场试验备受与会者关注，他们在日本电信东京到大阪段，进行了160Gb/s-CSRZ码的传输现场试验，接收端用到偏振模色散补偿器，他们的控制算法就借鉴了张晓光2005年发表在Photonics Technology Letters上的论文中提出的算法。

首战打了个漂亮仗，大家心里有了底气，虽然谁都清楚光纤偏振研究是块难啃的硬骨头，但自那以后，张晓光带领团队还是将这项研究延续了下来。其间团队又完成了多项原国家“863”计划项目和国家自然科学基金项目，以及华为委托研发项目，并于2010年研制成功中国第一台光纤偏振模色散自适应补偿样机，指标全面超过美国同类产品。

张晓光和团队自从投身于光纤偏振领域研究，虽在中途伴随美国IT经济泡沫的破裂，世界光通信研究遇冷，研究缺乏资金支持，团队还是坚持了下来，“冷板凳”一坐就是20年。熬过寒冬期，光纤偏振研究终于迎来发展的春天。现在，光通信制造商、运营商越来越关注光纤偏振对于通信系统的影响。

紧跟时代步伐，密切关注光通信事业的热点问题，以解决这些问题为导向，张晓光团队一直不遗余力。

2015年以来，据报道，100G相干光纤通信设备在雷雨天气中时有通信中断的事件发生，通过研究，科研人员发现是雷电造成了光纤中光信号偏振态的迅速改变，使接收机中的偏振跟踪失效，这个问题成为了一个光通信的世界性难题。2017年至今，张晓光团队与华为公司合作，在这一世界难题研究上取得了关键性突破，基于完备的三参量偏振旋转（RSOP）模型，团队提出了一种能够联合补偿超快RSOP和大偏振模色散（PMD）滑窗式结构的时-频域卡尔曼滤波器均衡算法，为解决由雷电等极端场景引发的光纤通信中断提供了偏振跟踪解决方案，也为彻底解决雷电引发的困局奠定了坚实的理论基础。

科研无止境，社会的快速发展推动着信息技术的快速更迭，而下一代光纤通信系统必将有着更高的传输速率和更大的通信容量，光纤偏振效应对超宽带的光通信系统的制约也会更为显著。致力于相关研究，张晓光团队有勇气，也有信心去迎接未来的挑战。

动力生于团结

网罗不同科研方向的优秀人才，一起同心同力做事情，是张晓光组建团队时的一个期望。如他所愿，这支团队就是如此。

张文博是数学方向的；张晓光和席丽霞拥有物理学背景；唐先锋、崔楠都是通信专业毕业的，因此研究方向各有侧重；张虎和肖晓晟虽同属光电子学大方向，但他俩一个研究电子科学技术，一个研究光学仪器与设备。不同方向交叉结合，大家经常为同一个课题群策群力，在完成课题任务的同时，每个人也都获得了提升。

除了坚持研究光纤偏振系列问题外，他们都找到了不同的研究侧重点，致力于光纤通信长距离传输非线性损伤的均衡研究、光纤轨道角动量模分复用研究、光通信保密技术研究、光纤激光器的研究，各自进行着深入探索。

席丽霞是团队里一个不折不扣的元老，1997年刚到北邮理学院物理系工作时，她和张晓光还只是同事。2002年开始跟随杨伯君教授读在职博士后，他俩实际上成了师兄妹。跟着张晓光，席丽霞参与到国家原“863”项目“光纤偏振模色散自适应补偿技术”的攻关中。她常说：“杨伯君老师是我的导师，张晓光老师是我的第二导师。跟着张老师做课题，项目结题，我也博士毕业了，同时还评上了副教授。我们的团队也是在那时有了雏形，自然而然发展到现在。”

从读博士开始一直跟着张晓光做光纤偏振研究的席丽霞，到2011年时又在他的建议下，开始做当时比较火的光性能监测研究。她申请到了国家自然科学青年基金项目，并于2015年顺利结题。之后她又投入到光纤通信长距离传输非线性损伤的均衡研究上。这又是一块难啃的硬骨头，虽然有过迷茫、纠结，但席丽霞还是咬牙坚持了下来。走过沉寂期，一些科研成果相继产出，并发表在Optics Express上，首次建立的非线性频域的PMD模型获得了ACP/IPOC 2020“最佳海报奖”。

擅长数学的张文博也是团队的元老级人物。课题中关于算法的问题，基本上都由他来做。2004年，他和张晓光相识于给国际学院的学生上课时，张晓光给学生讲大学物理，他讲高等数学和线性代数。两人虽属一个学院的不同系，但却经常在一块讨论PPT怎么做、Photoshop怎么用，交情就这样处了出来。从哥们、弟兄做起，水到渠成之后他们就有了项目上的合作。

回顾实验室以往取得的成果

张文博博士毕业于南开大学，一直学的是计算数学，这个专业似乎与团队中其他人的专业有很大偏差，但就是在一次次合作中，张文博对它有了重新的认识。国家原“863”重点计划项目中的粒子群优化算法的改造、研制成功中国第一台光纤偏振模色散自适应补偿样机，张文博都参与其中做了一些工作。他发现物理学讨论的绝大多数问题，实际上基本都可以通过数学公式、数学架构来解决。如果不与其他学科结合，他的数学知识只会一直抽象下去。于是他在团队里待了下来，一直到现在。除做光纤通信系统中信号损伤的均衡算法研究外，他也做信息安全、人工智能方面的研究。在他眼中，应用领域虽然不同，但是数学原理却是相同的。他与华为长期合作，得到了对方的高度评价。

如果从2006年读硕士算起，唐先锋已在团队里待了15年。他是席丽霞招收的第一位硕士，2008年硕博连读后，正好赶上光纤偏振模色散自适应补偿样机研发项目，在张晓光指导下他参与了一些硬件的研发工作。之前跟随席老师做光电信号处理研究的他，是第一次接触此类研究，在重要项目中得到锻炼后，他转到了光纤偏振的研究。

作为团队里第一位出国学习的博士，他曾在美国知名高校交流并开展博士后研究工作。其间，他虽收到许多知名企业的入职邀请，但却选择回到团队工作，与张晓光、席丽霞、张文博共同度过了团队初创期的艰难。近几年，他将相干通信、偏振等技术应用到光物理层加密上，有许多创新性的研究成果在Optics Express等期刊上发表，同时又注重成果落地，他与一些国企建立了长久稳固的合作关系，成功开发了几款实用化的样机，将研究成果应用到了信息领域的不同场合，在压力中前进，他的成长很快。

2009年博士毕业的张虎，是杨伯君教授的学生，也是张晓光和席丽霞的师弟。毕业后在北邮民族教育学院任教的他，一直没有时间接触科研。2015年开始，团队要做光纤轨道角动量模分复用研究，这是个新方向，张晓光想到了之前做光子晶体研究的张虎。教学任务重，其他事也多，张虎的研究做得断断续续。

“2015年过完年，我想着好久没去那边了，就给张老师打电话，问还能过去做吗？张老师说：‘你到底想干嘛？做科研需要全身心投入。你是要在河边走走湿湿鞋，还是要把整个身子投入水里？做科研不能只是沾沾边，这样什么也做不出来。’”

自此，张虎坚定地走上了科研路，目前无论在轨道角动量（OAM）光纤设计、OAM光纤放大器设计，还是光纤耦合器（复用器）设计上都取得了可圈可点的创新成果。他首次提出的利用单材料环形光子晶体光纤实现OAM模式的高质量传输方案，得到国际同行的认可，2020年年底，这种新型光纤已被拉制出来。后续，放大器、耦合器也会慢慢落地。“我本来已经很久没做科研了，在张老师和席老师的帮助下，在团队大家伙儿的帮助下，才慢慢走上了正轨，但是跟其他伙伴不一样，我没做过博士后，也没去国外深造过，所以还须好好地努力。”张虎说。

比起前几位与团队的深厚渊源，肖晓晟看上去算是一位新成员，但也不尽然。在清华大学精密仪器系读博士时，他的导师杨昌喜教授是做偏振模色散的，所以他很早就认识了同做此类研究的张晓光。博士期间做非线性研究，在清华大学任教后他转向了光纤激光器研究。2019年，肖晓晟为了谋求更好的发展，想换个地方工作。“张老师这边正好缺人，我感觉张老师人挺好，团队关系也很融洽，就过来了。张老师对大家都很照顾，我感觉待在这儿挺好的。”肖晓晟说。

团队与学生合影

来到团队后，他一方面延续了在清华的工作，继续做光纤激光器研究。另外融入团队，他也在做偏振模色散的一些研究。最近与清华大学杨昌喜课题组合作，在时空锁模激光方向研究上他取得了新进展，在科学上扩展了对三维光学系统中复杂非线性时空动力学的理解，揭示了利用商用的、低成本多模增益光纤可以实现时空锁模，在工程上拓宽了时空锁模激光器的设计可能性。成果发表在Physics Review Letters上，并被列为编辑推荐文章。

跟随席丽霞硕博连读的崔楠，也算是团队的一位老成员了。在组里待了快6年，她从心底里喜欢这个团队，喜欢这里每一位可爱可敬的师长。她很幸运，2015年一进组就接连参与了华为的数个项目，跟着张晓光做光纤偏振研究，交付时，听到华为那边的积极反馈，她为团队骄傲，同时自己也获得了自信。

在团队里崔楠的成长很快，目前还在做博士后研究的她很希望继续留在这里，继续享受这里快乐的工作氛围。

既要“顶天”也要“立地”

看到团队里每个人都找到了自己的方向，并且都干劲十足地朝着目标前进着，没有人比创始人张晓光更欣慰和自豪了。他最清楚团队走到现在有多么不易，从连学生的科研津贴都发不出来到在科研上独树一帜并被业界所认可，大家走得虽艰难却很坚定。

“一个好团队就是成员间的彼此成就。团队能发展壮大，科研能上新台阶，依靠的是团队中每个人的辛苦付出。”张晓光说。

“领头羊非常重要。当初没有经费，张老师为了让团队发展，就把他的当量给大家平分。如果说团队里有太阳的话，那这个太阳就是张老师，因为‘晓光’嘛，带着光。”席丽霞说。

“兄弟齐心，其利断金，是哥们情谊让我们走到了现在。因为我们是相互扶持的兄弟，所以遇到了问题，我们不会计较成本、得失。朋友在一起，一起做有意义的事，非常开心。”张文博说。

开心归开心，但搞科研终归是一件严肃的事，必须用认真、严谨的态度去对待。团队发展中，如果国家原“863”重点计划项目是第一个里程碑的话，给华为做光纤偏振模色散自适应补偿样机就是第二个具有里程碑意义的事情。

“虽然最后没有成为产品，但是证明我们可以做工程应用上的事情。当时上大学选物理系时，我也是梦想奔着成为爱因斯坦、成为牛顿去的，从来没想过今天会做应用研究，但将有用的东西束之高阁很可惜。所以，我一直在寻找一条既能够‘顶天’同时也能‘立地’的研究道路，我们出身理学的人具备一些基本的物理机制、数学机制分析本领，恰好可以和工程实际相结合。其实这么多年实践下来发现有很多能结合的点，就看我们想不想去做这个事情。”张晓光说。

从2008年开始，尤其是近几年，团队与企业的合作越来越密切，参加企业组织的大会、去作报告，收到了很好的反响，也为企业解决了一些技术瓶颈、“卡脖子”问题。“虽然在某些情境下成果不能马上落地，但我们可以追求未来的落地。”张晓光说。虽然清楚高校教师在应用转化这件事上做起来有很多困难，但张晓光愿意带着团队去和企业、公司建立合作渠道，去闯一闯这些难关。