義理林：在光通信領(lǐng)域自由馳騁

本刊記者　宋 潔

義理林：在光通信領(lǐng)域自由馳騁

本刊記者宋 潔

專家簡介：

義理林，上海交通大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。近5年，主持NSFC優(yōu)青、青年、面上、重點項目各1項，教育部優(yōu)博基金1項以及企事業(yè)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(fā)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(quán)國家發(fā)明專利13項。

2010年獲全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文，2013年獲國家自然科學(xué)基金優(yōu)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(xué)“SMC-晨星青年學(xué)者”B類和A類支持。

從中考那年以縣第3名的優(yōu)異成績考入四川省重點中學(xué)廣安一中開始，義理林一路優(yōu)秀。他不斷在實踐中發(fā)現(xiàn)自我，并調(diào)整自己前進(jìn)的方向。如今，義理林已經(jīng)完成從校園學(xué)子到企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)理再到高校教授的角色蛻變，在交換精細(xì)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(lǐng)域的義理林卻與理想志愿失之交臂，最終被調(diào)劑到了上海交通大學(xué)應(yīng)用物理系。“也還好，通信的基礎(chǔ)是與物理相關(guān)的，我的物理知識也給后面通信打下了很好的基礎(chǔ)”，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(xué)專業(yè)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(fā)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(dǎo)師申請到了一項關(guān)于摻鉺光纖放大器的項目。

摻鉺光纖放大器被譽(yù)為光纖通信中最偉大的發(fā)明之一，由英國南安普頓大學(xué)在1985年首先研制成功。經(jīng)過將近20年的發(fā)展，摻鉺光纖放大器已經(jīng)變得相對成熟，要想再有所突破就只能在原有的基礎(chǔ)上找出新的研究點，“我們更多的是從應(yīng)用的角度考慮，希望能進(jìn)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?！?/p>

在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，義理林參與了這個頗具挑戰(zhàn)的項目。經(jīng)歷了前期大量的研究，中期艱苦的技術(shù)攻關(guān)，團(tuán)隊最終成功研發(fā)出新版摻鉺光纖放大器，與當(dāng)時市面上銷售的同等產(chǎn)品相比，他們的產(chǎn)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(yè)界頂尖雜志IEEE PTL上發(fā)表了2篇論文——在21世紀(jì)之初，我國學(xué)者能在此期刊上發(fā)表論文的并不多。

隨著項目的結(jié)題，義理林也完成了自己的碩士畢業(yè)論文，那時他剛剛研究生一年級?！疤崆巴瓿闪四繕?biāo)，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(xué)生會主席，性格開朗、并且喜歡學(xué)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(xué)生會工作，先后組織了多項文化、體育、學(xué)術(shù)、科技活動，并帶領(lǐng)物理系研究生團(tuán)支部獲得“上海交通大學(xué)優(yōu)秀團(tuán)支部”稱號，他本人也獲得了“上海市三好學(xué)生”稱號?！斑@段經(jīng)歷對以后的工作還是挺有幫助的，當(dāng)老師后發(fā)現(xiàn)，做項目需要管理學(xué)生，需要和不同團(tuán)隊合作，而且要經(jīng)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(yùn)的是，義理林在研究生階段就得到了歷練。

加盟企業(yè) 做以市場為導(dǎo)向的應(yīng)用研究

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

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

博士畢業(yè)后，義理林有明確的想法，想到工業(yè)界去看看?！安┦侩A段，我的研究方向是減慢光速，屬于前沿領(lǐng)域，離應(yīng)用比較遠(yuǎn)。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(yīng)用的研究”。而企業(yè)，是幫他實現(xiàn)理想的最佳選擇。于是，帶著“成果能應(yīng)用到現(xiàn)實生活”美好愿景的義理林加入了Avanex上海研發(fā)中心。

剛剛進(jìn)公司不久，義理林便一戰(zhàn)成名。一貫自主研發(fā)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(quán)于上海研發(fā)中心。這對于上海中心來說，無疑是個可以證明自身研發(fā)能力的好機(jī)會。也正因如此，大家都有些猶豫，一旦出現(xiàn)差池，就意味著全盤皆輸。機(jī)會總是留給有準(zhǔn)備的人，頂著巨大壓力，義理林主動請纓。而情況遠(yuǎn)比想象中復(fù)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(shè)計平臺，自主開發(fā)出光路、軟件系統(tǒng)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?！懊恳豁椫笜?biāo)都要達(dá)到客戶的需求，有很細(xì)小的問題如果考慮不到就會影響產(chǎn)品最終的性能，也意味著項目失敗”。這次經(jīng)歷，讓他第一次感覺到科研和產(chǎn)品開發(fā)之間遙遠(yuǎn)的距離。“科研，可能只考慮某個參數(shù)指標(biāo)，但是對于產(chǎn)品開發(fā)，不光要單項性能好，整體性能也要滿足，所以對研發(fā)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(fā)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?！斑@是一個很大的挑戰(zhàn)，里面涉及了很多機(jī)械、光學(xué)、電路的設(shè)計問題”，就是這個當(dāng)時在所有人看來是不可能完成的任務(wù)，義理林帶領(lǐng)團(tuán)隊不斷攻關(guān)，思考新的辦法、設(shè)計，失敗后再思考，直至最后將理想變?yōu)楝F(xiàn)實。

“這段工作經(jīng)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(guān)鍵是如何實現(xiàn)？如何達(dá)到更好的性能以滿足要求。因此，現(xiàn)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(xù)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(chǎn)品開發(fā)經(jīng)理。

和學(xué)生及導(dǎo)師合影

重返高校 三大研究方向齊頭并進(jìn)

工作3年后，義理林選擇了離開?！霸诠I(yè)界有一個問題，就是一切研究都限制在公司的戰(zhàn)略目標(biāo)中。我還是喜歡做自由創(chuàng)新的東西，也許學(xué)校更適合我，可以選擇一些自己感興趣的方向”。然而，從工業(yè)界回學(xué)校并非易事?！耙话愣际遣┦慨厴I(yè)后留?；蛘叱鰢霾┦亢罄^續(xù)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(rèn)可，但當(dāng)時學(xué)校要求必須擁有海外的博士學(xué)位才可以簽正式合同進(jìn)學(xué)?！?，就在這緊要關(guān)頭，義理林當(dāng)年的那張法國博士學(xué)位證書悄然發(fā)揮了作用，仿佛冥冥之中天注定。

有學(xué)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(xù)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(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的交換精細(xì)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(shù)提升交換精細(xì)度、提高接入帶寬、增強(qiáng)傳輸安全性。

提升網(wǎng)絡(luò)交換精細(xì)度的主要功能器件是高分辨率可編程光濾波器。傳統(tǒng)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(yīng)，結(jié)合數(shù)字多頻外調(diào)制、數(shù)字快速掃頻調(diào)制、非線性管理、循環(huán)反饋校正等多種技術(shù)，成功開發(fā)出全世界分辨率最高(15MHz)的可編程任意形狀濾波器，填補(bǔ)了之前在10GHz帶寬以下無法實現(xiàn)任意形狀濾波的技術(shù)空白。此外，他還進(jìn)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(guān)性等問題，實現(xiàn)了偏振無關(guān)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(dá)70dB，并且可對16QAM信號放大獲得無誤碼性能。相關(guān)研究成果在光通信領(lǐng)域旗艦會議OFC上被評為得分最高（Top scored）論文，并且他指導(dǎo)學(xué)生在ACP上獲得最佳學(xué)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(fā)表邀請論文。研究工作多次受到英國南安普頓大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)等單位的引用及跟蹤研究。

提高接入網(wǎng)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(wǎng)容量標(biāo)準(zhǔn)從當(dāng)前的10Gb/s向40Gb/s和100Gb/s提升，“其核心需求在于通過技術(shù)創(chuàng)新，用低成本技術(shù)方案獲得高系統(tǒng)性能”。義理林利用直接調(diào)制直接檢測結(jié)合多通道光色散均衡等技術(shù)，實現(xiàn)了100公里1024個用戶無中繼無色散補(bǔ)償同時接入，功率預(yù)算高達(dá)53dB，優(yōu)于NEC美研所基于外調(diào)制和相干檢測獲得的51dB功率預(yù)算指標(biāo)，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(tǒng)中得到驗證，并聯(lián)合中興提交FSAN下一代光接入網(wǎng)（NGPON2）國際標(biāo)準(zhǔn)文稿，獲得普遍認(rèn)可；在NG-PON2系統(tǒng)中上行采用直調(diào)激光器的方案也已寫入ITU-T Recommendation G.989.2標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)多通道光頻率均衡和啁啾管理方案來支持10G直調(diào)直檢光器件實現(xiàn)25Gb/s調(diào)制和傳輸，以更低的器件成本獲得優(yōu)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(fā)經(jīng)費(fèi)，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(nèi)就開發(fā)出100Gb/s容量光接入網(wǎng)原型樣機(jī)，并在上海交通大學(xué)兩個校區(qū)間進(jìn)行了現(xiàn)場演示，并聯(lián)合烽火以此技術(shù)為基礎(chǔ)提交了IEEE標(biāo)準(zhǔn)文稿。由于在接入網(wǎng)方面的出色工作，義理林入選為OFC會議接入網(wǎng)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(xué)生合影

隨著通信數(shù)據(jù)量不斷增加，用戶對隱私的保護(hù)需求越來越強(qiáng)烈，因此網(wǎng)絡(luò)安全問題變得日益重要。這需要在傳統(tǒng)的軟件加密基礎(chǔ)上增加物理層加密，從而進(jìn)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(lǐng)域?；煦绻馔ㄐ攀侵匾奈锢韺蛹用芊桨?，它需工作在10Gb/s及以上的速率中，但其密碼物理狀態(tài)空間有限，保密度有待進(jìn)一步提高。此外，最常用的基于反饋環(huán)的混沌光通信結(jié)構(gòu)還存在延遲時間標(biāo)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(shù)存在的問題，提出在反饋環(huán)時間反饋的基礎(chǔ)上，引入相位和頻率兩個反饋變量?！案`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(guān)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(xiàn)有軟件加密及混沌加密的基礎(chǔ)上可再增加10^48個物理狀態(tài)，并且反饋環(huán)的延遲時間標(biāo)簽被完美隱藏，可達(dá)到幾乎無法破解的水平。

基于混沌光通信技術(shù)，義理林申請了兩項GF專利，并被寫入GF“十三五”項目規(guī)劃。盡管如此，在3年多的持續(xù)研究過程中，他還未發(fā)表過1篇論文，“我認(rèn)為這是個不錯的方向，會繼續(xù)堅持下去”。這也正是義理林做科研的信條：把握準(zhǔn)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(lǐng)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?；厥淄?，當(dāng)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(rèn)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(jié)出更多的科研果實。