清华大学电子工程系教授  范崇澄

 

     在信息社会中，为了满足语音以及图像信号、电子商务等数据业务的“爆炸性”增长，建造具有巨大信息传送容量的“信息高速公路”基础设施已 成共识。

 

    长期以来，在一个波长下使用更高比特率是增加信息传送容量的主要手段，但当数据率达到数十Gb/s或更高时，在电和光两方面都出现了困难。80年代末至90年代初，宽带光纤放大器（主要是掺铒光纤放大器EDFA），的发明使人们逐渐认识到：增加系统传送容量更有效的办法是把不同波长的多路光信号复用到一根光纤中进行传送（“虚拟光纤”），称为波分复用。它的优点包括：充分利用光纤带宽资源，系统建设及扩容成本大幅度降低，通过逐步扩容及时回收成本等等。自从1996年美国推出第一套商用波分复用系统以来，该项技术在全球范围内发展速度令人瞠目，已经成为光纤通信系统占有绝对优势的主流技术和国内外研究、开发、实用化的最大热点。在这一过程中，我校电子工程系光纤通信研究所也做出了自己的贡献。

 

 

    早在1992年，电子系领导以及有关教研组高瞻远瞩，成立了光纤通信研究所，强调大家用北京市“凉水河工程”的精神（自己“挤”出人员和经费，自带课题），通过各自的研究并多次举办学术沙龙，在充分研究了国际发展趋势和自身条件的基础上，逐步明确了总体目标，一致决定在波分复用光纤通信方面发展。同年，经国务院高新技术计划协调指导小组批准，八六三计划信息技术领域通信技术专项中，也确立了 “2.5Gb/s(4X622Mb/s或16X155Mb/s)‘波分复用+光纤放大器’光纤传输实验系统”这 一研究课题。

 

    面对这一难得的机遇，系领导引导学科联合，研究所成员齐心协力，把各研究项目的工作按照争取目标的总体要求进行了调整，经过几个月的协同研究，提出了“设计思路正确、有理论依据和分析、内容充实、研究方法和技术路线合理可行、容易被有关单位如邮电部所采用”的总体方案。根据自己的特点提出了“能在电上做就不在光上做”的原则，以减轻总体难度。选择了4X622Mb/s方案以节省系统总成本和光放大器的带宽。我们所面临的风险是：当时622Mb/s的电端机在国内尚未取得突破，而155Mb/s的电端机已商品化。课题组对内还提出：在学术上也要力争有所突破，还要研制国内第一台2.5Gb/s光收发端机，力争对我国的光通信事业多做贡献。

 

 

    在研究课题开展的过程中，继续发挥了“光纤通信学术沙龙”的作用，通过来自4个教研组的师生之间的“思想碰撞”，产生了新的学术观点，熔炼了队伍，凝聚了一批骨干，有力促进了学科交叉。到1994年，沙龙已举行了60余次，形成了知识与友谊同在、新意与收获共存的局面。在学科交叉基础上各专业联合攻关，充分发挥了学科综合优势，不同技术专长的研究人员及条件凝聚成一股力量，造就了一个和谐统一的研究环境，综合优势得以鲜明地表现出来，形成了有确定整体目标的、活力充沛的攻关团队，使整个研究工作始终在更高、更深、更精的要求上进行。在联合攻关技术难点时，责任和兴趣激励大家无私奉献。人人有奉献，个个有收获。有的子课题组本身指标已经完成，但为减轻他人压力、提高总体水平，主动修改自己的方案，除圆满完成预定任务指标外, 还取得许多成果；

 

    理论方面：在光纤色散限制、光纤放大器、光纤非线性等领域发表了若干学术创新成果，包括SCI论文4篇，本领域最重要的国际学术会议论文1篇(OFC1994，据知为国内首次）等；

 

    技术方面：在突破若干关键单元技术难点的基础上较好地体现了先进性、实用性与可行性的结合,自行研制成新型结构EDFA功放和前放，其中带有EDFA的接收机灵敏度接近国际先进水平；国内首次研制成功2.5Gb/s(速率最高)光收发机并实现了常规单模光纤200km无中继传输，当时为国内最长距离；总数据率4.354Gb/s(3x622Mb/s+1x2.5Gb/s) 的波分复用系统实现了常规单模光纤200公里传输，总码率国内领先；研制出2.5Gb/s采样法误码测试系统(获国家发明三等奖)等等。研制过程中，我们注意处理好自行研制、国产化和适当引进之间的关系，对我国最高码率和最长无中继距离光纤通信实验系统的建立作出了重要贡献。

 

    由于成绩突出，清华大学电子工程系光纤通信研究所获得1994年度校级先进集体称号。柴燕杰、宋健、刘凤海、阳辉、唐平生获1995年度清华大学优秀青年教师群体奖。1995年末，该项目在接受领导部门课题验收时得到了各承担单位中最高的总评结果?DAa。

 

 

    在此基础上，1996年光纤通信研究所又开始登上了与工业研究部门和产业界联合研发的新台阶：为了缩短项目的研制周期，加快研究成果向实用化产品的转化，研究所（负责光路部分）与邮电部第五研究所（负责电端机及网管部分）及中国邮电工业总公司（负责机械结构部分）联合研制完全满足工业标准的4´2.5Gb/s´200km无中继波分复用系统，以及系统中的配套放大器系列。所谓满足工业标准，是指所有部件必需实现在标准通信机柜中即插即用，面板上不允许有任何调节旋钮，以及满足一系列的环境要求。此外，由于光通道损耗达44dB，再加上色散、串话等裕量，对各部件的指标要求都很苛刻。

 

    在三家的紧密合作下，项目进展顺利。由于省去了传统的由原理样机、科研样机到生产样机的交接时间，经过仅半年多时间的联合刻苦攻关，系统的主要部分--光复用和光传输 部分就已完成，并于1996年12月通过了由国家教委组织的鉴定。1997年完善了网管系统，增加了波长转换接口，经测试，各项指标均符合设计要求及相关协议。项目研制过程中解决的关键技术问题有：

 

    通过特殊电路设计，实现了体积小、耗电省、结构合理、散热性能良好的高稳定度光发射机模块，达到国际同类产品先进水平；

 

    通过光路、电路和机械结构的新设计，实现了无需现场调节的掺铒光纤功率放大器和前置放大器。在结构上由实验室的卧式机箱变为正规通信机的立式标准插盘。

 

    设计了高精度的温度控制电路，以保证在规定的环境温度范围内，波分解复用器各信道的中心波长稳定在指定温度。

实现了对光功率放大器、光前置放大器以及波分解复用器性能的实时监测，且具有本地监控接口，监控信息可通过PC机在各端站直观显示并纳入整个网元管理系统。

 

 

    这一任务的圆满完成，使光通信研究所和有关单位在国内光通信界的地位进一步确立。经国家科委批准，国家八六三计划通信主题于1997年初下达了“8x2.5Gb/sSDH波分复用实验系统”课题。由于本课题对系统的技术指标和实用化要求进一步提高，由邮电部第五研究所担任项目负责人，我校光纤通信研究所担任技术组长。在研究过程中，两单位进一步密切结合，研发过程进一步缩短，水平进一步提高，如研制开发了有自主知识产权的系列化掺铒光纤放大器，开发了带有电吸收调制光源的光接口转换器，基于理论研究成果，在我国首次研制成功完全具有自主知识产权的波分复用系统特性模拟软件包，可对各参考点处的各信道功率、光信噪比以及增益平坦度、光纤非线性等进行定量分析，是系统设计的极为重要的工具。此外，也有一批学术创新成果在SCI期刊和OFC会议上发表。更为振奋的是，该系统作为“广州-汕头国产8x2.5Gb/sSDH波分复用 系统实验工程”（全长542.1公里)于1999年全线开通并通过工程初验，在验收会上被评为优良工程，我校的贡献受到一致肯定和高度赞扬。该工程成为我所科研成果转化为实际敷设的第一个光纤通信系统。由于学术和工程两方面的突出成果，本项目于1999年5月在八六三验收中又一次获得了承担单位中的最高总评结果?DAa。

 

    先后参加以上项目的教师有研究所所长彭吉虎(4x2.5Gb/s项目负责人)，研究所副所长范崇澄(2.5Gb/sWDM[863]项目负责人、4x2.5Gb/s项目技术负责人、8x2.5Gb/sWDM[863]项目技术组长)，研究所副所长谢世钟(2.5Gb/sWDM[863]项目总体及622Mb/s光电端机)，研究所副所长杨知行(总体及2.5Gb/s光电端机、2.5Gb/s误码测试系统)、阳辉 (各项目2.5Gb/s光电端机、2.5Gb/s误码测试系统)、彭江得(各项目EDFA)、刘小明(各项目EDFA)以及做出重要贡献、目前在国外进修、学习的柴燕杰、刘凤海、唐平生等老师。时任微波与数字通信国家重点实验室主任的姚彦教授，始终是光纤通信研究所的积极组织者与支持者。一批学术思想活跃、独立工作能力强、理论与实践结合较好、有相当创新能力的本科生和研究生得到了较高水平的培养和锻炼。看到他（她）们的迅速成长，是老师们最感欣慰的。

 

    对于正在经历“爆炸性”发展的光子学与光通信技术，作为发展中国家的科技工作者，在学术上作出创新性成果殊为不易，开发出有自主知识产权的产品并用于在实际工程中更加困难，在这两方面同时做出贡献就需要学术思想活跃，团队精神有力，校外合作通畅，坚持不懈奋斗。电子工程系光纤通信研究所的师生们从学术沙龙开始，到组成攻关团队，到实现产学研一条龙，为建设信息高速公路做出了自己的贡献，祝愿他（她）们再接再厉，取得新的成绩！