湖北青年科技创新奖得主王健：聚焦多维光通信前沿技术研究，让网民享受更大更顺畅的信息分享

极目新闻记者 李碗容

实习生 张伊婷 刘秋妤

通讯员 姜胜来 丘剑山

光，是信息时代的使者。走进华中科技大学、武汉光电国家研究中心副主任王健教授的实验室，各种光纤、器件、芯片连接着多个高精尖光电科研仪器，在这里光“看得见、摸得着”，十多年来，他带领团队聚焦多维光通信应用基础研究，探索光波的空间新维度，进一步提升光通信的容量，为光通信的可持续扩容提供新的途径。

团队的相关科研成果国际领先，入选国家“十三五”科技创新成就展和美国光学学会重要进展，两次获教育部自然科学奖一等奖，本人入选国家高层次人才计划。此次获评首届湖北青年科技创新奖，王健表示，这又是一次激励，他将带队继续开展原始创新，促进湖北光通信产业发展。

王健

物理学知识引入，探索光子空间新维度

“我们生活在一个大数据和人工智能飞速发展的时代。从ChatGPT到短视频，从移动多媒体到每个人的智能终端，数据量的激增对光通信的容量提出了前所未有的挑战。”王健说。

光通信虽然发展迅速，但由于光子传统维度已开发殆尽，现有光通信技术面临容量极限瓶颈，寻找新方法实现光通信的可持续扩容十分重要。在这方面，王健带队将轨道角动量这个新物理概念引入到光通信中，开展交叉学科科研。

王健

“在博士后研究的后期，我接触到了轨道角动量，给了我新的角度去思考这个问题。”王健说。围绕轨道角动量光通信，王健等人进行了一系列原始创新，开发了一整套轨道角动量产生、复用、传输、处理、接收等技术，实验实现了Tbit/s自由空间轨道角动量复用光通信系统，这一科研成果为光通信可持续扩容提供了全新途径。王健也收到美国南加州大学的橄榄枝，“在出国之前，我就坚定了学成后一定要回国的想法。”王健说。

2011年，王健回到华中科技大学武汉光电国家研究中心继续科研。2012年，关于这一技术的论文在国际顶级期刊《自然光子学》发表，王健为论文的第一和共同通讯作者。该论文发表后迅速引起了国内外同行的广泛关注，同时王健也作为共同通讯作者，应国际顶级期刊《科学》编辑邀请，发表了研究展望文章。

王健

目前发表在《自然光子学》论文已被引用4400余次，成为了轨道角动量光通信领域的开创性论文。国内外众多高校、科研机构和企业也都开展了轨道角动量光通信研究，掀起了该方向的研究热潮，国家973计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金重大和重点项目等也纷纷立项。轨道角动量光通信也成为了王健身上的标签。

深耕多维光通信领域，实现超大容量光通信

回国后的10余年，王健坚持创新、勇于探索，继续开展了轨道角动量涡旋多维光通信研究，进一步提升了光通信的容量，实现了Pbit/s的超大容量光通信。

“这个容量有多大？一般家庭网络可能达到每秒几百兆，或者是1千兆甚至10千兆的网络，但1Pbit/s是一百万千兆。”王健介绍。这一超大容量光通信实现将会对老百姓带来哪些影响，王健展开介绍多维光通信的目标是可持续性地让光通信的容量越来越大，“这样我们每天才能够享受更大、更顺畅的信息的分享，比如你刷短视频会更加流畅。”王健说。

王健

与此同时，团队还攻关了光纤设计研制以及芯片的设计和研制中的一些关键问题。团队相关研究成果在国际顶级期刊发表了高水平论文。因为在光场调控、光子集成、轨道角动量及结构光通信等领域的创新工作和突出成果，王健2020年当选美国光学学会会士（OPTICAFellow），2020年获得教育部青年科学奖，当年全国仅8人获评；2021年获得国家杰出青年科学基金，2022年当选国际光学工程学会会士（SPIEFellow），2022年获得王大珩光学奖中青年科技人员奖，当年全国仅4人入选；2023年当选国际电气与电子工程师协会会士（IEEEFellow）。

团队研发成果还受到了企业广泛关注，目前已与华为、海信、中天、长飞、烽火、锐光等企业进行合作研发及成果转化应用，阶段性取得了显著经济和社会效益，助力湖北武汉信息光电子特别是高速光通信产业可持续发展。

王健

因钱学森等人爱上科学，将其当作一生的事业

科研道路上的收获对于王健来说是最好的激励，热爱则是原生的动力。“兴趣是最好的老师，你从骨子里面热爱科研，你就会从中收获快乐和源源不断的动力，并把它当作你一生的事业去奋斗。”王健说。

从小，受父亲教师职业的影响，爱因斯坦、钱学森等科学家的事迹都在王健内心中种下了科学的种子。1999年，王健考入华中科技大学（原华中理工大学）。在四年的本科学习后进入武汉光电国家研究中心攻读博士学位。

在武汉光电国家研究中心攻读博士期间，实验室条件非常有限，缺乏很多开展实验的仪器设备和光电子元器件，王健东挪西凑很多老师的仪器设备，在别人晚上和周末休息的时候加班加点开展实验，利用仅有的一块周期极化反转铌酸锂光波导，围绕非线性光信号处理不断创新，最后撰写了近300页的“基于铌酸锂光波导的高速全光信号处理技术研究”博士论文。

求学过程中，他得到黄德修教授、骆清铭教授、孙军强教授、刘德明教授、张新亮教授等人的指导。“前辈们踏实做事，不畏艰难敢于挑战，这些科研精神对我影响很大，使我受益终身。”王健说。

王健

王健对科研的热爱在他的团队中得以传承。团队定期举办学术交流和讨论会，他与学生们深入探讨科研问题和最新进展。“他常常工作到凌晨两三点，第二天又以饱满的热情投入到新的探索中，受他的影响，大家也都十分拼搏。”蔡丞坤博士说。未来，王健将带队继续在多维光通信领域继续深耕，希望更多科研成果能走出实验室，服务社会发展。

（来源：极目新闻）

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光通信专家谢伟全职加入西湖大学：储备互联网的未来

浙江新闻客户端 通讯员 冯怡 记者 严粒粒

曾经有人问过这样一个无厘头的问题：互联网的传输带宽，何时能够超过快递物流的运力“带宽”？

荒诞的提问方式，毫不掩藏人们对互联网速度的期待。

这种期待，同样存在于谢伟的心里。“每当互联网需要提速，都是我们光通信工作者施展能力的时候。”

5G、大数据、人工智能、物联网、元宇宙……一个又一个新名词横空出世，都在向数据传输能力提出更高的要求。生活在数字世界里，我们也许对短视频、流媒体、人脸支付早已习以为常，但并不知道“容量危机”正在悄悄逼近。

现行的通信网络传输技术，还能支撑多长时间？向光纤要更多的传输容量，还有没有可能？实验室的新技术，可以为互联网储备多少年的速率与容量？

储备未来，是谢伟在过去30年未曾停止的事业。这位来自澳大利亚墨尔本大学电气与电子工程系的教授，于近日全职加入西湖大学工学院，任光通信与传感讲席教授。

做光通信

储备互联网的未来

1989年，谢伟从中科大物理专业本科毕业，获得中美联合培养物理类研究生计划（CUSPEA）的资助。该计划由诺贝尔奖获得者李政道博士主持，选拔并派遣学生到美国攻读物理专业研究生。

也是那一年，世界上第一家商业互联网服务提供商，以拨号上网的形式，开始提供商业互联网接入服务。

录取谢伟的，是美国南加州大学物理系。当时的中国，普通人家可能连互联网是什么都没有听说过，谢伟自然也对通信知之甚少。

入学两年后，学校电气工程系来了一位新教授。上世纪八九十年代，贝尔实验室一直走在通信领域的创新前沿。新来的Willner教授也是从贝尔实验室来的，打算在学界开展光纤通信相关的研究。

谢伟是学物理的，尤其在光学方面很拿手。光纤通信，在那个年代还是非常新兴的方向，尽管自己仅仅懂光学而不了解通信，但谢伟觉得这是一个不错的想法。

凭着一股莫名的直觉，这个中国学生勇敢地敲开了Willner教授的门，也从此敲开了自己在光通信研究领域的门。

人是群居类动物，当互联网把沟通的可能性一下子覆盖整个地球，便打开了人们对于这种沟通的无限想象。尤其是最近10年，得益于光纤通信技术的不断发展，互联网传输速率增长了近250倍。

这其中，由谢伟团队首次提出的OFDM及相关技术在相干光通信中的应用，是起到关键作用的技术之一。

OFDM，翻译过来是正交频分复用技术，是一种信号处理的方式，通过这项技术可以实现更高效、也更稳定的多载波传输方案。

这是一项原本应用于无线通信的技术，也就是我们常说的Wi-Fi。2006年，谢伟团队将它“移花接木”到相干光通信，提出从单载波切换到多载波，可以极大地提升光纤通信的效能。这一理论，打开了研究人员的思路，也打开了一个崭新的领域。

此后的四五年时间里，谢伟团队不断完善OFDM及多载波相关的系列理论及实验研究。同时，更多实验室和通信厂商开始关注并投入基于多载波调制的光通信技术探索，大大提升了通信网络的速率与容量。

如果以2006年为坐标，10几年后的我们正在使用的4G与5G，主要采用的就是这种调制方式。当我们在手机、平板、电脑上打开APP，我们所获得的顺畅体验，来自于一批像谢伟这样的光通信科学家们在过去存下的技术“储备粮”。

2010年前后，在那个3G网络的年代，国内家庭宽带的带宽远远不及现在的千兆，但全世界的光通信专家们已经意识到，带宽不再是光纤取之不尽的资源。谢伟也带着学生研究了光纤通信的香农极限，计算出单模光纤的容量上限。

也就是说，如果把思路局限在单模光纤上，那么未来互联网数据传输的“容量天花板”在哪里，是显而易见的。同样显而易见的，是伴随人工智能技术与移动互联网的迅猛发展，元宇宙等新概念已经对数据传输能力提出了完全不同数量级的要求。

怎么办？

我们可以用常见的信息高速公路概念来理解。为了保证传输的稳定性，过去认为光纤必须是单模的，也就是数据在单个车道上跑。如果要通过更多的车，最直接的办法就是开辟更多车道。

谢伟认为，随着技术的发展与完善，单模的局限完全可以被打破。

2011年，谢伟团队在Optical Fiber Communication Conference (OFC)，即美国光纤通讯展览会及研讨会发表了文章，率先提出光空分复用技术，向世界展示了第一个克服单模光纤容量限制的少模传输，继OFDM后再次开创了新一代大容量光纤通信技术，将在未来呈线性倍数提升传输容量。

同时在这次学术会议上发表空分复用技术的，还有美国和欧洲的贝尔实验室，影响力不容小觑。在光通信行业，这一技术是当前关注度最高的下一代传输方案之一，被认为是6G、7G，以及大型数据中心的数据传输解决方案。

当科学家

储备人类认知的未来

谢伟1996年从美国南加州大学博士毕业，直到2004年才到澳大利亚墨尔本大学执教。中间的8年，他辗转在包括贝尔实验室在内的三个工业界研发机构工作过。

那8年，谢伟距离光纤通信的应用非常近，直面数据洪流给通信网络带来的压力。

回到大学实验室，与应用拉开一段距离，是因为他想从不同的视角和心态，试试做原创性的研究。上述两次开创性成果的事实证明，这个选择是值得的。

“我为自己在墨尔本大学取得的科研成果而感到骄傲，这超出了我对自己在学术上的预期，让我看到了自己的潜力，‘谢伟’这个名字也正是因为这些研究而被业内的人们所了解。”谢伟这样评价自己在学界的工作。

当科学家这件事，对他来说，同样是对未来的一种储备。

谢伟自小就是学霸，数学竞赛拿过四川省一等奖，物理竞赛成绩也不错，被中科大提前录取。读书对他来说，从来就没有太多困难。

尽管去中科大之前，家里人都不知道学物理将来能干什么，出国的时候更是茫然。但在年少的他看来，既然自己会读书，那么一直读下去、当个科学家，好像是理所应当的事情。

和后来投身光纤通信时的想法一样，他认为：当科学家，是一个不错的想法。

也正是基于同样的思考逻辑，他选择了在今年回国，加入西湖大学——在中国，有一所年轻的大学，将小而精、研究型作为自己的定位，听上去是一个不错的想法。

而真正吸引谢伟加入西湖大学的，是科学家之间的默契，是他们之间使用的同一种科学的语言。

比如，这里推崇跨学科交叉，甚至直接在校园建设的物理空间上打通并拉近了不同的学科。

谢伟在2006年提出的OFDM应用，就起源于一次偶然的跨学科交流。那天，他在机场碰到同样是墨尔本大学电气工程系的一位博后，对方研究的是无线通信。两人一起喝咖啡时，谢伟问道：最近你们Wi-Fi领域最热的话题是什么？答：OFDM。

当时的谢伟，并不知道OFDM是什么；那位博后，也不知道光纤通信是怎么回事。两人只是顺着话题聊下去，谈到OFDM能够解决无线通信中信号畸变的问题。而如何处理光纤通信中的信号畸变，正是谢伟当时正绞尽脑汁思索的难题。

未来的创新，也将很有可能在不同研究方向、不同学科的边界产生。

除此之外，西湖大学力求基础、原创的科学研究。全世界每一位科学家都知道，这是一件非常不容易的事，但若想实现科技自立自强，这是一件必须要做的事。

谢伟是重庆人，爬坡过坎是刻在他骨子里的。

他在10年前开始主攻少模光纤的时候，就深知从零到一有多难。当时，实验所需要的模式耦合器，找了全世界很多所大学，都没有人会做；几乎所有光纤制造厂商，也都不知道怎么做少模光纤……

在人类认知的边界上拓出一条新路，谈何容易。

谢伟花了一年多时间，与合作伙伴制造出第一根少模光纤。直到现在，关于光空分复用技术与少模光纤的研究，仍在他的课题组内继续。在西湖大学，他希望进一步研究，如何将这一技术更好地应用于大型数据中心，也就是我们现在越来越耳熟能详的“云”上。

带博士生

储备创新力量的未来

在不久前的西湖大学2022级博士研究生开学典礼上，刚刚入职仅2天的谢伟，与其他15位讲席教授站在台上，给“西湖六期”博士新生赠送入学礼。

这是西湖大学的传统。从“西湖一期”的19位新生，到今年“西湖六期”的352位新生，学校始终坚持每一位新生都要上台，完成这样一个简单但庄重的仪式。

谢伟对这样的仪式感很认同。他曾说，进入大学工作带给他的成就感，不仅仅在于能够通过自己的科研改变世界，还可以通过自己培养的学生改变世界。

这些优秀的年轻人，将成为改变未来的创新力量。

截至2020年，中国已累计铺设5169万公里光缆，总长度可绕地球1292圈。在光通信系统设备和解决方案上，中国的企业已经开始在全球范围内显现出不容忽视的竞争力。中国的互联网、通信系统以及数据中心的快速发展，也为这一领域的基础科研提供了极大的驱动力。

谢伟希望，他在西湖招收的博士生，能够在科研上拥有同样强大的内驱力。

“为什么读博士，首先要想明白这个问题。是因为一个博士头衔，是因为父母的期望，还是因为真正想要做一门学问。”谢伟说，只有想清楚了这个问题，才能来谈冒险，谈如何逆流而上，做独一无二的研究。

从1991年师从Willner教授学习光纤通信开始，谢伟始终对这门学问、对光通信事业保持着强烈的信念感。他认为，只有相信自己正在从事的研究，才会愿意付诸无尽的努力，才会奋不顾身地“跃入未知”。

他用两个jump来做对比。在英语里，有一个说法叫jump on the bandwagon，意思是“随大流”，哪里热闹往哪里走；在科研里，谢伟认为这自然是不可取的，而是应该jump into the unknown（跳入未知）。

作为博士生导师，谢伟并不“高产”。在墨尔本大学的18年时间里，他仅培养了17位博士研究生。他对自己有这样的要求：不管多忙，都要保证自己有时间和精力给予学生足够的指导，这种指导在他们科研生涯的早期是至关重要的。

“当他们走出实验室的那一天，应该有属于自己的、独立的学术标签，他们不再是谢伟的学生，而是某项新理论、新技术的发明者。”

谢伟是过来人，他明白这个过程必定艰辛，但这是为未来做好创新储备的必经之路。

而为未来储备创新力量，是谢伟，是每一位科学家，也是西湖大学所相信的使命。

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