【专题访谈】师生同悟道、共精业、同启惑、共创新 —访清华大学电子工程系范崇澄教授(二)

2021-01-19 11:50:35

在教学活动中,他讲时基本不涉及数学推导,而以物理概念为研讨核心。如在推导渐变折射率光纤的本征函数时,一般是对方程的自变量和因变量各做三次变换,使方程变换成有标准解,致使读者觉得不可思议。而范指出,此时物理上所有导波摸式的场解,沿径向增加必然是由振荡自动变为衰减,因此数学上只要能将方程变换成有这样的解即可,非常自然、明确。又如,在折射率沿径向为阶跃和抛物线分布时,可以求得场的解析解,并可确定导波摸式的数量。如果是其它(如三角、尖型等)分布,如何不经过求场解而估计导波模式的数量?一位同学在课堂研讨中提出:由于光线趋向于集中在折射率高的地方,故在芯区最高折射率一定的情况下,把高折射率部分挖去得越多,导播模式数一定越少。不用每种分布逐一求解场分布再比较导波模式数,从而一语道出物理本质!再如,在研究拉曼非线性沿光纤的演化时,尚无人对这一具有重要意义的课题发表解析结果。一位数理功底极好的研究生充分发挥特长,经过复杂的推导得到了表示输入、输出关系的传输矩阵。在范和他的讨论中,不是重复数学过程,而是仔细研究矩阵中各元素的物理意义。发现它们都极明确而合理。结果这篇只有理论推导而无实验验证的论文,被该领域的国际权威期刊收录发表。此外,还有许多同时具有理论意义、实验数据和实用价值的创新性成果。这正是由传道、授业、解惑向悟道、精业、启惑的转变,在这一过程中师生共同体会到创新的乐趣。

2007在美国光纤通信会议上作首个大会主旨演讲

 

为了进一步扩展本专业研究生的基础知识,范崇澄要求他们必需选修通信专业研究生的必修基础课、陆大䋮教授主讲的《概率论与随机过程》(本系四大杀手课之一),因为通信的最基本问题就是如何在噪声中提取信号。上世纪90年代,范崇澄赴美国开会,曾问及清华电子系校友,对毕业后科研教学影响最大的是哪门课,绝大部分回应说是这门课。进入本世纪初,回答依然。可见,一门好基础课足以使同学们的本领得到非常大的加强。  

在科研方面,直到80年代后期,主要课题是单模光纤模场直径的测量。1989年他获得出国学习的机会(85~88任校国际学术交流委员会副主任)。本想去美国家标准局学习有关光纤参数测试标准方面的知识,但此前有幸相识的厉鼎毅博士(美国工程院院士、贝尔实验室光纤通信部主任、激光原理中Fox-Li公式的提出者、波分复用光纤通信之父、后入选中国工程院首批外籍院士、清华大学名誉教授)建议改为光通信方向,于9月间赴美国新泽西州Rutgers大学E. Snitzer教授(波分复用光通信核心器件掺铒光纤放大器(EDFA)的发明人之一、光波导理论的重要贡献者)处学习、研究EDFA。优点是: 1,该类放大器正在蓬勃发展中,是大容量光通信系统中不可或缺的核心器件;2,Snitzer教授的实验室有很好的研究条件;3,该大学离贝尔实验室近,便于访问。期间,范崇澄深受Snitzer教授和其实验室同仁(有数位国内来的研究生)的帮助。同时,厉博士还积极介绍范崇澄和贝尔实验室的各位大咖认识、讨论、参观。

和这些国际知名的大学者接触,范最大的感受是:1,他们对于从事的领域和课题,基本上是物理概念上融会贯通、数学方法上严谨巧妙、实验水平国际领先、实际应用技术经济效益明显;2,平等待人,讨论时不摆学术架子,绝不强不知以为知。这些对范的学术心态、与学生、同事的相处以及日后的学术交流都大有裨益。

以创新性的工作高质量完成科研任务

1991年春,范崇澄回国。立即跨教研组参加了激光教研组彭江得教授主持的EDFA科研组(这在当时有点另类,一般是在本教研组成立新科研组),彭老师非常高兴地明确全组对范开放,成为专业首例。同时,为开展光通信系统研究,在没有任何具体项目的前提下,电子物理、激光和通信三个教研组的有关教师和研究生,自愿组织起光通信学术沙龙,通信教研组的姚彦教授提供场地和饮料,每周活动,事先指定具体题目和主讲人,讲后充分讨论,未解问题下次继续。正是在这种氛围下,大家学会了眼图、误码率、激光器和光放大器、光纤传输及其非线性等一系列基本概念,为全系发挥多专业综合优势、集中力量开展光通信系统的研究与开发、成立光通信研究所打下了基础。不久,时任电子系主任的吴佑寿院士提出,要重点发展光通信系统与技术,并决定申请国家863计划在该领域的首批相关项目(4X622Mb/s+光纤放大器实验系统)。在立项答辩中,由于我系光通信研究所准备充分,与提出项目建议书的兄弟院校同时中标。经过全所艰苦攻坚克难,圆满完成任务并获得唯一的A等A级的最高评价。此后,又为邮电部第五研究所完成了4X2.5Gb/s+光纤放大器项目,其中杨知行教授及杨辉老师研制成了全国第一个工业化2.5Gb/s光发射机模块,并成为华为购买的首个同类产品。彭江得教授负责的掺铒光纤放大器模块性能达到国际先进水平。范崇澄团队开发出了系统模拟软件,成为国内之首。在此基础上,清华大学电子工程系与邮电部五所合作,承担了又一个985光通信重点项目——广汕工程(4X10Gb/s WDM+EDFA 400公里),范崇澄担任技术负责人,他带领团队形成一种力争最好、争担‘困难’的风气:各子课题一定在要做到在充分完成原定任务的前提下,尽量进一步提高指标,以减轻其他子课题的负担;它大大提高了所有人的全局观和奉献精神。邮电部五所则负责工业设计与实现,确保从机架、各子系统及功能模块到它们的监测、连接,完全符合国家相关标准。通过产、学、研整体(不是各自+组装)的努力,终于研制出全国首个工业化带模拟软件的波分复用光纤通信系统,从实际运行环境下的整开通、试运行直至验收前连续运行考核,全部一次成功。1999年,鉴定验收会在厦门召开,主管部门认为,传统上此类项目是在实验室条件下验收,验收结束之日就是成果被束之高阁之时;此次则是实际系统的运行验收,验收合格后系统马上并网投入正式运行。验收结论认为,系统最终达90年代中后期同类产品的国际先进水平(如掺铒光纤放大器的噪声控制技术等),并为此再次获得国家863计划评定的唯一A类A等光通信系统项目。这是整个团队一起努力奉献得到的成果。

在此期间,范崇澄及其学生还完成了许多高水平的研究课题(有些是与工业部门研究所共同完成)。如光纤中各种非线性的演化及其数学模拟、拉曼光纤放大器的瞬态过程、大容量波分复用光纤通信系统的性能预测与整体设计等。以后,通信研究所在范崇澄等的主持下,又获得了校重点科研项目近千万元的投资,整个团队继续成长。

与科研成果相比,某种程度上范崇澄更看重的是:自己先后于1998年、1999年和2002年三次获得的清华大学“研究生良师益友奖”

在清华遇见许多非常好的学生、同事、老师,是范崇澄一生之幸

范崇澄和张克潜老师(1958-2018)

 

回顾过去,特别是从事光纤研究以来,范崇澄深深感到,结识了许多非常杰出(远不限于本组和本所)的本科生、研究生,这是其一生最大的幸事!他们数理基础扎实,实验动手能力强,富于创新意识、团队意识和奉献精神,谦虚谨慎、待人非常诚恳。在论文工作中,他们常常能提出、解决重要甚至关键的科学、技术问题并加以解决。能和他们一起悟道、精业、启惑,共同经历准确提出挑战之难、探索-失败-探索不断反复之励、终致成功之幸的全过程,并藉以培养出持续的师生之谊,是非常难得的机会和巨大的享受。有的研究生在毕业论文的最后,把和导师范崇澄的关系,称为“亦师亦父亦友”!此外,范崇澄在工作中认识了许多研究所和系里的老师,他们不仅是完成共同科研任务中全力奉献和创新的主力,也是各自领域的‘大牛’,使范在和他们接触、交往的过程中,经常体会到学科交叉对从基础处长知识、创造性共同完成任务、学术上快速提高等方面重大甚至不可替代的作用。

学术道德是每个单位和个人的安身立命之本。电子系的学术声誉,是全体师生自建系以来数十年持续不懈努力的结果;而毁坏它只要一人一事!有鉴于此,范崇澄在任职电子系学术/学位委员会期间曾多次给本科生和研究生讲有关问题。

老师是学生的引路人(mentor);学生是老师的传承(legacy)

与科研、生产单位完全不同,高校教师的最大财富是学生和对他们的传承

老师可以成为学生的引路人或人生导师:养成研究品味;提高研究兴趣和水平;形成彼此信任互相学习启发提高的氛围。老师以身作则,指引青年学子的人生航向,教导其为人处世、道德诚信的准则,在潜移默化中,践行“百年树人”的职责使命。学生传承了前辈的传统和作风并加以发扬,代代相传,形成了从研究所到系到整个学校的风气。不少学生毕业后,一直和范崇澄保持密切联系,从师生而亦师亦友而好友,使范崇澄得到了莫大的和作为教师独一无二的享受。

范崇澄与研究生

 

其实,范崇澄自己就是在这种氛围下成长起来的:在学生心目中,他是受人尊敬的老师;而在老一辈师长眼中,他又是谦逊的学生。前辈们既是各自领域的学术领路人,又是他的人生导师与挚友。如他的导师张克潜,在筹办专业之初,除繁重的备课(《电真空技术的物理基础》、《电磁场理论与微波技术》等)、筹建实验室外,还在科研工作中则承担了多项重点国防任务,几十年一心扑在工作上。对范的耳濡目染、耳提面命,方有范的今日。

范转入光通信后认识的厉鼎毅博士, 自1978至2012逝世前访华四十余次,在我国最需要的时候倾心帮助,更是把他在贝尔实验室获得的科研战略、创新原则(“以经济/社会效益为唯一标准”、“企业必需不断创新才能存活”)乃至如何挑选、栽培晚辈,无保留的传授给国内同行,甚至把不宜公开的想法也和范交流。如在相干光通信还很热门的时候,他们两人举行了一次预测其前途的“闭门讨论”,结论完全相同:“paper work 而已”。在范的内心深处,已把厉当做了自己的另一位Mentor。

变中求变,按需改行,基础至要

在访谈中,范崇澄着重谈到,他大学毕业后,已经历过较大的改行。如今的创新时代,“变”是唯一不变的规律。在人生中经历两三次以上的大改行将成为常态,在高校学习期间就应有所准备。为此他提出两点建议:“第一,需求第一而非兴趣第一。上大学时,我的专业是电子器件,也很有兴趣;但若今天依然坚持这个兴趣,只有失业。当今科学技术发展日新月异,已有专业迅速消亡,新学科新领域不断产生,甚至出现“螳螂扑蝉、黄雀在后”的情况。必需在变中求变,主动适应新需求并培养兴趣,才能与时俱进。第二,要能快速适应学科的发展和变化,宽且扎实的基础知识最重要。而它们较难通过自学而系统获得。这就是在大学中努力学好基础知识(有能力可多选一些)的最重要的理由”。

采访合影

 

采访:冯雪、孙长征、马骋、陈明华、熊兵、乔元春、万军

摄影:赵阳

撰稿:万军

排版:陈孟孟

责编:乔元春

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    范崇澄在工作中认识了许多研究所和系里的老师。范崇澄在任职电子系学术/学位委员会期间曾多次给本科生和研究生讲有关问题。
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