拳拳之心光纤情——记北京交通大学简水生院士

　　每天早上，76岁的简水生院士都会步行穿过美丽的交大校园，准时来到位于学校东南角的光波楼院士办公室，开始紧张而忙碌的一天。

　　老先生面容慈祥，衣着朴素，步履稳健，他的身后是由他创造的令世人震撼又自豪的累累硕果，他的面前是一个又一个等待着他的关于光波理论的艰深课题，老先生以他的坚韧、睿智、创新和赤诚与光纤打了一辈子交道，结下了一生不了情。

动荡岁月的人生承诺

　　1929年,简水生出生于治学气氛浓郁的江西省萍乡县。念小学时，正值日军大举入侵中国，老师在课堂上常常给学生们讲自己的祖国积贫积弱被外国人欺侮的事情。一次在讲到上海的外滩公园里居然贴出了“华人与狗不得入内”的告示时，老师悲愤难忍，不禁在讲台上痛哭失声，学生们的心灵受到了强烈的震撼。一天，日本飞机突然飞临萍乡城上空进行轰炸，慌乱中，简水生的妈妈拉住儿子的手向城郊跑去。一路上，老百姓死伤和惨叫的情景永远地印在了简水生的幼小心灵。那一刻，他心里涌起了难以抑制的报国之志，发誓自己一定要学有所成，为洗净民族耻辱，为祖国富强起来而努力。

　　进入萍乡中学后，简水生更加努力地读书。由于战争的原因，当时许多在北京等大城市修学、工作的萍乡人回到家乡担当起了教书育人的工作。这些老师渊博的学识，生动的教学，赤诚的热情，坦荡的为人，给简水生的一生打下了坚实的思想和精神基础。当时语文老师在课堂上常常给他们讲文天祥、岳飞、戚继光、史可法等仁人志士的事迹，正是这些民族英雄宁折不弯的民族气节，对简水生的一生产生了巨大影响，文天祥的著名诗句“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”被简水生奉为一生奋斗的精神支柱。在紧张的学习生活中，简水生以优异的学业、澎湃的爱国热情迎来了全中国的解放。

锲而不舍的创新精神

　　1950年，简水生以优异的成绩考入我校通信工程系。欣欣向荣的祖国鼓舞着莘莘学子奋发向上，简水生作为一名全面发展的优秀学生，念完三年级就提前毕业留校了。担任助教期间，他以优秀的教学科研业绩被选送留学苏联。1956年进入莫斯科电信工程学院通信工程系读研究生。导师是当时通信线路方面的权威柯普切夫教授。在苏联，导师经常一个月才能见一次，一切学习、研究都要靠自己。自己去学习这个领域的知识，自己找前人所没能解决的课题来研究，这种教学方法被简水生戏说为 “逼学生做热锅上的蚂蚁”。简水生将自己训练成一只勤奋而智慧的“蚂蚁”。然而天有不测风云，就在作毕业论文时，简水生对一个关于屏蔽计算的理论发生质疑，他发现在高频和低频两种条件下，其计算是两个看起来完全不同的公式，可简水生认为这两种条件下屏蔽效果应该是有某种联系的，当他将这一想法告诉导师时，导师却扳起面孔问他：“那你认为应该怎样呢？” 他与导师一贯相处不错，也很尊敬这位长者，但他坚持“吾爱吾师，吾尤爱真理。”对于导师那种简单粗暴的压制学术民主的作风不以为然，于是仍锲而不舍地追问究竟。这位70多岁的老科学家竟拍桌质问：“你还是我的学生？！”不难想象，与导师闹翻是什么后果。他的博士学位论文写不成，于1960年初回国。回到学校简水生继续作讲师，同时继续研究自己原定的设想。

　　功夫不负有心人，经过四年的苦心钻研，简水生终于推导出一个统一的计算公式，并首创了与当时苏联的“反射理论”不同的消除螺旋效应的屏蔽理论。

　　六十年代初，我国已开始研制小同轴电缆，虽然采用了昂贵的高导磁钢带作为屏蔽体，但其串音防卫度还达不到CCTT建议的要求。简水生由他的理论分析指出，只需消除干扰电流在缠绕的屏蔽钢带上作螺旋状流动，其转移阻抗可大幅度下降，串音防卫度即可大幅度提高。1964年他主持了小同轴屏蔽结构的研究工作，研制出我国的小同轴电缆，其防卫度高达130dB，赶超了国际同等水平。这首先满足了当时成昆铁路基本建设之急需。还被铁道部、总参通信部、邮电部所采用，仅总参通信部就敷设了五万多公里这种电缆。全国敷设这种电缆超过六万公里，累计为国家节约上亿元的资金。1964年当简水生将自己的研究成果在电子学会年会上公布出来时，国内同行哗然一片，没有人相信世界权威界认可了这么多年的理论，让一个30多岁的年轻人给推翻了。当简水生用完美的实验为自己的理论做出无懈可击的注释后，大家才真正接受了这个让国人振奋的事实：简水生已将中国的这一科研水平推上了世界最前沿！

　　然而，正当简水生倾心竭力为科研事业奋斗时，一场史无前例的“革命”冲击波，伤害了他的感情，他夜以继日地工作，竟换来了“白专道路”的批判。即使如此，简水生也没有放弃自己的追求，没有忘却对国家民族的责任。他被派到焦作去工作，既组织科研项目，又直接参加实验，并给刚从学校毕业参加工作的青年人讲课，传授技术，培养了一支技术队伍。他说，我当时的心情，正像艾青诗句的表述——“为什么我的眼睛常含泪水，因为我对脚下的土地爱得深沉。”

激情拥抱科学的春天

　　1976年，中国历史翻开了新的一页。全国科学大会的召开，使全国的科技工作者豪情万丈、倍受鼓舞，作为千千万万科技工作者中的一员，满怀激情的简水生院士以满腔的热情继续着自己的事业。他在早年 “消除螺旋效应屏蔽理论”的基础上，研制成“内屏蔽对称电缆”，加速了我国铁道通信的发展。此后，简水生的科研成果一个又一个，捷报、奖状如雪片般飞来。

　　1984年，京秦线通车后，铁道部决定实行全线电气化。电气化铁路，除了一条架空供电线外，还有一条利用大地作的导线，二线之间形成了强大电位差和电磁场，京秦线某地的百米之外，有一座军用地下通信站。根据邮电部的有关计算，电气化铁路将对它造成很大影响。当时只有两种抉择，要么铁路改道，要么通信站搬迁。这是国家的重点工程，铁路改道自然不可能，而通信站搬家谈何容易，不说责任重大，就是初期迁移费预计就得2000万元。有没有其它办法？简水生挺身而出，果断地承担了这一艰巨的重大课题。他率领课题组顶寒冒暑，餐风露宿，一个点一个点地测试，结果证明，京秦铁路电气化不会对沿线通信站的各项技术指标产生影响，一项巨额浪费被简水生杜绝了。

　　为了缓解运输能力的紧张状况，铁道部决定对京沪线实行电气化改造。此前，京沪沿线已铺设了价值1亿5千万元以上的两条非屏蔽电缆，按理要花上亿元重铺新缆。简水生得知消息后说：“上亿元，我心疼啊！”于是他连夜上书部领导，提出一个给旧电缆动“小手术”而将其保住的可行性方案。部领导虽然鼎力支持他，可不少人仍担心此行风险太大，有人甚至断言：“简水生根本成不了。”简水生顶着压力带领课题组连续作战5个月，在沿线20公里长的线路上反复试验，终于创造性地研制出“准均匀装铠防护方法”，经现场试验效果良好。铁道部组织的专家鉴定认为，该成果系世界首创，可确保电化后已敷设的非屏蔽电缆不报废。目前它已被京沪线及西(安)安(康)线设计部门所采用，为国家节约资金1亿多元。

　　几十年来，简水生在电磁兼容领域内作出了系统的创造性的成就和重大贡献，成为这方面权威的专家。

创光纤领域累累硕果

　　“光纤”是光导纤维的简称。“光纤”的使用，给人类通信史带来了革命性的变化。八十年代初，简水生就千方百计向铁道部领导和有关方面建议加速光纤通信的发展，为铁道部领导决策和加速铁路光纤通信发展起了很大的作用。1980年简水生在《中国通信学报》上发表了《折射率量化渐变型光纤的理论分析》一文。文中建立了JN函数和IK函数，大大简化了光波导折射率多层分割计算理论。

　　现代大容量高速光纤通信系统需要有动态单纵模激光器，1987年简水生用光波导多层分割的理论设计出有源层双沟道的动态单纵模激光器，并与武汉电信器件公司合作研制成1.3微米和1.55微米动态单纵模激光器，并在工程中得到应用。当时国际上DFB动态单纵模激光器刚刚问世，所以这一科研成果引起了日本有关公司的极大兴趣。这项成果获1988年度邮电部科技进步一等奖。八十年代中期日本利用它独特的VAD法研制出石英多芯传像光纤，并将它用于钢铁冶炼、医疗和国防等领域，这是人类视觉的直接延伸，但对我国禁运。1987年简水生利用我国现有的MCVD法研制成了三万象素石英传像光纤，首创了传像光纤的“C弯”，解决了象素间的串光问题，并在医疗喉镜、膝盖内窥镜中得到应用。国家自然科学基金主持的鉴定认为达到国际先进水平。1990年国家有关部门曾派员赴日本购买20万以上象素的石英传像光纤，但日本通产省禁运。为满足国家的需要，他主持研制成功30万象素石英传像光纤，当时被北京市国家安全局等单位采用，即创效益1000万元。他研究出的三万至三十万象素的石英传像光纤系列，1994年被评为振兴北京市产业高新技术之一，其中一子项目获国家教委科技进步三等奖。

　　利用光纤陀螺实现导弹、飞机的导航系统是国际上的热门课题，其核心部件之一是偏振保持单模光纤。1986年简水生主持研制成功我国第一根拍长为2毫米，消光比为20dB的Panda保偏单模光纤，他还将这种光纤用于研制列车定位系统的光纤陀螺上。简水生主持的国家“七五”攻关项目“1.3微米和1.55微米双窗口零色散平滑低色散单模光纤” 1991年通过国家鉴定，为我国高速密集波分复用光纤通信系统的发展打下了基础。

　　1989年下半年，西方国家对我国实行经济制裁，引进暂时搁置。 “束管式光缆”，这个只有美国、日本、联邦德国才能生产的现代光纤通信器材，我国有千万双饥渴的眼睛载盼着它。亚运会工程、芜湖—南京铁路通信系统、重点军事设施……告急文书如雪片般飞来，作为正在研究这个项目的专家，简水生深知肩上的担子沉重。一根光纤可以传输上万甚至300万对话路，而铜线传输最多才有数千对话路，这是信息社会的重要支柱。外国人卡我们的脖子，办不到！他决心用国产的设备，用智慧和双手，自己干！在北京电线厂和北京605厂的工人和工程技术人员的协作下，他刻苦攻关。3个多月，他没日没夜地守侯在实验现场，累得胃病复发。体重一下减轻10多公斤。1990年1月18日，我国首次制造的束管式新型光缆研制成功并通过鉴定，经鉴定这种完全国产化的光缆已达世界先进水平。北京市副市长陆宇澄等领导紧紧握住简水生的手。这项成果很快在亚运会等几十个工程项目中应用。简水生乘胜前进，首创性地研制出“异型钢丝超强型束管式光缆”，该光缆在鹰厦铁路电气化通信工程中在有AT＆T、Blcc、Alcatel和Perille等外国公司参加的国际投标中，一举中标。至1994年初，该光缆在鹰厦线全线铺通，使用效果良好，并在焦枝、侯月等铁路干线中得到广泛采用。

　　为满足国家重点工程京九铁路建设的需要，1994年简水生主持研制成功机械强度高、防水、防白蚁、防鼠、防雷特性好的蜂窝型束管式光缆。1994年由北京市、铁道部主持的鉴定认为该光缆结构属国内外首创，达国际先进水平。这一光缆已在京九铁路工程中正式敷设使用。1994年底，简水生又首创性地研制出GFRP防弹层非金属光缆，国际上非金属光缆的防弹层都采用Kevlar，每公斤约需50～60美元，而每公里光缆约需20～40公斤，我国用户无法承受。而简水生使用的GFRP每公斤为15元人民币。1996年简水生院士又研制出性能价格比高于国外同类产品，达到国际先进水平的复合光缆架空地线(OPGW),我国电力有关部门已决定采用这种光缆。如果说国家通信网需要在未来战争中仍能工作，那么就需要能经受微波弹所产生的极为强大的电磁脉冲的冲击，原来我国敷设的光缆都有中心金属加强件和金属护层，在极强大的电磁脉冲中将产生击穿的闪络而烧毁光纤。简水生所研制的这几种光缆都无中心金属加强件，所以在极强大的电磁脉冲下，甚至核电磁脉冲的冲击下也不会产生击穿现象，光纤不会烧断，可确保光纤网在核电磁脉冲的冲击下仍能正常工作。

　　简水生开创了一种全新的LPHVD技术(激光等离子体混合气相沉淀法)光纤制造技术。用这种方法研制的光纤可具有损耗低、强度高和造价低的优点。正当全国在“七五”引进的MCVD法光纤生产工艺线面临淘汰，国内市场几乎全部被外国光纤所占领的情况下，LPHVD方法应运而生，因此，受到国家计委、国家科委、铁道部和北京市的高度重视，被列为重点攻关项目和“863”计划项目，并在物质基础上给予了相当支持，现已取得很好的成绩。美国贝尔实验室光波技术部负责人厉鼎毅博士曾称赞简水生在光纤光缆方面取得的成果是一流的。美国Bellcore的宽带通信系统部负责人林清隆博士1994年参观了简水生的成果和LPHVD新型光纤生产实验后题词：“北京交大光纤研究自成一格，成绩斐然，值得光纤通信界借鉴”。

　　自80年代初期起，简水生就对我国西昌导弹发射基地的光纤通信网的建设提出了关键技术建议，并主持了工程技术招标工作。西昌基地卫星发射成功后，国防科工委通信部专门派人到北方交大致谢。简水生还对马兰核基地的光纤通信网提出了关键技术建议。1993年地下核试验成功后，他应邀到马兰基地参观访问。1994年，简水生主持的研究小组向铁道部领导提出了建设“中国铁路信息基础设施CRII(China Railway Information Infrastructure)”的建议，以求确保行车安全，大幅度提高运能和实现整个铁路运营管理的现代化。铁道部领导高度重视这项建议，于1995年9月将CRII关键技术的研究列为国家“九五”科技攻关课题“利用漏泄波导综合光缆和光纤陀螺实现高速铁路列车实时追踪”，简水生为项目负责人。该攻关课题于1999年12月通过了由国家科技部(原国家科委)委托铁道部科教司主持的验收，认为系统实验取得了成功，研制的漏泄波导综合光缆及将光纤陀螺定位技术应用于铁路列车的定位实验属国际首创，目前该成果已被国家磁浮交通工程研究中心列入国家863计划“高速磁悬浮交通技术研究”重大专项“高速磁浮交通技术创新与设备国产化研究”课题中，“基于漏泄波导综合光缆的磁悬浮列车通信系统”将应用于上海磁悬浮列车营运线上。

　　1997年9月由简水生院士主持研制的“漏泄同轴电缆和漏泄波导综合光缆”通过了由国家科委委托铁道部主持的鉴定，认为漏泄波导综合光缆结构属国际首创，主要技术指标已达国际先进水平。漏泄同轴电缆各项电性能指标已达到或优于铁道部部颁标准，目前该缆已投入批量生产，并在兰州、柳州铁路局得到应用。1998年由简水生院士主持的三项国家863课题“在G652光纤上支持大于10Gb/s信号传输的色散调节技术”，“用于增益平坦化的新型光纤器件”和“OTDM光孤子通信关键技术的研究”，均通过了国家863主题办公室的验收，验收评价均为A等。其中“OTDM光孤子通信关键技术的研究”1999年获邮电部科技进步三等奖。

　　2001年以来简水生院士主持完成了八项属国际前沿的国家“863”课题，其中“16×10Gb/s宽带光纤光栅色散补偿器的研究”成功进行了系统传输600公里的演示实验，取得了多项重大技术突破，做出了创新性成果，经检索查新，属国际首创。“WDM超长距离光传输技术的研究与实现”利用光栅色散补偿首次实现未加前向纠错13×10Gb/s在G652光纤上传输3100km的光通信系统，达到世界领先水平。“通信用特种光纤――稀土掺杂光纤”研制出性能优良的C和L波段的掺Er光纤，光子晶体包层泵浦掺Yb光纤，Bi-Ga-Er共掺光子晶体包层泵浦光纤，取得了多个原创性成果，达到国际领先水平。

　　简水生院士目前研制出能消除螺旋效应并能提高沉积效力的光纤预制棒车床、研制出能拉制光子晶体光纤和各种掺杂的包层泵浦光纤的拉丝塔(正在申报发明专利)。正在承担三项国家863计划课题，两项国家自然科学基金重点项目。他精力充沛，思想敏锐，坚持到实验室工作，不仅原创性提出了可以从结构上确保网络安全的“基于可变波长激光器分布式WDM波长交换全光网”，还正在研制各种新型光电子器件结构。忧于国家常规能源的危机，他夜以继日地学习和工作，终于借鉴于光纤制造从材料能源到光纤商品的全过程，提出了可以极其廉价地生产新型太阳能电池的方案。如能成功，将是巨大的贡献。

“三高”的人才培养追求

　　电信学院大四学生的专业课《光波技术理论》的开篇——《概论》经常是由简水生院士来给大家讲，几百人座的阶梯教室里每次都座无虚席，一双双渴求知识的眼睛注视着讲台上的大师，院士会详细地把光纤通信技术的发展、进程、光波领域的前沿技术介绍给同学们，并用自己的成功经历鼓励学子发奋学习，报效祖国。对于自己所带的研究生，简院士更把提高他们的全面素质作为教书育人的宗旨，将传授专业知识和思想教育结合在一起，光波所的研究生们在简院士的严格要求下，具有优良的学风、严谨的治学态度、高尚的科研道德和优良的思想品质。

　　2003年9月6日，时逢教师节前夕，学校在人民大会堂广东厅举行隆重的庆祝仪式，祝贺简水生等五教授从教五十周年，在热烈温馨的气氛中简水生欣然写下“从教五十年抒怀”，他在诗中写到：“科学险阻路崎岖，奋勇攀登志不移，披荆斩棘不回首，惊涛骇浪任沉浮。教学科研五十载，创业艰难百战苦，‘苟利国家生死以，岂有福祸趋避之’。鏖战急觅倚天剑，兴华更待柱擎天，喜看学子济一堂，不尽长江滚滚流 。“心事浩茫连广宇，于无声处听惊雷”，“我劝天公重抖擞，不拘一格降人才”。

　　在北京交大从教50多年，为国家培养科技人才从青丝到白发，简水生与交大荣辱与共，与光纤万缕千丝。他培养的研究生，已有27人获博士学位，47人获硕士学位，还培养了6名博士后。目前他还指导着28名博士生，5名硕士生，12名本硕博连读生。

　　他不仅勤奋地教学，更在培养人才的方式上进行大胆改革与探索，他主张“三高”并出，即“出高级人才，出高水平成果，出高科技产品。”他开设的学位课程，把着眼点放在启发学生创造性思维上，甚至让大家对问题本身提出质疑，对原有技术原理和创造工艺进行批判性思考。他对博士生的高科技前沿课题的研究，不是一般要求他们理论联系实际，而是要他们到工厂亲自动手搞工艺，把新的构思和设计做出来。他说：“这样做，成果才是高水平的，也才能很快转化为高科技产品。”学生们没有辜负他的厚望，他的前4名博士生完成了4项具有国际先进水平的成果，有的还是世界首创性的，经济效益和社会效益都非常可观。简水生把这些心得，写成

　　他的已毕业的研究生中，有的被国务院学位委员会评为中国有突出贡献的博士，有的被评为青年学科带头人、铁道部有突出贡献的中青年专家、全国百名大学生跨世纪人才，有的已成为高级工程师、总工程师、教授。

　　许多学生向简水生讨教成功的秘诀，简水生总是这样回答：“从小就立志做一个有骨气的中国人，用自己的力量把祖国建设好。想成才必须把理论与实际结合起来，要和工人师傅打成一片，多在现场干，基层是最能锻炼人的地方。我现在搞一些机械工艺都得心应手，和我下现场多有关，这为我搞科研提供了便利条件。”简水生有个比喻：理论和实际好比两条腿，具备了两者，才能站得稳，跑得快。

　　作为校学术委员会主任，他牵系学校的发展、学院的建设，在科研任务已经满负荷的情况下，他主动请缨将学校国家重点实验室和“百篇优秀博士论文”零的突破重任承担在肩，积极做工作，目前简水生院士正在一步一个脚印地朝着他心中既定的目标迈进。