——记复旦大学信息科学与工程学院教授迟楠    
本刊记者  黄 健    

 　　“2013年，复旦大学信息科学与工程学院传出好消息：一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网。” 

  
　　迟楠，复旦大学教授、博导，OSA和IEEE会员，中国光学学会纤维与集成光学专委会委员，中国通信学会光通信专委会委员，美国光学学会战略计划委员会委员，先后获得教育部新世纪优秀人才，上海市曙光学者，日本大川情报基金，上海市浦江人才，上海市十大IT新锐。
 　　已发表论文260篇，其中SCI检索114篇，引用584次。在所属的ESI领域位于世界前0.1%～1%的文献有4篇，位于1%～10%的文献有20篇。作为第二发明人申请了2项美国专利，作为第一发明人申请了18项国内专利，已授权4项。国际会议特邀报告15次，其中包括美国SPIE Photonics West 2013国际会议特邀报告、新加坡IEEE PGC 2012会议特邀报告、日本IWOO 2011会议特邀报告等，在欧洲和美国的国际顶尖光通信会议共作报告20余次。在多个国际会议如ICAIT 09，WOCC 2012，APCC 2012等担任技术委员会委员，在2007年亚太光通信会议(APOC 2007) OSRT国际研讨会和ACP 2010国际会议担任组委会主席。承担多项国家“973”项目课题，自然基金重点项目子课题，“863”重点项目子课题，“863”项目和自然基金项目。     
　　在世界各国的神话传说中，光与神明、与创造，都有着密不可分的关系。
 　　光，是色彩，是能量，是生命的燃料，是灵魂的粮食。文明肇始之时，人类便开始思考光的奥秘。而在探索光之奥秘的过程中，人类慢慢从宗教的迷信当中走了出来，催生了现代科学。爱迪生用电灯照亮了整个世界，由此，一种全新的现代生活展现在人类面前。英国物理学家哈拉尔德·哈斯则由灯泡本身“点亮”了奇思妙想：依赖一盏小小的灯，将看不见的网络信号，变成“看得见”的网络信号，这个过程被称为可见光通信（VLC），并被人们亲切地称为“Lifi”。
 　　这种让人难以想象的网络技术到底离我们有多远？答案是：很近，它正从复旦大学实验室一步步向我们走来。
 　　复旦大学信息科学与工程学院迟楠教授正是这一项目的负责人。
 　　站在笔者面前的迟楠，文静、秀丽，让人一时无法将她与这个充满男性色彩的工科领域联系在一起，然而，从1992年考入北京邮电大学无线工程系至今，迟楠已经在这一行业浸润了二十多个春秋。2006年，在结束国外5年科研生涯之后，她作为高级人才加入华中科技大学，破格晋升为教授、博导。2008年，迟楠进入复旦大学担任通信科学与工程系主任，并将自己的主要研究方向确定在光分组交换网、全光信息处理和先进调制方式方面。
 　　采访中，她声音轻柔，语气温和，然而略快的语速和清晰的逻辑还是使笔者在言谈之间感受到了工科女性特有的坚定与自信，这也使她在光学领域脱颖而出，站在了国际光通信的前沿阵地。

打破速率之限 

 
　　在人口稠密的都会区，环绕四周的WiFi信号交织成绵密网络，但碍于频宽限制，数据只能在既有的电磁波频率下传输，如果频宽不足、频率低，能够传送的数据量自然较少。怎样才能在不申请频谱执照的情况下，通过较高的频率传送资料呢？其实解决方法一直存在于你我身边，那就是：灯光。
2013年10月16日，一则《复旦大学实现点盏LED灯就能上网》的新闻引爆网络。
 　　在复旦大学的实验室里，研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网。
 　　迟楠介绍说，时至今日，可见光通信已经成为国际通信研究领域的必争之地，美国、欧洲、日本等国的通信科研人员，都在竞相进行研究，而竞争的焦点就在于传输速率。2013年年初迟楠课题组发表了可见光传输速率在1.5G的科研成果，然而这一数据不久就被刷新，“几乎每个月都有新的文章出来”。
 　　在这次的试验中，他们又一次刷新了世界纪录：离线最高单向传输速率达到每秒3.7G，创造了可见光无线通信领域的单向传输速度世界纪录；实验中的实时系统平均上网速率达到450M，堪称世界最快的“灯光上网”。
 　　谈及这一实验项目的初衷，迟楠表示，可见光通信是为了解决频谱资源紧缺问题。目前广泛使用的无线电信号传输设备存在很多局限，它们稀有、昂贵但效率不高。“比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，大部分能量消耗在冷却上，效率只有５％。”
随处可见的LED光资源作为通信资源却还没有充分利用。  
　　光作为一种通讯信号自古就有。古代烽火台十里相间，台台相连，烽烽相传，燧燧相接，通达数千里，比当今的火车、汽车还要快速，可谓“光通讯”。时日今日，虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高，但是这种简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用。现代信息社会，人们对通信的要求变得更加强烈，光的承载能力毫无疑问要比电波强大得多，开发灯光上网相当于开辟了一条传输数据的新通道。

承载产业之忧

 　　在采访中，谈及这次获得举世瞩目的突破性进展，迟楠笑了，谦虚地表示：“我并没有取得什么重大的成果，LED产业已经很成熟，我们是站在巨人的肩膀上。”
 　　她谈到，LED固态照明是一种非常效率高且节能的光源，普通日光灯的使用寿命大约为3000小时，而LED灯则高达五万小时，在节约能源和成本方面远远胜出。此外，LED产业前景光明：目前，我国照明产业市场容量达5000亿，而LED在其中的规模只占到9%，预计2015年将达到30%，而到2018年则会占有高达80%的市场份额，其潜力非常巨大，但眼下传统照明公司的发展空间越来越逼仄，“不转型，毋宁死”。
 　　在这一背景下，怎样开发出LED的潜在应用，提高附加值，避免恶性竞争，使产业朝着良好态势发展，是迟楠一直思考的课题：“如果我们能够把照明和通信兼容起来，将是一个非常高效的手段，比如未来在偏远的农村地区，有灯泡就可以上网。”只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。迟楠说，给LED灯泡装上微芯片后，可控制其每秒数百万次闪烁，亮了表示１，灭了代表０（二进制的数据）。“由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。”这样一来，二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行有效传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置，读懂了灯光里的“莫尔斯密码”。
 　　迟楠认为，WiFi存在的网络安全隐患，在可见光通信中会“一扫而光”。而且，“灯光上网”意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置几乎不需要任何新的基础设施。“有灯光的地方，就有网络信号。”迟楠说。

破解技术之惑

 　　眼下，虽然Lifi在实验室的研究取得了巨大成功，但迟楠对其未来的发展仍持谨慎的乐观。她告诉我们，LED是为照明设计的，发光效率高，而对于通信来说则具有天然缺陷：带宽很窄，实际带宽只有20M左右，要想在这么窄的带宽条件下实现高速，必须实现高效率的先期调制。
其次，没有专用的高速可见光探测系统。目前迟楠和团队在课题中使用硅基探测器，“但硅基探测器主要是用于红外波段的，可见光波段的灵敏度实际上是很低的。”
 　　再次，目前的WIFI、3G等都有成熟的集成芯片，但可见光没有任何产业链和专业芯片，因此，从灯光通讯控制到芯片设计制造等一系列关键技术产品，都是研究人员自己动手“丰衣足食”。“第一代机箱有50公分长，第二代机箱仍达到30公分长。要想使Lifi真正像WiFi那样走进千家万户，需要通过一系列的产业化发展，我们还有很长的路要走。”
 　　英国和丹麦的一些高校在LED器件方面有许多国际前沿的研究，目前，迟楠正在致力于与他们进行合作，期望一方面在基础的材料和芯片方面有所突破，另一方面进一步优化现有的系统。

开启未来之光

 　　当被问到为何选择Lifi作为自己的研究方向时，她说：“我很感谢清华大学的范崇澄教授。”2009年，范崇澄教授题为“从高锟的诺贝尔奖谈工程技术创新”的报告在各大高校做巡回演讲，这给了迟楠很大触动和启发。“范教授在演讲中提到，高锟获得诺贝尔奖，是因为他的成果确实彻底改变了人类的生活。”
 　　因此，迟楠始终坚持科研创新需要“落地”，需要有利于人类生活的改善。基于这样的想法，从大学、硕士、博士直到国外的研究生涯，迟楠的科研工作一直很“接地气”。
 　　早在进入新世纪初，就有人曾断言，光通信将是现代信息社会的支柱和栋梁。在这个迟楠所擅长的领域，她十分迫切地渴望能够将这种技术移植到与人们生活联系更紧密的方面。在那次打破世界传输速率的试验中，迟楠带领课题组仅用了3个1W的灯珠就可以将信号传3米远，如果使用更大功率的灯，网络信号会传的更广、更快，她说：“现在的技术就已经达到了10瓦的灯可以传15米，”这意味着一个几百平方米的办公区域只需要在中央挂一个插入芯片的LED灯，就可以满足所有人的上网需求。
 　　与已经普及的WiFi相比，未来的可见光通信安全又经济：灯光上网可以用于保密通讯，因为只要挡住灯光，就挡住了信号；对于孕妇来说，用了灯光上网，就不用担心网络辐射问题；灯光上网还适用于很多特殊的场所，比如水下作业，因为WiFi技术利用无线电通信，无法穿透水，但可见光却可以；还有像飞机、手术室等对无线电干扰高度敏感的场所，灯光上网也很适用。
 　　随着白炽灯、荧光灯逐渐退出市场并被LED取代，未来，任何有光的地方都可以成为潜在的Lifi数据传输源，以往只存在于科幻小说中的情景将成为现实：用街头的路灯下载电影，打开家里的台灯欣赏网络歌曲，汽车间依靠LED车灯“对话”，飞机客舱里乘客利用头顶的LED阅读灯发微博，甚至潜水时人们也能从光亮处在微信朋友圈发照片……

造就逸群之才 

 
　　作为一个新兴领域，可见光通信对人才求贤若渴，对此，迟楠非常认同复旦大学副校长林尚立的一句话：“任何一个国家、组织、团体、政党，要想成功，都要把人才放在第一位。”因此，迟楠担任通信科学与工程系主任后，做的第一件大事就是人才的引进和培养。2008年迟楠刚刚加入复旦大学时，整个通信科学与工程系包括迟楠在内只有4名教授，短短几年间，她引进了2名“千人计划”特聘研究员，1名“长江学者”特聘讲座教授，并培养出多位优秀学科带头人和优秀学术骨干，在很短时间内为通信科学与工程系搭建起强大的人才队伍，使得系里的科研、教学力量迅速提高。
 　　进入复旦大学短短的5年时间里，迟楠培养的4名学生在业内学术会议中获得最佳论文奖，而她首批培养的4名博士生每人都有一篇文章被ESI（Essential Science Indicators）评为前0.1%～1%的高被引用论文，其中一名博士生还获得了王大珩光学奖，并成为中国大陆地区第一位摘得IEEE Photonics Society Graduate Student Fellowship大奖的学生，“这个奖项全球每年只有10人能够获得”，迟楠第一次露出了自豪的神情。她信奉复旦大学老校长苏步青的一句名言：“老师就是要培养超过自己的学生”。
 　　无论人才培养还是科学研究，迟楠始终在向大家传达一个信念：要做就做世界顶尖的一流科研，要发表就发表高水平的一流文章。经过5年的发展，通信科学与工程系已经建立起国际领先的三大平台：光纤领域平台、可见光平台、光生毫米波平台。对此，迟楠欣慰地说：“我的一些工作现在都可以展开了。”
 　　对光的追求使人类逐渐走向文明和现代。光，犹如灯塔般照亮我们的未来之路，承载光荣与梦想，开启激情与希望。在这个漫长而艰辛的历程中，迟楠与她的可见光通信技术，无疑将占有重要的一席之地。