認識光學界最快的研究人員
Vivian Chen擁有獨壹無二的速度世界紀錄。
不，她沒有超過尤塞恩·博爾特的 10 米以下百米時間。
她也沒有在 汽車 、船或飛機速度方面取得任何新的裏程碑。相反，Chen 擁有 200 吉波特的最快電子生成多級光信號的世界紀錄。
這到底是什麽意思？嗯，在作為光網絡的賽道中，速度取決於激光“閃爍”的速度，從而將光脈沖沿著壹根光纖發送。
200 吉波特意味著每秒 2000 億個光脈沖。
從這個角度來看，今天的商用光纖系統每秒產生不到 1000 億光脈沖，即 100 吉波特。
而這只是陳所持有的世界紀錄之壹。
她不僅訓練了光發射器更快地閃爍，還能夠將更多信息編碼為單個光脈沖，從而提高每次傳輸的整體效率。
她通過對新型光學元件的開創性工作推進了最先進的實驗。
雖然她在貝爾實驗室工作了僅僅六年，但陳已經積累了令人印象深刻的出版物組合。
在以她的名字命名的 150 多篇論文中，有 15 篇是所謂的截止日期後論文，在研究界具有特殊的意義。
截止日期後的論文是 OFC 等主要光學會議接受的最終論文，通常揭示具有塑造行業潛力的重大發現。
陳在 34 歲時完成了這壹切。
雖然她的職業生涯可能才剛剛開始，但她今天工作的影響可能會在未來幾年內感受到。
最終，Chen 在數字信號處理、調制格式和快速信號生成方面所做的研究將帶來更高速度、更高容量和更高效的網絡。
僅她的 200 吉波特信號就能夠在單個光波長上支持 1.3 Tbps 的傳輸速度。
隨著這些進步進入諾基亞和其他公司構建的光學系統，它們將擴展我們全球通信基礎設施的性能極限，滿足公眾對數據的永不滿足的需求，並使世界能夠***同行動。
壹個難題要解決
陳先生出生於中國湖南省，最初是在國防 科技 大學讀書時對電信系統產生了興趣。
作為兩個機械工程師的女兒，陳被科學所吸引，並有壹段時間正在考慮從事計算機科學的工作。
最終，盡管她被通訊所吸引。
“我想象自己的未來是壹名程序員，我的工作將是在計算機前編寫算法和代碼，”陳說。
“我不覺得整天坐在電腦前很有趣。
如果我從事電信業務，我也會從事軟件方面的工作，但我將有更多機會處理硬件和組件。
我可以去實驗室建造壹些東西。
我可以把東西放在壹起。
我喜歡軟件部分，但我想做其他事情。這是壹個具有更多維度的謎題。”
2009 年，陳移居澳大利亞，在墨爾本大學完成了博士和博士後研究。
就在那時，她引起了諾基亞貝爾實驗室的註意。完成實習後，貝爾實驗室傑出的光學研究員Sethumadhavan Chandrasekhar推薦她在他的實驗室工作。
典型的經驗主義者，錢德拉塞卡在他的實驗室裏熱情地進行實驗，直到他 2019 年退休的那壹天，這對陳產生了深遠的影響。
沒過多久，陳就解決了她的第壹個大難題。
2016 年——在加入諾基亞貝爾實驗室僅壹年後——她發表了壹篇論文，展示了 190 吉波特的信號，創造了她的第壹個世界紀錄（她在 2019 年通過 200 吉波特的研究再次提高了這壹紀錄）。
壹年後，陳在使用名為 Kramers-Kronig 接收器的新型光接收器時設定了新的實驗裏程碑，並為諾基亞獲得了多項新專利。
2019 年，陳創造了她的下壹個世界紀錄，這壹次是在高光譜效率 星座 領域。
如果您將陳的早期工作視為她教激光眨眼更快，您可以將她的 星座 研究想象為教激光以更微妙的方式眨眼。
“現代光通信比僅僅關燈更復雜，”陳說。“能量只是光波的物理維度之壹。
它也有相位，也有極化。
在我們今天使用的光纖中，我們可以調制四個維度。
我們對這四個維度的操作越多，我們可以通過單個脈沖傳輸的信息就越多。”
星座 的復雜性是根據正交幅度調制或 QAM 來衡量的。
QAM 越高，可以將更多位編碼為單個光脈沖。
2019 年，Chen 展示了 16,384-QAM 光信號在 25 公裏光纖上的成功傳輸。
該傳輸上的每個光脈沖都攜帶 22 位信息。
起初這可能看起來不多，但請記住，陳正在設計的系統每秒發送數十億個 22 位脈沖。
從她的成就來看，當今最先進的商業光學基礎設施使用 64 QAM 調制，可以在單個脈沖上發送 8 位。
“毫無疑問，Vivian 已經通過實驗證明了有史以來最高階的光學 QAM 星座 ——以非常大的優勢，”諾基亞貝爾實驗室光子學研究總監兼陳的現任主管Bob Tkach說。
“Vivian 是壹個天生的實驗主義者，但這並不是她唯壹的決定性特征。
壹些最優秀的研究人員融合了理論和實驗方法。薇薇安很好地達到了這種平衡。”
在每壹個連接中總有壹個瓶頸
雖然發表論文和打破世界紀錄很好，但陳說她研究的主要動機之壹是好奇心。
作為壹個天生的修補匠，她喜歡把東西拆開看看它們是如何工作的，看看她是否可以改進它們。
在創造世界紀錄的實驗中，她接近光學系統，就好像它是壹條鏈子壹樣。
“我正在對鏈條的每個單獨步驟或環節進行測試，”陳說。
“每走壹步，我都會檢測到信號衰減的程度以及衰減的原因。
然後我沿著整個鏈條走到盡頭，看看我能找到什麽。
有時我會發現壹些大事。
有時我會發現壹些小東西。有時我什麽也找不到。
我只是想知道那裏有什麽。”
Chen 進行的光譜效率研究的非凡之處在於，她壹直在與不變的物理定律作鬥爭。
可以通過任何通信渠道發送的信息量存在根本限制。
這個天花板被稱為香農極限，以諾基亞貝爾實驗室最著名的數學家克勞德·香農命名。
隨著光譜效率的每壹次新的提高，光傳輸越來越接近達到香農極限。
因此，光學研究的壹些最大趨勢集中在多芯、多光纖和多模系統——這些技術將增加傳輸通道的數量，而不是提高單個通道的效率。
當談到將更多容量塞進單個波長的光時，就沒有更多數量級的增益了。
但這並不能阻止陳找到持續存在的瓶頸。
“當我們談論香農極限時，我們談論的是我們永遠無法克服的基本噪音水平，”陳說。
“這就是我們工作的環境。
但是，還有其他噪音。
發射器有噪音，接收器有噪音，電子設備有噪音。
很多這種噪音不壹定是基本的。
通過將這種噪聲與基本噪聲區分開來，我或許可以執行壹些技巧來從發射器和接收器中擠出更多的比特。”
陳可能稱它們為“技巧”，但諾基亞貝爾實驗室光學系統和設備研究的總體負責人用更有說服力的術語描述了她的貢獻。
根據實驗室負責人Tod Sizer的說法，Chen 在解決任何問題時都表現出非凡的智慧和創造力，以及與他人合作的強烈意願。
“Vivian 是業界推動頻譜效率極限的領軍人物之壹，”Sizer 說。
“她對構建光學系統的成本和復雜性有著不可思議的理解，她想出了壹些非常聰明的方法來將信息轉化為光。”