简水生院士,光纤通信、光电子器件、光纤传感、全光网络、空间光通信及电磁兼容专家。1929年10月25日出生于江西萍乡。1953年毕业于北京铁道学院电信系。1957至1959年留学苏联。历任北京铁道学院讲师，北方交通大学讲师、副教授、教授、光波技术研究所所长，中国通信学会线路委员会第一、二届副主任委员。首创了消除螺旋效应的屏蔽理论，研制成中国的小同轴电缆和内屏蔽对称电缆。建立了JN和IK函数，丰富了Bessel函数理论，研制成中国第一根偏振保持单模光纤；三万至三十万象素石英传像光纤；双窗口双零色散光纤；动态单纵模激光器；异型钢丝超强型束管式光缆系列。目前正在从事的国家重大课题有：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系统的研究；OTDM光孤子通信关键技术的研究；光纤光栅色散补偿的研究。1995年当选为中国科学院院士。
“科学精神是对真理的追求。不懈追求真理和捍卫真理是科学的本质。科学精神体现为继承与怀疑批判的态度，科学尊重已有认识，同时崇尚理性质疑，要求随时准备否定那些看似天经地义实则囿于认识局限的断言，接受那些看似离经判道实则蕴含科学内涵的观点，不承认有任何亘古不变的教条，认为科学有永无止境的前沿。”这是由中国科学院、中国科学院学部主席团于2007年2月27日公开发表的《关于科学理念的宣言》 中的一段话，同时，这段话也是对简水生院士坚韧、务实、严谨的科技精神的最真实写照。

    2007年初春的一个午后，在北京交通大学的光波楼里，记者见到了敬仰已久的简水生院士。简院士面容慈祥，衣着朴素，举手投足间，无不显露出一种叫人心动的智者的书卷气。他所焕发出的美，就像是一瓶窑藏多年的老酒，平和而醇厚。访谈中，简院士的宽厚、随和、稳重给记者留下了难以磨灭的印象。
漫漫科研路   殷殷报国心
    简水生，1929年出生于江西萍乡。简水生在萍乡整整生活了21年，1950年，他考入北京交通大学，从此，就离开了萍乡。水有源，木有根。简水生的成功之源、力量之根就在萍乡，是这里浓郁的治学之风造就了他。他的童年和少年，是在动荡和苦难中度过的。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，不禁站在讲台上痛哭失声，学生们的心灵受到强烈震撼，台上台下哭成一片。简水生回忆说，一天日本飞机突然飞临萍乡城上空进行轰炸，慌乱中，母亲拉着他的手就向城郊跑去。一路上，百姓死伤严重。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。
    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。第二年，他又迎来了自己人生的转折点——考入了北京交通大学北京铁道学院通信工程系，至此，这项让他倾注毕生心血的事业拉开了序幕。
     简水生从迈上科学研究之路起，就一直在思考，在否定，再思考……不断追求创新和发展。由于成绩优异，1957年，简水生进入莫斯科电信工程学院深造。在那里，导师经常一个月才能见一次，一切都得靠自己，靠自己去学习这个领域的知识，靠自己去找前人所没能解决的课题来研究。这种教学方法，简水生形象地称作“逼学生做热锅上的蚂蚁”。简水生将自己训练成了一只勤奋而智慧的“蚂蚁”。在他研究一个关于屏蔽计算理论时，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。当他把这一想法告诉导师时，导师却板起脸孔问他：“那你认为应该怎样？”一个年纪轻轻的中国留学生，竟欲否定世界权威们认可并应用了多年的理论，导师显然是不能相信他的。1960年，简水生回国了，回到交大后，便一头扎进了研究实验当中。3年过去了，他终于拿出了一套证明自己理论的方案。第二年，简水生把自己的研究成果在电子学会年会上公布出来，一时间，国内外同行哗然一片，没有人相信世界权威认可了这么多年的理论，让这个30多岁的年轻人给推翻了。当他用完美的实验为自己的理论作出了无懈可击的注释后，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的最前沿！简水生的理论设计迅速应用到我国在此之后建立的通信网，为我国大大地节约了建设投资。在上世纪60年代的中国，简水生的这项创新，加快了国家的发展，振奋了民族精神，因此，无论是从科研角度还是从政治、经济角度看，意义都是深远而巨大的。   

    1984年，京秦铁路通车后，铁道部决定实行全线电气化。京秦线某地的百米之外，有一座军用通讯站。根据有关部门的计算，电气化铁路会对它造成影响。当时似乎只有两种选择：或铁路改道，或通讯站搬迁。前者是国家重点工程，重新改道不是小事情；后者也是要害工程，搬迁的费用起码也得2000万元，而且要费时两三年。难道就没有两全之策吗？这时候，简水生挺身而出，带领研究组深入到电气化区段的石太线、宝成线，风餐露宿，顶寒冒暑，一个点一个点地实地检验。在获得大批数据的基础上，经过近两年的研究，他提出了“多台机车增加供电区谐振回路阻尼，从而降低高频干扰份量”的理论，同时还提出了与实测值相符的铁路多轨道屏蔽计算公式、环境屏蔽系数的测量方法，得出了距铁路50米以外的铁道电气化对电位的影响可以不计的结论，确定京秦线的电气化对地下通讯站以及沿线一切通讯设施的各项技术指标均无影响。经北京军区通讯部及总参通讯部鉴定认可，决定该通讯站不用搬迁。以后在衡广线和焦枝线实行电气化时，都应用了这一成果，累计为国家节约资金两亿元以上。
    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1.５亿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，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。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。

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    光导纤维的使用，给人类通讯史带来了革命性的变化。简水生在这一领域里做出了创造性的成就和贡献，他先后获国家和省部级奖11项发表论文200余篇，SCI检索15篇，EI检索58篇，著书三部，专利两项。目前，简院士仍工作在实验室中，承担着七项国家863计划课题，其中五项为国家863计划重大课题，并正从事波长交换全光网等项目的研究。
    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。简水生在北方交大任教40多年，培养了一批批研究生，其中有博士后5名，博士19名，硕士44名，正在培养博士10余名。他培养研究生，除要求勤奋学习，还要求“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的思维上，鼓励大家对课题中的问题提出质疑。对博士生高科技前沿课题的研究，要求他们到工厂亲自动手搞工艺，提出新的构思和设计。在他的指导下，有4名博士研究生完成了4项具有国际先进水平的成果，有的还属世界首创，产生了可观的经济效益和社会效益。
简水生在教学、科研岗位上踏踏实实地耕耘、兢兢业业地探索，创造了辉煌的业绩时，得到了党和人民的信任与尊重。他1983年晋升为教授，第二年光荣加入了中国共产党，1995年当选为中国科学院院士，从1987年北方交通大学成立光波技术研究所至今，他一直担任所长。他以辛勤的劳动丰富了科学的宝库，培养了一代代的科技人才，为祖国的建设创造了数以亿计的物质财富，也以他优秀的品格为广大青年学子树立了精神风范。
从因特网的空前繁荣看铁路提速后的行车安全
    2007年4月18日，是中国铁路史上值得庆贺的日子，这一天，中国铁路第六次大面积提速正式拉开帷幕。此次大提速是中国铁路史上的里程碑，使中国铁路有了质的飞跃，这同时也是中国铁路进入高速时代的标志。第六次大提速在消除铁路运输的瓶颈上迈出了一大步，在技术方面，从线路到机车，都与世界先进水平同步，这让第六次大提速更好的适应了人民群众对便捷运输、快捷运输的需要，也适应了经济发展的要求。第六次提速最大的亮点是时速200公里及以上动车组投入使用，将首次在我国铁路既有线上开行时速200公里的具有世界先进水平的国产化动车组，其速度目标值、技术含量、提速规模和范围都将超过前五次。第六次大提速后，半径500公里左右的城市之间能够朝发夕至；1200公里至1500公里左右可实现夕发朝至；2000公里至2500公里左右则能实现一日到达。
    对此，作为一名科技工作者，简水生院士在充分肯定本次大提速的积极意义的同时，也提出了一些中肯的建议。提到铁路提速后的安全问题，简院士感慨良多。他首先从互联网的安全说起。
    互联网始于五角大楼的ARPA网络，就是在冷战时期为预防可能的核战争造成国家的主要命令和控制中心失控时为政府通信开发的一个数据传输的保密网络。但是，在网络总体设计上，认为所有的用户都是可信可靠的、能自律的，没有考虑在网络结构上如何确保网元不受到攻击。由ARPA网所发展起来的IP网是基于边缘网的设计理念。采用的是路由器，实现了包交换或分组交换，其优点是端到端，无连接，提高了电路的使用效率，简化了交换设备，但是在发信者和受信者之间没有固定的电路相连接，使受信者不能实时准确知道发信者地址码。这是互联网不安全的根本原因。
    以TCP/IP 协议为基础的互联网进入大规模商用后暴露出来的安全性、QoS、网络智能管理、赢利商业模式等多方面问题，使互联网的发展面临严峻挑战。用一句通俗的话来说，“互联网无所不在，攻击也无所不在”。目前IPv4地址码已显不足，这样IPv6对IP协议的重大改进具有战略价值。其价值就是把地址空间从32位变成128位，IPv6的地址数是如此巨大，约是IPv4地址量的8万兆兆平方倍。IPv6的安全性、QoS控制、地址资源管理的合理性均有较大幅度改进，包括对新一代全球移动业务的支持。尽管如此，亦不能说明它已十全十美，可全包全揽，永世长存。从IPv4到IPv6的不兼容性即可看出其阶段性设计的局限性与巨大弊端。目前，全球已拥有约3亿IPv4用户。IPv4与IPv6的非无缝兼容特征，如果不能把这么多的IPv4的应用平移到IPv6上去，将成为其业务快速有效演进的障碍与阻力。需要在时间、金钱、资源方面的巨大投入。因此，对IPv6的装备实施不宜持过分乐观的期望。IPv6在其协议栈中强制执行IPSec，确比IPv4时的安全性有所改善。但安全问题、QoS问题仍然没有得到解决。
    2005年7月，美国费城科技界提出了GENI计划，GENI计划的核心是要解决网络安全问题。其目的是希望能构建一个全新的、安全的、能够连接所有设备的互联网。“一石激起千层浪”，GENI计划在全世界引起了极大的反响。由于网络安全与轨道交通通信传输系统的安全有相似之处，因此在网络安全引起了简院士极大关注的同时，轨道交通通信传输系统的安全更加引起了简院士的巨大关心和关注。
    对于轨道交通通信传输系统的安全问题，简院士认为，由于目前我国既有铁路线和在建的客运专线所采用的GSMR无线传输系统，与中国移动使用同一频率，因此误码率较高，存在较高不安全隐患。他认为，任何科学技术都有它的发明、发展、壮大直至消失，任何科学技术都是人类长河中的一道流星的闪光。通信是人类社会发展过程中重要的科学技术支柱，通信是由信息传输和信息交换两部分所组成，其传输部分经历了架空明线、对称电缆、同轴电缆、金属波导（并未大规模使用）、光纤，完成了由电到光的革命性的质变。目前光纤的传输已达到了空前的高度，两根光纤可以传输的容量是50Tb/s，在实验室已达到25.6Tb/s，在实用化商品方面两根光纤也可以达到1.6Tb/s～3.2Tb/s，可以说已超过了目前人类社会的需求，而每公里的价格也已降至10美元。通信的交换经历了人工交换、步进制交换、纵横制交换、程控交换，这些交换网都是基于核心网的设计理念。在这些交换网中端对端是有连接的，受信者可以实时准确地知道发信者的地址玛，从结构上保证了传输信息的安全。

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新型光纤传感系统为轨道交通保驾护航
    2004年1月，国务院审议通过了《中长期铁路网规划》，描绘了铁路路网发展的宏伟蓝图。到2020年，全国铁路营业里程将达到10万公里，在省会城市和大中城市之间建成铁路快速客运通道和城际快速客运系统，客运专线里程将达到1.2万公里，客车速度目标值达到时速200公里以上，主要繁忙干线实现客货分线。同时，无碴轨道技术在我国客运专线中将大量采用。
    无碴轨道是一种少维修的轨道结构，它利用成型的组合材料代替道碴，将轮轨力分布并传递到路基基础上。无碴轨道系统技术，具有舒适度高、整体性强、稳定性好、坚固耐用、轨道变形小等优点，有利于高速行车，可以有效解决传统有碴轨道在频繁动载作用下轨道状态的稳定问题，从而大幅度减少轨道结构的维修作业，简化了轨道的维修管理，大大降低线路养护维修费用，改善作业条件。无碴轨道技术在国际高速铁路建设领域应用较为广泛。德国科隆—法兰克福高速铁路有90%区段采用无碴轨道技术，日本盛冈—八户高速铁路80%以上区段采用无碴轨道，九州新干线新八代—鹿儿岛间128公里线路90%采用无碴轨道。
    安全是交通运输的生命线，而无碴轨道行车信息的安全问题更是重中之重，同时这也是简水生院士一直以来努力探索与研究的重大课题。由他主持并研发的小型化漏泄波导综合光缆、新型光纤传感系统和电子地图可以实现行车位置的标定，准确传输行车信息，进而确保行车的安全和提高铁路的运能。
    简院士向记者详细解释说，我国的客运专线大多将采用无道碴轨道，以减少路基的维护工作量，这是先进的，但是无道碴轨道将给现有的轨道电路带来不可避免的矛盾和困难。经过大量的调研、实验与论证，他们研发出了完全可以解决上述矛盾和困难的新方法，即“基于小型化漏泄波导综合光缆”，这种光缆可以实现误码率<10～12的信息传输，并且每隔500米有一准确的列车位置的标定点，因此就可以准确知道每趟列车的实时运行速度，所在的位置，列车间相隔的距离以及车站各轨道的占用情况。同时能够准确地绘制出铁道线路的电子地图。
    将光纤光栅传感系统所测得的各趟列车实时运行速度，所在的位置，列车间相隔的距离以及车站各轨道的占用情况与所绘制的精密准确的线路电子地图同时输入计算机，经过软件处理，在调度屏幕上就可明确显示出整个调度区间所有列车运行情况，并及时通过小型化漏泄波导光缆想各次列车和相关车站发出行车指令。这实际上也就是最现代化的无人驾驶列车自动控制系统。
    小型化漏泄波导综合光缆制造长度为500米，内外导体皆为铜箔所组成，每500米总重量约为150公斤，售价约为1万元。每隔１公里有一个并联供电的信号源，信号源的带宽为2Mbps,可以传输任何行车指令和机车反馈给指挥中心的信息。
    在此基础之上，他们还研发出了在光纤上制造光纤光栅对以形成F-P腔。这种F-P腔对压力和声波非常敏感，在一根光纤上可以制成几十至几百个不同谐振波长的F-P腔，将这种有F-P腔的光纤粘接在轨道内侧，可准确探测到列车行车速度、加速度和所在位置，其精确度可达到米级。这是国际上前所未有的列车信息追踪和定位系统，在指挥中心的大厅上可准确显示出每趟列车的行车速度和实时位置，同时还可精确显示每个车站各个轨道占用情况，通过计算机精确计算可以及时通过小型化漏泄波导综合光缆系统向各次列车发出实时行车指令，并可向各个车站发出有关的实时指令，这就可以确保行车安全，并尽可能增加行车密度以提高轨道交通的运能。
如果在两根钢轨上同时粘贴具有F-P腔的光纤，它还可以确定轨道的曲率半径，路基的平整度，还可显示出是否有重型物体压在轨道上，如果发生山体滑坡，它可以及时进行报警。尤其是道碴路口，这种F-P腔的传感器可以确定出在轨道路基上是否有其他车辆的通行或阻塞，可以避免交叉路口的严重撞车事故。
    上述各种先进的传感系统和车地通信系统的采用，能将我国轨道交通的运输安全提高到世界最先进的水平。同时还可确保我国的城市轨道交通的时间间隔达到90秒以内，可以缓解首都地铁目前人员阻塞的状况，在城市轨道交通系统中显示出广阔的应用前景。
铁路节能 迫在眉睫
    简院士指出，铁路在最大限度提速，尽可能满足国民经济需求，服务百姓的同时，也要充分考虑到节约能源的问题。他指出，世界能源危机将是21世纪最严重的问题，其中交通运输所占的能源消耗将占很大比例。2020年汽车将超过1亿辆，到那时，汽车的耗油量将占我国总耗油量的50%～60%。目前，我国石油总储量只占世界的2%～3%，按现在的消费来计算，预计世界石油储量40年左右即将面临枯竭。在众多交通工具里，轨道交通运输是最节省能源的。虽然轨道交通运输已有100多年的历史，但其生命力仍然很顽强。其最核心的优点是摩擦阻力小，耗能少，运能大，从节省能源的角度来讲，轨道交通是不可或缺的交通工具。但是鉴于目前我国煤、电、油等能源供应紧张，并且能源的消耗与速度的三次方成正比，因此，他认为，速度并非越快越好。目前，科研界也正在做这方面的努力，下大大力气研发氢燃料、太阳能电池、锂电池等，同时简院士表示，为了祖国的腾飞和人民的幸福，他将竭尽所能，全力攻关，为轨道交通事业保驾护航。
    最后，简水生院士说，光纤的潜能到目前被开发利用的还不到1%，预计在2025年前后人们将完成现有的石英系光纤整个波段都能实用的研究，光的交换和存储将获得根本解决，光纤到户在绝大多数国家将成为现实，光通信技术也将基本成熟，人们将进一步寻求新的传输损耗更小、通信容量更大的光纤。因此，无线移动通信技术的发展要和有线光纤技术的发展紧密地结合起来，这也是未来移动通信的发展方向。
    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。