2023年1月13日，網(wǎng)易新聞揭曉“2022中國(guó)十大科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”，旨在表彰2022年度中國(guó)振奮人心的科研創(chuàng)新成果，大力弘揚(yáng)科學(xué)精神。其中北京大學(xué)電子學(xué)院王興軍教授團(tuán)隊(duì)的成果“新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)攻克硅光難題”名列其中。

王興軍近照

“小芯片、大乾坤，能夠在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?yàn)樯鐣?huì)作一點(diǎn)點(diǎn)創(chuàng)新性的貢獻(xiàn)并得到認(rèn)可，是很榮幸的。”得知獲獎(jiǎng)消息后的王興軍在朋友圈里這樣寫(xiě)道。他的團(tuán)隊(duì)攻克了怎樣的“硅光難題”？未來(lái)光電芯片的大趨勢(shì)如何？如何將教學(xué)育人融入科研之中以實(shí)現(xiàn)教育的真正價(jià)值？帶著這些問(wèn)題，融媒體中心對(duì)王興軍進(jìn)行專(zhuān)訪，聽(tīng)他講述攻關(guān)硅基光電子學(xué)的心路歷程。

小“身材”大集成

習(xí)近平總書(shū)記指出，光電子信息產(chǎn)業(yè)是廣泛應(yīng)用的戰(zhàn)略高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)有條件率先實(shí)現(xiàn)突破的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。光電子在國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展層面上占有重要地位，王興軍的團(tuán)隊(duì)就是圍繞光電子集成芯片與信息系統(tǒng)領(lǐng)域攻堅(jiān)克難的。

王興軍告訴記者，近20年來(lái)，硅基光電子集成芯片技術(shù)（硅光）借助成熟的CMOS工藝，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了可以大規(guī)模集成傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)所需的功能器件，極大地提升片上信息傳輸和處理的速度和容量，是世界光電子領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的主陣地。隨著數(shù)據(jù)中心、通信系統(tǒng)、高性能計(jì)算、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用市場(chǎng)的拓展和系統(tǒng)規(guī)模的大幅度提升，硅光芯片的系統(tǒng)架構(gòu)正向多通道和高并行的架構(gòu)演進(jìn)，這就產(chǎn)生了對(duì)低成本、高穩(wěn)定性的并行光源的需求?！拔覀兌贾?，硅材料本身是不發(fā)光的，所以硅基激光器的實(shí)現(xiàn)一直是世界性的難題，如何在硅基光電子集成芯片上研發(fā)出多路并行的硅基光源是這個(gè)領(lǐng)域的最大瓶頸之一，也是我們團(tuán)隊(duì)近些年來(lái)重點(diǎn)突破的問(wèn)題?！蓖跖d軍說(shuō)道。

光梳又叫光學(xué)頻率梳，因其用途廣泛，一直以來(lái)都是國(guó)際光學(xué)界的重要研究熱點(diǎn)?！懊绹?guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技木研究院John Lewis Hall教授和德國(guó)馬普量子光學(xué)所的Theodor H?nsch教授因?yàn)樵诠馐岱矫孀鞒龅慕艹鲐暙I(xiàn)，拿過(guò)2005年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?！蓖跖d軍介紹說(shuō)，近年來(lái)，芯片級(jí)的光梳（微腔光梳）由于緊湊的尺寸和低廉的成本極大拓展了其應(yīng)用范圍，但大部分基于微腔光梳的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用中，僅有微腔本身為集成器件，其余的組成部分均未實(shí)現(xiàn)集成。

經(jīng)過(guò)三年多的刻苦攻關(guān)，王興軍團(tuán)隊(duì)和合作者采用硅基多材料體系異質(zhì)集成方案，實(shí)現(xiàn)目前國(guó)際上最低閾值功率的片上光學(xué)頻率梳光源，并系統(tǒng)性地突破了其集成光源泵浦、啟鑰式開(kāi)關(guān)、長(zhǎng)時(shí)間自反饋穩(wěn)定等一系列的關(guān)鍵技術(shù)，給硅基光電子集成芯片提供了所需的“光源大腦”。2022年5月18日，王興軍團(tuán)隊(duì)與合作者在《自然》（Nature）雜志在線發(fā)表文章，結(jié)合硅基光電子集成技術(shù)工業(yè)上成熟可靠的集成解決方案，完成大規(guī)模集成系統(tǒng)的高效并行化，這也是在國(guó)際上首次演示了由微腔光梳驅(qū)動(dòng)的硅基光電子集成系統(tǒng)。

該文章在《自然》官網(wǎng)在線發(fā)表

“論文上線后，《自然》官網(wǎng)兩天內(nèi)下載量超過(guò)了10,000次，這是當(dāng)時(shí)除了新冠疫情研究外下載量最高的文章?！蓖跖d軍告訴記者，這項(xiàng)高集成度的硅基光電子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了T比特速率微通信和亞GHz微波光子信號(hào)處理，展示了高密度多維復(fù)用的微通信和微處理芯片級(jí)集成系統(tǒng)的全新架構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了下一代多維硅光集成微系統(tǒng)子學(xué)科的發(fā)展。“相關(guān)研究成果有望直接應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、5/6G通信、自動(dòng)駕駛、光計(jì)算等領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域更好更快發(fā)展注入‘芯’動(dòng)能?！痹谶@個(gè)工作的基礎(chǔ)上，他的團(tuán)隊(duì)在2023年再次取得新的進(jìn)展，他們報(bào)道了一種基于光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高算力密度硅基集成光子處理器，攻克了多波長(zhǎng)并行光計(jì)算系統(tǒng)校準(zhǔn)和超高精度權(quán)重加載兩大技術(shù)難題，這項(xiàng)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）；提出了一種基于并行混沌熵源的極簡(jiǎn)硅基片上并行激光雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了目前最高精度為2mm的并行探測(cè)和大于30dB的抗干擾抑制比，為下一代高性能抗干擾激光雷達(dá)提供了一種革命性解決方案，這項(xiàng)成果發(fā)表于《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）。

集成微腔光梳驅(qū)動(dòng)的硅基集成光電子片上系統(tǒng)圖

立德樹(shù)人是教師的根本使命

“科研做得好，課又講得好”是學(xué)生們對(duì)王興軍的評(píng)價(jià)。作為獲得“北京大學(xué)優(yōu)秀教師”“北京大學(xué)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”“北京大學(xué)教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)”“北京大學(xué)教學(xué)成果獎(jiǎng)”“學(xué)會(huì)/北大優(yōu)秀博士論文指導(dǎo)教師”等多項(xiàng)榮譽(yù)的學(xué)者，王興軍始終把“教師”的角色看得很重?！皥?jiān)持教書(shū)和育人相統(tǒng)一，堅(jiān)持言傳和身教相統(tǒng)一”是王興軍的為師之道。

王興軍主持多門(mén)本科生和研究生課程，教學(xué)成績(jī)優(yōu)異。其中，他所主講的本科生專(zhuān)業(yè)核心課程“光電子學(xué)”，注重在講授基礎(chǔ)理論的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。針對(duì)光電領(lǐng)域智能化、集成化的趨勢(shì)，王興軍為本科生新開(kāi)設(shè)了“集成光電器件與系統(tǒng)在人工智能中的應(yīng)用”和“納米與光電集成電路”兩門(mén)課程，旨在讓同學(xué)們盡快接觸領(lǐng)域的前沿技術(shù)、了解發(fā)展趨勢(shì)，從而更好地投身研究生階段的科學(xué)探索中。在研究生階段的課程中，王興軍開(kāi)設(shè)的“硅基光電子學(xué)”的教學(xué)成績(jī)同樣優(yōu)異。2018年至2022年，王興軍還受到中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的邀請(qǐng)，參與講授研究生課程“光電子學(xué)”，這門(mén)課程在2021年被評(píng)為中國(guó)科學(xué)院大學(xué)優(yōu)秀課程。

在王興軍心中，教材編寫(xiě)是探索科教融合的有效途徑。近兩年，他結(jié)合多年教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和學(xué)術(shù)科研前沿知識(shí)，主編了《硅基光電子集成技術(shù)——光波導(dǎo)放大器與激光器》和《硅基微波光子集成技術(shù)》兩本教材。前者目前已出版，入選工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材立項(xiàng)資助，并獲得電子工業(yè)出版社優(yōu)秀作譯獎(jiǎng)。

《硅基光電子集成技術(shù)——光波導(dǎo)放大器與激光器》書(shū)影

培養(yǎng)一大批服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的高水平創(chuàng)新型人才是王興軍在多年的教師生涯中所始終追尋的。作為青年長(zhǎng)江學(xué)者的優(yōu)秀代表，他曾在《中國(guó)高等教育》期刊上發(fā)表題為《立德樹(shù)人是青年學(xué)者歷史使命》的文章。目前，王興軍擔(dān)任電子學(xué)院黨委副書(shū)記和主管教學(xué)工作的副院長(zhǎng)，他積極組織參與學(xué)院教育教學(xué)綜合改革，將思政教育融入到全過(guò)程育人中。在重視科研能力的同時(shí)，王興軍也格外重視學(xué)生的品德與科研作風(fēng)建設(shè)，“要愛(ài)黨、愛(ài)國(guó)、愛(ài)人民，在科學(xué)探索中‘求得真學(xué)問(wèn)、練就真本領(lǐng)’”，這是王興軍對(duì)學(xué)生的要求。

王興軍與學(xué)生們參加支部活動(dòng)

因材施教、做到有針對(duì)性的培養(yǎng)，這是王興軍對(duì)自己的要求。在他看來(lái)，北大的每一個(gè)學(xué)生都是非常優(yōu)秀且獨(dú)一無(wú)二的，他們各有專(zhuān)長(zhǎng)、各有特點(diǎn)，只有觀察到學(xué)生的興趣和特點(diǎn)因材施教，才能讓每一棵“好苗子”長(zhǎng)成根基穩(wěn)固的“參天大樹(shù)”。在他的組里，有的博士生安靜內(nèi)向、有的開(kāi)朗活潑，王興軍會(huì)在與學(xué)生深入溝通學(xué)術(shù)興趣的基礎(chǔ)上，根據(jù)每個(gè)人的性格和擅長(zhǎng)去安排課題和日常工作，鼓勵(lì)學(xué)生挑戰(zhàn)“舒適區(qū)”，在更廣闊的空間不斷提升綜合能力。

王興軍參加學(xué)生的畢業(yè)典禮

舒浩文是王興軍的第一個(gè)博士生，在跟隨王興軍攻讀博士學(xué)位后，他入選全國(guó)“博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃”和北大博雅博士后繼續(xù)在團(tuán)隊(duì)挑重?fù)?dān)。2023年2月，由于學(xué)術(shù)成果斐然，舒浩文以助理教授（研究員）的身份正式入職北大。本來(lái)，舒浩文在博士畢業(yè)后可以找到很多很好的崗位，但他覺(jué)得和老師一起攻關(guān)的課題很有意思，毅然選擇留在組里做博士后。

在舒浩文的心目中，王興軍并非傳統(tǒng)意義上的“嚴(yán)師”，他很能發(fā)掘?qū)W生的“興趣點(diǎn)”，鼓勵(lì)大家進(jìn)行大膽假設(shè)和嘗試，經(jīng)常就一個(gè)想法帶領(lǐng)各個(gè)方向的同學(xué)共同進(jìn)行多角度的仔細(xì)論證?！斑@使得我們?cè)谘芯窟^(guò)程中能夠天馬行空地自由探索，并且整合課題組內(nèi)的集體智慧高效地完成想法論證。”舒浩文說(shuō)道。在跟隨王興軍學(xué)習(xí)期間，舒浩文經(jīng)常有機(jī)會(huì)與相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行交流，“王老師很看重大家的溝通交流和組織能力，積極為大家創(chuàng)造與專(zhuān)業(yè)學(xué)者接觸的機(jī)會(huì)，這對(duì)我們盡早盡快接觸學(xué)術(shù)前沿大有裨益”。

為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新型高層次人才是王興軍的教學(xué)使命?！氨M管一開(kāi)始實(shí)驗(yàn)空間有限，但是這里有最好的學(xué)生，有最好的學(xué)術(shù)支撐平臺(tái)作后盾，這是每一個(gè)科研工作者夢(mèng)寐以求的?！蓖跖d軍說(shuō)道。

在他的不懈努力下，他的團(tuán)隊(duì)結(jié)出了累累碩果：1人獲得中國(guó)通信學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士論文、1人獲得中國(guó)光學(xué)工程學(xué)會(huì)創(chuàng)新論文獎(jiǎng)（優(yōu)博）、1人獲得中國(guó)電子學(xué)會(huì)優(yōu)秀碩士論文、3人獲得北京大學(xué)優(yōu)秀博士和碩士論文、2人獲得全國(guó)微波光子學(xué)術(shù)新星（每年全國(guó)5人）、2人獲得“光波分復(fù)用之父”厲鼎毅紀(jì)念獎(jiǎng)學(xué)金提名（每年全球10名）、6人獲得國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金……他的學(xué)生和博士后的名字越來(lái)越多地出現(xiàn)在學(xué)術(shù)頂刊和頂級(jí)會(huì)議中，成為了光電領(lǐng)域冉冉升起的新星。王興軍告訴記者，在立德樹(shù)人方面最令他驕傲的事是目前他培養(yǎng)畢業(yè)的3名博士生都品學(xué)兼優(yōu)?！八麄冎杏袃晌环謩e獲得‘中國(guó)通信學(xué)會(huì)優(yōu)博’‘中國(guó)光學(xué)工程學(xué)會(huì)優(yōu)博’的榮譽(yù)，另一位也進(jìn)入到了中國(guó)電子學(xué)會(huì)最后的終評(píng)，在等待結(jié)果公布?！闭劦綄W(xué)生，王興軍臉上露出欣慰的微笑。

從基礎(chǔ)理論到系統(tǒng)應(yīng)用的飛躍

2023年2月21日下午，中共中央政治局就加強(qiáng)基礎(chǔ)研究進(jìn)行第三次集體學(xué)習(xí)。習(xí)近平總書(shū)記在聽(tīng)取北京大學(xué)校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士龔旗煌教授的講解和建議后，作了重要講話。他指出，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，是實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的迫切要求，是建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的必由之路。

夯實(shí)基礎(chǔ)理論，突破關(guān)鍵技術(shù)，打通系統(tǒng)應(yīng)用“最后一公里”——多年以來(lái)，王興軍在北大這方科研沃土上循著這條道路不斷探索。王興軍認(rèn)為，硅光研究是非常能體現(xiàn)基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用全鏈條發(fā)展的一個(gè)新的學(xué)科方向。它既有硅基發(fā)光、片上損耗等最本質(zhì)的科學(xué)問(wèn)題，也有大規(guī)模硅基光電集成等需要攻克的關(guān)鍵核心技術(shù)，以及光通信、光傳感、微波光子、光計(jì)算等產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用前景。同時(shí)，它也是一個(gè)光學(xué)、電子、通信、材料、物理等多學(xué)科交叉融合不斷發(fā)展的結(jié)果，是國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)向基礎(chǔ)前沿前移的重要領(lǐng)域。總書(shū)記的重要講話讓王興軍很受鼓舞，他表示，未來(lái)將繼續(xù)面向國(guó)家重大需求刻苦攻關(guān)，努力實(shí)現(xiàn)更多“從0到1”的突破原創(chuàng)性成果，攻克更多“卡脖子”難題，實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)，為我國(guó)信息技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略作出北大人的貢獻(xiàn)。

好的成果離不開(kāi)重量級(jí)的科研平臺(tái)。王興軍團(tuán)隊(duì)所在的平臺(tái)是北京大學(xué)電子學(xué)院區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這是我國(guó)光通信領(lǐng)域的第一個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。近年來(lái)，光電子學(xué)作為實(shí)驗(yàn)室一個(gè)重要的發(fā)展方向，國(guó)家投入數(shù)千萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)建成了光子芯片加工平臺(tái)，這些都為團(tuán)隊(duì)的硅基光電子集成芯片研究提供了良好的基礎(chǔ)保障。團(tuán)隊(duì)所依托的另一個(gè)平臺(tái)是北京大學(xué)教育部納光電子前沿科學(xué)中心，這個(gè)中心的創(chuàng)辦就是旨在打破學(xué)科界限和院系壁壘，融合集成納光子與微電子的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展基礎(chǔ)性、前瞻性、多學(xué)科深度交叉融合的創(chuàng)新研究，目前中心已經(jīng)成為國(guó)際納光電子學(xué)研究方面的重要力量。兩大平臺(tái)具有雄厚的科研實(shí)力和完備的實(shí)驗(yàn)條件，為王興軍的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展集成光電子以及與其他學(xué)科的交叉研究提供了深度融合的平臺(tái)。2021年，王興軍依托該平臺(tái)與物理學(xué)院肖云峰教授和龔旗煌院士合作，在納米尺度單顆粒檢測(cè)中取得重要進(jìn)展，當(dāng)年，這項(xiàng)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

2021年，北京大學(xué)成立長(zhǎng)三角光電科學(xué)研究院，王興軍擔(dān)任光電子芯片與信息系統(tǒng)研究室主任，研究院的成立促進(jìn)了王興軍團(tuán)隊(duì)的成果轉(zhuǎn)化，而技術(shù)轉(zhuǎn)化又為服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需要和企事業(yè)單位產(chǎn)品需求成果提供了重要支撐。在這里，王興軍的團(tuán)隊(duì)搭建了從光電子、微電子芯片到模塊的全流程測(cè)試和封裝平臺(tái)。“一方面，平臺(tái)的建設(shè)可以推動(dòng)團(tuán)隊(duì)自研光電子芯片與模塊的成熟度提升，目前，部分技術(shù)已經(jīng)在企業(yè)和研究院所實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，為相關(guān)單位提供了所需的光電芯片；另一方面，平臺(tái)也已經(jīng)為20余家單位提供了定制化的光電封裝和測(cè)試服務(wù)。可以說(shuō)，這些工作讓我們探索了實(shí)現(xiàn)芯片從基礎(chǔ)理論到應(yīng)用的道路。”

北京大學(xué)長(zhǎng)三角光電科學(xué)研究院

追求真理、勇攀高峰，這是黨中央對(duì)新時(shí)代科學(xué)工作者的期望，也是一代又一代中國(guó)光電子學(xué)人所始終秉持的科學(xué)精神?！吧晷聲r(shí)代，有這樣好的科研條件，我們必須孜孜不倦、努力奮斗，跑得慢了就是落后。”在采訪的最后，王興軍這樣說(shuō)道。在突破“卡脖子”技術(shù)的道路上，在爭(zhēng)取科技自立自強(qiáng)的奮斗中，他和他的團(tuán)隊(duì)將不斷奮勇向前。