“新技術突破了傳統(tǒng)飛秒激光的光衍射極限，未來或可開辟光電芯片制造新賽道?！苯?，南京大學科研團隊發(fā)明的一種新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術，在下一代光電芯片制造領域取得重大突破。

“光電芯片是信息技術的下一個制高點?！敝袊茖W院院士、南京大學教授祝世寧說，南京大學固體微結構物理國家重點實驗室較早探索該領域，已取得一系列國際領先的原始創(chuàng)新成果，“光電芯片有望成為我國率先突破的科技領域，我們應該對下一代技術更早地切入、更快地投入，爭取在未來有更多的發(fā)言權?！?/p>

祝世寧院士（左）帶領學生進行科研。（南京大學供圖）

堅守中不斷創(chuàng)新，把冷門做成熱門

黨的二十大報告提出，開辟發(fā)展新領域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。如何開辟新賽道？

“要勇于做前人沒有做過的事情?！痹谀暇┐髮W鼓樓校區(qū)唐仲英樓的辦公室里，祝世寧話語溫和卻擲地有聲，“以基礎研究來說，剛開始可能只是科學家的一個猜想，但是經(jīng)過‘大膽求證’深入研究以后，這些理念就有可能為未來技術奠定基礎，甚至開辟出新的賽道?！?/p>

“把原來不被關注的領域，通過自己的科學判斷，長期不懈地堅持研究下去?！弊Ｊ缹幈硎?，正是秉持“堅守中不斷創(chuàng)新，把冷門做成熱門”的精神，南京大學固體微結構物理國家重點實驗室經(jīng)過幾代人的努力，終于把微結構科學由無人問津做成國際前沿，并率先奔跑在光電芯片的新賽道上。

祝世寧笑稱，這些年來所做的工作，就是“像玩樂高一樣研究先進材料”，創(chuàng)新各種方法，通過微結構的設計和控制，提升材料的物理性能，實現(xiàn)應用上的突破。不過，“玩樂高”聽起來簡單，實則經(jīng)歷了無數(shù)艱辛。比如，在研制新型介電體超晶格材料的攻關中，為了讓一個小小的芯片里能透出三種顏色的激光，團隊花費了近10年時間，終于研制出世界上第一臺光學超晶格全固態(tài)紅、綠、藍三基色激光器。

做前人沒有做過的事情，需要勇氣和實力，也需要前瞻性思維。自2000年起，祝世寧團隊就將光學超晶格研究從經(jīng)典光學拓展至量子光學，經(jīng)過多年開拓創(chuàng)新，已利用光學超晶格研制成功全球首枚高速調控的鈮酸鋰光量子芯片，實現(xiàn)了全球首個具有移動光學中繼的無人機光量子網(wǎng)絡試驗?！坝浀卯敃r我們輾轉南京、石家莊、蘭州等地進行實驗，克服了重重困難，終于在國際上首次實現(xiàn)通過無人機在兩個地面站之間進行糾纏光子分發(fā)。”

為“高精尖”研究打造高水平科研平臺

“每一個新的科學理念，都需要通過科學實驗來驗證、來實現(xiàn)?！庇玛J科研“無人區(qū)”數(shù)十年，祝世寧深刻感受到，隨著科學技術越來越向“高精尖”發(fā)展，基礎研究的方式方法也在不斷演進，對科研平臺、科研儀器的要求也越來越高，比如他們研制的光電芯片的加工精度，幾乎是一根頭發(fā)絲的千分之一，同時還要進行大面積的集成，難度可想而知。

要補齊基礎研究的短板，重視高水平科研平臺的建設，加大對科學裝置、高科技儀器的投入；同時，要改變“撒胡椒面”式的支持方式，選擇前沿科技領域進行重點支持。祝世寧對此有著很深的思考。

為促進基礎研究的想法落地，2018年，祝世寧團隊在南京大學和南京江北新區(qū)支持下，創(chuàng)建了南智先進光電集成技術研究院（下稱“南智光電”），瞄準下一代光電芯片技術在基礎材料、器件工藝等方面的需求，開展研發(fā)工作。

中紅外超晶格激光器、自由空間無人機高速通信系統(tǒng)、超構材料平面透鏡、高分辨光譜相機……4年來，在南智光電這一科研平臺上，科學家們將頭腦中的一個個奇思妙想轉變?yōu)楝F(xiàn)實。最近的突破性成果——新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術，把光雕刻鈮酸鋰三維結構的尺寸，從傳統(tǒng)的1微米量級，首次縮小到納米級，達到30納米，大大提高了加工精度。該技術有望用于光電調制器、聲學濾波器等關鍵光電器件在芯片上的制備，在5G/6G通信、光計算、人工智能等領域有廣泛的應用前景。

既要“開山筑路”，也要“沿途下蛋”

“基礎研究是原始創(chuàng)新的源頭、核心技術的關鍵，是實現(xiàn)科技自立自強的基石?！弊Ｊ缹幷J為，當下，面對國家重大戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，開展目標導向的應用基礎研究尤為重要。

2019年起，江蘇省啟動實施前沿引領技術重大基礎研究項目，支持50位頂尖科學家開展變革性技術探索，對重大科學前沿或重大產(chǎn)業(yè)前瞻問題進行超前部署。祝世寧團隊進入首批名單，獲得2000萬元項目經(jīng)費，積極布局下一代芯片——鈮酸鋰集成光子芯片的研發(fā)。

“前沿引領技術的突破，能促進產(chǎn)業(yè)升級，甚至顛覆整個行業(yè)。”祝世寧說，南智光電一端連接南大固體微結構物理國家重點實驗室等國家平臺，面向世界科技前沿，開展應用基礎研究；另一端連接高新技術園區(qū)，與科技領軍企業(yè)一同聚焦并攻關重大共性產(chǎn)業(yè)技術問題，探索實現(xiàn)創(chuàng)新鏈連接產(chǎn)業(yè)鏈的可行路徑。

今年7月29日，南智芯材鈮酸鋰晶體產(chǎn)業(yè)化項目正式簽約，該項目正在進行國際上最大尺寸——8英寸的鈮酸鋰晶體的產(chǎn)業(yè)化示范和布局。創(chuàng)建4年來，已有近30家光電類初創(chuàng)公司在南智光電平臺上孵化和集聚，這些初創(chuàng)公司獲得了近10億元社會資本的投入。同時，南智光電已為全國近200家企業(yè)和研究單位提供技術服務，幫助他們解決科研難題、突破產(chǎn)業(yè)化技術瓶頸，產(chǎn)生了積極的社會反響和實實在在的經(jīng)濟效益。2021年，在南京江北新區(qū)、省產(chǎn)業(yè)技術研究院和南京大學支持下，南智光電聯(lián)合兄弟單位，獲批建設江蘇省光電技術創(chuàng)新中心。

新中心、新平臺、新起點，作為光電芯片領域的先行者，祝世寧帶領團隊勇當開路先鋒，在激烈的國際競爭中持續(xù)保持領先地位，開辟了光電芯片新賽道?！拔磥恚液蛨F隊將始終把創(chuàng)新放在第一位，在從基礎研究到產(chǎn)業(yè)化的這場馬拉松長跑中，不斷地‘開山筑路’，做前沿性的科學探索；同時，建立‘沿途下蛋’機制，促進科技成果高效轉化。”祝世寧表示。