2023年1月13日，網易新聞揭曉“2022中國十大科技創新獎”，旨在表彰2022年度中國振奮人心的科研創新成果，大力弘揚科學精神。其中北京大學電子學院王興(xing) 軍(jun) 教授團隊的成果“新型矽基光電子片上集成係統攻克矽光難題”名列其中。

王興(xing) 軍(jun) 近照

“小芯片、大乾坤，能夠在專(zhuan) 業(ye) 領域為(wei) 社會(hui) 作一點點創新性的貢獻並得到認可，是很榮幸的。”得知獲獎消息後的王興(xing) 軍(jun) 在朋友圈裏這樣寫(xie) 道。他的團隊攻克了怎樣的“矽光難題”？未來光電芯片的大趨勢如何？如何將教學育人融入科研之中以實現教育的真正價(jia) 值？帶著這些問題，融媒體(ti) 中心對王興(xing) 軍(jun) 進行專(zhuan) 訪，聽他講述攻關(guan) 矽基光電子學的心路曆程。

小“身材”大集成

習(xi) 近平總書(shu) 記指出，光電子信息產(chan) 業(ye) 是廣泛應用的戰略高技術產(chan) 業(ye) ，也是我國有條件率先實現突破的高技術產(chan) 業(ye) 。光電子在國家戰略發展層麵上占有重要地位，王興(xing) 軍(jun) 的團隊就是圍繞光電子集成芯片與(yu) 信息係統領域攻堅克難的。

王興(xing) 軍(jun) 告訴記者，近20年來，矽基光電子集成芯片技術（矽光）借助成熟的CMOS工藝，已經實現了可以大規模集成傳(chuan) 統光學係統所需的功能器件，極大地提升片上信息傳(chuan) 輸和處理的速度和容量，是世界光電子領域競爭(zheng) 的主陣地。隨著數據中心、通信係統、高性能計算、自動駕駛等應用市場的拓展和係統規模的大幅度提升，矽光芯片的係統架構正向多通道和高並行的架構演進，這就產(chan) 生了對低成本、高穩定性的並行光源的需求。“我們(men) 都知道，矽材料本身是不發光的，所以矽基激光器的實現一直是世界性的難題，如何在矽基光電子集成芯片上研發出多路並行的矽基光源是這個(ge) 領域的最大瓶頸之一，也是我們(men) 團隊近些年來重點突破的問題。”王興(xing) 軍(jun) 說道。

光梳又叫光學頻率梳，因其用途廣泛，一直以來都是國際光學界的重要研究熱點。“美國國家標準與(yu) 技木研究院John Lewis Hall教授和德國馬普量子光學所的Theodor Hänsch教授因為(wei) 在光梳方麵作出的傑出貢獻，拿過2005年諾貝爾物理學獎。”王興(xing) 軍(jun) 介紹說，近年來，芯片級的光梳（微腔光梳）由於(yu) 緊湊的尺寸和低廉的成本極大拓展了其應用範圍，但大部分基於(yu) 微腔光梳的係統級應用中，僅(jin) 有微腔本身為(wei) 集成器件，其餘(yu) 的組成部分均未實現集成。

經過三年多的刻苦攻關(guan) ，王興(xing) 軍(jun) 團隊和合作者采用矽基多材料體(ti) 係異質集成方案，實現目前國際上最低閾值功率的片上光學頻率梳光源，並係統性地突破了其集成光源泵浦、啟鑰式開關(guan) 、長時間自反饋穩定等一係列的關(guan) 鍵技術，給矽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(xing) 軍(jun) 團隊與(yu) 合作者在《自然》（Nature）雜誌在線發表文章，結合矽基光電子集成技術工業(ye) 上成熟可靠的集成解決(jue) 方案，完成大規模集成係統的高效並行化，這也是在國際上首次演示了由微腔光梳驅動的矽基光電子集成係統。

該文章在《自然》官網在線發表

“論文上線後，《自然》官網兩(liang) 天內(nei) 下載量超過了10,000次，這是當時除了新冠疫情研究外下載量最高的文章。”王興(xing) 軍(jun) 告訴記者，這項高集成度的矽基光電子係統，實現了T比特速率微通信和亞(ya) GHz微波光子信號處理，展示了高密度多維複用的微通信和微處理芯片級集成係統的全新架構，開創了下一代多維矽光集成微係統子學科的發展。“相關(guan) 研究成果有望直接應用於(yu) 數據中心、5/6G通信、自動駕駛、光計算等領域，為(wei) 這些領域更好更快發展注入‘芯’動能。”在這個(ge) 工作的基礎上，他的團隊在2023年再次取得新的進展，他們(men) 報道了一種基於(yu) 光子神經網絡的超高算力密度矽基集成光子處理器，攻克了多波長並行光計算係統校準和超高精度權重加載兩(liang) 大技術難題，這項成果發表於(yu) 《自然·通訊》（Nature Communications）；提出了一種基於(yu) 並行混沌熵源的極簡矽基片上並行激光雷達係統架構，實現了目前最高精度為(wei) 2mm的並行探測和大於(yu) 30dB的抗幹擾抑製比，為(wei) 下一代高性能抗幹擾激光雷達提供了一種革命性解決(jue) 方案，這項成果發表於(yu) 《自然·光子學》（Nature Photonics）。

集成微腔光梳驅動的矽基集成光電子片上係統圖

立德樹人是教師的根本使命

“科研做得好，課又講得好”是學生們(men) 對王興(xing) 軍(jun) 的評價(jia) 。作為(wei) 獲得“北京大學優(you) 秀教師”“北京大學優(you) 秀共產(chan) 黨(dang) 員”“北京大學教學優(you) 秀獎”“北京大學教學成果獎”“學會(hui) /北大優(you) 秀博士論文指導教師”等多項榮譽的學者，王興(xing) 軍(jun) 始終把“教師”的角色看得很重。“堅持教書(shu) 和育人相統一，堅持言傳(chuan) 和身教相統一”是王興(xing) 軍(jun) 的為(wei) 師之道。

王興(xing) 軍(jun) 主持多門本科生和研究生課程，教學成績優(you) 異。其中，他所主講的本科生專(zhuan) 業(ye) 核心課程“光電子學”，注重在講授基礎理論的同時，培養(yang) 學生理論聯係實際的能力。針對光電領域智能化、集成化的趨勢，王興(xing) 軍(jun) 為(wei) 本科生新開設了“集成光電器件與(yu) 係統在人工智能中的應用”和“納米與(yu) 光電集成電路”兩(liang) 門課程，旨在讓同學們(men) 盡快接觸領域的前沿技術、了解發展趨勢，從(cong) 而更好地投身研究生階段的科學探索中。在研究生階段的課程中，王興(xing) 軍(jun) 開設的“矽基光電子學”的教學成績同樣優(you) 異。2018年至2022年，王興(xing) 軍(jun) 還受到中國科學院大學的邀請，參與(yu) 講授研究生課程“光電子學”，這門課程在2021年被評為(wei) 中國科學院大學優(you) 秀課程。

在王興(xing) 軍(jun) 心中，教材編寫(xie) 是探索科教融合的有效途徑。近兩(liang) 年，他結合多年教學的經驗和學術科研前沿知識，主編了《矽基光電子集成技術——光波導放大器與(yu) 激光器》和《矽基微波光子集成技術》兩(liang) 本教材。前者目前已出版，入選工業(ye) 和信息化部“十四五”規劃教材立項資助，並獲得電子工業(ye) 出版社優(you) 秀作譯獎。

《矽基光電子集成技術——光波導放大器與(yu) 激光器》書(shu) 影

培養(yang) 一大批服務國家重大戰略需求的高水平創新型人才是王興(xing) 軍(jun) 在多年的教師生涯中所始終追尋的。作為(wei) 青年長江學者的優(you) 秀代表，他曾在《中國高等教育》期刊上發表題為(wei) 《立德樹人是青年學者曆史使命》的文章。目前，王興(xing) 軍(jun) 擔任電子學院黨(dang) 委副書(shu) 記和主管教學工作的副院長，他積極組織參與(yu) 學院教育教學綜合改革，將思政教育融入到全過程育人中。在重視科研能力的同時，王興(xing) 軍(jun) 也格外重視學生的品德與(yu) 科研作風建設，“要愛黨(dang) 、愛國、愛人民，在科學探索中‘求得真學問、練就真本領’”，這是王興(xing) 軍(jun) 對學生的要求。

王興(xing) 軍(jun) 與(yu) 學生們(men) 參加支部活動

因材施教、做到有針對性的培養(yang) ，這是王興(xing) 軍(jun) 對自己的要求。在他看來，北大的每一個(ge) 學生都是非常優(you) 秀且獨一無二的，他們(men) 各有專(zhuan) 長、各有特點，隻有觀察到學生的興(xing) 趣和特點因材施教，才能讓每一棵“好苗子”長成根基穩固的“參天大樹”。在他的組裏，有的博士生安靜內(nei) 向、有的開朗活潑，王興(xing) 軍(jun) 會(hui) 在與(yu) 學生深入溝通學術興(xing) 趣的基礎上，根據每個(ge) 人的性格和擅長去安排課題和日常工作，鼓勵學生挑戰“舒適區”，在更廣闊的空間不斷提升綜合能力。

王興(xing) 軍(jun) 參加學生的畢業(ye) 典禮

舒浩文是王興(xing) 軍(jun) 的第一個(ge) 博士生，在跟隨王興(xing) 軍(jun) 攻讀博士學位後，他入選全國“博士後創新人才支持計劃”和北大博雅博士後繼續在團隊挑重擔。2023年2月，由於(yu) 學術成果斐然，舒浩文以助理教授（研究員）的身份正式入職北大。本來，舒浩文在博士畢業(ye) 後可以找到很多很好的崗位，但他覺得和老師一起攻關(guan) 的課題很有意思，毅然選擇留在組裏做博士後。

在舒浩文的心目中，王興(xing) 軍(jun) 並非傳(chuan) 統意義(yi) 上的“嚴(yan) 師”，他很能發掘學生的“興(xing) 趣點”，鼓勵大家進行大膽假設和嚐試，經常就一個(ge) 想法帶領各個(ge) 方向的同學共同進行多角度的仔細論證。“這使得我們(men) 在研究過程中能夠天馬行空地自由探索，並且整合課題組內(nei) 的集體(ti) 智慧高效地完成想法論證。”舒浩文說道。在跟隨王興(xing) 軍(jun) 學習(xi) 期間，舒浩文經常有機會(hui) 與(yu) 相關(guan) 領域的專(zhuan) 家學者進行交流，“王老師很看重大家的溝通交流和組織能力，積極為(wei) 大家創造與(yu) 專(zhuan) 業(ye) 學者接觸的機會(hui) ，這對我們(men) 盡早盡快接觸學術前沿大有裨益”。

為(wei) 國家和社會(hui) 培養(yang) 創新型高層次人才是王興(xing) 軍(jun) 的教學使命。“盡管一開始實驗空間有限，但是這裏有最好的學生，有最好的學術支撐平台作後盾，這是每一個(ge) 科研工作者夢寐以求的。”王興(xing) 軍(jun) 說道。

在他的不懈努力下，他的團隊結出了累累碩果：1人獲得中國通信學會(hui) 優(you) 秀博士論文、1人獲得中國光學工程學會(hui) 創新論文獎（優(you) 博）、1人獲得中國電子學會(hui) 優(you) 秀碩士論文、3人獲得北京大學優(you) 秀博士和碩士論文、2人獲得全國微波光子學術新星（每年全國5人）、2人獲得“光波分複用之父”厲鼎毅紀念獎學金提名（每年全球10名）、6人獲得國家獎學金……他的學生和博士後的名字越來越多地出現在學術頂刊和頂級會(hui) 議中，成為(wei) 了光電領域冉冉升起的新星。王興(xing) 軍(jun) 告訴記者，在立德樹人方麵最令他驕傲的事是目前他培養(yang) 畢業(ye) 的3名博士生都品學兼優(you) 。“他們(men) 中有兩(liang) 位分別獲得‘中國通信學會(hui) 優(you) 博’‘中國光學工程學會(hui) 優(you) 博’的榮譽，另一位也進入到了中國電子學會(hui) 最後的終評，在等待結果公布。”談到學生，王興(xing) 軍(jun) 臉上露出欣慰的微笑。

從(cong) 基礎理論到係統應用的飛躍

2023年2月21日下午，中共中央政治局就加強基礎研究進行第三次集體(ti) 學習(xi) 。習(xi) 近平總書(shu) 記在聽取北京大學校長、中國科學院院士龔旗煌教授的講解和建議後，作了重要講話。他指出，加強基礎研究，是實現高水平科技自立自強的迫切要求，是建設世界科技強國的必由之路。

夯實基礎理論，突破關(guan) 鍵技術，打通係統應用“最後一公裏”——多年以來，王興(xing) 軍(jun) 在北大這方科研沃土上循著這條道路不斷探索。王興(xing) 軍(jun) 認為(wei) ，矽光研究是非常能體(ti) 現基礎理論、關(guan) 鍵技術和係統應用全鏈條發展的一個(ge) 新的學科方向。它既有矽基發光、片上損耗等最本質的科學問題，也有大規模矽基光電集成等需要攻克的關(guan) 鍵核心技術，以及光通信、光傳(chuan) 感、微波光子、光計算等產(chan) 業(ye) 的廣泛應用前景。同時，它也是一個(ge) 光學、電子、通信、材料、物理等多學科交叉融合不斷發展的結果，是國際科技競爭(zheng) 向基礎前沿前移的重要領域。總書(shu) 記的重要講話讓王興(xing) 軍(jun) 很受鼓舞，他表示，未來將繼續麵向國家重大需求刻苦攻關(guan) ，努力實現更多“從(cong) 0到1”的突破原創性成果，攻克更多“卡脖子”難題，實現科技自立自強，為(wei) 我國信息技術領域創新驅動發展戰略作出北大人的貢獻。

好的成果離不開重量級的科研平台。王興(xing) 軍(jun) 團隊所在的平台是北京大學電子學院區域光纖通信網與(yu) 新型光通信係統國家重點實驗室，這是我國光通信領域的第一個(ge) 國家重點實驗室。近年來，光電子學作為(wei) 實驗室一個(ge) 重要的發展方向，國家投入數千萬(wan) 元經費建成了光子芯片加工平台，這些都為(wei) 團隊的矽基光電子集成芯片研究提供了良好的基礎保障。團隊所依托的另一個(ge) 平台是北京大學教育部納光電子前沿科學中心，這個(ge) 中心的創辦就是旨在打破學科界限和院係壁壘，融合集成納光子與(yu) 微電子的優(you) 勢，開展基礎性、前瞻性、多學科深度交叉融合的創新研究，目前中心已經成為(wei) 國際納光電子學研究方麵的重要力量。兩(liang) 大平台具有雄厚的科研實力和完備的實驗條件，為(wei) 王興(xing) 軍(jun) 的團隊開展集成光電子以及與(yu) 其他學科的交叉研究提供了深度融合的平台。2021年，王興(xing) 軍(jun) 依托該平台與(yu) 物理學院肖雲(yun) 峰教授和龔旗煌院士合作，在納米尺度單顆粒檢測中取得重要進展，當年，這項成果發表於(yu) 《自然·通訊》（Nature Communications）。

2021年，北京大學成立長三角光電科學研究院，王興(xing) 軍(jun) 擔任光電子芯片與(yu) 信息係統研究室主任，研究院的成立促進了王興(xing) 軍(jun) 團隊的成果轉化，而技術轉化又為(wei) 服務國家戰略需要和企事業(ye) 單位產(chan) 品需求成果提供了重要支撐。在這裏，王興(xing) 軍(jun) 的團隊搭建了從(cong) 光電子、微電子芯片到模塊的全流程測試和封裝平台。“一方麵，平台的建設可以推動團隊自研光電子芯片與(yu) 模塊的成熟度提升，目前，部分技術已經在企業(ye) 和研究院所實現成果轉化，為(wei) 相關(guan) 單位提供了所需的光電芯片；另一方麵，平台也已經為(wei) 20餘(yu) 家單位提供了定製化的光電封裝和測試服務。可以說，這些工作讓我們(men) 探索了實現芯片從(cong) 基礎理論到應用的道路。”

北京大學長三角光電科學研究院

追求真理、勇攀高峰，這是黨(dang) 中央對新時代科學工作者的期望，也是一代又一代中國光電子學人所始終秉持的科學精神。“生逢新時代，有這樣好的科研條件，我們(men) 必須孜孜不倦、努力奮鬥，跑得慢了就是落後。”在采訪的最後，王興(xing) 軍(jun) 這樣說道。在突破“卡脖子”技術的道路上，在爭(zheng) 取科技自立自強的奮鬥中，他和他的團隊將不斷奮勇向前。