計量科學是推動基礎科學發展的關(guan) 鍵，而光學在其中的作用日益凸顯。光學頻率梳（簡稱光梳）作為(wei) 近年來光學領域的前沿研究方向，由成千上萬(wan) 個(ge) 頻率間隔相等、相位穩定的激光構成，被稱為(wei) 光學領域最精密的“尺子”。

光梳的應用潛力巨大，例如基於(yu) 光梳構建的光學原子鍾是目前國際上最先進的精密計時技術，而全球最大容量的光通信係統也是通過光梳實現的。

然而，光梳目前仍麵臨(lin) 體(ti) 積大、能耗高、成本昂貴等問題，限製了其大規模應用的可能性。對此，一位北大的青年科學家帶領團隊致力於(yu) 將光梳縮小到芯片尺度，推動“光梳芯片”進入更廣闊的應用領域。

他就是北京大學物理學院現代光學研究所、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室和納光電子前沿科學中心“極端光學創新研究團隊”的楊起帆研究員。

01“光緣”緣起

2008年，還是寧波鎮海中學高中生的楊起帆獲得了全國物理競賽金獎並進入國家集訓隊。在選擇本科專(zhuan) 業(ye) 時，他曾一度猶豫，不確定是繼續走物理道路，還是選擇當時更熱門的金融等專(zhuan) 業(ye) 。

然而，一次到北京來參觀中科院物理所的機會(hui) 讓楊起帆決(jue) 定還是認準物理——“我了解了中國物理發展的曆史脈絡，也看到了中國物理學家為(wei) 追求真理所作的巨大貢獻，當時非常振奮，決(jue) 定選擇這個(ge) 簡單而純粹的學科。”楊起帆回憶道。

在全國最好的北大物理學院，楊起帆並不追求做一個(ge) “十全十美”的學生，他的學習(xi) 風格更為(wei) 隨性：“我可能喜歡的課就多上一些，感興(xing) 趣的科研項目就投入更多的精力。”

北大是拔尖人才培育的沃土，本科生科研給了不到20歲的楊起帆早早接觸學科前沿的機會(hui) ——大二時，他與(yu) “光學微腔”結緣，加入了剛剛回國的青年科學家肖雲(yun) 峰教授的課題組，成為(wei) 組裏最年輕的成員。“科研工作中思維的自由度深深吸引了我，它能夠充分調動我的積極性。我經常與(yu) 老師討論，也常圍觀師兄師姐做實驗，比較早地確定了科研的誌向。”

2012年，光學微腔領域領軍(jun) 人物、加州理工學院Kerry Vahala教授來到中國訪問，還是本科生的楊起帆與(yu) 教授進行交流，並給他留下了深刻印象。2013年，楊起帆與(yu) 燕園揮別，來到加州理工學院攻讀博士學位，繼續他的“光緣”之路。

“雖然Vahala教授很少直接給學生壓力，但當你發現課題組裏比你聰明的人還特別努力，顯然也不會(hui) 過得很輕鬆。”在導師的建議下，楊起帆選擇了微腔光梳作為(wei) 研究方向。

彼時，這一領域尚屬新興(xing) ，研究較少，同行也不看好。“萬(wan) 事開頭難，最初兩(liang) 年在科研上進展緩慢，但我還是通過爬山、滑雪等興(xing) 趣愛好保持了較為(wei) 樂(le) 觀的心態，在導師的鼓勵和合作者的支持下，最終在芯片上產(chan) 生了鎖模的光梳。”這也成為(wei) 了Vahala課題組最紮實、最重要的工作之一。

其後，一係列有關(guan) 微腔光梳的基礎研究和微型光譜儀(yi) 等應用研究因此能夠順利開展，這段經曆也深刻影響了楊起帆日後的科研理念與(yu) 風格。

在博士後期，楊起帆開始深入思考微腔光梳領域的整體(ti) 發展方向。“那時，我開始琢磨要從(cong) 學生向科學家轉型，每天都在思考這個(ge) 領域麵臨(lin) 的瓶頸以及如何解決(jue) 這些問題。”在完成自己的課題任務的同時，他主動與(yu) 其他頂尖團隊展開合作。

“在當今的科學研究中，合作變得尤為(wei) 重要。一個(ge) 課題組的資源是有限的，隻有整合多個(ge) 課題組的力量，齊心協力，才能攻克領域內(nei) 的關(guan) 鍵難題。”楊起帆與(yu) 合作者們(men) 深入表征多個(ge) 集成光子學材料平台，構建了首個(ge) 全集成的啟鑰式光梳芯片與(yu) 赫茲(zi) 級線寬的集成激光器，為(wei) 光梳的大規模應用鋪平了道路。

在攻讀博士期間，楊起帆也多次回國、回到母校，他感受到國內(nei) 科研環境有著日新月異的進步，北大科研平台的軟硬件條件都在大踏步前進。2020年，新冠疫情突襲全球，正在美國作博士後研究的楊起帆決(jue) 定“燕歸來”——回到最熟悉的北大物理學院，成為(wei) “極端光學創新研究團隊”的青年骨幹力量，與(yu) 優(you) 秀的同事和學生一起攀登光學研究的高峰。

02光梳芯片中國造

楊起帆的辦公室位於(yu) 北京大學新燕園校區的納光電子前沿科學中心。當被問及回國後最重要的科研成果時，他笑著指了指腳下的地板：“就在這裏。”

新燕園校區的納光樓底層即將建成納光電子加工與(yu) 測試校級公共平台。楊起帆和他的科研團隊正在這裏為(wei) 集成光子芯片的研發全力以赴。“對於(yu) 集成光子學研究來說，芯片產(chan) 線相當於(yu) 大科學裝置，是我們(men) 的生命線。

目前，國內(nei) 大多數高性能光子芯片仍需依賴國外代工，不僅(jin) 流失了大量科研經費，還時刻麵臨(lin) 被‘卡脖子’的風險。我們(men) 正在建設的自主工藝平台將使北大能夠獨立生產(chan) 超低損耗、超高集成度的多材料複合型光子芯片，這是實現集成光梳及其相關(guan) 應用的基礎。”楊起帆為(wei) “中國造”的光子芯片感到自豪。

目前，楊起帆課題組已經完全依靠國內(nei) 加工平台，成功製造出傳(chuan) 輸損耗低於(yu) 2dB/m的光子芯片，其各項指標正逐步逼近國際頂尖水平。“當我們(men) 的平台全麵運行後，預期工藝迭代速度將提升十倍以上，我相信很快就能趕超國外。”基於(yu) 國產(chan) 光子芯片開發的集成光梳，現已部署於(yu) 國內(nei) 多個(ge) 合作團隊，支撐著通信和計算等應用領域的研究。

去年，納光電子前沿科學中心搬入新燕園校區。楊起帆認為(wei) ，正是中心所搭建的交叉平台，為(wei) 各學科與(yu) 光學相關(guan) 的學者提供了思想碰撞和智慧交流的機會(hui) ，從(cong) 而產(chan) 生跨學科的創新成果。“科學的共性散落在各個(ge) 專(zhuan) 業(ye) 中，因此我們(men) 需要這樣一個(ge) ‘搭台唱戲’的機會(hui) ，既能培養(yang) 複合型人才，又能催生重要的科技突破。”

03“嚴(yan) ”而“寬”的青年領路人

楊起帆的實驗室目前有3位博士後、9位博士生和6位專(zhuan) 業(ye) 碩士生，涵蓋了從(cong) 基礎物理到應用研究的完整鏈條。在學生眼中，這位年輕的導師既嚴(yan) 謹又寬容——他對工作要求極高，但同時給予學生充分的自由，鼓勵他們(men) 自主驅動學習(xi) 和創新。

“也許這也是一種傳(chuan) 承。”楊起帆回憶起本科和研究生時期，導師們(men) 都是極其嚴(yan) 謹的科學家，每篇論文和每項實驗數據都會(hui) 被仔細審查，任何錯誤或“注水”內(nei) 容都無法通過他們(men) 的關(guan) 卡。如今，作為(wei) 導師的他，也將這種科學態度延續到了學生的培養(yang) 中。

他不喜歡查考勤，也不要求學生按時匯報，更多的是鼓勵他們(men) 自主完成科研任務，精益求精——這實際上對學生提出了更高的要求。

“北大的學生智商和勤奮程度都是‘楷模’，與(yu) 其嚴(yan) 格執行教條式的打卡管理，我更看重激發他們(men) 對科研的興(xing) 趣和內(nei) 驅力，希望他們(men) 能具備強烈的主觀能動性，而不是事事等待導師的安排。”楊起帆如是說。

作為(wei) 一名年輕教師，楊起帆經常去實驗室和學生們(men) 一起討論科研，這不僅(jin) 讓他能夠及時掌握每個(ge) 學生的進展，也幫助他在學生遇到科研瓶頸時，給予適時的建議與(yu) 鼓勵。不過，盡管他會(hui) 給予支持，但在科研標準上，楊起帆從(cong) 不“心軟”。

在實驗關(guan) 鍵時刻，楊起帆常常和學生一起長時間待在實驗室，共同為(wei) 實驗的成功興(xing) 奮，也一起絞盡腦汁“攻關(guan) 升級”。

“有一次，我們(men) 在進行低噪聲光梳實驗時，遇到了一個(ge) 始終無法排除的神秘噪聲，讓我們(men) 始終無法突破世界紀錄。有一天，我在校園裏散步時突然想到，可能是因為(wei) 我們(men) 沒有做‘補償(chang) ’。”興(xing) 奮的楊起帆立刻給學生打電話。新的實驗很快開展，果然，他的猜想得到了驗證——實驗最終成功突破，獲得了世界上噪音最低的光學頻率梳。

十多年後回到北大，楊起帆感慨如今的北大學子所獲得的資源和探索科研前沿的機會(hui) 已遠遠超過他當年的條件，成長的速度也因此更快。他鼓勵那些學有餘(yu) 力的本科生早些進入實驗室，係統性地接受科研培養(yang) ，並熱情歡迎更多學生來到新燕園校區，利用先進的納光平台開展學術實踐。

在楊起帆心目中，科學精神的薪火相承是年輕科研人員的重要使命。“從(cong) 饒毓泰老先生創建北大光學學科起，一代代的北大光學人不斷探索耕耘，有了現在的實力和規模，開放包容一直是北大光學發展的特色。我們(men) 一定要傳(chuan) 承好老一輩科學家的優(you) 良學風，要對得起這麽(me) 好的科研條件和科研資源，盡自己的一份力量，為(wei) 實現國家高水平科技自立自強作出一點貢獻。”楊起帆說道。