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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軍教授團隊的成果“新型硅基光電子片上集成系統攻克硅光難題”名列其中。

王興軍近照

“小芯片、大乾坤，能夠在專業領域為社會作一點點創新性的貢獻并得到認可，是很榮幸的。”得知獲獎消息后的王興軍在朋友圈里這樣寫道。他的團隊攻克了怎樣的“硅光難題”？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值？帶著這些問題，融媒體中心對王興軍進行專訪，聽他講述攻關硅基光電子學的心路歷程。

小“身材”大集成

習近平總書記指出，光電子信息產業是廣泛應用的戰略高技術產業，也是我國有條件率先實現突破的高技術產業。光電子在國家戰略發展層面上占有重要地位，王興軍的團隊就是圍繞光電子集成芯片與信息系統領域攻堅克難的。

王興軍告訴記者，近20年來，硅基光電子集成芯片技術（硅光）借助成熟的CMOS工藝，已經實現了可以大規模集成傳統光學系統所需的功能器件，極大地提升片上信息傳輸和處理的速度和容量，是世界光電子領域競爭的主陣地。隨著數據中心、通信系統、高性能計算、自動駕駛等應用市場的拓展和系統規模的大幅度提升，硅光芯片的系統架構正向多通道和高并行的架構演進，這就產生了對低成本、高穩定性的并行光源的需求。“我們都知道，硅材料本身是不發光的，所以硅基激光器的實現一直是世界性的難題，如何在硅基光電子集成芯片上研發出多路并行的硅基光源是這個領域的最大瓶頸之一，也是我們團隊近些年來重點突破的問題。”王興軍說道。

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。“美國國家標準與技木研究院John Lewis Hall教授和德國馬普量子光學所的Theodor H?nsch教授因為在光梳方面作出的杰出貢獻，拿過2005年諾貝爾物理學獎。”王興軍介紹說，近年來，芯片級的光梳（微腔光梳）由于緊湊的尺寸和低廉的成本極大拓展了其應用范圍，但大部分基于微腔光梳的系統級應用中，僅有微腔本身為集成器件，其余的組成部分均未實現集成。

經過三年多的刻苦攻關，王興軍團隊和合作者采用硅基多材料體系異質集成方案，實現目前國際上最低閾值功率的片上光學頻率梳光源，并系統性地突破了其集成光源泵浦、啟鑰式開關、長時間自反饋穩定等一系列的關鍵技術，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，王興軍團隊與合作者在《自然》（Nature）雜志在線發表文章，結合硅基光電子集成技術工業上成熟可靠的集成解決方案，完成大規模集成系統的高效并行化，這也是在國際上首次演示了由微腔光梳驅動的硅基光電子集成系統。

該文章在《自然》官網在線發表

“論文上線后，《自然》官網兩天內下載量超過了10,000次，這是當時除了新冠疫情研究外下載量最高的文章。”王興軍告訴記者，這項高集成度的硅基光電子系統，實現了T比特速率微通信和亞GHz微波光子信號處理，展示了高密度多維復用的微通信和微處理芯片級集成系統的全新架構，開創了下一代多維硅光集成微系統子學科的發展。“相關研究成果有望直接應用于數據中心、5/6G通信、自動駕駛、光計算等領域，為這些領域更好更快發展注入‘芯’動能。”在這個工作的基礎上，他的團隊在2023年再次取得新的進展，他們報道了一種基于光子神經網絡的超高算力密度硅基集成光子處理器，攻克了多波長并行光計算系統校準和超高精度權重加載兩大技術難題，這項成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）；提出了一種基于并行混沌熵源的極簡硅基片上并行激光雷達系統架構，實現了目前最高精度為2mm的并行探測和大于30dB的抗干擾抑制比，為下一代高性能抗干擾激光雷達提供了一種革命性解決方案，這項成果發表于《自然·光子學》（Nature Photonics）。

集成微腔光梳驅動的硅基集成光電子片上系統圖

立德樹人是教師的根本使命

“科研做得好，課又講得好”是學生們對王興軍的評價。作為獲得“北京大學優秀教師”“北京大學優秀共產黨員”“北京大學教學優秀獎”“北京大學教學成果獎”“學會/北大優秀博士論文指導教師”等多項榮譽的學者，王興軍始終把“教師”的角色看得很重。“堅持教書和育人相統一，堅持言傳和身教相統一”是王興軍的為師之道。

王興軍主持多門本科生和研究生課程，教學成績優異。其中，他所主講的本科生專業核心課程“光電子學”，注重在講授基礎理論的同時，培養學生理論聯系實際的能力。針對光電領域智能化、集成化的趨勢，王興軍為本科生新開設了“集成光電器件與系統在人工智能中的應用”和“納米與光電集成電路”兩門課程，旨在讓同學們盡快接觸領域的前沿技術、了解發展趨勢，從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，王興軍開設的“硅基光電子學”的教學成績同樣優異。2018年至2022年，王興軍還受到中國科學院大學的邀請，參與講授研究生課程“光電子學”，這門課程在2021年被評為中國科學院大學優秀課程。

在王興軍心中，教材編寫是探索科教融合的有效途徑。近兩年，他結合多年教學的經驗和學術科研前沿知識，主編了《硅基光電子集成技術——光波導放大器與激光器》和《硅基微波光子集成技術》兩本教材。前者目前已出版，入選工業和信息化部“十四五”規劃教材立項資助，并獲得電子工業出版社優秀作譯獎。

《硅基光電子集成技術——光波導放大器與激光器》書影

培養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軍在多年的教師生涯中所始終追尋的。作為青年長江學者的優秀代表，他曾在《中國高等教育》期刊上發表題為《立德樹人是青年學者歷史使命》的文章。目前，王興軍擔任電子學院黨委副書記和主管教學工作的副院長，他積極組織參與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，王興軍也格外重視學生的品德與科研作風建設，“要愛黨、愛國、愛人民，在科學探索中‘求得真學問、練就真本領’”，這是王興軍對學生的要求。

王興軍與學生們參加支部活動

因材施教、做到有針對性的培養，這是王興軍對自己的要求。在他看來，北大的每一個學生都是非常優秀且獨一無二的，他們各有專長、各有特點，只有觀察到學生的興趣和特點因材施教，才能讓每一棵“好苗子”長成根基穩固的“參天大樹”。在他的組里，有的博士生安靜內向、有的開朗活潑，王興軍會在與學生深入溝通學術興趣的基礎上，根據每個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。

王興軍參加學生的畢業典禮

舒浩文是王興軍的第一個博士生，在跟隨王興軍攻讀博士學位后，他入選全國“博士后創新人才支持計劃”和北大博雅博士后繼續在團隊挑重擔。2023年2月，由于學術成果斐然，舒浩文以助理教授（研究員）的身份正式入職北大。本來，舒浩文在博士畢業后可以找到很多很好的崗位，但他覺得和老師一起攻關的課題很有意思，毅然選擇留在組里做博士后。

在舒浩文的心目中，王興軍并非傳統意義上的“嚴師”，他很能發掘學生的“興趣點”，鼓勵大家進行大膽假設和嘗試，經常就一個想法帶領各個方向的同學共同進行多角度的仔細論證。“這使得我們在研究過程中能夠天馬行空地自由探索，并且整合課題組內的集體智慧高效地完成想法論證。”舒浩文說道。在跟隨王興軍學習期間，舒浩文經常有機會與相關領域的專家學者進行交流，“王老師很看重大家的溝通交流和組織能力，積極為大家創造與專業學者接觸的機會，這對我們盡早盡快接觸學術前沿大有裨益”。

為國家和社會培養創新型高層次人才是王興軍的教學使命。“盡管一開始實驗空間有限，但是這里有最好的學生，有最好的學術支撐平臺作后盾，這是每一個科研工作者夢寐以求的。”王興軍說道。

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優秀博士論文、1人獲得中國光學工程學會創新論文獎（優博）、1人獲得中國電子學會優秀碩士論文、3人獲得北京大學優秀博士和碩士論文、2人獲得全國微波光子學術新星（每年全國5人）、2人獲得“光波分復用之父”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……他的學生和博士后的名字越來越多地出現在學術頂刊和頂級會議中，成為了光電領域冉冉升起的新星。王興軍告訴記者，在立德樹人方面最令他驕傲的事是目前他培養畢業的3名博士生都品學兼優。“他們中有兩位分別獲得‘中國通信學會優博’‘中國光學工程學會優博’的榮譽，另一位也進入到了中國電子學會最后的終評，在等待結果公布。”談到學生，王興軍臉上露出欣慰的微笑。

從基礎理論到系統應用的飛躍

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學習。習近平總書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后，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，突破關鍵技術，打通系統應用“最后一公里”——多年以來，王興軍在北大這方科研沃土上循著這條道路不斷探索。王興軍認為，硅光研究是非常能體現基礎理論、關鍵技術和系統應用全鏈條發展的一個新的學科方向。它既有硅基發光、片上損耗等最本質的科學問題，也有大規模硅基光電集成等需要攻克的關鍵核心技術，以及光通信、光傳感、微波光子、光計算等產業的廣泛應用前景。同時，它也是一個光學、電子、通信、材料、物理等多學科交叉融合不斷發展的結果，是國際科技競爭向基礎前沿前移的重要領域。總書記的重要講話讓王興軍很受鼓舞，他表示，未來將繼續面向國家重大需求刻苦攻關，努力實現更多“從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臺。王興軍團隊所在的平臺是北京大學電子學院區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室，這是我國光通信領域的第一個國家重點實驗室。近年來，光電子學作為實驗室一個重要的發展方向，國家投入數千萬元經費建成了光子芯片加工平臺，這些都為團隊的硅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平臺是北京大學教育部納光電子前沿科學中心，這個中心的創辦就是旨在打破學科界限和院系壁壘，融合集成納光子與微電子的優勢，開展基礎性、前瞻性、多學科深度交叉融合的創新研究，目前中心已經成為國際納光電子學研究方面的重要力量。兩大平臺具有雄厚的科研實力和完備的實驗條件，為王興軍的團隊開展集成光電子以及與其他學科的交叉研究提供了深度融合的平臺。2021年，王興軍依托該平臺與物理學院肖云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，這項成果發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

2021年，北京大學成立長三角光電科學研究院，王興軍擔任光電子芯片與信息系統研究室主任，研究院的成立促進了王興軍團隊的成果轉化，而技術轉化又為服務國家戰略需要和企事業單位產品需求成果提供了重要支撐。在這里，王興軍的團隊搭建了從光電子、微電子芯片到模塊的全流程測試和封裝平臺。“一方面，平臺的建設可以推動團隊自研光電子芯片與模塊的成熟度提升，目前，部分技術已經在企業和研究院所實現成果轉化，為相關單位提供了所需的光電芯片；另一方面，平臺也已經為20余家單位提供了定制化的光電封裝和測試服務。可以說，這些工作讓我們探索了實現芯片從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，王興軍這樣說道。在突破“卡脖子”技術的道路上，在爭取科技自立自強的奮斗中，他和他的團隊將不斷奮勇向前。