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核心問題：

1、您和團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“由集成微腔光梳驅(qū)動(dòng)的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)”成果在Nature發(fā)表，看報(bào)道說(shuō)研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)三年協(xié)同攻關(guān)，請(qǐng)問這三年時(shí)間是算長(zhǎng)還是短？這期間遇到了怎樣的問題？如何克服的？最大難題是什么？

2、這項(xiàng)研究成果從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用，還需要注意什么？需要多久時(shí)間？

3、硅基光電子集成芯片在未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起著怎樣的作用？

4、光子芯片是否會(huì)是中國(guó)擺脫國(guó)外“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)？是不是意味著我們可以繞過光刻機(jī)的環(huán)節(jié)？

精彩內(nèi)容：

剛剛結(jié)束學(xué)校內(nèi)部的一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議，王興軍背著裝著電腦的沉甸甸的雙肩包匆匆趕來(lái)網(wǎng)易錄制這期視頻內(nèi)容。之所以請(qǐng)來(lái)王興軍老師，是因?yàn)樗约皥F(tuán)隊(duì)研發(fā)的“由集成微腔光梳驅(qū)動(dòng)的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)”，榮獲了網(wǎng)易新聞揭曉“2022中國(guó)十大科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”，該項(xiàng)研發(fā)成果還登上了世界上最權(quán)威的雜志《Nature》，更重要的是這項(xiàng)研究成果解決了硅基激光器領(lǐng)域的世界難題，為下一代片上光電子信息系統(tǒng)提供了全新的研究范式和發(fā)展方向。

王興軍告訴網(wǎng)易科技，硅光芯片最近20年非常熱，是應(yīng)對(duì)摩爾定律失效的一項(xiàng)顛覆性技術(shù)。硅光芯片是通過標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝將硅光材料和器件集成在一起的集成光路，可以大規(guī)模集成傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)所需的功能器件，極大提升片上信息傳輸和處理的速度和容量，可為下一代數(shù)據(jù)中心、通信系統(tǒng)、高性能計(jì)算、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域帶來(lái)變革性突破，是公認(rèn)的現(xiàn)代信息系統(tǒng)的功能升級(jí)和產(chǎn)業(yè)布局的核心技術(shù)。

但是，硅基光電子集成的“硅光”芯片有個(gè)最大的問題，就是沒有激光器，激光器其實(shí)就是“硅光”芯片的大腦，沒有它，“硅光”就是無(wú)水之源，目前硅基激光器是還沒有完全實(shí)現(xiàn)，所以也就是缺少硅光芯片的“大腦”。國(guó)際上包括哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院、哥利比亞等國(guó)際知名高校的多個(gè)團(tuán)隊(duì)，都在攻克該項(xiàng)技術(shù)。

“這是國(guó)際高科技競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略高地。”

然而，這項(xiàng)戰(zhàn)略高地，最終被北京大學(xué)教授，北京大學(xué)電子學(xué)院副院長(zhǎng)，王興軍以及團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過三年時(shí)間攻克。該研究成果2022年5月18日在《自然》（Nature）雜志在線發(fā)表。

“我們研究的集成微腔光梳技術(shù)就是給硅光芯片提供了大腦。集成光梳和硅光的完美結(jié)合打通了光頻梳從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的最后一公里，從而可以真正讓這項(xiàng)技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用。”王興軍如此總結(jié)道。

為什么這項(xiàng)世界性難題最終能由中國(guó)團(tuán)隊(duì)解決？王興軍表示，這要靠我們有最好的學(xué)生，最好的智慧，最好的頭腦。除此之外還有團(tuán)結(jié)協(xié)作、不放棄的精神頭。

“疫情導(dǎo)致大家做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間有限。記得三年前的春節(jié)期間，為了怕回家由于疫情趕不回學(xué)校，所以論文的幾個(gè)主要作者都沒有回家過年，大年三十還在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試設(shè)備，只是大年初一休息了一天，大年初二又接著做實(shí)驗(yàn)了。”王興軍回憶道。

另外，還有實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件限制。王興軍表示，由于實(shí)驗(yàn)室的條件有限，但又需要最先進(jìn)的設(shè)備工藝，王興軍團(tuán)隊(duì)只能向設(shè)備代理商借，借用人家參加展覽的樣機(jī)。“給我們用的時(shí)間也非常有限，也導(dǎo)致我們實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展沒有那么快。如果有更好的設(shè)備，我們的工作效率會(huì)更加大幅度提高，出成果也會(huì)更快。”王興軍表示。

對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)，網(wǎng)上盛傳其擺脫了國(guó)外“卡脖子”的情況，未來(lái)甚至將取代傳統(tǒng)電子芯片。對(duì)此，王興軍給予了詳盡的解答。

王興軍表示，目前光子芯片的制程不需要像集成電路一樣需要十幾納米的制程，目前90nm的制程應(yīng)該可以做出較好的光電子芯片，當(dāng)然制程越高，芯片性能越高，但目前還不需要集成電路高制程的光刻機(jī)，所以應(yīng)該還是不需要ASML高端的光刻機(jī)，可以說(shuō)部分?jǐn)[脫國(guó)外“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)。

“但任何一個(gè)芯片制作的環(huán)節(jié)很多，不只是光刻機(jī)，還有其他的一些設(shè)備和技術(shù)還有卡脖子風(fēng)險(xiǎn)，但我們政府和科學(xué)家也一直在努力，我想會(huì)慢慢改觀。”王興軍認(rèn)為。

對(duì)于光子芯片與電子芯片的關(guān)系，王興軍表示光子芯片其實(shí)是一個(gè)比較寬泛的概念，它包括很多內(nèi)涵，光其實(shí)離不開電，如激光器就是由電驅(qū)動(dòng)出光，所以光子芯片原則上應(yīng)該也包含光電子芯片，光和電互有優(yōu)勢(shì)，不能誰(shuí)取代誰(shuí)，未來(lái)應(yīng)該是一個(gè)融合的過程，光電融合是未來(lái)光子芯片的的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

以下為網(wǎng)易科技《逐夢(mèng)星空》欄目對(duì)話北京大學(xué)教授，北京大學(xué)電子學(xué)院副院長(zhǎng)，王興軍對(duì)話部分內(nèi)容：

網(wǎng)易科技：王教授，最近您在忙哪些項(xiàng)目？哪個(gè)項(xiàng)目有可能又一次突出重圍，對(duì)整個(gè)電子信息領(lǐng)域產(chǎn)生影響？

王興軍：我目前在承擔(dān)科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目：面向規(guī)模集成的高效硅基光波導(dǎo)放大器和激光器，國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：硅基多材料體系融合的高性能通信光電子器件與集成系統(tǒng)研究，北京市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃：混合集成高功率光梳光源及硅光系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究等項(xiàng)目的研究。這些項(xiàng)目都是圍繞硅基光電子學(xué)中的核心芯片和系統(tǒng)開展研究，主要包括硅基光源、大帶寬調(diào)制器、以及其在光通信、激光雷達(dá)、微波光子等系統(tǒng)應(yīng)用。最近，我們團(tuán)隊(duì)經(jīng)過刻苦攻關(guān)，又有一個(gè)從0到1的原創(chuàng)性突破，制備出一種全新硅基片上多通道混沌光源，并基于這種混沌光梳并行激光雷達(dá)架構(gòu)，攻克了激光雷達(dá)抗干擾和高精度并行探測(cè)的難題，極大地降低未來(lái)激光雷達(dá)系統(tǒng)體積、復(fù)雜度、功耗和成本。3月13日，相關(guān)研究成果以“Breaking the temporal and frequency congestion of LiDAR by parallel chaos”為題發(fā)表在《Nature Photonics》上，該技術(shù)有可能重塑整個(gè)激光雷達(dá)生態(tài)系統(tǒng)。

網(wǎng)易科技：您和團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“由集成微腔光梳驅(qū)動(dòng)的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)”產(chǎn)生了很大的影響，網(wǎng)上報(bào)道也很多。您能否用普通讀者能夠理解的話來(lái)解釋一下這項(xiàng)研究成果？

王興軍：簡(jiǎn)單來(lái)講，光子芯片其實(shí)也是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它主要在一個(gè)芯片上包括很多個(gè)光子器件，在芯片上用光來(lái)傳遞信息。但目前硅基光電子集成“硅光”芯片最大的問題是沒有激光器，激光器其實(shí)就是“硅光”芯片的大腦，沒有它“硅光”就是無(wú)水之源，目前硅基激光器是還沒有完全實(shí)現(xiàn)，所以也就是缺少硅光芯片的“大腦”，我們研究的集成微腔光梳技術(shù)就是給硅光芯片提供了大腦。

網(wǎng)易科技：看報(bào)道提到，研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)三年協(xié)同攻關(guān)，想請(qǐng)教一下，三年時(shí)間算是比較長(zhǎng)還是比較短？在這三年中，遇到了怎樣的問題，如何克服的？遇到的最大的難題是什么？

王興軍：三年時(shí)間對(duì)于一個(gè)普通的科研成果有點(diǎn)長(zhǎng)，但對(duì)于發(fā)表在Nature這樣最有影響的期刊不算長(zhǎng)，因?yàn)楹玫目蒲泄ぷ魍ǔＪ切枰L(zhǎng)期積累的，3年，5年，甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能作出高水平成果。

遇到的困難主要包括三個(gè)方面，第一個(gè)當(dāng)然是技術(shù)方面，這個(gè)系統(tǒng)非常復(fù)雜，從設(shè)計(jì)到材料、器件、芯片、封裝、通信系統(tǒng)應(yīng)用、微波光子系統(tǒng)應(yīng)用等等，技術(shù)難題一個(gè)接一個(gè)，都是大家一起一點(diǎn)一點(diǎn)攻克的。第二個(gè)方面是疫情導(dǎo)致大家做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間還是有限，記得三年前的春節(jié)期間，為了怕回家由于疫情趕不回學(xué)校，所以論文的幾個(gè)主要作者都沒有回家過年，大年三十還在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試設(shè)備，只是大年初一休息了一天，大年初二又接著做實(shí)驗(yàn)了，最后我們自己實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件有限，好多的高速實(shí)驗(yàn)還是需要從代理商上借過來(lái)，而且給我們用的時(shí)間也非常有限，也導(dǎo)致我們實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展沒有那么快。如果有更好的設(shè)備，我們的工作效率會(huì)更加大幅度提高，出成果也會(huì)更快。

網(wǎng)易科技：這項(xiàng)研究成果對(duì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)意味著什么？對(duì)光電子領(lǐng)域來(lái)說(shuō)又意味著什么？

王興軍：這項(xiàng)研究成果應(yīng)該是我團(tuán)隊(duì)多年努力的一種回報(bào)吧，這么多年來(lái)，我們團(tuán)隊(duì)一直圍繞這個(gè)硅基光電子芯片與信息系統(tǒng)這個(gè)國(guó)際科技前沿開展工作，期間也遇到很多困難，包括5年前我組里還只有3個(gè)學(xué)生，實(shí)驗(yàn)室也只有一個(gè)1/4光學(xué)平臺(tái)，是我們一點(diǎn)一點(diǎn)努力得到同行認(rèn)可，拿到一些項(xiàng)目再擴(kuò)大隊(duì)伍，慢慢發(fā)展到目前又20多個(gè)有戰(zhàn)斗力的團(tuán)隊(duì)，應(yīng)該是對(duì)我們努力奮斗的一種回報(bào)吧，其實(shí)這幾年除了這個(gè)工作外，我們還有多項(xiàng)重要進(jìn)展，包括最高精度為2mm的并行探測(cè)和大于30dB的激光雷達(dá)、1.04TOPS/mm2高算力密度片上光計(jì)算（Nature Communication 2023）、30nm極小粒徑病毒檢測(cè)（Nature Communication 2021）、36μm最低功率閾值光學(xué)頻率梳光源（Nature Communication 2020）等多個(gè)國(guó)際領(lǐng)先成果。研究成果也獲得2022年度中國(guó)十大科技創(chuàng)新獎(jiǎng)、2022年度中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展、2022年度中國(guó)光學(xué)十大社會(huì)影響力事件等榮譽(yù)。

網(wǎng)易科技：這項(xiàng)研究成果從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用，還需要注意什么？需要多久？

王興軍：應(yīng)該很快，后續(xù)主要是要研究芯片的可靠性和成品率，這個(gè)主要是工程化的一些內(nèi)容，需要下游企業(yè)參與，如果有足夠經(jīng)費(fèi)，2-3年就能產(chǎn)業(yè)化。

網(wǎng)易科技：國(guó)際上做該項(xiàng)研究的團(tuán)隊(duì)多嗎？為什么你們能夠?qū)崿F(xiàn)攻克？

王興軍：目前競(jìng)爭(zhēng)非常激烈, 國(guó)外有哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院、哥倫比亞、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院等國(guó)際知名高校的多個(gè)團(tuán)隊(duì)。我想我們能做出來(lái)主要有最優(yōu)秀的北大學(xué)生和我們自己團(tuán)結(jié)的團(tuán)隊(duì)，團(tuán)結(jié)一致，不計(jì)個(gè)人得失，一起攻關(guān)的結(jié)果。

網(wǎng)易科技：硅基光電子集成芯片技術(shù)是一個(gè)怎樣的技術(shù)，在未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，起著怎樣的作用？

王興軍：硅基光電子集成芯片技術(shù)就是結(jié)合光的極高帶寬、超快速率和高抗干擾特性以及微電子技術(shù)在大規(guī)模集成、低能耗、低成本等方面的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用硅工藝平臺(tái)，在同一硅襯底上同時(shí)制作若干微納量級(jí)，以光子和電子為載體的信息功能器件，形成一個(gè)完整的具有綜合功能的新型大規(guī)模光電集成芯片。

“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，是一個(gè)光電融合的顛覆性技術(shù)。

網(wǎng)易科技：大家提到的光子芯片與您的研究成果之前有怎樣的關(guān)系？光子芯片是未來(lái)嗎？與電子芯片是取代關(guān)系嗎？

王興軍：其實(shí)我們研究的“硅光”芯片也屬于光子芯片，光子芯片其實(shí)是一個(gè)比較寬泛的概念，它包括很多內(nèi)涵，光其實(shí)離不開電，如激光器就是由電驅(qū)動(dòng)出光，所以光子芯片原則上應(yīng)該也包含光電子芯片，光和電互有優(yōu)勢(shì)，不能誰(shuí)取代誰(shuí)，我想未來(lái)應(yīng)該是一個(gè)融合的過程，光電融合是未來(lái)光子芯片的的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

網(wǎng)易科技：光子芯片是否會(huì)是中國(guó)擺脫國(guó)外“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)？是不是意味著我們可以繞過光刻機(jī)的環(huán)節(jié)？

王興軍：目前光子芯片的制程不需要像集成電路一樣需要十幾納米的制程，目前90nm的制程應(yīng)該可以做出較好的光電子芯片，當(dāng)然制程越高，芯片性能越高，但目前還不需要集成電路高制程的光刻機(jī)，所以應(yīng)該還是不需要ASML高端的光刻機(jī)，所以可以部分?jǐn)[脫國(guó)外“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)，但任何一個(gè)芯片制作的環(huán)節(jié)很多，不只是光刻機(jī)，還有其他的一些設(shè)備和技術(shù)還有卡脖子風(fēng)險(xiǎn)，但我們政府和科學(xué)家也一直在努力，我想會(huì)慢慢改觀。

網(wǎng)易科技：光子芯片目前全球的發(fā)展情況？中國(guó)的光子芯片研發(fā)處于怎樣的階段？在國(guó)際上處于怎樣的地位？

王興軍：光電子在國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展層面上占有重要地，應(yīng)該來(lái)講是國(guó)際高科技競(jìng)爭(zhēng)的高地，中國(guó)的光子芯片研發(fā)一直緊跟國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)該來(lái)講沒有落后很多，基本上在同一梯隊(duì)。

網(wǎng)易科技：光子芯片實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)落地還面臨著哪些問題？需要多久才能實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用？

王興軍：有些已經(jīng)落地，我覺得可能成本下降，規(guī)模如果上去，可能有更大應(yīng)用。

網(wǎng)易科技：光子芯片和量子芯片，目前發(fā)展進(jìn)展如何？

王興軍：個(gè)人感覺光子芯片已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了，量子芯片應(yīng)該還是在研究階段。