“新技術(shù)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。”近日，南京大學(xué)科研團(tuán)隊發(fā)明的一種新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術(shù)，在下一代光電芯片制造領(lǐng)域取得重大突破。

“光電芯片是信息技術(shù)的下一個制高點?！敝袊茖W(xué)院院士、南京大學(xué)教授祝世寧說，南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點實驗室較早探索該領(lǐng)域，已取得一系列國際領(lǐng)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(lǐng)域，我們應(yīng)該對下一代技術(shù)更早地切入、更快地投入，爭取在未來有更多的發(fā)言權(quán)。”

祝世寧院士（左）帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行科研。（南京大學(xué)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(lǐng)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。”在南京大學(xué)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(chǔ)研究來說，剛開始可能只是科學(xué)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(shù)奠定基礎(chǔ)，甚至開辟出新的賽道。”

“把原來不被關(guān)注的領(lǐng)域，通過自己的科學(xué)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(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點實驗室經(jīng)過幾代人的努力，終于把微結(jié)構(gòu)科學(xué)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(jìn)材料”，創(chuàng)新各種方法，通過微結(jié)構(gòu)的設(shè)計和控制，提升材料的物理性能，實現(xiàn)應(yīng)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(guān)中，為了讓一個小小的芯片里能透出三種顏色的激光，團(tuán)隊花費了近10年時間，終于研制出世界上第一臺光學(xué)超晶格全固態(tài)紅、綠、藍(lán)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(tuán)隊就將光學(xué)超晶格研究從經(jīng)典光學(xué)拓展至量子光學(xué)，經(jīng)過多年開拓創(chuàng)新，已利用光學(xué)超晶格研制成功全球首枚高速調(diào)控的鈮酸鋰光量子芯片，實現(xiàn)了全球首個具有移動光學(xué)中繼的無人機(jī)光量子網(wǎng)絡(luò)試驗?！坝浀卯?dāng)時我們輾轉(zhuǎn)南京、石家莊、蘭州等地進(jìn)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(jī)在兩個地面站之間進(jìn)行糾纏光子分發(fā)?！?/p>

為“高精尖”研究打造高水平科研平臺

“每一個新的科學(xué)理念，都需要通過科學(xué)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(xué)技術(shù)越來越向“高精尖”發(fā)展，基礎(chǔ)研究的方式方法也在不斷演進(jìn)，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(jìn)行大面積的集成，難度可想而知。

要補齊基礎(chǔ)研究的短板，重視高水平科研平臺的建設(shè)，加大對科學(xué)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(lǐng)域進(jìn)行重點支持。祝世寧對此有著很深的思考。

為促進(jìn)基礎(chǔ)研究的想法落地，2018年，祝世寧團(tuán)隊在南京大學(xué)和南京江北新區(qū)支持下，創(chuàng)建了南智先進(jìn)光電集成技術(shù)研究院（下稱“南智光電”），瞄準(zhǔn)下一代光電芯片技術(shù)在基礎(chǔ)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(jī)高速通信系統(tǒng)、超構(gòu)材料平面透鏡、高分辨光譜相機(jī)……4年來，在南智光電這一科研平臺上，科學(xué)家們將頭腦中的一個個奇思妙想轉(zhuǎn)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(shù)，把光雕刻鈮酸鋰三維結(jié)構(gòu)的尺寸，從傳統(tǒng)的1微米量級，首次縮小到納米級，達(dá)到30納米，大大提高了加工精度。該技術(shù)有望用于光電調(diào)制器、聲學(xué)濾波器等關(guān)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(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

既要“開山筑路”，也要“沿途下蛋”

“基礎(chǔ)研究是原始創(chuàng)新的源頭、核心技術(shù)的關(guān)鍵，是實現(xiàn)科技自立自強的基石?！弊Ｊ缹幷J(rèn)為，當(dāng)下，面對國家重大戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，開展目標(biāo)導(dǎo)向的應(yīng)用基礎(chǔ)研究尤為重要。

2019年起，江蘇省啟動實施前沿引領(lǐng)技術(shù)重大基礎(chǔ)研究項目，支持50位頂尖科學(xué)家開展變革性技術(shù)探索，對重大科學(xué)前沿或重大產(chǎn)業(yè)前瞻問題進(jìn)行超前部署。祝世寧團(tuán)隊進(jìn)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(lǐng)技術(shù)的突破，能促進(jìn)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(jié)構(gòu)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(yīng)用基礎(chǔ)研究；另一端連接高新技術(shù)園區(qū)，與科技領(lǐng)軍企業(yè)一同聚焦并攻關(guān)重大共性產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(jìn)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(shù)服務(wù)，幫助他們解決科研難題、突破產(chǎn)業(yè)化技術(shù)瓶頸，產(chǎn)生了積極的社會反響和實實在在的經(jīng)濟(jì)效益。2021年，在南京江北新區(qū)、省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院和南京大學(xué)支持下，南智光電聯(lián)合兄弟單位，獲批建設(shè)江蘇省光電技術(shù)創(chuàng)新中心。

新中心、新平臺、新起點，作為光電芯片領(lǐng)域的先行者，祝世寧帶領(lǐng)團(tuán)隊勇當(dāng)開路先鋒，在激烈的國際競爭中持續(xù)保持領(lǐng)先地位，開辟了光電芯片新賽道?！拔磥?，我和團(tuán)隊將始終把創(chuàng)新放在第一位，在從基礎(chǔ)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(xué)探索；同時，建立‘沿途下蛋’機(jī)制，促進(jìn)科技成果高效轉(zhuǎn)化。”祝世寧表示。