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江伟:创新强国梦——我的“中国梦”
发表时间 2017-08-25 09:56 来源 本站原创
  信息时代,知识爆炸正深刻地改变着我们的生产和生活。当前,以“云计算”、“物联网”和“大数据”为代表的新型信息化技术的出现,使得对高速率、低功耗的数据处理与传输技术的需求更为迫切。首先,光以其特有的速度、带宽和低功耗优势在网络传输中已经居于主导,并且也开始应用于近距离的机柜间的互联,在芯片间、甚至芯片内的互联方面也展现了潜力。这些互联相关的需求大大促进了光子集成的迅速发展,并且在数据处理上也必将得到重要应用。随着中国互联网产业的飞速发展,硅基光子技术也将形成以基础研究到应用研究最终实现产业化一条龙的方式大步迈进的格局。青年“千人计划”入选者江伟教授就是这项研究中的佼佼者,近年来他在硅基光学领域取得了骄人的科研创新成果,他有一个梦想,就是基于硅基光子学,在南京大学构建“产、学、研”一体化发展的体系,把我国的硅基光子学技术推向国际先进水平,为建设高度信息化的强大中国做出自己的贡献。   从“美国梦”到“中国梦”   因为从小听多了中国建国之后科学功勋们的故事之后深受启发,江伟从小就立下志向当科学家。进入硅光子学领域,本科、硕士、博士,一路艰辛而充满挑战的学习、研究,江伟在一路摸爬滚打了多年。他考取了南京大学强化部(现匡亚明学院)进入物理学专业学习,本科毕业之后又以优异的成绩被保送到本校物理系读研,在导师的影响下选择了无序光子晶体基础理论研究,从此开启了他的科研之门。1998年,研究生毕业后,他又到美国学习和工作15年之久。   江伟在美国主要是在光电子技术、相关微电子技术、光互联技术和一些相关的物理理论方面学到了一些知识。而且他遇到的几位很好的导师都是学物理出身,后来转作电子或器件的研究。于是,江伟通过和导师学习,了解了如何将物理和器件相结合,然后通过结合寻求更有创新思想的突破,从而在科研方面找到了自己的一片天地。   江伟先后拿到了美国德克萨斯大学奥斯汀分校物理硕士学位,以及该校电子和计算机工程博士学位,获得了以工程学院院长命名的面向电子、光子材料与器件相关领域理工研究生的Ben Streetman奖。并作为美国联邦小企业创新项目(STTR)负责人,曾带领科研团队做出了世界首个硅基光子晶体高速电光解调器,并对硅基电光器件机理和功耗做了开拓性的研究,为当时正在形成中的硅基光子学做出了重要贡献。此外,他还完善了几个具有重要应用价值的物理理论,包括多维光子晶体表面问题的一般解、超棱镜效应敏感度的解析理论和光子晶体波导慢光损耗的解析理论,硅基热光器件理论,并通过实验得到了光子晶体慢光波导中高纯度的奇对称模式,发展了奇偶模式转换器件。   对于在美国的科研工作,江伟深有感触。由于美国是一个移民国家,所以对移民比较开放和友好,而国外来的移民,到美国之后相对而言社会联系比较少,因此可以集中精力做一些事情,尤其是从事科研工作的移民,可以集中精力做科研。在科技方面,美国本土人做的相对较少,移民占的比例较大,而且很多移民都是国外最好的科研人员,除了在本国经历了相当长时间的培训外,到美国后还会经过培训。这样的科学体系使美国的科研环境非常适合科研人员的创新成果的实现。   在美国期间,江伟取得了一系列富有创新性的成果,得到广泛认可。在学术期刊和国际会议上,他曾发表论文70余篇,2013年他获得美国罗得格斯(新泽西州立)大学电子和计算机工程系终身教职。在罗得格斯大学任教期间,他在科研、教学方面皆有建树,获2012年美国国防先进研究计划局青年教授奖(DARPA Young Faculty Award)、2013年美国电气与电子工程师学会一区(IEEE Region 1)杰出教学奖等荣誉。特别是得到美国国防先进研究计划局(DARPA)这个培育了互联网与现代GPS技术的顶尖科技机构的认可尤其可贵。   两百多年来,“美国梦”一直激励着世界各地无数怀揣梦想的的年轻人,他们放弃故土,历经千辛万苦,只为来到这片土地创造自己的价值,美国也因此成为全球众多成功人士的摇篮。毫无疑问,随着一系列卓越成果的取得,江伟业已实现了他的“美国梦”。但是爱国情怀使他义无反顾,回国报效,成就自己的“中国梦”,就成了下一步的必然选择。2013年,江伟回到了祖国,回到了曾经学习和奋斗的母校,开始追寻自己的“创新强国梦”。   攻坚克难,创新无止境   回国后,江伟依托南京大学现代工学院提供的科研平台,组建了一支高素质的科研团队,并在硅基光子学领域展开了研究。他说,随着信息时代的不断发展,不管是国内还是国外,未来十几年到二十年间,光学领域将会是一个重点发展方向。硅基微电子技术,可以说造就了信息时代,而硅基光子技术在最近十年也得到迅猛发展,技术基础已经成型。因此,江伟希望硅基光子学能够继承硅基微电子技术的发展,把信息技术推向新的高潮,在应用方面寻求更大的突破。因为他知道,目前美国在这方面投入了很多技术和资金,同时国内也意识到了该技术的重要性,并把硅基光子学提到了光学领域中比较靠前的位置。   硅基光子学发展到今天,其目标主要是实现在硅芯片上造出光电子的器件和系统,未来基本的发展方向就是实现高密度集成。也就是说,将各种各样的器件做得越来越密集,有各种各样的器件,但这里面最基本、最常用的组件就是硅波导。但是怎样把硅波导做密,这是一个对硅基光子学非常基础性的问题。此外,长期以来,由于相邻波导靠近时强烈耦合产生的信号串扰,使亚微米或亚波长间距的高密度集成不能顺利进行,这也成为光子集成领域的一个经典问题。   在江伟承担的一个项目中,里面明确提出了将硅波导做密的技术需求,这样就能把某些器件的性能提高很多。于是,他带领科研团队盯准这一方向,用了五年的时间,获得了科研成果并在英国《自然-通讯》杂志上发表了相关论文,作为该论文的通讯作者,江伟在文中提出了“波导超晶格”的方案,解决了困扰集成光学领域很久的问题。   在研究过程中,研究团队不断发展新理论与模拟工具,提高加工工艺,完善测试技巧,多次反复试验,最终得到了一个串扰低于-20dB的半波长间距的波导超晶格。它的应用主要是把器件越做越密,这样不仅可以节省空间,降低成本,另外很多硅基光的器件需要将很多的波导集成在一起,如果把波导做密,对器件的性能将有很大的提高。例如,目前国际上研究热点—光谱仪,如果集成了很密的波导,并把波导密度提高,就能大大提高其性能,或者大大缩减其尺寸,更好地推动光谱仪技术的高新发展。   然而,每一项科研成果的成功实现,都会经历很多的艰难困苦,江伟的科研过程也不例外。他说,刚开始搞这项研究的时候并没有想到这个问题非常难解,直到做了一年试验后,才意识到其中的困难。这一年中,他的学生在微加工方面连续反复做了几个月的实验,但结果总得不到突破,这让他们一度非常失望,也让学生觉得这个实验不大可能实现。当时,他没有简单否定那些学生的想法,但也没有中断实验,而是经过仔细理论分析和模拟,仍觉得自己的方向是对的。于是,他又和学生一起去分析实验中的一些问题,终于发现,原来在实验过程中,数据模拟和理论测试都是他们自己在实验室做,能够看到所有细节,而微加工方面则需要由学生单独在校外的实验室做,对微加工过程中的细节的摸索和了解需要较长的周期,而这种高精度、高难度的问题很多都是取决于细节,这也是阻碍实验进展的主要难点。然而,他们并没有放弃,而是一步一步分析,一步一步寻找原因,经历了无数次尝试,终于在掩膜刻胶等方面发现了几个比较重要的问题,并逐步解决了这些问题,最终取得了创新成果。   目前,江伟最大的希望就是协力推动国内建设一些硅基光子学研究平台,主要是硅基光子芯片微加工平台,因为目前国内的微加工平台数量和质量与国外相比都有很大差距。为此,他希望得到更多的支持,和更多的仁人志士一起合作,推动建立比较好的平台。另外,他还在努力将科研成果转化成生产力,因为他知道将成果转化成产品的契机相当重要。国际上一个科研领域要想长盛不衰,必须推出有广阔市场前景的产品,并将它的技术变成这个产品或者这个市场的核心技术,从而使这个领域得到长期发展。所以现在国外不仅在科研上投入很多,同时在硅基光子技术的产业化方面的投入也非常多,尤其是在美国,这样的技术在前期由政府重点投入助推起步,近期产业投入急剧增加成为主导力量,这样也能迫使科研成果更好地向产业发展。所以,江伟也希望能找到各种各样的发展契机,推广这一市场前景广阔的创新成果。江伟也提到,硅基光子产业非常依赖光子芯片微加工平台。建此类平台的资金投入很大,一般公司无力自建,建立一两个开放共享的平台将有助于推动万众创新。平台的人才配置也很重要,在器件与微加工技术上有长期积累的人才才能让平台高效运转,做出优质的器件与芯片。在硅光这样一个新兴领域,世界范围内有一定经验的技术人员本身不多,相对而言此领域国外的工作机会很多且年薪远高于国内相关行业。如何用好回国的少数人才,给其适当工作条件,让其发挥特长,形成示范效应,吸引更多人才,并通过他们自主培养一批人才也是发展的关键。   作为一名寻梦者,更是一名造梦者。这些年,江伟觉得自己很幸运,一直从事着自己所爱的行业,一直努力践行着自己的目标,并实现了小时候做科研的梦想,也在一步步实现着自己的创新强国梦。前路漫漫,唯有不断拼搏求索,便终会获得大成。我们期待着。
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