瞭望 | 光电子信息产业何以率先实现突破？

湖北去年战略性新兴工业营业收入突破万亿元，其中电子信息产业占6348亿元。湖北光电器件占全国市场60%、激光设备占全国市场50%、光谷的光线光纤占环球市场25%
截至2021年底，光谷“光芯屏端网”产业规模达6000亿元，加快向万亿级规模冲刺，成为代表国家参与环球光电子产业竞争的主力军
一个个“0—1”的突破昭示着，光电子信息产业率先实现突破的曙光渐近
文 |《瞭望》新闻周刊记者 李伟
武汉光谷以“光”命名，因“光”闻名，是环球知名光电子产业基地，位于武汉东湖新技术开发区。正如20世纪的微电子学造就了美国硅谷，21世纪的光子学催生了武汉“中国光谷”。
光电子信息产业在武汉东湖新技术开发区的发展，离不开“追光者”们的努力。地处光谷腹地的武汉光电国家研究中心（下称“研究中心”），是全国首批组建的6个国家研究中心之一，在这里，有一群“追光者”，孜孜不倦、锲而不舍、勇攀高峰；在这里，有一批科研成果，问鼎国际学术前沿，冲破国外封锁，实现了从0到1的突破。
世界上第一个小鼠全脑高分辨率图谱、“幽灵”双曲极化激元电磁波、新一代相变存储器芯片、把握国际话语权的100kW高功率光纤激光器、表现亮度增强6万倍的“点亮肺部”MRI……一个个技术突破昭示着，光电子信息产业率先实现突破的曙光渐近。

武汉光谷广场（2020年3月15日摄） 李贺摄/本刊
以原始创新独树一帜
瞄准国际学科前沿，不断加强原创性、引领性科技攻关，是光电子信息产业实现突破的基础依托。
超分辨成像和加工、超快激光与物质相互作用、高效光场调控、高效光电转换质料与器件等方向是国际学科前沿，是全世界光电领域研究者共同关心的基础性问题。对此，研究中心从基础理论、原理、工艺、核心器件到科研装置部署了系统研究。
经过近20年研究条件和科研能力创建，一系列“藏龙卧虎”般的原创性研究成果奔涌而出，支撑了光谷在光电子信息产业领域的独树一帜地位。
在超快激光与物质相互作用研究方面，产生小于100阿秒、高能量的阿秒激光一直是国际上研究的热点。陆培祥教授团队在国际上首次理论突破百阿秒壁垒，并与日本研究小组合作产生1.3微焦阿秒激光，单脉冲能量保持世界第一。近年来，陆培祥教授实现阿秒时域双缝干涉精密测量，并创建光电离和阿秒光电子全息理论，实现阿秒光电子全息，精度达10阿秒，实验发现隧穿电离的非绝热效应，在精密测量方面具有广阔的应用前景。
在高效光场调控方面，利用新的模式和新的维度是实现突破衍射极限、实现高效传输和存储的有效解决途径。李培宁、张新亮教授团队突破性证明了传统的双折射晶体中存在“幽灵”双曲极化激元电磁波，革新了极化激元基础物理的教科书定义，对凝聚态物理、光物理、电磁学等领域的基础原创研究具有紧张指导意义；王健教授团队从电磁波根本特性参数出发，挖掘出与电磁波空间螺旋相位分布相干联的轨道角动量这一电磁波潜在新维度资源，将轨道角动量成功引入到光通信，其相干研究成果发表于国际顶级期刊，受到广泛关注。
在高效光电转换质料与器件方面，高效、廉价的新型太阳能电池技术和高效的发光质料对“碳达峰”和“碳中和”意义重大。韩雄伟教授在国际上研制出“至今最高稳定性”器件，被国际上称为“武汉电池”和“韩电池”；唐江教授开辟了硒化锑薄膜太阳能电池研究新方向，制备出光电转换效率达5.6%的电池器件，在发光质料研究方面，团队冲破荧光粉近百年研究瓶颈。
一组数据很有说服力：在环球十所知名光学机构中，研究中心2008～2021年科学引文索引扩展版论文总数、被引总频次、ESI高被引论文数均排名第一，说明研究中心已位列国际光电领域基础研究第一方阵。
基础研究是科技创新的源泉，基础研究的每一次重大突破都会催生一系列新技术、新发明，带动新兴产业崛起，促进经济社会发生重大变革。研究中心常务副主任张新亮教授认为，未来只要努力把科学研究向前推移，将科教优势转变为科技创新优势，就有望支撑光电子信息产业率先实现突破。
以交叉研究支撑产业突破
瞄准国际学术前沿，不断开展多学科交叉融合的创新研究，是光电子信息产业实现突破的关键依托。
2003年，为应对环球光电技术与产业的飞速发展，华中科技大学联合中国科学院武汉物理与数学研究所、武汉邮电科学研究院、中船重工第七一七研究所等，共同组建武汉光电国家实验室（筹），2017年获批组建武汉光电国家研究中心。十余年来，研究中心始终围绕前瞻性研究开展学科交叉布局。重点聚焦信息光电子、能量光电子和生命光电子三大领域，围绕集成光子学、光子辐射与探测、光电信息存储、激光科学与技术、能源光子学、生物医学光子学、多模态分子影像、生命分子网络与谱学等8个方向，开展基础性、前瞻性、多学科交叉融合的创新研究。
如电石火花触碰，一系列原创性科研成果在学科交叉处产生，在大功率光纤激光器、激光3D打印装备、光通信用大带宽光电器件、存储器件、医疗影像装备、柔性光电质料等方面取得突破，对光谷激光、光通信、存储、表现、生命大健康等领域的光电子信息技术企业发挥了紧张支撑作用。
骆清铭院士团队一直从事信息光电子学与生物医学交叉的学科——生物医学光子学新技术新方法研究，在生物布局、功能及多分子事件信息获取方面做出了系统的创新性成果。相干技术应用于北京冬奥会，为极度严寒环境下的运动员提供防寒护脸技术。
陶光明教授接受《瞭望》新闻周刊记者采访时介绍，自己牵头的纤维光电子学研究团队聚集了来自光电、质料、盘算机、临床医学、运动等不同领域的青年学者，致力于医疗纤维机器人和面向运动与健康智能化的智能织物技术等跨学科研究。多学科交叉、产学研协同研发的光学超质料织物，在户外暴晒环境可为人体表面降温近5℃。
费鹏教授牵头的生物光子学与微流控技术团队的研究也是跨越光电、机械、盘算机和生物多个领域，聚焦于尖端生物动态光学成像技术的研究。该团队去年发明了一种新型的光场显微技术，可观测目前显微镜难以清晰捕捉的毫秒级动态生物学过程，本年又提出一种新的光片超分辨显微成像策略，大幅突破现有三维超分辨成像的时空分辨率极限，为快速、三维、长时程地观测活细胞的精细动态和相互作用提供了强有力的新工具。
得益于较早布局多学科交叉研究，研究中心在光电领域的学科实力稳居全国前列。据研究中心党委书记夏松介绍，由研究中心与华中科技大学相干院系共建的光学工程、生物医学工程在国家第四轮学科评估中被评为“A+”，共建学科“盘算机科学与技术”被评为“A”。
交叉学科研究有助于冲破学科壁垒，为光电子信息产业未来实现率先突破奠定基础，带来更多无穷创新可能。夏松认为，要促使光电子信息产业突破，还要在学科交叉融合上进一步发力，主动布局、自主增设战略性新兴交叉学科，进一步凸显放大光电子信息交叉学科的优势特色。
以机制创新支撑成果转化
搭建平台、理顺机制，促进科技成果快速转化和光电产业快速升级，是支撑光电子信息产业率先实现突破的须要条件。
研究中心先后成立武汉光电工业技术研究院、鄂州工业技术研究院、苏州脑空间信息研究院等平台。迄今已完成30多个项目、120多项知识产权的成果转化，累计转化价格3.3亿元。其中，武汉光电工业技术研究院已孵化极目智能、沃亿生物、尚赛光电等130家企业，为光谷的持续创新点燃了“星星之火”。
韩雄伟教授团队研究成果通过挂牌转让给万度光能，目前在成本控制、稳定性及大面积化方面均处行业引领地位；付玲教授团队研究的共聚焦显微内窥镜成果以投资入股的形式实现科技成果转化，去年全新一代共聚焦显微内窥镜系统获准上市，目前已在全国三十余家三甲医院完成试用；曾晓雁教授团队自2007年开始研究激光3D打印技术并推进其产业化，推动激光3D打印装备逐渐走向市场。
与大型企业合作，为企业解决核心技术瓶颈问题，也是实现成果转化的高效方式。近年来，研究中心和华为、腾讯、浪潮、联影、长江存储、高德红外等头部企业开展深入合作，解决核心技术问题，或布局未来5～10年新型研究。缪向水教授团队扎根存储器领域，自主研发存储芯片35年，团队将93项三维相变存储器芯片专利许可转让长江存储并合作开发芯片产品，推动存储器芯片技术的成果转化及未来技术的探索。研究中心与华为公司深度合作，张新亮、夏金松、余宇、谢长生、李进延等在铌酸锂芯片、新型光存储技术、高性能光纤技术等方面开展研究……
湖北去年战略性新兴工业营业收入突破万亿元，其中电子信息产业占了6348亿元，湖北光电器件占全国市场60%、激光设备占全国市场50%、武汉光谷的光纤光缆占环球市场25%……截至2021年底，光谷“光芯屏端网”产业规模达6000亿元，加快向万亿级规模冲刺，成为代表国家参与环球光电子产业竞争的主力军。
本年，武汉市出台支持光谷高质量发展方案，提出加快推进国家信息光电子创新中心、国家先辈存储产业创新中心等9个国家创新中心创建和创建工作。面向未来，光谷将坚持聚焦发展光电子信息产业，并向“光芯屏端网”全面拓展，构建优质企业梯度成长格局，组成战略性新兴产业高质量发展的主力军和前锋队。■

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