江偉：創新強國夢——我的「中國夢」

信息時代，知識爆炸正深刻地改變著我們的生產和生活。當前，以「雲計算」、「物聯網」和「大數據」為代表的新型信息化技術的出現，使得對高速率、低功耗的數據處理與傳輸技術的需求更為迫切。首先，光以其特有的速度、帶寬和低功耗優勢在網路傳輸中已經居於主導，並且也開始應用於近距離的機櫃間的互聯，在晶元間、甚至晶元內的互聯方面也展現了潛力。這些互聯相關的需求大大促進了光子集成的迅速發展，並且在數據處理上也必將得到重要應用。隨著中國互聯網產業的飛速發展，硅基光子技術也將形成以基礎研究到應用研究最終實現產業化一條龍的方式大步邁進的格局。青年「千人計劃」入選者江偉教授就是這項研究中的佼佼者，近年來他在硅基光學領域取得了驕人的科研創新成果，他有一個夢想，就是基於硅基光子學，在南京大學構建「產、學、研」一體化發展的體系，把我國的硅基光子學技術推向國際先進水平，為建設高度信息化的強大中國做出自己的貢獻。

從「美國夢」到「中國夢」

因為從小聽多了中國建國之後科學功勛們的故事之後深受啟發，江偉從小就立下志向當科學家。進入硅光子學領域，本科、碩士、博士，一路艱辛而充滿挑戰的學習、研究，江偉在一路摸爬滾打了多年。他考取了南京大學強化部(現匡亞明學院)進入物理學專業學習，本科畢業之後又以優異的成績被保送到本校物理系讀研，在導師的影響下選擇了無序光子晶體基礎理論研究，從此開啟了他的科研之門。1998年，研究生畢業後，他又到美國學習和工作15年之久。

江偉在美國主要是在光電子技術、相關微電子技術、光互聯技術和一些相關的物理理論方面學到了一些知識。而且他遇到的幾位很好的導師都是學物理出身，後來轉作電子或器件的研究。於是，江偉通過和導師學習，了解了如何將物理和器件相結合，然後通過結合尋求更有創新思想的突破，從而在科研方面找到了自己的一片天地。

江偉先後拿到了美國德克薩斯大學奧斯汀分校物理碩士學位，以及該校電子和計算機工程博士學位，獲得了以工程學院院長命名的面向電子、光子材料與器件相關領域理工研究生的Ben Streetman獎。並作為美國聯邦小企業創新項目(STTR)負責人，曾帶領科研團隊做出了世界首個硅基光子晶體高速電光解調器，並對硅基電光器件機理和功耗做了開拓性的研究，為當時正在形成中的硅基光子學做出了重要貢獻。此外，他還完善了幾個具有重要應用價值的物理理論，包括多維光子晶體表面問題的一般解、超稜鏡效應敏感度的解析理論和光子晶體波導慢光損耗的解析理論，硅基熱光器件理論，並通過實驗得到了光子晶體慢光波導中高純度的奇對稱模式，發展了奇偶模式轉換器件。

對於在美國的科研工作，江偉深有感觸。由於美國是一個移民國家，所以對移民比較開放和友好，而國外來的移民，到美國之後相對而言社會聯繫比較少，因此可以集中精力做一些事情，尤其是從事科研工作的移民，可以集中精力做科研。在科技方面，美國本土人做的相對較少，移民占的比例較大，而且很多移民都是國外最好的科研人員，除了在本國經歷了相當長時間的培訓外，到美國後還會經過培訓。這樣的科學體系使美國的科研環境非常適合科研人員的創新成果的實現。

在美國期間，江偉取得了一系列富有創新性的成果，得到廣泛認可。在學術期刊和國際會議上，他曾發表論文70餘篇，2013年他獲得美國羅得格斯(新澤西州立)大學電子和計算機工程系終身教職。在羅得格斯大學任教期間，他在科研、教學方面皆有建樹，獲2012年美國國防先進研究計劃局青年教授獎(DARPA Young Faculty Award)、2013年美國電氣與電子工程師學會一區(IEEE Region 1)傑出教學獎等榮譽。特別是得到美國國防先進研究計劃局(DARPA)這個培育了互聯網與現代GPS技術的頂尖科技機構的認可尤其可貴。

兩百多年來，「美國夢」一直激勵著世界各地無數懷揣夢想的的年輕人，他們放棄故土，歷經千辛萬苦，只為來到這片土地創造自己的價值，美國也因此成為全球眾多成功人士的搖籃。毫無疑問，隨著一系列卓越成果的取得，江偉業已實現了他的「美國夢」。但是愛國情懷使他義無反顧，回國報效，成就自己的「中國夢」，就成了下一步的必然選擇。2013年，江偉回到了祖國，回到了曾經學習和奮鬥的母校，開始追尋自己的「創新強國夢」。

攻堅克難，創新無止境

回國後，江偉依託南京大學現代工學院提供的科研平台，組建了一支高素質的科研團隊，並在硅基光子學領域展開了研究。他說，隨著信息時代的不斷發展，不管是國內還是國外，未來十幾年到二十年間，光學領域將會是一個重點發展方向。硅基微電子技術，可以說造就了信息時代，而硅基光子技術在最近十年也得到迅猛發展，技術基礎已經成型。因此，江偉希望硅基光子學能夠繼承硅基微電子技術的發展，把信息技術推向新的高潮，在應用方面尋求更大的突破。因為他知道，目前美國在這方面投入了很多技術和資金，同時國內也意識到了該技術的重要性，並把硅基光子學提到了光學領域中比較靠前的位置。

硅基光子學發展到今天，其目標主要是實現在硅晶元上造出光電子的器件和系統，未來基本的發展方向就是實現高密度集成。也就是說，將各種各樣的器件做得越來越密集，有各種各樣的器件，但這裡面最基本、最常用的組件就是硅波導。但是怎樣把硅波導做密，這是一個對硅基光子學非常基礎性的問題。此外，長期以來，由於相鄰波導靠近時強烈耦合產生的信號串擾，使亞微米或亞波長間距的高密度集成不能順利進行，這也成為光子集成領域的一個經典問題。

在江偉承擔的一個項目中，裡面明確提出了將硅波導做密的技術需求，這樣就能把某些器件的性能提高很多。於是，他帶領科研團隊盯准這一方向，用了五年的時間，獲得了科研成果並在英國《自然-通訊》雜誌上發表了相關論文，作為該論文的通訊作者，江偉在文中提出了「波導超晶格」的方案，解決了困擾集成光學領域很久的問題。

在研究過程中，研究團隊不斷發展新理論與模擬工具，提高加工工藝，完善測試技巧，多次反覆試驗，最終得到了一個串擾低於-20dB的半波長間距的波導超晶格。它的應用主要是把器件越做越密，這樣不僅可以節省空間，降低成本，另外很多硅基光的器件需要將很多的波導集成在一起，如果把波導做密，對器件的性能將有很大的提高。例如，目前國際上研究熱點—光譜儀，如果集成了很密的波導，並把波導密度提高，就能大大提高其性能，或者大大縮減其尺寸，更好地推動光譜儀技術的高新發展。

然而，每一項科研成果的成功實現，都會經歷很多的艱難困苦，江偉的科研過程也不例外。他說，剛開始搞這項研究的時候並沒有想到這個問題非常難解，直到做了一年試驗後，才意識到其中的困難。這一年中，他的學生在微加工方面連續反覆做了幾個月的實驗，但結果總得不到突破，這讓他們一度非常失望，也讓學生覺得這個實驗不大可能實現。當時，他沒有簡單否定那些學生的想法，但也沒有中斷實驗，而是經過仔細理論分析和模擬，仍覺得自己的方向是對的。於是，他又和學生一起去分析實驗中的一些問題，終於發現，原來在實驗過程中，數據模擬和理論測試都是他們自己在實驗室做，能夠看到所有細節，而微加工方面則需要由學生單獨在校外的實驗室做，對微加工過程中的細節的摸索和了解需要較長的周期，而這種高精度、高難度的問題很多都是取決於細節，這也是阻礙實驗進展的主要難點。然而，他們並沒有放棄，而是一步一步分析，一步一步尋找原因，經歷了無數次嘗試，終於在掩膜刻膠等方面發現了幾個比較重要的問題，並逐步解決了這些問題，最終取得了創新成果。

目前，江偉最大的希望就是協力推動國內建設一些硅基光子學研究平台，主要是硅基光子晶元微加工平台，因為目前國內的微加工平台數量和質量與國外相比都有很大差距。為此，他希望得到更多的支持，和更多的仁人志士一起合作，推動建立比較好的平台。另外，他還在努力將科研成果轉化成生產力，因為他知道將成果轉化成產品的契機相當重要。國際上一個科研領域要想長盛不衰，必須推出有廣闊市場前景的產品，並將它的技術變成這個產品或者這個市場的核心技術，從而使這個領域得到長期發展。所以現在國外不僅在科研上投入很多，同時在硅基光子技術的產業化方面的投入也非常多，尤其是在美國，這樣的技術在前期由政府重點投入助推起步，近期產業投入急劇增加成為主導力量，這樣也能迫使科研成果更好地向產業發展。所以，江偉也希望能找到各種各樣的發展契機，推廣這一市場前景廣闊的創新成果。江偉也提到，硅基光子產業非常依賴光子晶元微加工平台。建此類平台的資金投入很大，一般公司無力自建，建立一兩個開放共享的平台將有助於推動萬眾創新。平台的人才配置也很重要，在器件與微加工技術上有長期積累的人才才能讓平台高效運轉，做出優質的器件與晶元。在硅光這樣一個新興領域，世界範圍內有一定經驗的技術人員本身不多，相對而言此領域國外的工作機會很多且年薪遠高於國內相關行業。如何用好回國的少數人才，給其適當工作條件，讓其發揮特長，形成示範效應，吸引更多人才，並通過他們自主培養一批人才也是發展的關鍵。

作為一名尋夢者，更是一名造夢者。這些年，江偉覺得自己很幸運，一直從事著自己所愛的行業，一直努力踐行著自己的目標，並實現了小時候做科研的夢想，也在一步步實現著自己的創新強國夢。前路漫漫，唯有不斷拼搏求索，便終會獲得大成。我們期待著。

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