??高速大容量和高效低功耗的光电子器件与集成芯片

《光学界》：首先请张校长谈一谈自己的研究方向和主要研究工作。张新亮：我个人从事的主要研究方向是信息光电子器件与集成。信息光电子器件是实现信息获取、传输、交换、计算、存储等功能的信息系统的基石，高速大容量、高效低功耗是器件研究中关注的主要问题，集成是光电子器件发展的必然趋势。 我主要做三个方面的研究工作。第一方面主要是针对全光信号处理的光电子器件以及集成芯片。全光信号处理可避免光-电-光转换，可充分发挥光的并行性特点，提高信息处理量，降低功耗。半导体光放大器中的非线性效应比较丰富，被广泛用于全光信号处理中。在器件设计建模方面，我们可以针对不同的应用需求，基于能带工程对半导体光放大器中的非线性效应进行选择性调控；在集成芯片研究方面，我们发展了半导体光放大器、延时干涉仪、阵列波导光栅等9个功能性器件集成的单片集成芯片，可实现4信道50Gb/s信号的同时光信号处理；同时也研究出多个半导体光放大器、延时干涉仪集成的单片集成芯片，成功实现40Gb/s速率下两路信号的所有逻辑最小项产生。在半导体光放大器研究方面，我应该是国际上发表相关论文最多的研究者，我们基于半导体光放大器实现多种逻辑门功能的工作中，工作原理和实验结果都被国际上流行的《Fiber-Optic Communication Systems》教材直接引用。 第二个方面主要是面向光通信网络多维复用光传输的硅基集成芯片。硅基光子学器件具有与CMOS工艺兼容的特点，可望大规模制造并降低成本。我们在硅基高速探测器方面做了一些工作，锗硅探测器的带宽可以到70GHz，同时也研究了高饱和功率的探测器和雪崩光电二极管。我们的工作被《Laser Focus World》专题报道过两次。同时，我们在突破光纤与集成芯片高效耦合、偏振控制和偏振旋转、混频、高速Ge/Si探测器等核心技术基础上，和华为技术有限公司合作成功实现400Gb/s硅基相干接收芯片。针对器件小型化、更大带宽的需求，最近我们在结合表面等离激元狭缝波导研究一些带宽可到太赫兹的高速硅基发射器、调制器和探测器。 第三个方面主要是面向高速测量的光电子器件与系统。这方面我们主要是想在我们从事光电子器件和光信号处理功能研究基础上，发展一些针对特殊测量需求的测试仪表，能够实现一些现在仪器仪表实现不了的测试功能。我们现在承担的一个基金委重点项目主要是做快速的光谱测量，发展出了目前测量速度最快的光谱分析系统，其中涉及到高效率的非线性波导以及孤子光频梳方面的研究工作。另外承担的一个科学仪器研制项目，主要是想发展一种测量帧率达50MHz的太赫兹频谱分析系统，其中涉

及到高速的探测器、带宽达太赫兹的光调制器等。 三个方面的研究工作中，光信号处理研究方面，我们希望研制出不断演进的光计算机原型机；硅基光子集成芯片方面，我们希望和器件公司合作推动在通信系统中的实际应用；高速测量的光电子器件与系统方面，希望能发展出针对特殊场合应用的高端仪器仪表。“将2800名本科生放在心里，有压力。怎么培养好？” 《光学界》：请张校长介绍一下自己一直以来在创新人才培养模式方面的思路和做法。张新亮：我自己很喜欢人才培养的工作，也喜欢和学生接触。我的《光纤通信技术》课程就是国家精品课程和国家精品资源共享课程。我先后合作培养或直接培养的研究生有80多位，其中有1人获全国百篇优博论文，2人获全国百篇优博论文提名，6人获湖北省优秀博士学位论文奖。培养的学生中已有4人获得国家优秀青年基金的资助，有20多名毕业的研究生在华为技术有限公司从事光子器件研发工作。 在担任国家试点学院院长期间，我面对的实际问题是学生较多，教育资源有限。如何把原来30多人试点班的教学改革举措面向700多本科生进行推广？我们的做法是抓住核心课程。首先我们要求将20多门核心课都按照精品课程来建设，每个核心课程都有科研训练的内容。同时我们建设有完整的实践教育体系，针对每个不同方向，设计实验课、课程设计、生产实习和科研训练等环节，希望学生在模块化基础知识学习基础上建立起不同光电系统的整体概念。我们还与上海光机所、成都光机所合作，与光电子信息园区企业合作，将更多的学科产业资源引入，转化为人才培养的资源。我们收到的效果是培养的学生专业基础很好，运用基础知识解决实际问题的动手能力也很强。 对课程的严格要求当然给教师也增加了压力。但是我们注重激励，有导向性地考核教师的工作，通过各种手段激发教师的积极性。我们引进了很多优秀的年轻教师，“杰青”、“优青”等等。这些为人才培养奠定了基础。基于核心课程群，依托优质学科平台和产业资源，探索面向群体的创新人才培养模式改革，这些就是我作

为第一完成人获2018年度国家教学成果一等奖的主要内容。“高等学校培养人是第一位的” 《光学界》：从“华中理工”到“华中科技大学”，从成果卓著的研究者、悉心教授学生的教师到学术平台的引领者，请张校长谈一谈对我们国家基础科教、创新研究、产业应用的思考。张新亮：高等学校具有人才培养、科学研究、社会服务和文化传承等方面的职能，但我认为最核心的功能应该是培养人，培养有研究能力、创新能力的人，其他几个方面的功能是可以通过培养人的过程来实现的。但人才培养和单纯的教学活动并不是画等号的，高等学校当然要做自己的研究，不做研究也培养不了做研究的人、有创新能力的人。 这些年，随着国家科教投入的增大，大量的海外高水平人才的引进，使得国内的创新研究水平提升很快。但也有观点认为，高校中科学研究过分追求论文的发表，没有关注实际问题的解决。由于我们国家的科技、工业发展现状还没有达到欧美国家完全工业化的水平，国家的创新体系还没有建立完善，有创新能力的企业还不足够多，高等学校还要承担为国家、企业进行核心技术攻关以及产品研发的任务。高校承担了太多不该承担的责任和义务。就像我们国家现在面临很多卡脖子的技术问题，我个人觉得责任不全在高校。随着国家创新体系的逐步完善，产业技术瓶颈的问题最终还是需要企业自己来解决，高校应该培养更多有扎实基础和创新能力的人，这些人去企业帮助解决技术瓶颈问题，这应该是比较理想的一种生态。此时高校的科学研究就需要不断前移，要偏向于基础问题的突破、引领性、交叉性的研究。至于该不该发表论文，是否论文发表多了，我想我们现在面临的问题其实是发展中的问题，学术共同体有它自身的规则，这些年学术评价其实在不断进步、不断变化。“100”期——为人才培养、为前沿交叉创新和服务国家重大需求贡献力量 《光学界》：在不平凡的2020，国际交流和科研互动随着疫情也走向了新的空间。请张校长给我们介绍一下近来影响广泛的“光子学公开课”、“神奇光子在线讲坛”等活动。张新亮：疫情造成了

空间的隔离，但让学术交流更便捷，学术的免费获取逐渐成为趋势。我所在的武汉光电国家研究中心功能定位中就包含学术交流中心和知识传播中心，我们建设有不少的品牌学术交流活动，如武汉光电论坛、POEM、PIBM等国际会议等。 2020年，我们新开始了神奇光子在线讲坛，主要是面向学术前沿、学术与产业融合、学术新秀，希望给校内外、国内外光电子领域的学者一个展示自己研究工作的舞台。通过和蔻享学术平台合作，每期有1000到2000多人在线收看，受益面更大，而且报告视频全部共享在网上，观众可以随时随地学习。 光子学公开课则是在中国光学学会的大力支持下，国内的一些学术同行共同做的一种探索，是想把国内外的优势研究单位的优势资源让全国的研究工作者共享，希望能凝聚集体智慧，在新的形势下提升我国人才（特别是研究生）培养质量，为提升国内光子学领域的研究水平贡献一点力量。这个倡议提出后，得到包含北大、清华、浙大、复旦等20多所兄弟高校的积极响应和支持。通过和蔻享、Bilibili等不同的直播平台合作，目前光子学公开课每次有近1万人在线收看，反响很好。 光子学公开课我们设计了20个专题，计划连续举办100期。每期讲座时长2个小时左右，希望主讲人能够把前沿研究问题中的基础理论知识讲清楚，可以让研究生建立起书本上的理论知识和实际的科研问题之间的联系。我想这种方式对想进入某一个研究领域的研究者来说非常有帮助，可以迅速了解这个领域的研究现状和所需要的基础理论知识。目前我们专题的课程设置中，先邀请一个国际上该领域的领军人物做一个全面的综述，再邀请一些一线的优秀研究人员分别对该领域涉及的不同内容进行详细的讲解。前期罗彻斯特的张希成教授、复旦大学的周磊教授、渥太华大学的姚建平教授为我们带来了精彩的讲座，后面我们也邀请到斯坦福的崔屹教授、加州理工学院的汪立宏教授给我们讲课。很幸运，这个公开课得到大家的大力支持和帮助，我们计划邀请的人都很欣然接受我们的邀请，秘书组的青年教师们也是不计任何报酬的在付出，这是我们坚持做下去的动力来源。

领军人物：

张新亮

博士，教授，博士生导师。1971年10月生于湖北省黄梅县，1992年在华中理工大学获学士学位，2001年6月在华中科技大学（华中理工大学）获物理电子学博士学位。

先后入选武汉市青年晨光人才、教育部新世纪优秀人才、湖北省杰出青年基金、国家杰出青年基金、中组部万人计划创新领军人才、教育部长江学者特聘教授（2017）等计划。美国光学学会Fellow。

现任中国光学学会常务理事、湖北省仪器仪表学会理事长、国务院光学工程学科评议组成员和教育部”光电信息科学与工程”专业分教指委副主任。

担任《Frontiers of Optoelectronics》期刊共主编、《Photonics Research》和《Photonics Journal》副编辑。

2012年6月至2019年1月曾任华中科技大学光学与电子信息学院院长，2016年3月至2019年1月曾任武汉光电国家研究中心副主任，现任华中科技大学副校长。

长期从事光电子器件与集成方面的研究工作。先后主持国家863计划、973计划课题、国家杰出青年基金项目、基金委重大国际合作项目、基金委重点基金项目、基金委重大科学仪器研制项目、国家重点研发计划项目等。发表国际主流期刊论文350篇以上，发表论文被Web of Science引用超过6000次，Google Scolar统计引用超过8000次。先后主持和参与获得省部级自然科学一等奖4项，授权发明专利16项，合作出版专著《半导体光放大器及应用》。