创新微纳光子器件研究——访教育部新世纪优秀人才电子科技大学光电信息学院王卓然教授

创新微纳光子器件研究
——访教育部新世纪优秀人才电子科技大学光电信息学院王卓然教授

◎ 文/肖延胜 徐强

微纳技术使人们对物质世界的认识进入到崭新的阶段，孕育着新的技术革命，给信息、材料、绿色制造、生物和医学等领域带来极大的发展空间。电子科技大学王卓然教授和袁国慧副教授是我国微纳光子学、光通信与光传感等光学领域杰出的青年科学家，以他们为骨干组建的微纳光子器件与集成实验室（MODEL）研究团队，在微纳光子器件及其应用技术研究领域，特别是在有源与无源环形谐振腔光子器件的研究方面做出了一系列创新性的具有重要国际影响力的突出成就，研究成果在光通信与光网络技术、生化传感与物联网技术等领域具有广泛的应用价值。

王卓然教授是2012年度教育部新世纪优秀人才入选者，2000年、2004年、2007年在天津大学电子信息工程学院分别获得学士、硕士和博士学位，2006-2009年在英国布里斯托大学（University of Bristol）被聘任为副研究员，2009年底作为海外杰出人才被电子科技大学聘为教授/博导，2013-2014年在美国加州理工学院做访问学者。

回望新世纪之初，正值世界互联网与IT产业大发展的时代，在天津大学电子信息工程学院就读研究生的王卓然也面临着学术研究与就业的人生选择。幸运的是，他遇到了我国光纤通信领域奠基人之一的天津大学杨恩泽教授、研究生导师天津大学于晋龙教授、博士生导师英国布里斯托大学余思远教授等多位恩师。在几年的学术研究过程中，他不仅接触到了世界上最先进的光电子技术，还从各位老师身上学到了很多知识与道理，近距离感受到了老师这个崇高职业的魅力所在，也坚定了他选择科研道路的决心。

王卓然在几年研究工作中，深刻地认识到光纤通信与光网络技术的发展趋势，受限于越来越昂贵的超快光处理设备与器件，未来的发展方向势必将以微纳光电子器件为主要突破口，如同集成电路所带来的巨大影响一样，微纳光电子器件具有重要的战略意义与社会经济价值，必将给社会带来深刻的变革。基于以上原因，虽然本科是电子工程专业，主要和电路、电子的东西打交道，但是他却在研究生阶段选择了微纳光开关与光处理技术的研究方向，并将目标定位于实现集成光子回路与全光交换技术中的关键器件，进而实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护、光逻辑、光缓存等功能。和电子工程专业相比，这一工作更加强调物理学背景，着重于物理学、光学工程和电子工程彼此之间的交叉融合，全新的研究领域也意味着巨大的挑战，通过几年的努力学习和勤奋工作，最终他取得了大量的科研成果，并且还在不断取得新的突破。

在英国布里斯托大学期间，王卓然利用多点交叉垂直耦合单片集成高速光开关器件（XPoint），设计开发并搭建了用于控制该器件的超大规模集成电路系统，实现了一系列如光包缓存与时隙分配等新颖的全光网络功能，利用该光电开关矩阵实现下一代光互联网中的光路由器；通过对XPoint特性的深入研究，他发现可以将光路开关的电流增大到一定程度，巧妙地使开关半开半闭，从而一举实现了在光网络中具有重要应用价值的多路组播（Broadcast/Multicast）技术。以这一工作为突破口，他最终实现了该器件的4x4x4（输入x输出x波长）满负荷波分复用信号的无损组播技术，该技术居国际领先水平并已接近实用，得到英国风险投资的前期资金资助，研究成果集中发表在本领域享有崇高声誉的《IEEE Photonics Technology Letters》和《IEEE/ OSA Journal of Lightwave Technology》上。

在集成光子器件研究方面，王卓然参与了英国工程与物理研究委员会EPSRC的RAPTOR项目、欧盟第六框架计划等资助的重大课题MUFINs和IOLOS等重大课题，掌握了光电子器件的大规模单片集成与混合集成技术，掌握了光电子器件及其集成过程中的加工工艺与关键技术难点，摸索出国际一流的高难度加工工艺，开创性地研发了一系列世界首创的高质量光电子器件，如基于垂直耦合平台的半导体光放大器-马赫泽德（SOA-MZI）全光开关阵列，又如结构独特的平面角反射器矩形微环谐振腔，并逐渐将微纳光子器件的研究领域从光纤通信、光网络拓展到光传感方向。他实现了当时世界上尺寸最小的室温连续工作的半导体环形激光器（SRL），在世界上首次发现和演示了微纳米尺度光子器件的方向双稳态与多稳态工作模式，基于首创的平面角反射器矩形微环谐振腔首次实现了高速全光交换、波长变换、逻辑开关、全光再生等技术，是目前已知的响应速度最快的SRL器件，相关研究成果连续多篇发表在《IEEE Photonics Technology Letters》与《Optics Express》等光学领域重量级期刊上，特别是2013年相关成果发表在影响因子达9.97的顶级期刊《Laser Physics Letters》上。

近年来依托电子薄膜与集成器件国家重点实验室，王卓然教授主持和参与包括国家自然科学基金重大项目与国家自然科学基金青年项目、国家“863”项目与“973”项目在内的国际、国家与省部级项目十余项，在微纳光电子器件及其应用领域，获得的一系列处于国际先进水平的学术成果，具有极大的科学和应用价值。目前已发表高水平学术论文七十余篇，其中SCI检索30余篇（大部分为具有国际影响力的IEEE与OSA期刊文章），10余项国家发明专利授权，现为美国电子电气工程师协会（IEEE）会员,担任国际期刊《ISRN Electronics》编委，并担任包括IEEE、OSA等多个重要相关专业期刊审稿人，入选who is who 名人录。

王卓然教授认为，人才培养对高校是重中之重，不仅是高校本身价值所在，也是高校老师做好科研工作的源泉与动力。为适应目前多学科交叉的发展趋势，人才培养不仅要在知识深度上，更要体现在知识的广度上；同时要学用结合，以用带学，通过参与实际项目的开发，将书本知识运用到实践当中，更能加深对知识的理解与应用。以人才培养为牵引，通过几年的学科建设，MODEL团队已发展成为以王卓然教授和袁国慧副教授为核心的包括博士生和硕士生在内的20多人的学术团队，并将以满足国家与社会的重大发展需求为己任，以多项具有自主知识产权的微纳光子器件与传感技术为突破口，研发出更多的涵盖能源、环保、医学、矿产等领域的光、机、电、算一体化微纳光子器件新产品。