“新技術突破了傳統飛秒激光的光衍射極限，未來或可開辟光電芯片制造新賽道。”近日，南京大學科研團隊發明的一種新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術，在下一代光電芯片制造領域取得重大突破。

“光電芯片是信息技術的下一個制高點。”中國科學院院士、南京大學教授祝世寧說，南京大學固體微結構物理國家重點實驗室較早探索該領域，已取得一系列國際領先的原始創新成果，“光電芯片有望成為我國率先突破的科技領域，我們應該對下一代技術更早地切入、更快地投入，爭取在未來有更多的發言權。”

祝世寧院士（左）帶領學生進行科研。（南京大學供圖）

堅守中不斷創新，把冷門做成熱門

黨的二十大報告提出，開辟發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢。如何開辟新賽道？

“要勇于做前人沒有做過的事情。”在南京大學鼓樓校區唐仲英樓的辦公室里，祝世寧話語溫和卻擲地有聲，“以基礎研究來說，剛開始可能只是科學家的一個猜想，但是經過‘大膽求證’深入研究以后，這些理念就有可能為未來技術奠定基礎，甚至開辟出新的賽道。”

“把原來不被關注的領域，通過自己的科學判斷，長期不懈地堅持研究下去。”祝世寧表示，正是秉持“堅守中不斷創新，把冷門做成熱門”的精神，南京大學固體微結構物理國家重點實驗室經過幾代人的努力，終于把微結構科學由無人問津做成國際前沿，并率先奔跑在光電芯片的新賽道上。

祝世寧笑稱，這些年來所做的工作，就是“像玩樂高一樣研究先進材料”，創新各種方法，通過微結構的設計和控制，提升材料的物理性能，實現應用上的突破。不過，“玩樂高”聽起來簡單，實則經歷了無數艱辛。比如，在研制新型介電體超晶格材料的攻關中，為了讓一個小小的芯片里能透出三種顏色的激光，團隊花費了近10年時間，終于研制出世界上第一臺光學超晶格全固態紅、綠、藍三基色激光器。

做前人沒有做過的事情，需要勇氣和實力，也需要前瞻性思維。自2000年起，祝世寧團隊就將光學超晶格研究從經典光學拓展至量子光學，經過多年開拓創新，已利用光學超晶格研制成功全球首枚高速調控的鈮酸鋰光量子芯片，實現了全球首個具有移動光學中繼的無人機光量子網絡試驗。“記得當時我們輾轉南京、石家莊、蘭州等地進行實驗，克服了重重困難，終于在國際上首次實現通過無人機在兩個地面站之間進行糾纏光子分發。”

為“高精尖”研究打造高水平科研平臺

“每一個新的科學理念，都需要通過科學實驗來驗證、來實現。”勇闖科研“無人區”數十年，祝世寧深刻感受到，隨著科學技術越來越向“高精尖”發展，基礎研究的方式方法也在不斷演進，對科研平臺、科研儀器的要求也越來越高，比如他們研制的光電芯片的加工精度，幾乎是一根頭發絲的千分之一，同時還要進行大面積的集成，難度可想而知。

要補齊基礎研究的短板，重視高水平科研平臺的建設，加大對科學裝置、高科技儀器的投入；同時，要改變“撒胡椒面”式的支持方式，選擇前沿科技領域進行重點支持。祝世寧對此有著很深的思考。

為促進基礎研究的想法落地，2018年，祝世寧團隊在南京大學和南京江北新區支持下，創建了南智先進光電集成技術研究院（下稱“南智光電”），瞄準下一代光電芯片技術在基礎材料、器件工藝等方面的需求，開展研發工作。

中紅外超晶格激光器、自由空間無人機高速通信系統、超構材料平面透鏡、高分辨光譜相機……4年來，在南智光電這一科研平臺上，科學家們將頭腦中的一個個奇思妙想轉變為現實。最近的突破性成果——新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術，把光雕刻鈮酸鋰三維結構的尺寸，從傳統的1微米量級，首次縮小到納米級，達到30納米，大大提高了加工精度。該技術有望用于光電調制器、聲學濾波器等關鍵光電器件在芯片上的制備，在5G/6G通信、光計算、人工智能等領域有廣泛的應用前景。

既要“開山筑路”，也要“沿途下蛋”

“基礎研究是原始創新的源頭、核心技術的關鍵，是實現科技自立自強的基石。”祝世寧認為，當下，面對國家重大戰略需求和經濟社會發展面臨的挑戰，開展目標導向的應用基礎研究尤為重要。

2019年起，江蘇省啟動實施前沿引領技術重大基礎研究項目，支持50位頂尖科學家開展變革性技術探索，對重大科學前沿或重大產業前瞻問題進行超前部署。祝世寧團隊進入首批名單，獲得2000萬元項目經費，積極布局下一代芯片——鈮酸鋰集成光子芯片的研發。

“前沿引領技術的突破，能促進產業升級，甚至顛覆整個行業。”祝世寧說，南智光電一端連接南大固體微結構物理國家重點實驗室等國家平臺，面向世界科技前沿，開展應用基礎研究；另一端連接高新技術園區，與科技領軍企業一同聚焦并攻關重大共性產業技術問題，探索實現創新鏈連接產業鏈的可行路徑。

今年7月29日，南智芯材鈮酸鋰晶體產業化項目正式簽約，該項目正在進行國際上最大尺寸——8英寸的鈮酸鋰晶體的產業化示范和布局。創建4年來，已有近30家光電類初創公司在南智光電平臺上孵化和集聚，這些初創公司獲得了近10億元社會資本的投入。同時，南智光電已為全國近200家企業和研究單位提供技術服務，幫助他們解決科研難題、突破產業化技術瓶頸，產生了積極的社會反響和實實在在的經濟效益。2021年，在南京江北新區、省產業技術研究院和南京大學支持下，南智光電聯合兄弟單位，獲批建設江蘇省光電技術創新中心。

新中心、新平臺、新起點，作為光電芯片領域的先行者，祝世寧帶領團隊勇當開路先鋒，在激烈的國際競爭中持續保持領先地位，開辟了光電芯片新賽道。“未來，我和團隊將始終把創新放在第一位，在從基礎研究到產業化的這場馬拉松長跑中，不斷地‘開山筑路’，做前沿性的科學探索；同時，建立‘沿途下蛋’機制，促進科技成果高效轉化。”祝世寧表示。