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人物 | 孙洪波院士:破局、赋能、传承

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人物 | 院士访谈

孙洪波

Q1

回顾您在国内深耕激光制造领域的这些年,如果有几个关键的节点或者观察曾经深刻的影响过您的认知,您认为那是什么?

我最深的体会有以下三点。第一点,个人本身的能力总是有限的,做得好一点,确确实实是因为我们一直在面向国家需求做事,国家发展的大势把我们带到了今天的地位。所以说,面向国家需求做研究非常重要,这是第一个体会。第二个体会,基础研究很重要。如果仅仅是做技术、做一般性的创新,就会面临内卷,国内卷,国际上也卷。但是如果在原理上有真正的创新,甚至在科学基础上有创新,那么面临的就不是内卷,而是无限的发展空间。在这一点上,我无论是做激光切割、用激光做光伏,还是用激光做光量子集成芯片,都是基于我们的创新技术,基本核心技术只有我们掌握,几乎没有人跟我们卷,这是第二点体会。还有一点,在科研选题的时候,最重要的一点就是要面向国家需求,退后一步,使研究本身既有基础研究的深度,同时又很容易变成国家需要的紧迫技术。

Q2

站在当下的这个时间节点,您对未来整个学科有着怎样的期待与思考?能不能请您谈谈激光制造的发展方向以及发展的极限?

据我个人体验,激光制造大体上经历了几个阶段。在我1996年刚刚到日本做博士后期间,就开始从事激光加工,那个时候超快激光制造本身还不是一个方向,做的人也几乎没有。在那个阶段,主要是在做物理,经历了将近10年。后来大家对光和物质相互作用有了深刻认识之后,开始做高性能结构和器件,这个期间刚好是我从日本回到吉林大学做了十年器件。再过十年之后,现在已经走向应用阶段,我刚好到了清华大学精密仪器系开始做装备。这个过程从物理到器件结构再到装备,基本上就是该学科本身发展的脉络,是我无意中契合的节奏。就我个人观点,最近超快激光加工迎来了井喷式的发展,未来发展空间难以想象。因为这个技术本身的能力可以辐射到多个领域,所以大家仍在探索。对于中国来讲,这个技术是实实在在的新质生产力,辐射性和带动性都非常强。

Q3

那么您认为在这个领域后续还有哪些值得继续深耕的工作?

值得深耕的工作有以下几点。第一点是在高质量光源方面,也就是飞秒激光器。我们国内产业水平跟国际相比,比如跟立陶宛、德国相比,还有差距。光源本身朝大功率、高重频或高单脉冲能量这几个方向发展都有价值。高重频对应高速扫描,高脉冲能量对应加工。只要总功率上去了,对产业发展都会有很大价值。第二点,对于中国学者来讲,在光和物质相互作用机理这个层面发力,挖掘新技术新应用,也是非常重要的。第三点是在装备制造方面。历史上我们做科学研究,跟外国人比拼是没有问题的,但是我们做装备的精密性、配套方面,跟德国、日本相比还有差距。但是在这一轮竞争当中,因为我们在从原理发现到应用的方方面面都不落后,所以只要补齐精密制造、仪器制造这个短板,我们应该有全方位胜出的可能性。

Q4

面对国内AI加光学技术的发展,您对于如何借助AI赋能光学科研抱有怎样的前瞻性构想?

不仅仅是AI赋能光学,在整个超快激光制造和AI相结合方面,我大体有两个建议。第一点是所谓的AI for Science。超快激光和物质相互作用是一个典型的非线性过程,如果用解析的办法去研究机理,这条路线最终要走通,但过程会很漫长。我们可以通过研究在不同激光条件下能产生哪些作用效果、能制备出什么结构,利用这些数据和人工智能分析的方法,尝试绕过机理研究这条路线,直接给出结果。当然有一天机理深入了,能够对结果做出解释,但AI的介入一定会加速我们对该技术的利用,它可以在初期绕过物理层,直接建立从参数到结果的映射,提供一条捷径。这就是第一点,AI可以加速整个激光制造技术的演进和发展。第二点是激光制造对AI具有反作用。目前至少在用激光制造高性能算力芯片方面,前景很广阔。电子芯片长于逻辑、尺寸小,在这些方面有优势;光芯片在带宽、功耗、并行性方面有优势。我们期待将来的算力芯片一定是光电融合的。再具体一点,一定是将CMOS工艺、硅光工艺与飞秒芯片工艺结合在一起,最终产生一种能力很强、既能做逻辑又能做线性运算,且功耗很低、带宽很宽的芯片。这种技术我们中国人应该是领先的,甚至是将来独有的。这就是超快激光能为AI领域做出的贡献。

Q: 那您认为在这个过程当中,有没有需要注意的边界?

这个边界很难讲。因为刚才说的这两件事情,只要我们投入人力,都会有显著的收获。如果进一步把AI向前推动,能力更强大了,AI的边界在哪,那就是另外一个话题了。

Q5

您对刚刚开始学术道路的研究生有什么意见或者建议?

我给大家的建议很多,但大体可以归纳为以下几点。第一点,在研究生期间,大家面临的任务不仅仅是做好几个科研课题,这实际上是对一个人一生成长的关键培训时期,因为此时失败后付出的成本是最低的。大家一定要对将来所需的能力做全方位储备,至少包括三点:要完成知识储备,要完成技能储备,要完成思维储备。思维储备就是说要勤奋、善于合作、善于管理好自己,做好这三方面储备非常重要。第二点,AI本身开启了一个全新的大学习时代。以前遇到问题需要约导师,导师有时很忙,从有疑问到获得解答反馈较长、较慢。现在至少最简单的AI工具就能回答研究生95%的问题,整个学习链条变短了。对研究生来讲,这标志着自我教育、自我提升的大学习时代已经到来。我衷心期待各位同学能够抓住这个机遇,实现快速自我提升。

嘉宾
孙洪波 院士
1969年1月生。分别于1992年和1996年在吉林大学获电子工程学士和博士学位。1996—2000年在日本德岛大学进行博士后研究,2000—2006年在大阪大学担任助理教授、特聘教授。2006—2017年担任吉林大学电子科学与工程学院院长、吉林大学集成光电子学国家重点实验室主任。2017年至今,任清华大学精密仪器系教授。现任清华大学精密测试技术及仪器全国重点实验室主任、系学术委员会主任。
长期从事激光精密制造研究,提出了非线性激光制造原理,由此制备的三维立体雕刻“纳米牛”成为领域发轫的标志性符号;发现光与物质相互作用的场键耦合效应,提出选键激发制造方法,解决了硬脆特种材料超快激光精密制造的参数窗口区缺失难题;发现光与物质相互作用的光学远场诱导近场击穿(FIB)效应,提出超隐形切割方法,将国际非线性激光制造工艺提升到>1米2/秒、亚10纳米节点。系列工作为非线性激光制造从原理建立、技术体系形成、装备制造到规模化工程应用作出了重要贡献。
入选电气与电子工程师协会(IEEE)、美国光学学会(OSA)、国际光学工程学会(SPIE)、中国光学学会(COS)、中国光学工程学会(CSOE)会士(Fellow)。获评全国优秀博士学位论文指导教师、全国优秀科技工作者。获国家自然科学奖二等奖2项(第一完成人)、全国创新争先奖、COS王大珩光学奖。担任中国光学学会微纳光学专委会主任、中国感光学会光学精密成型专委会主任、光学领域顶刊《光:科学与应用》(Light: Science & Applications)杂志执行主编、《智汇光学》(PhotoniX)杂志主编、Ultrafast Science 副主编、《光子学报》副主编。2025年当选为中国科学院院士。
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编辑  赵 盼
校对  李   静
审核  王亚军