王立军:追光五十载,照亮强国路
在吉林舒兰这片白山松水环绕的土地上,1946年7月13日,一个男婴呱呱坠地,父母为其取名王立军。彼时,没有人能预料到,这个孩子将在未来的岁月里,成为中国激光与光电子技术领域的璀璨明星,以五十余载的执着探索,为国家的科技发展披荆斩棘,书写下壮丽篇章。
1973年,王立军从吉林大学半导体系毕业,凭借优异的成绩留校任教,开启了在电子科学系的执教生涯。在那6年的教学生涯中,他不仅在课堂上传道授业,更是利用课余时间不断充实自己。他一头扎进半导体物理、激光原理等专业书籍中,深入钻研理论知识,遇到晦涩难懂的问题,便主动向校内的资深教授请教,不放过任何一个学习的机会。每一次备课,他都精心设计教学方案,力求将复杂的知识以通俗易懂的方式传授给学生。在与学生的互动交流中,他也从学生们充满好奇的提问中获得启发,进一步拓宽自己的思维视野。就这样,王立军的理论知识日益深厚,教学水平也不断提升,逐渐在校园里崭露头角,成为学生们喜爱的老师。
改革开放的春风吹遍神州大地,求知若渴的王立军内心燃起了继续深造的强烈愿望。1979年,他毅然报考本校的研究生,幸运地成为著名半导体物理学家高鼎三院士的门下弟子。在高院士的悉心指导下,王立军全身心地投入到半导体激光技术的研究中。实验室里,他常常一待就是十几个小时,反复进行激光材料的生长、激光器的制作与测试等实验。在研究初期,由于实验设备的精度有限,实验结果总是不尽如人意,但王立军没有丝毫气馁。他仔细检查每一个实验步骤,对设备进行优化调试,经过无数次的尝试与改进,终于攻克了多项核心技术难题,在半导体激光技术领域取得了突破性的进展,为日后的科研工作奠定了坚实的基础。
1986年,王立军迎来了人生的又一个重要转折点,他进入中国科学院长春物理研究所(现中科院长春光机所)工作。在这里,他开启了更为广阔的科研征程。1988年至1989年,王立军获得了前往瑞士邮政电报电话公司做访问学者的宝贵机会。在瑞士期间,他如饥似渴地学习高功率半导体激光器制造技术。每天,他早早地来到实验室,跟随国外专家参与每一个实验项目,认真记录实验数据和操作细节。遇到技术难点,他主动与国外同行交流探讨,凭借扎实的专业基础和勤奋好学的精神,赢得了国外专家的认可。1993年至1995年,他又前往美国西北大学量子器件研究中心担任高级访问学者,继续深耕无铝长寿命新结构半导体激光器的研究。在美国的两年时间里,王立军仿佛回到了学生时代,每天都沉浸在科研的海洋中,工作到很晚,周末也常常在实验室加班加点。他深入研究无铝量子阱新材料结构,开展了一系列创新性的实验,取得了多项国际领先成果,在国际学界崭露头角。
当时,国际上半导体激光研究正处于飞速发展的黄金时期,而西方国家出于政治目的,对我国实施高端激光器产品的禁运政策,妄图遏制我国在这一领域的发展。心系祖国的王立军得知这一情况后,心急如焚。他深知半导体激光技术对于国家的国防安全、工业发展以及未来科技竞争的重要性,毅然决定中断在美国的研究,回到祖国,用自己所学知识,为中国的半导体激光事业贡献力量。
回国后,王立军迅速组建起自己的科研攻关团队。他敏锐地察觉到,我国传统的GaAIAs量子阱激光器存在严重缺陷,铝在激光器腔面处极易氧化,导致激光器寿命大幅缩短,器件工作极不稳定。针对这一难题,王立军带领团队以无铝量子阱、长寿命新结构材料体系为突破口,重点开展两大关键方向的研究:边发射长寿命大功率激光器和大功率垂直腔面发射激光器。在研究过程中,他们面临着重重困难。无铝量子阱新结构的设计需要综合考虑多种因素,每一次参数的调整都可能对激光器的性能产生巨大影响。团队成员们日夜奋战,对新结构进行反复设计、模拟和优化。为了提高器件的均匀性和重复性,他们在工艺技术上不断摸索创新,经过无数次的实验和改进,终于突破并掌握了多项大功率激光器的关键工艺技术。同时,王立军团队还开展了激光器集成芯片制备、高密度器件封装、大功率散热等工程化关键技术及应用研究,致力于提高激光器的使用寿命、转换效率等关键参数,使其能够满足工业化应用的严苛要求。1998年,经过长达数年的艰苦攻关,他们终于研制成功808nm单管半导体激光器,实现连续输出3.6W,并且寿命成功突破5000小时,随后又迅速实现了工程化,该成果迅速应用于国防、航天等关键领域,填补了国内相关领域的空白,为我国相关产业的发展提供了强有力的技术支持。
垂直腔面发射激光器(VCSEL)自问世以来,便在半导体激光器领域占据着重要地位,但其输出功率长期徘徊在几毫瓦至十几毫瓦之间,严重限制了其应用范围。王立军决心打破这一困境,带领团队另辟蹊径,向瓦级大功率垂直腔面发射激光器的研究发起挑战。他们突破了前人认为VCSEL只适于低功率运作的传统观念,从理论层面详细阐明了瓦级大功率运作的可行性。王立军创新性地提出多增益区、组分渐变、调制掺杂DBR等多项全新的设计理念,为研究指明了方向。然而,从理论到实践的道路充满荆棘,芯片制作和器件封装过程中遇到了诸多技术难题。团队成员们查阅大量国内外文献资料,借鉴相关领域的先进技术,经过无数个日夜的努力,终于攻克了这些关键技术。2002年,他们在国际上首次成功研制出单管连续输出1.95W的大功率垂直腔面发射激光器,这一成果震惊了国际学界,与当时国际上传统结构相比,光功率提高了近100倍。鉴定委员会给予了高度评价,认为该成果6项主要指标国际领先。这一重大突破,不仅显著拓宽了垂直腔面发射激光器的应用领域,更为我国在该领域的研究赢得了国际声誉。
2011年,王立军团队再次创造奇迹,在国际上首次研制出92瓦脉冲输出单管背面衬底发射激光器,再次刷新世界纪录,创造了多项“国际第一”。这一成果的取得,进一步巩固了我国在大功率垂直腔面发射激光器研究领域的领先地位,为我国在光通信、互联网、大数据、人工智能、先进制造等众多前沿领域的发展提供了核心光源支撑,有力地推动了相关产业的技术升级和创新发展。
安全问题始终是半导体激光应用的重中之重。以往,各类导弹、飞行器普遍采用电阻丝点火方式,这种方式极易受到静电、雷击和人为干扰,严重威胁到点火的安全性和可靠性。王立军看在眼里,急在心里,带领团队全力投入到新型点火装置的研发中。他们深入研究激光点火的原理和技术,经过多年的不懈努力,成功研发出“双路远程控制激光点火装置”。该装置一经问世,便因其卓越的安全性和可靠性,被评价为“具有里程碑式的意义”。目前,该装置已在航天、国防等领域得到广泛应用,为我国的国防安全提供了更为可靠的保障。
近年来,量子科技作为引领未来军事、工业革命的颠覆性、战略性技术,成为全球科技竞争的焦点。王立军凭借敏锐的科研洞察力,精准地找到了我国在量子科技领域的“卡脖子”问题。他带领团队历经十几年的潜心研究,成功研制出适用于原子钟、磁力计、陀螺仪等领域的三种“高温工作的VCSEL芯片级激光光源”。经过严格检测,该光源多项指标达到国际领先水平,填补了国内在该领域的技术空白,为我国量子科技的发展注入了强大动力,助力我国在量子科技领域实现弯道超车。
近两年,随着智能车、智能机器人等新兴产业的蓬勃发展,对小型化雷达的需求日益迫切。王立军紧跟时代发展步伐,带领团队投身相控阵激光雷达芯片的研究。在研究过程中,他们面临着芯片设计、制造工艺等诸多技术难题。团队成员们相互协作,充分发挥各自的专业优势,经过反复实验和优化,终于成功研制出相控阵激光雷达芯片,为智能车、智能机器人等领域的小型化雷达应用奠定了坚实基础,有望推动相关产业实现跨越式发展。
在提升半导体激光器性能参数的同时,王立军始终将科研成果的产业转化放在重要位置。他深知,只有将科研成果转化为实际生产力,才能真正为国家的经济发展和社会进步做出贡献。针对国内市场的多样化需求,他带领团队积极开发各型激光器及集成模块,包括激光器单管、激光线阵模块、激光迭阵模块、面发射激光面阵模块、激光合束光源等5大系列几十个激光产品。这些产品凭借优异的性能和稳定的质量,在国内上百家企业和科研院所得到广泛应用,产生了显著的社会和经济效益,推动了我国半导体激光产业的快速发展,提升了我国在全球半导体激光产业中的竞争力。
王立军不仅是一位杰出的科学家,更是一位优秀的导师和团队领导者。在人才培养方面,他始终坚持以善育人、以德铸魂的理念,注重培养学生的创新思维和实践能力。他以身作则,用自己严谨的治学态度和无私的奉献精神影响着身边的每一位学生和团队成员。在团队中,他营造了公平、开放、流动、竞争、择优的良好环境,充分调动每一位成员的积极性和创造性。他鼓励团队成员勇于尝试新的研究思路和方法,不怕失败,在实践中不断成长。在他的悉心指导和培养下,一批又一批优秀的科研人才脱颖而出,如今他的团队已发展成为一支拥有百人的高素质科研队伍,成为我国半导体激光领域的中坚力量。
实验室是科研创新的重要阵地。二十多年来,王立军始终心系实验室建设,为打造一流的科研平台积极奔走、献计献策。在他的努力下,如今已建成拥有一亿五千万元设备的超净实验室,为团队开展前沿科学研究提供了有力保障。实验室里,先进的设备一应俱全,从高精度的激光测试仪器到先进的芯片制造设备,为科研人员们提供了良好的研究条件。在这里,无数的科研设想得以验证,一项项科研成果相继诞生。
2019年,华为遭受国外限制,我国光电子芯片产业面临严峻挑战。王立军心急如焚,他深知光电子芯片对于国家科技发展的重要性。于是,他联合12位两院院士,向国家提出“关于突破光电子芯片困境,支撑5G和AI产业发展,构建光电子产业集群”的建议信。这一建议引起了国家的高度重视,科技部经过深入调研,认为长春光学精密机械与物理研究所王立军团队在光电子芯片研究方面具有显著优势,于是指定他们的团队负责组建“国家半导体激光技术创新中心”,并投入7亿元资金予以大力支持。在王立军的带领下,团队成员们齐心协力,目前已建成一期洁净厂房3500平米,三条超净工艺线顺利运行,现有固定人员75人,并且已经开始有产品产出。该创新中心的建设,将进一步整合国内半导体激光领域的优势资源,加强产学研合作,推动我国半导体激光技术的创新发展,为我国在全球光电子芯片产业竞争中赢得主动权。
多年来,王立军凭借着“知不足而奋进”的精神,在半导体激光器领域不断探索前行。他胸怀祖国,始终将国家的需求放在首位,以追求真理的执着态度,勇攀科技高峰。在科研道路上,他遇到过无数次的困难和挫折,但从未有过丝毫退缩。他用自己的实际行动,诠释了一名科学家的责任与担当。同时,他注重奖掖后学,为培养新一代科研人才不遗余力。如今,虽已年逾古稀,但王立军依然活跃在科研一线,初心不改,奋斗不止。他就像一位不知疲倦的追光者,在半导体激光领域继续探索创新,为实现我国从科技大国向科技强国的转变贡献着自己的全部力量,他的精神激励着一代又一代的科研工作者为实现中华民族伟大复兴的中国梦而努力拼搏。