全链条创新闪耀“中国光谷”

——探访武汉光电国家实验室(筹)

光电实验室的谢庆国教授（中）在带领学生开展数字PET研究实验

位于武汉光谷的武汉光电国家实验室(筹)(下简称光电实验室)，是我国光电领域唯一的国家实验室。光纤制造突破技术封锁、研制太阳能电池新材料、激光修复青铜编钟文物、全数字PET科学仪器与医疗影像设备……一系列重大科研成果在这个东湖湖畔的实验室产生。以服务国家重大需求为使命的光电实验室，在探索科研创新中，逐步形成跨学科跨领域、全链条搞科研、引导产业聚集三大突出亮点。

跨学科跨领域迸发创新动力

走进湖北省博物馆，不少游客都会被精巧的九连墩青铜编钟所吸引。然而，大多数游客并不了解，这套中国古代独有的青铜旋律乐器“双音钟”文物背后的故事。九连墩出土时破损严重，乐钟特征丧失，文物专家特意与光电实验室科研团队合作，在国内外首次借助激光焊接新技术修复文物，才使九连墩的外形、音阶得以恢复原貌。

参与九连墩编钟修复的光电实验室激光先进制造技术科研团队介绍，传统修复方法是将破损编钟矫形后用胶接或钎焊方法连接，虽能复原编钟外貌，却无法复原其音频与音品，无异于“哑钟”。课题组首次采用激光焊接技术，攻克激光焊接填充合金粉末成分优化和变形、开裂等关键技术难题，掌握破损编钟全套修复工艺，使九连墩编钟最终实现高质量的形声复原。

激光修复青铜编钟技术，仅是光电实验室众多科研成果中的一项。光电实验室是科技部2003年11月批准筹建的全国5个国家实验室之一。由教育部、湖北省和武汉市共建，依托华中科技大学，联合武汉邮电科学研究院、中国科学院武汉物理与数学所及中船重工集团717研究所共同组建。

多名参与光电实验室筹建的科研工作者介绍，10多年前开始组建国家实验室，主要是因为多数重点实验室学科单一、研究领域偏窄、规模较小、开放流动不够，而有针对性地组建综合性国家实验室可望破解这些难题。

光电实验室以“光电科学与技术”为切入点，站在光电学科的国际学术前沿，围绕我国在光电领域的重大需求，从基础理论、原理、工艺、核心器件到科研装置进行系统性的研究。

跨学科、跨领域的综合交叉研究，成为光电实验室的突出亮点。光电实验室党委书记夏松表示，目前下属的6个功能实验室中，涉及光电、信息、生物、医学、能源、机械等诸多学科门类，“打破学科之间的壁垒，不同学科之间的思想碰撞与融合，必然迸发源源不断的创新动力”。

全数字PET就是学科交叉研究的结晶。PET涉及核子物理、核医学、电子信息、机械等诸多门类，被公认为当今世界上的先进医学影像技术之一，在精准医学、脑科学、肿瘤等重大疾病的早期诊断、疗效评价，以及新药开发等领域具备不可替代的优势。

光电实验室研究员谢庆国带领“医工交叉”团队，攻克PET信号采样世界级难题，将临床前小型数字PET科学仪器图像空间分辨率从传统技术的1.56毫米，提升到0.87毫米，并通过上千例动物实验成像验证，使我国数字PET技术世界领先。

“顶天立地”探索全链条科研

长期以来，以观察现象与探究原理为主的基础研究，因投入大、风险高，难以吸引科研工作者的持续参与。“重应用、轻基础”现象在我国科研领域较为突出，成为制约我国科研综合实力提升的重要短板。

华中科技大学副校长、光电实验室常务副主任骆清铭接受半月谈记者采访时说，作为国家实验室，既要“顶天”，使基础研究走在世界前列;同时又要“立地”，能快速将科研成果转化为生产力，实现产业化。光电实验室要围绕光电领域全链条，来解决共性问题。

作为光电领域的核心部件，光电器件朝着微纳化和集成化的方向发展是大势所趋。当光电器件尺度达到微米或者纳米量级，会产生很多新的效应，一些传统的分析理论不再准确。比如纳米尺度下，量子效应显著，经典分析理论就失效，这些都需要运用新的理论和分析方法来分析微纳器件的新效应及内在机理。

“基础理论研究成果，虽然从科研转化率角度而言，综合产出并不高，但能为后续全光纳米器件、全光互连网络、全光计算系统方面研究，提供理论支撑和方法。”夏松说。

在应用端，光电实验室团队则紧跟市场产业需求，在高功率激光应用、钙钛矿太阳能电池、激光3D打印等方面硕果累累。

激光3D打印金属零部件技术是根据零件的三维数字化图形，采用激光束逐点逐线逐层熔化金属粉末，实现零部件高精度、高性能、数字化成形的新工艺。光电实验室通过多年努力，成功研制出系列具有自主知识产权的激光选区熔化3D打印系列设备，并在运载火箭、卫星等航天飞行器中得到工程化应用。

活性干酵母立式沸腾干燥床，是活性干酵母干燥生产设备中核心部件，制造难度大导致这个设备长期被海外公司垄断。光电实验室激光先进制造技术团队联合安琪酵母公司，采用激光切割、焊接技术，在大尺寸薄板激光精密加工变形控制技术方面成功突破，实现立式沸腾干燥床装备国产化。国外企业售价每套100万美元的设备，成本随即降至每套100万元人民币。目前，已有50台套干燥床被国内外企业应用，为企业直接节约资金4亿元。

围绕光电领域全链条科研推动，光电实验室目前已在信息与能量光电子器件、激光三维加工、大数据存储以及生物光学成像等战略方向取得多项研究成果，成为国内外光电研究机构中的佼佼者。自2011年起，在国际上知名的10所光学研究机构中，光电实验室年度发表SCI论文数量一直保持榜首位置。

成果转化引导产业集聚

通过一套叫MOST的高科技设备，老鼠大脑里的神经结构和血管分布，一测便知。MOST的问世，形成世界上首次捕获高分辨率全脑三维图谱，引发业界轰动。2014年，这项绘制“大脑地图”的专利技术，以1000万元价格转让给一家生物企业，成为教育部直属高校内首个公开挂牌交易的科研成果。

骆清铭是MOST项目负责人。他说，科技创新有时效性，研究成果若放在实验室里睡大觉，时间久了，就会失效，实现产业化，才能让科研投入保值、增值。“但也应清醒地认识到，科研工作者的特长是搞研究，而非办企业，因此科研成果转化中，科研人员应该‘只做渡船，但不上岸’。”

光电实验室的一大批科研成果即时就地转化，既让科研投入取得实效，又使一大批与光电关联企业从中获益，由此聚集在实验室所在的武汉光谷。国家实验室与产业集群之间，形成开放共享、共生共赢的良性循环局面。

据统计，目前光电实验室与13个企业联合建立了技术研发中心，数十项成果与技术成功转化，应用到通信、能源以及工业制造领域，创造直接经济效益过百亿元人民币。

另一方面，光电实验室利用自身一流的仪器设备和技术人才，对光谷区域数千家光电子企业提供大量的测试和技术服务，年均测试服务达4000多次，对光谷区域光电子产业发展提供技术支撑。

锐科激光是位于武汉光谷的一家专业从事高功率光纤激光器研发与生产的企业。这家企业自主研发多型号全光纤激光器，其中独立研发的中国首台万瓦光纤激光器，标志着中国成为继美国之后，第二个掌握此项尖端技术的国家。然而，制造光纤激光器的材料中，掺稀土特种光纤长期依赖进口，成为自主成果规模量产的瓶颈。

在关键技术受到封锁的背景下，光电实验室组织团队与企业一起通过艰苦攻关，基本解决了掺稀土光纤的产业化关键技术问题，单光纤输出功率达到4kW以上，成为国内唯一能够提供高性能光纤，且实现工程化应用的团队。

光电实验室教授、锐科激光总工程师闫大鹏说，光电实验室与企业的联合科研攻关，不仅能够打破国际光电领域的技术垄断，还可帮助企业解决技术层面的后顾之忧，腾出更多精力来发挥自身所长。

除锐科激光外，华工激光、迪源光电等企业，都是借助光电实验室为技术源头或开展联合研发，逐步发展壮大而成的高科技公司。目前，光通信产业已成为武汉光谷的支柱和优势产业，尤其是光电子器件在全国占有50%以上的市场份额、在全球占有15%以上的市场份额。

“中国光谷”首倡者、参与光电实验室建设的华中科技大学教授黄德修介绍，武汉光谷基础研究与产业化资源都比较雄厚，但此前长期缺乏基础研究与应用工程开发研究、产业化之间的衔接。光电实验室有效补齐了这块拼图，促使光谷形成完整的创新体系，带动武汉成为代表中国光电子信息领域最前沿技术成果的集散地。

“10多年来，光电实验室各方面成绩显著，但也应清醒地认识到：在光电科研与国家实验室运营管理方面，与国外先进水平相比还存在差距。”骆清铭说，光电实验室将不断加强服务国家的能力建设，建成在光电学科具有国际影响力的科学研究中心、学科交叉中心和人才培养中心。（半月谈记者 李劲峰 俞俭）