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追光者 | 上海交大义理林:心之所往,想做能落地的前沿研究

追光者 | 上海交大义理林:心之所往,想做能落地的前沿研究 光电汇OESHOW
2021-12-27
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导读:智能锁模激光器,正在落地的前沿研究

《追光者》

一文一人一故事。《追光者》栏目由光电汇特别策划,讲述充满传奇色彩的追光故事

是追求梦想,还是安于现状?每个人都有自己的梦想,但梦想的实现不是唾手可得,而是要全力以赴,不断进取,努力追求。今天,我们就一起来看看上海交通大学义理林教授为了追求梦想,奔赴在“追光”路上的故事。

义理林

上海交通大学特聘教授,博士生导师;电子信息与电气工程学院副院长,电子工程系主任;区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室副主任。


求学

交大九年,筑梦少年

1998年,义理林怀揣着高考录取通知书来到了上海交通大学,进入了物理系学习光学专业,从此开启了他的“追光”之旅。在交大,他花9年时间完成了本硕博学业。
硕士期间,他选择了偏应用研究的光通信方向,开始研究掺铒光纤放大器,并在当时业界国际顶尖杂志IEEE Photonics Technology Letters上发表了2篇论文。在研究掺铒光纤放大器时,他第一次萌生了将研究落地实现产业化的想法,还组织团队参加了学校的创业大赛。“但真正的创业只是昙花一现的念头,并没有过多思考。读研期间,想的最多的还是如何多发几篇文章。”
义理林原本打算硕士毕业后直接参加工作,但交大电子工程系的胡卫生老师看到了他突出的创新能力和科研潜力,邀请他从物理系转读到电子工程系继续进行科研工作。出于对前沿研究的热爱,义理林最终决定在上海交大电子工程系继续攻读博士学位,研究光通信领域的慢光效应——通过减慢光速来实现信号存储。
在那个年代,慢光效应虽然是热门领域,但这个方向的研究太前沿,还不能看到实际应用。而义理林希望自己做的研究能够真正落地且具有实用价值,并能够对社会产生直接或间接影响。因此,博士毕业后,义理林决定投身产业界,想去看看企业在做什么,如何开发,如何应用。
博士生导师和义理林(右)

入职

深入产业,积蓄力量

2007年博士毕业后,义理林进入了行业知名企业Avanex(2013年已将放大器和微光学业务出售给了II-VI)上海研发中心工作。入职三个月,他随其他新员工被外派到集团总部培训。名为培训,实则是能力测试。两个星期的培训之旅后,有的人被淘汰了,而义理林却受到了重用。恰好,泰国工厂的产线上遇到一个棘手的问题,因远程无法解决,总部决定从上海公司调人去现场解决,义理林又被外派泰国两个星期解决问题其中有一个有趣的小插曲:利用午休时间,义理林还展示了乒乓球技,成为泰国同事都知道的“乒乓高手”,宣传了我们的乒乓球文化)。正是这两次外派的机会,让公司领导看到了义理林解决问题的能力,为接下来义理林“挑大梁”奠定了基础。

当时,公司承接了上海阿尔卡特朗讯100G系统的光放大器项目,由于总部人手紧缺,上海研发中心获得了承担此次重要项目的机会。这是可以证明自身能力的绝佳机会,同时也需要承担失败的风险。在无人主动请缨的情况下,义理林啃起了这块“硬骨头”。凭借着在学校搞科研的那股执着劲头,义理林带领团队摒弃原有的设计平台,自主开发了光路、软件系统和硬件平台。半年时间内出色完成了项目研发并交付产品。
基于此,他开始承担公司内部新一代光放大器平台的开发。这个平台的目标是要使模块在体积减小一半的前提下,降低功耗,同时还要保持性能不变。“你可以想象你用的手机体积减小一半,还要保持性能不变,难度可想而知。”在所有人看来是不可能完成的任务,义理林带领团队不断攻关又一次将不可能变为可能。

通过这些项目的积累,义理林两年内连升三级,从光学工程师迅速成长为技术经理。

回归

重回交大,追逐本心

工作两年半,为了追求科研梦想,在公司正处于事业上升期的义理林却决定放弃外企的高职高薪,选择回到了上海交大从事科学研究和教书育人的工作。

当初放弃已拥有的一切,回到学校从零开始,从讲师做起,还是很需要勇气。2010年,刚结婚不久的义理林,站在了现实压力与科研理想的两端。彼时的他,家庭的压力、房贷的压力,亟需高收入来支撑。但是家人的支持成为他决定回到学校的最大动力。“虽然回到了原点,收入也大幅减少,但想到能做自己更喜欢的事情,心中就充满了激情。”

“我特别喜欢创造性的工作,尤其是希望自己可以研究出未来5到10年可以落地的科技成果。我在企业做光放大器,可以被应用到世界上各个地方,实现对社会产生直接影响的目标,但缺乏前沿性,只能针对客户需求去提升产品性能,远远达不到前沿研究的水平。这一点上,高校更适合我,更能实现我的梦想。”

重启

从零开始,寻找目标

“我的目标很明确:研究未来5到10年会成为产品的东西,并将其落地应用。” 怀着科研产业化的目标,义理林在上海交大继续他的“追光”之旅。

义理林提到,他特别佩服一些国际知名学者,既能做非常前沿的科学研究,发表高质量学术论文,又能将这些成果转化成产品,成立初创公司实现落地应用。“我也希望能够像他们一样,虽然一开始没有明确的可落地研究方向,但这颗种子一直埋在我心里。什么都不明确的情况下,那我就从基础研究做起吧。”
他用了三年时间埋头苦干做基础研究,发表论文,在学术方面颇有建树。2013年,义理林获得国家自然科学基金优秀青年基金项目支持,并获得了100万元的科研基金。

当科研渐入佳境,义理林心里那颗科研产业化的“小火苗”越烧越旺。2014年,结合自己在硕士期间的研究经历,他开始着手研究锁模光纤激光器的智能调控。“做锁模激光器的时候,需要手动调偏振。但手动调节偏振控制器实现锁模耗时较长且重复性差,一旦环境扰动极易失锁且难以恢复,限制了其工业应用。所以,我当时就在想,如果有一种自动检测、自动控制的技术,能够实现自动识别、自动调控,就能节省很多时间,劳动力解放了,就可以去做更多有价值的事情。”说起在实验室每天辛苦研究一点点进行科研突破的日子,义理林充满了激情。

曙光

坚持六年,终获认可

智能调控研究在刚开始的四年时间里始终没有太大起色,带领的学生也是一个又一个地毕业了,但是义理林坚信自己的研究方向是对的。

终于在2019年,他提出并带领团队实现的基于拟人算法(HLA)的智能锁模激光器达到了预期目标,研究工作被光学领域顶尖期刊《Optica》接收,被美国光学学会杂志《Optics & Photonics News》评为2019年度全球光学进展,并入选2019年度中国光学十大进展。在前期开发的智能硬件平台基础上,进一步解决了锁模激光器光谱实时调控的问题,研究成果发表于光学领域顶尖期刊《Light:Science & Applications》,并入选期刊封面文章,被该刊《News & Views》栏目专文报道。
六年的辛苦付出和艰难的技术攻关终于得到了行业认可。此项工作也作为重要代表性成果之一支撑义理林获得2020年度国家自然科学基金杰出青年基金项目支持。


智能锁模激光器结构
HLA是从人为调节锁模状态的过程中受到启发,通过将人的逻辑与机器的速度、精度和准确度相结合,来实现智能调控。开机自动锁模仅需0.22 s,失锁恢复则仅需14.8 ms。基于HLA的智能锁模激光器还可以自动锁定谐波锁模、调Q及调Q锁模等多种状态,并按需快速切换。锁模状态鉴别不需使用传统方法中涉及的示波器和光谱仪等昂贵仪器,采用低速ADC/DAC结合FPGA控制电路即可实现,因此该智能锁模激光器可设计为便携式模块,大大降低成本,满足工业应用的需求。
2019年及2020年初不少企业看到其商业价值后开始找到义理林谈合作,但是因为还没想清楚日后发展模式,都被义理林婉拒了。直到2020年暑假,“有创投机构找我咨询光通信行业发展建议,在交谈中了解到我正在研究的光纤激光器智能化控制后,认为我的项目已经具备了市场能力,并且能够给予资金支持,鼓励我落地。他们的这份信任彻底打消了我的顾虑。”
拥有研发出首个智能锁模激光器成果的先机,再加上资本的支持,市场的需求,以及具备持续产品开发的能力,在学校科技成果转化政策的支持下,义理林开始了自己的科研成果产业化落地项目。2020年10月,杭州爱鸥光学科技有限公司(简称“爱鸥光学”)在杭州富阳成立,10年前科研产业化的梦想终于落地生根,开始蓬勃生长。
爱鸥光学办公场地

不负

梦想启航,不负青春

如今,爱鸥光学已经成立一年多了,公司状况运行良好,已获得两轮融资。三条产品线并驾齐驱,多路发展,部分产品实现了样机和小批量生产。

一是面向激光精细加工领域的智能超快激光器。其中,智能超快放大模块可以实时监测飞秒脉冲宽度,通过算法确保脉宽及峰值功率的稳定度,使加工精度更加一致,解决应用痛点。整机系统因复杂的光机电软算一体化设计而开发周期较长,预计2022年一季度实现产品交付。

二是面向激光精密测量应用的智能双光梳模块。该产品利用智能识别和控制技术在单光纤腔内自动生成稳定双光梳输出,避免两个光梳锁定方式生成双光梳的高复杂度和高成本,可应用于微米量级精密测距和气体高精度检测。该产品将于年底实现交付,预计明年批量生产。

三是面向超高功率光纤激光器应用的光谱展宽模块。光谱展宽模块采用高精度光谱测量及光谱智能调控技术,有效抑制单频激光器功率放大过程中的非线性效应从而提升激光器输出功率,相比传统光谱展宽技术,单路激光器功率可提升30%-40%。目前已有成熟产品并交付客户,具备批量生产的能力。


相比于国外的‘光学+机械设计’来实现激光器高性能的技术路线,我们的智能超快激光器、智能双光梳以及光谱展宽模块,在光机设计的基础上,增加了嵌入到高速硬件平台的智能算法来提升产品的性能,这在全球都是领先的,可以说爱鸥光学是全球首家专注光纤激光器智能调控的企业。爱鸥光学的英文名是AIOPTICS,愿景就是:AI Optics, make optics smart。

爱鸥光学产品线架构

 “坚持做自己喜欢且擅长的事情,这是一件很美好的事情。”爱鸥光学在义理林的坚持下,终见雏形,并开始茁壮成长。
6年时间,义理林坚持的前沿技术得到了学术界的认可。现在,可能需要更长的时间来获得市场的检验,但是只要有一往无前的心,任何困难都会被跨越。就像义理林在采访中所说,无论做什么,首先要有一个明确的目标,并坚定这个目标,勇于行动,直面失败,成功终会垂青执着者。未来,义理林会在前沿技术落地的路上继续他的“追光”之旅。
我们每个人的心里都会有所向往,因为心之所向,所以会目标明确,并身体力行地一步一步实现。这个过程,本身也是一种美好。       


END

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