【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】北理工張軍院士領(lǐng)銜的科研團隊秉承“報國擔當，知微見著，交叉協(xié)同，卓越創(chuàng)新”的精神，在科技報國之路上勤耕不輟，6年甘坐“冷板凳”，潛心鉆研“熱課題”，聚焦片上光學(xué)研究新領(lǐng)域，攻克一個個關(guān)鍵核心技術(shù)難題。小小器件發(fā)揮大大作用，用光探測復(fù)雜世界，性能指標國際領(lǐng)先，相關(guān)成果被《Nature》報道。
 

　　創(chuàng)新突破，開辟片上光學(xué)研究新領(lǐng)域
 

　　高光譜成像技術(shù)是一種能夠同時獲取目標空間幾何信息和多波段光譜信息的光學(xué)探測技術(shù)，在衛(wèi)星遙感、深空探測、新質(zhì)裝備等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用。然而，現(xiàn)有高光譜成像技術(shù)存在系統(tǒng)體積大、重量重、難集成等瓶頸問題，嚴重制約了其在重大領(lǐng)域、新質(zhì)新域的發(fā)展和應(yīng)用。北京理工大學(xué)張軍院士帶領(lǐng)團隊秉承“報國擔當，知微見著，交叉協(xié)同，卓越創(chuàng)新”的精神，不懈攻關(guān)，努力開拓，首創(chuàng)了片上光譜復(fù)用感知架構(gòu)，研制了國際首款百通道百萬像素高光譜實時成像器件，光能利用率創(chuàng)造世界最高記錄。
 

　　11月7日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》對該成果進行了報道，北理工是該論文的唯一完成單位，張軍院士、邊麗蘅教授為共同通訊作者，博士研究生王振、碩士研究生張宇哲是文章主要完成人。片上光學(xué)研究是信息領(lǐng)域的前沿熱點，相關(guān)成果能夠獲得《自然》刊發(fā)，充分彰顯了北京理工大學(xué)復(fù)雜環(huán)境科學(xué)探測研究中心的原始創(chuàng)新能力，開啟了學(xué)校信息領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的新篇章。
 

　　突破，實現(xiàn)“片上光學(xué)”重大創(chuàng)新
 

　　“科研創(chuàng)新實踐要與國家發(fā)展絲絲相扣，要瞄準事關(guān)國家安全的重大戰(zhàn)略需求，敢為人先，追求卓越。”智能化、微型化是新質(zhì)新域探測裝備的重要發(fā)展方向，其核心成像感知器件屬于國家戰(zhàn)略急需。“如何在自己的專業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新突破，應(yīng)用高光譜成像技術(shù)服務(wù)國家戰(zhàn)略急需？”邊麗蘅一直在思考著、實踐著。
 

　　高光譜智能成像器件體積僅有礦泉水瓶蓋大小，具有集成度高、質(zhì)量輕、成像速度快、成像精度高等特點

 

　　“越是急難險重的任務(wù)，越要迎難而上；越是國家需要，越要有人去做。”從2018年開始，邊麗蘅秉持這樣的信念，開始了“片上光學(xué)”探索之路。從光刻集成到標定重構(gòu)，從理論研究到應(yīng)用實驗，團隊突破了多項瓶頸難題，首創(chuàng)了片上光譜復(fù)用感知架構(gòu)，顛覆了傳統(tǒng)幾何分光架構(gòu)、窄帶測量機理、物理測量輸出模式，實現(xiàn)了片上寬帶異化調(diào)控的計算光譜成像，完成了由空白到成型的艱難歷程，開拓了片上光譜研究新領(lǐng)域。
 

　　科技創(chuàng)新是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素，理論創(chuàng)新為技術(shù)發(fā)明奠定了堅實基礎(chǔ)。多年來，團隊注重將原創(chuàng)性顛覆性技術(shù)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新成果，并實現(xiàn)重大場景應(yīng)用，形成新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的澎湃動能。在實現(xiàn)理論突破的同時，團隊強化材料、光學(xué)、電子、計算機等多學(xué)科交叉，打造了核心關(guān)鍵技術(shù)群，研制了國內(nèi)首款百通道百萬像素高光譜實時成像傳感器，將光能利用率由典型的不足25%跨越提升至71.8%，創(chuàng)造世界最高記錄；器件僅重數(shù)十克，體積僅有礦泉水瓶蓋大小，工作波段覆蓋了可見光和近紅外超寬波段，具有國際領(lǐng)先的時-空-譜分辨率。相關(guān)成果獲2023年度中國電子學(xué)會技術(shù)發(fā)明一等獎。
 

高光譜智能成像器件拍攝的月球表面實時光譜視頻
 

　　“你看，這是應(yīng)用我們的高光譜智能成像器件拍攝的月球表面實時光譜視頻，月表地形細節(jié)清晰、光譜探測精準高效，實現(xiàn)了對動態(tài)和弱光場景的高分辨率實時光譜成像。”談到成果應(yīng)用，邊麗蘅興奮又自信。體積小、集成度高、質(zhì)量輕、成像速度快、成像精度高等突出特點，使得這枚小小的器件在國家新一代遙感重大工程、智慧交通工程、未來新質(zhì)裝備等重大領(lǐng)域獲得應(yīng)用，并在公共安全、智慧農(nóng)業(yè)、海洋科學(xué)、地質(zhì)勘測等多個國家重點領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用前景。
 

　　探索無人區(qū)，實現(xiàn)突破創(chuàng)新，既需要頑強的毅力、百折不撓的精神，更需要敏銳的洞察力和前瞻的科研視野。對于這一成果的產(chǎn)出，邊麗蘅坦言，“每當研究躑躅不前時，我們都會找張軍老師一起討論。他的科研指引和篤定堅持讓我們能夠有信心走下來，也教會了我們要把握科學(xué)規(guī)律，從源頭探索、發(fā)現(xiàn)和解決問題。”
 

　　卓越，培育科研領(lǐng)軍人才
 

　　“科研過程漫長且艱辛，張老師和邊老師勇攀高峰、追求真理的科學(xué)精神，成為了我學(xué)術(shù)道路上的燈塔?？恐鴮?dǎo)師們的指引與團隊協(xié)作，憑借信念和熱愛，才有了現(xiàn)在的成果。”作為一名碩士研究生，能夠在《自然》上發(fā)表文章，張宇哲內(nèi)心無比激動。無數(shù)個在復(fù)雜環(huán)境科學(xué)探測研究中心實驗室與各類儀器作伴的日夜，失敗與轉(zhuǎn)機不斷重復(fù)，失望與欣喜交織錯雜……都已成為這一成果的生動注腳。
 

　　“人才培養(yǎng)與科技創(chuàng)新是一體化的，科研是發(fā)現(xiàn)知識、拓展認知邊界、塑造科學(xué)思維的過程，更是培養(yǎng)人才、造就人才的過程。”入學(xué)之初與張軍老師的對話，為張宇哲、王振的科研實踐提供了動力源泉，也為團隊的人才培養(yǎng)提供了指引。多年來，團隊注重發(fā)揮科研育人功能，不斷提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和人才原始創(chuàng)新能力。王振在2021年剛?cè)雽W(xué)時還是一名科研的“門外漢”，但經(jīng)過三年的潛心研究、攻堅克難，他已經(jīng)能夠跟材料、集成電路、計算機等不同領(lǐng)域的專家討論交流，發(fā)現(xiàn)和解決問題，實現(xiàn)了科研能力和專業(yè)素養(yǎng)同步提升，塑造了堅韌不拔、不懈追求的意志品質(zhì)。
 

片上光譜復(fù)用感知架構(gòu)及其工作原理
 

　　“我們要做的就是給平臺裝上‘慧眼’，給裝備裝上‘明眸’，同時賦予機器更高維度的感知能力，事雖不易，但做科研是最酷的事兒。”高光譜智能成像方法的提出和樣機制備，是一個從0到1的過程，很多時候，團隊都是在茫茫的大海中探索。王振說，“邊老師總是站在科研最前線，每周甚至每天都跟我們進行高頻次深入研討，和我們擰成一股繩，一起面對每個困難，共同解決每一個問題”。
 

　　為者常成，行者常至。為了找到最合適的材料，團隊師生不斷突破自己的學(xué)術(shù)背景，閱讀大量文獻，測試了上幾百種材料；為了實現(xiàn)有效的芯片級光學(xué)調(diào)控，團隊設(shè)計并實驗了多種集成架構(gòu)和制備工藝；為了達到高精度成像和光譜重建，團隊對著數(shù)萬行代碼反復(fù)進行修改測試，構(gòu)建并不斷優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)與硬件結(jié)構(gòu)的適配與效率；為了驗證樣機性能，團隊進行上百次應(yīng)用試驗，采集了上萬組數(shù)據(jù)。
 

　　“面對科技高峰，張老師和邊老師給了我兩把‘登山杖’，一把是瞄準國家重大戰(zhàn)略和世界科技前沿的學(xué)術(shù)眼光，另一把是多學(xué)科交叉融合的科研方法，在他們的支撐下我得以大步向前。”張宇哲在碩士畢業(yè)論文致謝中寫道。2024年7月，張宇哲碩士畢業(yè)就職于一家人工智能龍頭企業(yè)，繼續(xù)開展前沿研究。王振在科研道路上，繼續(xù)追隨張軍和邊麗蘅的腳步，以興趣為導(dǎo)向，以勇氣為羽翼，立志成為“為國家科技進步做貢獻”的領(lǐng)軍人。
 

　　托舉，造就一流人才隊伍
 

　　2018年，邊麗蘅從清華大學(xué)博士畢業(yè)，加入張軍院士團隊。邊麗蘅在博士期間的主要研究方向是計算光學(xué)成像，來到團隊后，張軍鼓勵他要瞄準國家急需，結(jié)合個人的專業(yè)和興趣開展研究。“理想、時間、協(xié)作、靈感、機遇，缺一不可。”邊麗蘅記在心里、行在腳下，始終以“報國擔當、卓越創(chuàng)新”為目標，向著空白領(lǐng)域的科研高峰不斷攀登。
 

　　“探測裝備小型化、集成化、高性能，最早是張老師引導(dǎo)我做的方向。高光譜成像目前有很多人在做，但如何能夠做出體積小、便于攜帶、應(yīng)用廣泛的器件，是目前研究中的難點和熱點。”邊麗蘅介紹道。“我們團隊有著非常開放、平等的科研氛圍，即使在行政事務(wù)非常繁忙的情況下，張老師也會定期與我們交流討論。”張軍在科研方向上的遠見卓識、在科研工程中的悉心指導(dǎo)，為邊麗蘅鍥而不舍、矢志攻關(guān)提供了方向指引和堅強保障。
 

　　“開展顛覆性原始創(chuàng)新研究，風險未知、成果待定、時間漫長，不僅要著眼當下快速起步，更要耐得住寂寞，從基礎(chǔ)研究中尋找突破。”片上高光譜智能成像研究，無前人經(jīng)驗可循、無成果可參考。經(jīng)冬復(fù)立春，6年時間里，團隊戒驕戒躁、求真務(wù)實，在“冷板凳”上鉆研“熱課題”，攻克了一個個關(guān)鍵核心技術(shù)難題，實現(xiàn)了多個“國內(nèi)首創(chuàng)”、“國際領(lǐng)先”。
 

　　青年人才要快速成長為科研骨干，既要有良師指引，也要有充足的資源保障。在張軍院士團隊，“團隊托舉，壓茬培養(yǎng)”已成為一種傳統(tǒng)。邊麗蘅剛到團隊時，自己的科研經(jīng)費、學(xué)生數(shù)量都很有限，團隊統(tǒng)籌資源為他蓄勢聚力，支持他出成果出成績。如今，邊麗蘅已成長為團隊的核心骨干，高水平成果陸續(xù)產(chǎn)出，并成功入選國家級青年人才計劃。積微成著、聚沙成塔，在這樣的培養(yǎng)模式下，團隊近三年陸續(xù)有5位青年教師入選國家級青年人才計劃，牽頭獲得3項省部級科技一等獎。
 

　　隨著片上光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用推廣，邊麗蘅將繼續(xù)深耕這一領(lǐng)域，不斷探索新的研究方向和應(yīng)用場景。邊麗蘅的成長與發(fā)展是張軍院士團隊傾心培育一流人才的生動縮影。多年來，團隊始終堅持“有設(shè)計、有組織的科研”，統(tǒng)籌謀劃科研布局，為青年人才規(guī)劃成長路徑，精準服務(wù)國家戰(zhàn)略急需，高水平論文、原始創(chuàng)新成果如井噴之勢持續(xù)產(chǎn)出，打造了一支服務(wù)國家科技自立自強的高水平人才隊伍。
 

　　近年來，北京理工大學(xué)堅持教育、科技、人才“三位一體”統(tǒng)籌推進，大力實施“科學(xué)組織的治校理教”，加強前瞻性思考、全局性謀劃、戰(zhàn)略性布局、整體性推進，一大批青年教師取得大成果、實現(xiàn)大發(fā)展，為學(xué)校高質(zhì)量快速發(fā)展注入了澎湃動力。未來，學(xué)校將全面貫徹黨的二十屆三中全會精神和全國教育大會精神，進一步全面深化綜合改革，暢通教育、科技、人才的良性循環(huán)，打造國家戰(zhàn)略科技力量，為加快推進高水平科技自立自強貢獻北理工力量。
 

　　原標題：創(chuàng)世界記錄！“火眼金睛”探測復(fù)雜世界的光譜密碼