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追光者 | 华东师范大学程亚：“顶天立地”的科研人生

他发表SCI论文200余篇，迄今为止被引超万次，H因子超过60，连续入选爱思唯尔“中国高被引学者”；
他是973计划、重点研发计划首席科学家，编著了6部中英文专著其中不乏领域经典；
他受邀150余次国际会议作特邀报告，向世界彰显中国学者的学术影响力；
他领衔斩获上海市自然科学一等奖、科技部颠覆性技术大赛优胜奖等殊荣，印证着基础研究向产业转化的卓越成效。
他就是华东师范大学物理与电子科学学院院长程亚教授。这位兼具科学家精神与爱国者情怀的学者，正以光子为刃，在微纳世界镌刻属于中国智造的精密图腾。
追光者 | 华东师范大学程亚：“顶天立地”的科研人生

“我在为自己的国家做贡献”

 

程亚本科毕业于复旦大学，自幼受家族中光学研究者的影响，对光学产生了浓厚兴趣。
“从高中时期开始，我便在光学实验室参与辅助性工作。”这也为程亚后来的光学之路奠定了基础，毕业后，程亚进入中国科学院上海光机所深造，硕士阶段专注于自由电子激光这一先进激光技术的研究。
在硕士转博士期间，程亚了解到中国激光领域的领路人徐至展院士，并成功考取其博士生。
程亚回忆道：“徐院士与国际学术界有密切的交往，对前沿技术有着非常敏锐的洞察力。”在徐院士的课题组中，他接触到了激光领域的多个研究方向，并积极参与相关研究。
2001年至2006年，程亚先后在日本理化学研究所和美国密苏里-劳拉大学从事合作访问研究。这段期间，他在日本的科研工作尤为引人注目，尤其是在2004年，他成功研制出世界上首个利用超快激光技术制作的立体微流激光器。这一突破性成果不仅在国际学术界引起了广泛关注，还被一位美国著名化学家——同时也是美国总统的顾问——在其研究中引用，进一步彰显了这项工作的开创性价值。
谈到这段经历，程亚严肃而认真：“尽管我在日本的工作得到了认可，但每当媒体报道时，总是将我的成果归功于‘日本科学家’，这让我感到非常不舒服。”（注：如果科学家在执行研究开发机构、高等院校或企业的任务时取得的成果，通常被认为是职务科技成果，其所有权归属于单位‌。）
“我从未认为自己是一个日本科学家。我是中国人，我所用的知识和技能都是从中国学到的，中国培养了我，而我却没有回报祖国。我的这些贡献被冠以国外科学家的名头，这让我觉得不公平。”
为了这份公平，程亚毅然决然地放弃了日本和美国研究所开出的优渥条件，回到了祖国。“人总要做出取舍，对于我来讲，尊严和归属感更为重要。这是值得的，因为我在为自己的国家做贡献。”

跨学科思维才能造就独特视角

 

程亚的研究涉及激光的多个分支领域，包括超快激光、生物光子学等，并在这些领域发表了多篇论文，与国内外同行保持密切合作。“目前，我的研究方向主要集中在两个方面：一是超快激光与物质相互作用的非线性原理，二是激光在光刻中的应用。此外，我还参与了激光信息处理等多项研究。”
谈到如何在广泛涉猎多个领域的同时，在自己的核心研究方向上取得卓越成就，程亚微笑着分享了他的见解：
“ 
这其实是一个非常深奥而有趣的现象。纵观历史，许多伟大的科学家和思想家都具备跨学科的知识储备。以牛顿为例，他不仅在光学和力学领域取得了划时代的成就，还深入研究了炼金术（即早期的化学），甚至后来担任造币厂的厂长，参与经济管理。这些经历表明，要想在某一领域达到顶尖水平，必须广泛汲取其他领域的精华。如果知识面过于狭窄，很难真正成为行业的领军人物。当今世界亦是如此。无论是乔布斯还是马斯克，他们的思维都极为开阔，但最终在创新和产出时却异常聚焦。这种跨学科的思维模式，不仅拓宽了他们的视野，也为他们在各自领域取得突破性成就提供了独特的视角和灵感。

 

” 
广泛涉猎、集中产出，这种研究哲学也渗透程亚的团队，他们聚焦于三个核心方向：光子芯片、化工芯片以及这些高技术背后的底层物理原理的前沿探索。而在与核心产品相关的外围知识方面，程亚的团队覆盖面非常广。程亚解释道：“这是一个生态系统，涉及许多环节。要与生态圈中的同行或合作伙伴有效对话并创造价值，必须了解他们的需求。”他以他们研发的微化工芯片举例：“很多时候，化学领域的人并不完全了解芯片的具体结构或原理，他们只关心两件事：一是芯片的价格是否可控，二是芯片能否帮助他们高效绿色地制造出所需的产品。至于芯片内部采用什么样的新型三维结构或复杂原理，他们并不那么关心。”

但我们作为光学领域的人，必须要关心化学的这些细节，因为如果不了解这些，就无法真正满足他们的需求。因此，我们必须既懂自己的领域，也懂他们的领域。如果只专注于自己的领域，而不去了解看似有距离的其他领域，就很难搭建起沟通的桥梁，也无法创造出真正有用的产品。遗憾的是，很多人不愿意花费精力去探索那些似乎与自己无关的领域，这可能是他们难以突破的原因之一。

做研究，就要“顶天立地”

 

基础研究与应用研究是科研工作者绕不过的话题。
程亚强调，纯粹的“顶天”研究（即基础研究）固然重要，但若无法“落地”（即转化为实际应用），其意义将大打折扣。反之，若只关注“落地”而缺乏先进原理的支撑，产品则可能沦为低端货，难以创造高价值。真正代表国家实力的高技术，必然是“顶天”与“立地”的完美结合。
程亚的团队在理论与应用研究之间找到了平衡。他们的研究必须同时满足三个条件：原创性（顶天的核心）、领先性（技术必须领先）以及创造经济回报（落地）。只有三者兼备，他们才会投入资源。微化工芯片的成功正是这一理念的体现。
“微化工芯片是我们最成熟的产品，已形成稳定的产品线，用户量也不断在指数增长。”程亚介绍道，“其研发源于化工领域的一个梦想——实现化学反应的高效、绿色与安全。传统大反应釜无法满足这些需求，直到以美国康宁公司为代表的企业开始探索微化工芯片技术。”
微化工芯片通过微细管道进行化学反应，解决了传统反应中混合不均、易爆炸、效率低等问题。然而，其推广面临两大挑战：成本高昂和微通道易堵塞。程亚团队自2000年起研究微流道技术，但受限于当时超快激光加工技术的瓶颈，进展缓慢。
“我们的独特之处在于使用超快激光技术直接在材料内部雕刻出微细管道，而其他团队主要采用机械加工或材料烧结等方法。”程亚解释道，“这些方法无法实现复杂的三维通道结构，而三维结构是解决传统微化工芯片瓶颈的关键。”
2016年，随着激光器技术的成熟，程亚团队抓住机遇，结合自身研究成果，成功开发出大尺寸微化工芯片，解决了传统大反应釜无法实现微反应的难题。“这一技术的成功远超预期。”程亚感慨道，“我们不仅解决了微通道易堵塞的问题，还大幅降低了成本，使其能够满足产业应用的需求。”
2023年，程亚的《高通量光化工芯片激光制造及应用研究》荣获科技部颠覆性技术奖。他提到一个有趣的细节：“评选需经过两轮答辩，评委均为投资人。虽然他们懂技术，但更关注商业价值。每次答辩，所有评委都一致支持我们。”目前，微化工芯片已经应用到上海华谊集团、上海迪赛诺药业股份有限公司等企业的中试生产线中。
除了微化工芯片，铌酸锂光子芯片也已投入实验室应用。程亚的理念是“站在别人的肩膀上”，即在保留传统技术优点的基础上进行升级，而非完全颠覆。目前，光学信息处理领域最成功的器件大多基于光纤技术，但光纤存在成本高、体积大、集成度低等问题。程亚团队的目标是将光纤技术集成到芯片上，即将光纤转变为波导。
然而，传统波导损耗较高，限制了光集成器件的发展。程亚团队利用飞秒激光加工辅助的化学机械研磨，研发出一种高效、大规模制备超低损耗铌酸锂波导的方法，损耗仅约0.03 dB/cm。“我们的铌酸锂光子芯片具有成本低、体积小、集成度高等优势。如果性能接近光纤，将具有巨大的市场替代潜力。”程亚表示。
目前，铌酸锂光子芯片更偏向实验室应用。“尽管我们在降低波导损耗方面取得了世界领先的成果，但要实现像光纤一样的大规模应用，仍需将损耗进一步降低1~2个数量级。未来我们将逐步走向商用。”程亚补充道。
在基础研究领域，程亚团队取得了显著成就。他们的“超快强光场驱动的空气激光研究”项目荣获2022年上海市自然科学一等奖，该研究不仅发现了超快强光场驱动的空气激光现象，还提出了电离-耦合新模型，开辟了强场驱动空气激光的新前沿，推动了超强超短激光在遥感领域的创新应用。此外，程亚团队在2009年发明的时空聚焦技术，成为其后续研发的底层核心技术之一，广泛应用于加工领域。这一成果不仅被国外研究组广泛模仿，相关论文引用量更突破200次，美国科罗拉多大学的一位教授在其论文中明确指出，程亚团队是首次实现这一技术的团队。
追光者 | 华东师范大学程亚：“顶天立地”的科研人生

科研“风投”：在成果与应用间寻找平衡

 

程亚认为，超快激光领域的研究与商业化是一个充满机遇与挑战的过程。他坦言：“能够将科研成果转化为商业价值，我们是非常幸运的。”
在谈到科研与商业的平衡时，他分享了自己的见解：

历史上，许多基础研究最终未能落地，但这并不意味着它们没有价值。科学研究就像风险投资，100个项目中可能有90个会失败，但剩下的10个可能会带来巨大的回报。基础研究也是如此，可能只有10%的研究最终转化为实际应用，但正是这10%推动了人类文明的进步。如果没有大规模的基础研究投入，我们无法发现那10%的机会。

程亚进一步指出，在当今时代，如果一个科研问题完全没有商业化的可能性，其发展可能会受到限制。即使取得了一定进展，也可能被遗忘。因为现代科学的发展不仅依赖于理论探索，更需要技术和资金的支持。例如，探索宇宙起源或观测遥远星系，离不开大型望远镜和粒子对撞机等尖端设备，而这些设备的研发和运行需要巨额资金。如果没有商业体系的支撑，仅靠义务劳动，这些研究根本无法实现。
然而，程亚也强调，商业价值并非科研的唯一驱动力。他的团队在进行技术研究时，也会涉足一些看似“无用”的领域。这些研究虽然短期内没有商业回报，但正是这种好奇心驱动的探索，往往能孕育出真正的创新。
超快激光正是一个兼具科研与商业价值的领域。程亚认为，未来很长一段时间内，这一领域仍将聚焦于高重复频率、宽波长范围和高功率的激光器研发，同时，激光器的稳定性也将成为关键指标。他的团队在国际上率先将超快激光应用于光刻技术，而光刻对激光器的稳定性要求极高，否则会影响加工精度。此外，超快激光的聚焦强度极限也是一个重要研究方向，因为它可能带来新的物理效应和多体相互作用。
超快激光技术的未来发展方向之一，是成为一种更加普适的工具，帮助科学家在时间分辨的范畴内探索超快过程。这一技术本身并不提供答案，但它为各个领域的研究提供了重要的平台工具。
“就像一把锄头，可以用来挖掘金矿、银矿或铜矿，其价值取决于所挖掘的资源。”
随着手机和芯片市场增速放缓，超快激光的需求也受到一定影响。然而，程亚的团队正在改变这一现状。他们利用超快激光制造新型芯片，未来这一领域将产生巨大的市场需求。一旦芯片需求增长，超快激光作为工具的价值也将随之提升。
程亚形象地比喻道：“如果金矿被挖得差不多了，锄头的需求就会下降。但现在，我们正在创造新的金矿。”

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