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光學名人
王啟明

王啟明(1933.7.5——) 光電子專家。福建泉州人。

1991年當選為中國科學院院士。

1963年開始致力于半導體光電子學研究。在中國首先研制成功GaAs室溫連續激射的半導體激光器及光雙穩態激光器。指導研制了量子阱激光器、調制器及光開關器件等,對發展我國光通信、光交換、光信息處理以及新一代集成光電子器件做出了重要貢獻。

人物簡介

1985-1995曾任中科院半導體研究所所長,先后多次獲國家級和院級科技進步一、二等獎。1986年始曾連續三次被評授予國家級有突出貢獻中青年專家稱號,1999年榮獲何梁何利基金“科學與技術進步獎”,2001年被中國光學學會、電子學會和通信學會聯合提名獲我國光通信與集成光學杰出貢獻獎。培養了50多名碩士和博士研究生。研制成量子阱激光器、調制器和光雙穩激光器及開關器件,對發展光信息處理、光開關光交換技術以及新一代光電子器件做出了貢獻。現兼職中國光學學會常務理事,并受聘為廈門大學、浙江大學、中國科技大學、北京工業大學等多所兼職教授。

目前主要從事半導體光電子器件物理、光子集成及其在光網絡通信中的應用,尤其關注Si基光子器件和Si基光電子集成的發展。

王啟明院士的代表性主要科研與學術成績:

主持研制成功我國第一臺CW運作10萬小時的GaAs DH激光器,發現了雙光絲自調Q效應,異質結界面電荷存儲記憶效應和雙向負阻效應

國際同步開展了雙穩態(CCTS)半導體激光器研究,提出增益鎖定的概念和相關注入的技術,獲得了ps窄脈沖序列的光輸出,實現了波長變換與鎖定,指導研究了SEED光雙穩態開關

主持開展了SiGe/Si 量子阱、量子點的生長與應用研究。首次采用共振腔增強(RCE)結構研究成功可用於光通信1.3m m波長窄帶響應光電子探測器,成功生長了Ge/Si量子點相干陣列,發現了自覆蓋效應

指導開展了Si基MOEMS和F-P腔TO型可調諧光學濾波器,獲得了可連續調諧90 nm范圍的最好結果。

近期完成和在研的主要項目:

國家自然科學基金重大項目:“半導體光子集成基礎研究”(1998-2002)

國家重大基礎研究規劃(973)項目:“支撐高速、大容量信息網絡光子集成基礎研究”(2001-2005)

國家自然科學基金委重大基礎研究計劃項目“光網絡及其節點功能研究”(2001-2006)

技術成就

國內外同行公認王啟明是中國信息光電子事業的主要開拓者之一,在不同的階段他都為中國光電子事業的發展作出了杰出的貢獻。

1.研制成功長壽命GaAs半導體激光器率先主持研制成功我國第一支室溫連續波運行10萬小時的GaAs半導體激光器,推動了我國光纖通信的發展。

20世紀70年代初,美國貝爾實驗室的第一支室溫連續波運行的半導體激光器宣告問世。1973年,中國科學院領導覺察到這一成就對發展我國光通信及光電子學事業的深遠意義,立即部署半導體研究所作為院重點任務組織力量,加強研究。當時正處于“文化大革命”期間,是非難分,人心渙散,要組織一支攻堅隊伍很不容易。王啟明臨危受命,從研究室中抽調組織了近20名科研人員,立即開展半導體激光器的研究。

在接受這一難度極大的重點任務之后,王啟明提出并采取了一系列有效的技術措施。激光器的有源工作區,僅有0.1μm的厚度,如何精確地可重復地控制它,首先決定于外延爐的控溫精度。他率領課題組的人員與當時七機部的同志合作,在較短的時間內研制成功我國第一臺高精度程控降溫外延爐,為優質外延生長的實現奠定了基礎。他吸取諸家的長處,與研究組的同事提出改進設計了我國第一套全密封金屬化外延系統,從根本上保證了外延材料的質量。為了降低閾值及功耗,他提出一種高技術實現高熱穩定隔離;在鍵合方面他還設計了新工藝,解決熱阻問題。由于他抓住了研制技術中的關鍵,從根本上提出并解決了技術難題。他率領全組同志經過五年艱苦奮斗,不斷改進生長技術,提高器件質量,激光器運行壽命達到了萬小時以上,并于1980年經中國科學院組織鑒定,獲中國科學院重大成果二等獎。

王啟明的視野并不只局限于器件的研制與研究上,他更關心激光器的應用。他和他的同事們積極參與北京市電話局的光纖通信建設,把研制出的激光器用在市話局的光纖通信實驗線路上,經受住了長時間工作的考驗,從而在我國揭開了以半導體激光器為基礎的光纖通信事業的序幕。該器件及其應用技術一并獲得1981年北京市科技成果一等獎。

在1985年第一次組織評審國家科技進步獎時,這一重大成就又作為我國“短波長光通信器件研制”的全國聯合項目,被評為二等獎,王啟明被公推為第一受獎者。與此同時,由他主持的長波長InGaAsP激光器的研制成功,又獲得“六五”攻關國家重獎。在此期間他在學術會議和學術刊物上公開發表的論文、報告有《雙異質激光器退化觀察》、《A1GaAs/GaAs DH激光器退化特性及L-I特性》、《GaAlAs/GaAs DH激光器的L-I特性》等10多篇。

1981年在美國舊金山召開的國際光通信和集成光學會議上,他受邀擔任會議程序委員會委員并作了《中國的光通信》的特邀報告。由于他的成就和在國際學術界的影響,自1983年起連續被邀擔任三屆國際半導體激光會議和兩屆國際光通信與集成光學會議及國際電光會議的程序委員會委員。

2.研制成功新型pnpn雙向負阻激光器深入研究雙異質結激光器物理,提出了雙光絲可飽和吸收機制、異質結界面態電荷存儲記憶效應和pnpn夾層負阻擊穿機制,解釋了激光器出現的異常現象,也為新器件的研究提出了新思路。

出于嚴謹的科學態度和實事求是的精神,王啟明對器件所表現的異常現象非常重視并開展了細致深入的研究。他和他的同事發現了某些激光器的異常瞬態輸出響應,他首先發現由于Al組分不均勻導致激光腔內雙光絲發光,并據此提出了導致復雜瞬態行為的物理機制,論文發表在國際雜志IEEE QE(《量子電子學》)1992年第18卷第4期上,為后來雙區共腔可飽和吸收調Q激光器的研究提供了思路。

他還發現某些激光二極管呈現的反常雙向負阻行為,提出是由于制備工藝熱過程帶來的自摻雜效應導致的反向結引入造成的。根據這一思路,后來成功地發展了一種新型pnpn雙向負阻激光器。

3.研制成功雙區共腔(CCTS)雙穩態激光器系統地發展了雙區共腔(CCTS)雙穩態激光器,為數字光電子學的發展打下了基礎。數字光電子學的發展必須具備有源和無源的光邏輯器件,這是80年代初人們開始關注的重要課題。

王啟明在提出雙光絲調Q效應解釋激光器中反常自脈動成功之后,隨即考慮如何有意識地研制這種器件,把普通的雙異質激光器分為兩段,保持在一個諧振腔中。這種雙區共腔激光器的輸出特性出現了光強回滯特性,即光雙穩態特性。光雙穩態特性正是光邏輯器件的基礎。王啟明和他的同事于1985年在中國《物理學報》發表了《InGaAsP質子轟擊內調Q雙穩態激光器》的論文,并與日本東京大學開展合作研究。

他和他的學生系統研究了雙穩激光器自調準單穩頻特性,穩頻度優于10-5。研究了光觸發增強放大特性,發現了輸入光譜的單模純正效應和光學混沌特性,并利用截取技術獲得10ps光脈沖。他指導學生提出一種獲得更窄光脈沖的“相關注入”新概念,并作了計算模擬研究。

由于王啟明領導的小組對雙穩態激光器進行系統深入研究所取得的成就,他曾三次在國際半導體激光會議上作報告,并在國際光電子學專集上特邀發表了總結性論文。這種器件已在國內被應用于信息光交換系統技術。作為階段性成果,于1987年被評為中國科學院自然科學二等獎。

1986年他在《中國通信學報》上發表了《共腔雙區CCTS 激光器的研究》一文,被中國通信學會評為優秀論文一等獎。 積極部署推動開展新一代量子阱光電子器件的研究,為我國“863”光電子高技術計劃的制訂與實施作出了重要貢獻。

1984年擔任半導體所副所長時,他全力支持并協助名譽所長黃昆院士爭取建立半導體超晶格國家重點實驗室。1985年他和他的同事合作指導的研究生在國內做出了第一支GaAs量子阱激光器,為量子阱光電子器件的發展,邁出了關鍵的一步。

1985年起,他擔任半導體所所長持續十年之久,大量的所務工作壓在他的肩上,讓他付出了很大的精力。與此同時,他又始終抓住光電子學發展的脈搏,并發揮他在所長崗位上所具有的國內外影響和作用,大力推進新一代光電子器件的發展。

他和研究生開展了量子阱自電光效應雙穩態光開關的研究、量子阱高速電光調制器的研究、量子阱面發射激光器的研究,并取得了重大進展,自電光效應雙穩態光開關器件,獲1992年中國科學院科技進步一等獎。量子阱長波長雙穩態激光器獲1995 年中國科學院科技進步一等獎。

1987年2月,中央批準我國“863”高技術計劃,光電子技術為當時計劃項目之一。經過老一輩專家和中國科學院院領導的推薦,以及國家科委的嚴格考核,王啟明被遴選為“863”計劃信息領域第一屆專家委員會委員,并分工負責光電子主題的工作。他滿腔熱情地投入了光電子主題的建設工作,以準確銳利的眼光,提出了以光通信器件為主,光互連、光計算器件為輔的主題戰略目標,以發展新一代量子阱光電子器件為主導的研究路線;同時,有遠見地提出建設一個全國性的、開放的,以量子尺寸(納米)工藝為主體的光電子器件研制工藝基地。

他的設想,成為后來“863”光電子主題發展的基礎框架。他起草了實現主題研究的全面課題分解,為光電子主題工作的開展打下了重要的基礎。隨后他又被聘任為“863”計劃光電子工藝中心學術委員會主任。

1986年,他作為發起人之一,與教委部門聯合積極籌建了集成光電子學國家重點聯合實驗室,先后被聘任為聯合實驗室副主任和學術委員會主任。 

簡歷

1934年7月3日 出生于福建省泉州市

1952-1956年 在復旦大學物理系學習。

1956-1960年 任中國科學院物理研究所,實習研究員。

1960-1978年 任中國科學院半導體研究所助理研究員,課題組長,研究室副主任。

1978-1985年 任中國科學院半導體所副研究員,研究室主任/副所長。

1985-1994年 任中國科學院半導體所,研究員,博導,所長,第一屆“863”計劃信息領域專家委員會委員,兼第一、第二屆光電子主題專家組成員,國家光電子技術研究中心學術委員會主任。

1991年 當選為中國科學院院士

2002年 任廈門大學物理與機電工程學院教授,國家自然科學基金委信息科學領域專家咨詢委員會委員。

主要論文

Qiming Wang, Liqing Zhao, Wanru Zhuang, Jingming Chang, ChunShan Chang, Zhenqiu Wu. Superhigh differential quantum efficiency and strong self-sustained pulsation in CW DH laser diodes, IEEE Journal of Quantum Electronics, 18(4), 595-601, 1982  Qiming Wang, Jianmeng Li. Computer simulations for a common-cavity two section (CCTS) bistable laser, Optical and Quantum Electronics, 19, 83-91, 1987

Qiming Wang, Ronghan Wu, Shiming Lin, Jianmong Li, Feike Xiong, Quansheng Zhang. An investigation of multi-functional semiconductor bistable laser. International J. of High Speed Electronics & Systems, 7(3), 43-57, 1996.

Qiming Wang. Reseach progress on semiconductor photonic integration. Progress in Nature Sciences, 7(2), 136-141, 1997

Qiming Wang, Qinqing Yang, Yuqing Zhu, Junjie Si, Yuliang Liu, Hongbing Lei, Buwen Cheng, Jinzhong Yu. Si-based optoelectronic devices and their attractive applications. Czech. J. Phys., 49, 837-848, 1999.

Qiming Wang, Cheng Li, Buwen Cheng, Qinqing Yang. Si-based resonant-cavity-enhanced photodetector. Optical Engineering, 40(7), 1192-1195, 2001.

Qiming Wang. State of the art and future prospect in development of optoelectronic devices applied in optical communication network, Bulletin of the Chinese Academy of Sciences (BCAS), 17(2), 89-94 (2002).

Qiming Wang. Nano-Technology and energy band engineering to promote the high efficient luminescence of Si. Progress in Physics, 2002, 22(4), 359-370.

Qiming Wang. The physical effects of semiconductors and high-tech optoelectronics industry. Physics, 2002, 31(7), 409-414.

Qiming Wang. Investigation progress on key photonic integration for application in optical communication network, Science in China, 40(1), 59-66, (2003)


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