60%、50%、25%……
　　这组数据，分别是湖北光电器件在全国市场、激光设备在全国市场、光谷的光纤光缆在全球市场的占比。
　　“湖北武汉东湖新技术开发区在光电子信息产业领域独树一帜”。从中国第一根光纤、第一个光通信国际标准，到首个400G硅光模块、首台10万瓦光纤激光器、首条柔性折叠显示屏生产线……如今，光谷“光芯屏端网”产业规模加速向万亿级规模冲刺，成为我国参与全球光电子产业竞争的主力军。
　　光电子信息产业为何有望率先实现突破？作为战略性新兴产业，光电子信息产业还可以开辟哪些新领域、新赛道？近日，长江日报云端会客厅围绕相关问题，邀请中国科学院院士、武汉大学物理学院教授徐红星，华中科技大学武汉光电国家研究中心特聘教授谢长生两位嘉宾做客直播间。
　　中国科学院院士、武汉大学物理学院教授徐红星（左一）和华中科技大学武汉光电国家研究中心特聘教授谢长生（右一），聚焦光电子信息产业的现状和前景，做客云端会客厅。
　　上网速度“快不快”
　　关键就是光纤通信
　　华中科技大学武汉光电国家研究中心特聘教授、中国计算机行业协会信息存储与安全专委会会长谢长生。
　　长江日报：如何理解光电子信息产业？这一产业是如何发展起来的？
　　谢长生：光电子信息产业，在广义上，就是一种既包括光子也包括电子的光电融合的产业。
　　什么是光？光是一种普遍存在的物质。对光的研究在2000多年前就开始了，墨子就曾研究过小孔成像的原理。因而光科学既是非常古老的学科，又是非常前沿的学科。从科学概念上，光具有波粒二象性，它既是电磁波的一个波段，又是一种可直线传播的粒子，我们称为光子，能够承载能量和信息。所以光信息产业，就是以光子为载体的信息产业。
　　“光电子信息产业”里的“电”，是以电子为核心的产业，例如集成电路产业。这一产业，在当今信息产业中占主导地位，以美国硅谷为发端，从基础研究、设计、生产到制造，整条产业链基本由美国所控制。我国现在的很多“卡脖子”技术问题，也都卡在“电”这一块。我国的整个电子产业，从最上游的EDA设计软件，到集成电路的设计生产、制造环节，再到以集成电路为基础的系统软件（如操作系统），乃至整个产业生态都存在“卡脖子”问题。
　　光电子信息产业，就是原有的集成电路产业加入了光的元素。在光这一块，我国的研究及产业，与国际上的差距是比较小的。国内外都还处于蓬勃发展的阶段，产业生态远没有成熟和成型，有巨大的发展空间。这是一个新机会，尤其是对作为中国光电子重镇、正在打造“世界光谷”的武汉来说，更要抓住机遇加快发展光电子信息产业。
　　徐红星：“光信息”的概念自古就有了，像我国西周时期“烽火戏诸侯”的著名典故，本质就是通过光来传递信息。后来传递信息的方式越来越多，例如电报、电话。实际上，电话的发明者贝尔也发明过一种“光电话”，虽然在当时受到实际条件的限制，信息实际传播的距离比较短，但是已经有了“光信息”的概念。
　　后来就有了光纤通信。“光纤”这个概念很早就有了，但由于光纤的损耗很大，通信距离受限，随着光纤质量的提高，实现用光纤来通信成为信息技术发展的一个重要节点。从20世纪60年代开始发展到本世纪被广泛应用，光纤通信从研发到应用的整个过程是一脉相承的。
　　光纤通信成为可能之前，必须有激光。激光和光纤通信构成了现在信息社会的基本架构。大家可能对这些没有直观的感受，但光纤通信可以做到高容量、快速地传递信息，例如现在大家要追剧、打游戏，要追求速度、容量和清晰度，依靠的就是光纤通信。
　　接着，就是光电集成技术的广泛应用和普及，就是说，有了光纤通信还不够，我们还需要各种通信的应用场景，需要进一步提高通信的速度和效率，需要有大型的数据中心做支撑。
　　光计算、光传感是最近发展起来的新技术，是适应数字社会发展的需要。光计算对应的是此前的电子计算。因为电子计算的能耗、速度已经遇到了发展瓶颈，而光计算（光电芯片）的运算能力、运算速度，会比电子计算有实质性的提高，所以光计算这一领域发展是非常快的。另外，信息社会对智能传感的需求也是非常旺盛的，光传感是万物互联和智能社会的高效感知手段。
　　从产业的角度看，光电子产业无疑是非常重要的，不仅赋能通信，还赋能众多产业，是这些产业能够快速发展的重要条件和要素。例如激光雷达的普遍使用，就是无人驾驶的先决条件；在新能源、激光制造、智能建造等领域，都对光电子产业提出了很高的要求。
　　总而言之，光电子信息产业对国家的科技创新、对城市发展起到基础性、奠基性、支撑性的作用。光电领域的发展也在不断地改变我们的生活，一直都是推动人类社会和科学进步的重要力量。
　　集成电路发展已接近“天花板”，光电子市场潜力巨大
　　中国科学院院士、武汉大学物理学院教授徐红星（左一）和华中科技大学武汉光电国家研究中心特聘教授谢长生（右一），聚焦光电子信息产业的现状和前景，做客云端会客厅。
　　长江日报：为什么说光电子信息产业是我们有望突破“卡脖子”技术难题的新领域？
　　谢长生：从集成电路纯粹的产值来说，全世界大概有4700多亿美元的市场规模。现在集成电路的发展已经遇到了瓶颈，摩尔定律接近天花板，从几十纳米到7纳米、5纳米，现在甚至到了2纳米，再往下走，实现小于1纳米的工艺非常困难。
　　相比集成电路，目前光电子的产值小一些，光电子器件大概有400多亿美元规模，但是它的市场潜力非常大。在信息的获取、处理、传输、存储和表达5个环节上，光能够解决很多电解决不了的问题，这里面有巨大的成长空间。
　　在光电子信息产业，我国有部分领域领先国外，同样也有处于落后的部分。比如信息的获取环节，全球排名前十的激光雷达企业中，有5家来自中国；在信息的传输方面，中国信科、华为都有领先世界的产品；在存储、光计算、光显示方面，我们也保持着一定的技术优势。
　　应该说，现在我们和国际上基本处于相互竞争、相互追赶的态势，差距并不大。趁着目前全球的光电子生态还没有完全形成，我国有很大的机会在这个领域率先实现突破。
　　长江日报：目前，我国光电子信息产业的区域布局是怎样的？各自有哪些优势和侧重？
　　谢长生：全国很多地方都在大力发展光电子信息产业，往往都发端于比较领先的研究机构。例如长春光机所、上海光机所、安徽光电所、西安光电所这几家老牌的光电子领域研究机构，推动了长三角、珠三角，长春、西安地区的发展。
　　还有深圳，虽然目前研究机构比较少，但是产业环境比较好，特别是有以华为为代表的大量民营企业，在光电子信息产业上同样十分领先。
　　研究机构与产业融合创新，是武汉“独树一帜”的密码
　　长江日报：武汉光电子信息产业的“独树一帜”体现在哪些方面？
　　中国科学院院士、武汉大学物理学院教授　徐红星。
　　徐红星：整体来说，光谷形成了基础雄厚、生态丰富、创新氛围浓厚的发展态势，这是光电子信息产业“独树一帜”的具体所在。
　　武汉的光电子产业起步较早，光谷经过近40年建设，产值规模迈向万亿元级别，整体的规模体量非常大。
　　光电子信息产业之所以能在武汉取得长足发展，首先是因为基础深厚。包括武汉大学、华中科技大学、武汉邮电科学研究院、中科院精密测量科学与技术创新研究院等科研单位，以及一批已有的和在建的国家级、省级实验室，为武汉光电产业打下了深厚的基础。
　　其次，武汉的产业生态十分丰富。武汉的“光芯屏端网”产业基本涵盖了光电子信息的各个门类。武汉的激光器、激光加工、光纤、光电模块、光电芯片、显示屏等产业，在全国都具备一定的显示度和产业特色。
　　这种丰富的生态逐渐形成了良好的创新氛围。光电技术正快速拓展到各行各业。比如，北斗导航系统与武汉传统的测绘专业优势相结合，把光电技术拓展到空天领域。
　　研究机构与产业相互促进创新，这极大增加了武汉在科研和产业上保持领先全国、部分领先世界的机会。
　　谢长生：武汉在全国产业布局中有特殊的优势，在于它做到了将研究和产业相结合，并且都保持了优势地位，这在全国城市里是比较少见的。武汉光电子领域科研和产业相互促进，共生共赢是一个非常鲜明的特色，我们要继续发挥这个独特的优势。
　　武汉的光纤光缆在世界上名列前茅，在光器件、光显示、激光器等细分领域处于国内的中心位置。这与武汉早年的基础研究和核心技术突破有着很大的关系。
　　从研究机构看，华中科技大学很早就在全国率先研制出高功率二氧化碳激光器，才逐渐孵化出武汉的激光产业，并辐射到全国，目前武汉的大功率光纤激光器、飞秒激光器在全国都是领先的。还有武汉邮科院，赵梓森院士领衔拉出国内第一根光纤，才有了长飞光纤等国际领先的光纤光缆企业和国内领先的光传输系统企业。还有武大遥感技术的研究，形成了全国领先的遥感产业。今天的武汉光电子信息产业，绝非一蹴而就，而是一个基于扎实的研究，逐步生长和发展起来的产业。
　　因此，为了实现光电子产业的未来的突破，我们还要继续做好光电子的基础研究，这是武汉也是全国发展未来光电子产业的基础。以武汉光电国家研究中心为例，一组数据很有说服力：在全球十所知名光学机构中，研究中心2008～2021年科学引文索引扩展版论文总数、被引总频次、ESI高被引论文数均排名第一，说明研究中心已位列国际光电领域基础研究第一方阵。
　　武汉光电国家研究中心提出要顶天立地。顶天，首先就是要瞄准世界光电科技前沿，做好基础研究和应用基础研究，这是为解决一些未来技术的核心原理做研究，为未来产业发展打下良好的基础。立地，就要解决核心关键技术突破的问题，尤其是产业链生态上各个环节“卡脖子”的问题，未来我们都要在光电子新赛道上把这些瓶颈问题都解决掉。
　　比如武汉现在已经可以生产飞秒激光器，还要实现时间更短、能量密度更高的阿秒超快激光器，把原理搞清楚，做出试验样机，才能为下一代超快激光器产业的发展奠定基础。将光电成像技术和生物医学相结合，可以探索大脑的奥秘，还可以发展各种新型的生物医学仪器和设备产业，这个市场非常之大。研究多维光信息技术，对未来大容量光通讯和光存储产业将起到极大的促进作用。研究新的光电能量转换技术，新的发光材料和显示技术，新的对光敏感的智能织物，探索新的传感技术，都可以发展出全新的光电大产业。我们还要及早规划光电子产业的生态，从光电集成设计工具软件ODA，到生产与制造的核心技术和装备，再到光电测试仪器等薄弱环节，我们都要做好布局。
　　一方面是基础研究，一方面是核心技术的突破，只有把基础打牢了，才会在武汉现有产业的基础上培育出更新更大更强的产业来。
　　光电子是未来新赛道，越来越重要
　　长江日报：面向未来，光电子信息产业会开辟哪些新赛道，塑造哪些新优势？
　　徐红星：从未来看，光电子信息产业会占据越来越重要的位置。
　　首先，光电子信息产业的发展，会给精密制造领域带来革命性的变革。传统的精密机械制造会逐渐被光学制造代替，整个制造业会在未来实现精密化、智能化。从实际效果上看，通过光学精密制造和加工，能够减少对环境的损害，并且极大提高加工质量和效率，这也是未来产业发展的需求。光在制造领域的广泛应用，会改变我们对制造的传统观念。
　　在生命健康领域，类似于光学在精密制造领域的应用，也可以用于加工人体器官，但需要更精密的控制和加工技术。现在的激光技术在美容、视力矫正、手术等领域已经应用得比较多了，将来它的应用范围会越来越广，对我们生命健康的影响会越来越大。另外，光学用于疾病检测和诊断、健康监测等会越来越多。未来随着信息量、数据量增大，光电集成能发挥的作用将更明显。
　　在光通讯领域，未来通讯对效率和容量的要求越来越高，这使得传统的光电产业要提高标准、提高质量，要更好符合这些发展新趋势的要求。比如激光通讯，6G大容量通讯，以及未来智能驾驶领域的车路协同，实现更快更安全应用。
　　智能传感将是一个非常新的赛道，是智能社会的基础，基于众多光电设备和传感技术（例如激光雷达就是其中一种），加上各种光学手段的相互结合，未来将催生更多新兴的光电技术和产业。
　　在未来，比如建筑行业，看上去好像和光学没有关系，但智能光学传感技术可以把建筑的三维模型、空间分布、地下管线分布等立体构型，通过光学传感实现建模和数字化呈现。这种方式就是现实世界和虚拟世界的结合，可以更好地提高建筑水平。
　　再看量子通信，实际也是光通讯，是基于现有的光电设备实现的，但需要光纤和光电集成器件达到量子通信的使用标准。通过量子通信，我们可以构建一个更安全、更高效的通信网络，这对传统光电产业提出了更高的标准，既是新要求也是新机会。
　　未来，还会有更多光电技术应用到生活、产业的方方面面，会构成一个非常基础的新赛道，例如最近发展很快的太空探索，光电技术都会发挥很重要的作用。
　　（长江日报记者吴曈 常少华）