清华大学优秀研究生指导教师 | 黄翊东:40年征程,她用一生打造光电人才培养的平台
院校招生 | 2023年08月17日 10:16 | 文章来源:都学课堂
优秀的研究生离不开指导教师的精心指导。“大鱼前导,小鱼从游”,是清华优秀的师生导学传统。为更好地发挥优秀指导教师及团队的引领示范作用,弘扬高尚师风,研究生院和研究生团委联合推出优秀研究生指导教师及团队系列报道,让我们一起感受这些潜心育人、亦师亦友的指导教师们的风采。
黄翊东教授
指导教师简介
黄翊东,1983年进入清华大学电子工程系本科,1994年博士毕业;1991-1993年在日本东京工业大学留学。1994年加入NEC公司光-无线器件研究所任特聘研究员,2003年回清华大学任教。2005年受聘长江学者特聘教授,2007年被评为“新世纪百千万人才工程”国家级人选。2007-2012年担任清华电子工程系主管教学副系主任,2013-2019年担任该系主任,2015年创建清华天津电子信息研究院;现任清华大学学术委员会副主任。是清华电子信息大类课程体系的主要创建人之一,两次获北京市高等教育教学成果奖一等奖。现为中国光学学会常务理事、OSA Fellow、中国电子教育学会副理事长、ACS Photonics 杂志副主编。承担过多项国家重点项目;发表论文400余篇,被用数千次;拥有百余项专利。是光电子芯片企业华慧芯、与光科技、光函数的创始人。2022年被评为北京市优秀研究生指导教师。
求学:从清华到国际,从全球回到清华
人类的历史是一部信息传递和传承的历史。从远古的口耳相传、草绳纪事,到文字发明、纸张印刷,再到近现代电子化、网络化的信息运载,每一次技术的更迭都以指数级的速度推动着经济、政治、文化的发展。
光电子芯片作为当今信息化社会和未来智能化社会不可或缺的器件核心,其应用已经从传统的光通信向数据中心、卫星通信、激光雷达、环境感知、生物医学等众多领域扩展。相比于微电子芯片,光电子芯片种类繁多,发展进程各异,很多新型光电子芯片目前在国际上也还处于尚未形成产品的研发阶段,是有希望在下一轮芯片的竞争抢占引领地位的未来技术。
四十年前,黄翊东就触到了这个“未来”。
1983年,黄翊东进入清华大学电子系学习,当时的专业就是光电子。
“那时候专业分得很细,不像现在电子系已经打通了专业的课程体系。”谈起当年的专业学习,黄老师娓娓道来,“那个时候学的课程也都是跟光电子相关的。”
“直博生”在当下已经不算是个新鲜的概念,但在80年代末,刚开始推行直博制度时,人们还对其抱有疑虑。“那时候还不太习惯说没有硕士学位,大家总觉得不大对似的。”黄翊东于1988年获得本科学士学位,89年读硕士时就赶上了这股“直博”新风,成为了清华园的“第一届直博生”,她直言这是很幸运的。
进入博士学段后,黄翊东开始真正地投入到光电子芯片领域的工作中。当时,全校各个院系的数十名博士生竞争去日本公派学习的两个名额,黄翊东脱颖而出。为了这次海外学习,黄翊东花了一整年的时间学习日语。1991年10月,开始了她的东渡。
在日本,黄翊东仅用了两年时间就完成了博士论文,还以第一作者发表了三篇IEEE的文章。
“从完全不知道什么叫芯片开始,直接进入超净实验室里去学,到提出自己的观点、理论,通过仿真得出全新的结论,然后用实验去证明它。”黄翊东勤思好问、不断实践,在日本留学期间,研制出当时该实验室最低阈值的激光器和最高饱和增益的光放大器。
黄翊东的优秀给她的日本导师留下了深刻的印象,老师直言希望她介绍师妹师弟到日本学习。这也是对清华电子系重视基础的学风的肯定。
“我觉得这些都得益于清华电子系的培养,当时我们学的物理比较深,四大力学全都学了,到日本后发现我们的理论基础要比当地学生好得多。”黄翊东说。
清华电子工程系为黄翊东打下了扎实的学科基础,日本两年的留学经历,培养了研究能力,提升了学科视野。博士毕业后,黄翊东在日本NEC株式会社下属的光-无线器件研究所工作了九年,不仅在实践中检验学习成果,也积累了宝贵的产业化经验。回国后,她将她的所学所得投入到科研和教学中,为后来人照亮了道路。
为科研和学生“搭台子”
黄翊东老师说自己是个“搭台子”的,为学生们搭最好的舞台,给学生们的科研提供尽可能好的机会。
从清华实验室的建设到在天津建立起跨材料体系微纳光电子芯片工艺平台,整个“搭台子”的过程充满艰辛。
与微电子芯片具有成熟的制程工艺与完整的产业链不同,光电子芯片涉及材料众多、制程复杂、设计封装测试方法各异,目前全球范围内还没有光电子芯片代工厂。国外光电子芯片的发展大多依靠大公司自己的研发部,自家研发与自家生产无缝对接,并且生产过程高度专用化,所以不会提供对外服务;至于国外的知名大学,它们大多拥有属于自己的光电子芯片工艺线,其上的高端设备既是发表高水平论文的重要依托,也构成了光电子芯片领域的科研壁垒。
2003年黄翊东老师初回清华,当时伟清楼正在筹建,尽管办公场所尚未解决,黄翊东老师已经决心要建一个高水平的光电子芯片工艺平台。只有这样,才有可能研发国际最领先的制备工艺,做出别人做不出的器件芯片,在国际上实现引领。
回到清华的最初几年,系里一次又一次地为黄翊东老师安排办公室,但黄翊东老师自己不急着有位置,而是先留空间给实验室、给超净间、给学生工位。直到伟清楼落成后,在一层建设了超净实验室,后续罗姆楼落成,实验“台子”终于初步建成。
有了实验平台,接下来还有筹措实验经费的难题亟待解决。光电子芯片的相关设备都价格不菲,单台设备基本都得在200多万以上,建好一条光电子芯片的工艺线至少需要一个亿。除此之外,平台也需要专人操作与维护,每年的运营费用至少需要1,000万,这些经费要如何筹措?黄翊东老师发展光电子芯片产业的想法得到了天津市政府的积极响应,在天津市中新天津生态城管委会专项资金的支持下,清华电子院高端光电子芯片创新中心在2017年底顺利完成搭建,并在2018年正式启动运营。这是国际上首个跨材料体系的微纳光电子芯片中试平台,截至目前,先后已经为500多个科研团队的前沿研究和企业的新产品研发提供定制微纳结构光电子芯片的制备和工艺研发,其中包括北京大学、中国科学院、浙江大学等80多所大学及研究机构的科研团队。
搭建好的光电子芯片平台既为在读的学生们提供了良好的科研条件,直接促成了包括光谱成像芯片在内一批国际领先成果,也为毕业的做光电子芯片的学生搭建了一个产业平台。一批优秀毕业生在光电子芯片行业中发挥自己能量。
黄翊东老师注重引导和教育学生的创新思想和锲而不舍的实干精神。搭建起的光电子芯片工艺平台,为学生创造世界一流的科研条件;她要求学生选择顶尖创新的论文课题,指导学生研制出自由电子辐射、实时光谱成像等国际领先的光电子芯片,在《自然•光子学》等顶级期刊发表多篇重要论文,在学术上把学生带到本领域的制高点,为他们毕业后的事业发展打造在国际上的引领优势。她培养的研究生在各行各业均有出色表现,多人成为清华大学等一流高校年轻的教授、入选青年长江、青年千人等人才称号,也有不少在国家科研单位以及企业的高管岗位上发挥重要作用。
融创产业前沿,赋能学科发展
和大多数老师不同,黄老师在业界的工作经历使得她对科研成果转化有着深刻的理解。黄老师认为,电子信息类,特别是芯片类的科研成果,如何走出实验室、走进应用,进而解决实际的瓶颈问题,是每一个科研人员的责任。在成果转化方面,黄老师和电子系的其他老师经过多年的探索,已经取得了可喜的进展,2015年成立了清华大学天津电子信息研究院全面推动科研成果产业化。
黄老师认为平衡好高校科研团队和创业团队之间的关系是非常重要的。“做学术和做产业,思维方式是不同的……老师要深度参与,但是不能主导”。在黄老师看来,老师应该是掌握技术的主体,聚焦学术前沿研究,为创业团队提供技术咨询和指导。
黄老师在学科建设和人才培养方面也做出了突出贡献。电子信息在各行各业的应用非常广泛且深刻,因此电子系学生最重要的是对知识的掌握能力、交叉学科的适应能力和创造能力。在担任电子系教学主管副系主任和系主任期间,致力于电子信息领域知识体系的研究和课程体系的建设,是清华大学电子信息大类课程体系的主要创建人之一。黄老师带领电子系的老师们构建起覆盖“信息与通信工程”、“电子科学与技术”两个一级学科的全新课程体系,该课程体系于2011年开始实施,迄今已经培养了3000余名本科生。
光电子专业的学生曾经一度都面临着毕业即转行的困境。面对国内光电芯片产业仍处于起步阶段的现状,黄翊东老师为毕业生积极营造创业生态。她培养的学生创立了华慧芯、与光科技、光鉴科技、一径科技、海尔欣等光电芯片企业,目前总估值逾100亿,已成为推动我国光电芯片产业发展的重要力量。
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