張檢發(fā)，彭嘉隆，朱志宏

(國防科技大學 前沿交叉學科學院，湖南 長沙 410073)

建設世界一流大學和一流學科是當前我國高等教育面臨的一項歷史性任務[1]。其中，學科建設又是大學建設的基礎和核心[2]。對于研究型大學而言，建設一批具有優(yōu)勢特色的高水平學科，對于建設一流大學，發(fā)揮人才培養(yǎng)、科學研究和社會服務三大社會功能具有極為重要的作用[3]。歐洲是現(xiàn)代高等教育的發(fā)源地，美國則是當今世界上高等教育最發(fā)達的國家。英、美、歐等在一流大學和一流學科建設方面積累了豐富的經(jīng)驗，為我國開展學科建設提供了寶貴的參考。近年來，國內(nèi)學者以國外大學為參照，圍繞一流學科建設的不同方面開展了很多有價值的研究。如武建鑫等以麻省理工學院電氣工程與計算機科學系為例，從學科組織健康視域探究了世界一流學科的成長機理[4]；又以佐治亞理工學院航空航天工程學科為例，運用“學科成長史-學科系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-大學組織制度”的分析框架，從多個維度呈現(xiàn)了理工科大學世界一流學科的成長特征[5]。陳新忠等人以農(nóng)業(yè)與環(huán)境科學為例，探討了加州大學戴維斯分校建設世界一流學科的經(jīng)驗及啟示[6]。陳偉斌等人基于麻省理工學院、斯坦福大學和華威大學的案例研究，研究了國外創(chuàng)業(yè)型大學一流學科快速發(fā)展的建設經(jīng)驗[7]。

工程學科是“雙一流”建設的重中之重，在教育部、財政部、國家發(fā)展改革委公布的第二輪“雙一流”建設名單中，工程類學科為180個，占全部學科總數(shù)的一半以上。英國南安普頓大學(University of Southampton，簡稱UoS)是一所著名的以工程學科見長的研究型大學，在光學工程學科建設領(lǐng)域享有世界聲譽，其光電子研究中心(Optoelectronics Research Centre，簡稱ORC)是公認的光學領(lǐng)域世界頂級研究中心之一，長期引領(lǐng)世界光纖光學的發(fā)展，具有鮮明的優(yōu)勢和特色。本文以英國南安普頓大學光電子研究中心為例，探討如何建設世界一流工程學科與高水平研究中心，以期能夠?qū)ξ覈囊涣鞔髮W和一流學科建設有所啟發(fā)和借鑒。

一、南安普頓大學簡介

南安普頓大學創(chuàng)辦于1862年，主校區(qū)位于英國英格蘭漢普郡南安普頓，是英國“羅素大學集團”(The Russell Group，簡稱RG)創(chuàng)始成員之一，也是英國頂尖的研究型大學之一。在2014年英國大學官方排名“研究卓越框架”(Research Excellence Framework，簡稱REF) 中位居第11位。其中，科研強度(Research Intensity)居英國第8位[8]。在2022年QS世界大學排名(QS World University Rankings)中，名列全球大學排名第77位。南安普頓大學以工程學科見長，其電子與電氣工程專業(yè)長期位列英國前三名。2013年5月，南安普頓大學與牛津大學、劍橋大學、帝國理工學院和倫敦大學學院共同發(fā)起并創(chuàng)立了科學與工程南聯(lián)盟。

二、南安普頓大學光學工程學科與光電子研究中心簡介

南安普頓大學的光學工程學科在英國乃至世界上都處于領(lǐng)先水平，其光學研究主要集中在光電子研究中心。該中心是在英國工程與物理科學研究委員會(Engineering and Physical Sciences Research Council，簡稱EPSRC)資助下成立的一個跨學科研究中心，主要成員來自物理與天文系、電子工程與計算機系，成立時間為1989年[9]，其歷史可以追溯到上世紀60年代初開展的激光器研究。經(jīng)過三十余年的發(fā)展，ORC已發(fā)展為英國最大的光學研究機構(gòu)，也是世界上最大的光學研究中心之一。

(一)師資隊伍

ORC現(xiàn)有固定研究人員100余人，其中包括25名教授、6名副教授、100余名專職研究人員、30余名員工(包括行政輔助人員等)和20余名來自世界各地的訪問學者。ORC的教師中包括4名英國皇家學會院士(Fellow of the Royal Society，簡稱FRS)和英國皇家工程院院士(Fellow of the Royal Academy of Engineering，簡稱FREng)。ORC研究中心的主任是大衛(wèi)·N·佩恩( David N. Payne)教授。Payne教授是國際公認的光子學研究先驅(qū)，被譽為“光纖放大器之父”。2013年，因其在光子學領(lǐng)域的卓越貢獻，被英國女王授予騎士爵位。

(二)科學研究

作為世界領(lǐng)先的光學研究機構(gòu)，ORC是英國光學領(lǐng)域獲得研究資助最多的研究機構(gòu)之一，擁有多個國家級項目研究中心，如EPSRC未來光子學中心(Future Photonics Hub)、光子創(chuàng)新制造中心(Centre for the Innovative Manufacturing in Photonics)、光子超材料研究中心(Centre for Photonic Metamaterials)等，每年獲得的資助項目約為1,500萬英鎊。目前，ORC研究領(lǐng)域涉及光纖通信、光纖激光器、特種光纖、光學傳感、激光物理、光學材料、納米光子學與超材料、硅光子學、光子芯片等。其中，光纖研究是ORC的傳統(tǒng)優(yōu)勢領(lǐng)域。南安普頓大學是世界上最早從事光纖研究的大學之一，1966年開始致力于發(fā)展可用于遠距離光通信的光纖。1969年，南安普頓大學拉制了首根光纖。此后，南安普頓大學在光纖光學的發(fā)展中一直發(fā)揮著領(lǐng)導作用，取得了非凡的成就，包括摻鉺光纖放大技術(shù)(Erbium Doped Fiber Application Amplifier，簡稱EDFA)、光纖激光器技術(shù)(廣泛應用于現(xiàn)代制造、科學研究以及國防領(lǐng)域)、微結(jié)構(gòu)光纖技術(shù)等。進入21世紀，隨著納米技術(shù)、互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，簡稱CMOS)等技術(shù)的快速發(fā)展，ORC又發(fā)展了納米光子學與光學超材料、光子系統(tǒng)、芯片與傳感等研究領(lǐng)域，并迅速進入世界領(lǐng)先水平。

(三)人才培養(yǎng)

ORC沒有本科專業(yè)，其學生主要是研究生。博士研究生是ORC的重要研究力量，ORC每年招收博士生約20余人，現(xiàn)有在讀博士生約80人。ORC從2012年開始招收碩士研究生，每年招生約10-20人。碩士研究生學制為1年，主要以課程學習為主，分三個學期。ORC的研究生來自世界各大洲的數(shù)十個國家，國際化程度很高。ORC的學生組織兩次被美國光學學會評為最佳學生組織。ORC為國際光學界培養(yǎng)了大量的人才，在世界知名公司和院校中有超過650名杰出校友。國際光學領(lǐng)域最頂級期刊《自然·光子學》(Naure Photonics)的創(chuàng)始主編奧利弗·格雷頓(Oliver Graydon)博士就畢業(yè)于ORC光通信專業(yè)。值得指出的是，ORC也為我國光學領(lǐng)域培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀人才。原北京郵電大學校長林金桐教授，國家杰青、南京大學徐飛教授，武漢安揚激光技術(shù)有限責任公司總經(jīng)理兼技術(shù)總監(jiān)、創(chuàng)始人陳抗抗博士等皆畢業(yè)于南安普頓大學光電子學專業(yè)。江蘇師范大學物理與電子工程學院院長沈德元教授，北京工業(yè)大學激光工程研究院院長王璞教授，國家杰青、深圳大學王義平教授等都曾在ORC工作過。

(四)社會服務與學科聲譽

ORC在科學研究領(lǐng)域和技術(shù)創(chuàng)新方面成績斐然，在世界范圍內(nèi)贏得了聲譽，是公認的頂級光學研究中心之一。ORC是摻鉺光纖放大技術(shù)的發(fā)源地，該技術(shù)使得遠距離光纖通信成為可能，奠定了全球光纖通信網(wǎng)絡的基礎，極大地促進了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。同時，ORC也是光纖激光、微結(jié)構(gòu)光纖、超連續(xù)譜光源等光學領(lǐng)域重要技術(shù)的發(fā)源地之一，并通過ORC孵化出來的公司得以推廣。為表彰ORC在光子學和光纖光學技術(shù)領(lǐng)域的杰出貢獻，南安普頓大學在2017年被授予代表英國大學最高國家榮譽的女王高等教育和繼續(xù)教育周年紀念獎(The Queen’s Anniversary Prize for Higher and Further Education)[10]。

南安普頓大學非常注重對公眾的科學教育和光學知識的普及。ORC成立了“光波”(Lightwave) 路演，組織老師和博士生定期到小學和幼兒園，通過一系列互動式的演示和實驗開展光學科普教育。同時，由南安普頓大學物理與天文系負責的“光迅”(Light Express)路演，已經(jīng)成為英國頗有名氣的科普活動之一，每年會面向南英格蘭地區(qū)的中學和大學生開展數(shù)十場科普活動，受益人數(shù)達到幾千人。

三、南安普頓大學光學工程學科與光電子研究中心建設的經(jīng)驗與啟示

南安普頓大學光學工程學科從激光器研究起步，因光纖研究方面的突破性貢獻而迅速進入世界領(lǐng)先水平，通過組建跨學科研究中心，打造了具有國際聲譽的高水平光學研究平臺，進一步鞏固了學科優(yōu)勢，在此后數(shù)十年中長期引領(lǐng)光學，特別是光纖技術(shù)的發(fā)展。其發(fā)展歷程為我們開展優(yōu)勢特色學科建設提供了很好的經(jīng)驗和啟示，在很多方面都值得我們借鑒和參考。

(一)立足學科前沿，不斷創(chuàng)新

20世紀60年代，光纖通信技術(shù)還處于萌芽階段，光纖的光學損耗成為制約光纖通信技術(shù)發(fā)展的首要問題。由于玻璃的光學損耗遠沒達到光通信的要求，光纖通信曾被很多人認為是一個遙不可及的夢想?！肮饫w通訊之父”高錕首先意識到，提高玻璃的純度能夠允許光信號在光纖中以足夠低的損耗傳播，從而實現(xiàn)光纖通信[11]。1966年，高錕博士發(fā)表題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導》的論文，提出了光纖在通信上應用的基本原理[12]。同一年，南安普頓大學開展了基于光纖的遠距離通信的研究，并在不久之后利用自制的拉絲塔成功拉制出了光纖[13]。20世紀80年代，光纖通信技術(shù)方興未艾，但面臨著光學信號放大的難題，難以實現(xiàn)遠距離通信。在此背景下，ORC首創(chuàng)摻鉺光纖放大技術(shù)，為全球光纖通信提供了可能，也為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的建立和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎[14]。在此基礎之上，ORC又發(fā)展了光纖激光器技術(shù)，并于2004年在世界上首次實現(xiàn)光纖激光器的1kW連續(xù)輸出[15]，極大地推動了光纖激光器在工業(yè)加工和其他技術(shù)領(lǐng)域的應用。如今，面對互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展對于大容量通信技術(shù)的需求，ORC正在引領(lǐng)下一代超高速、超大容量光纖通信技術(shù)研究。進入21世紀以來，隨著納米技術(shù)、生物技術(shù)、硅光子技術(shù)的迅速發(fā)展，著眼于其在未來的巨大應用潛力，ORC又發(fā)展了納米光子學、光學超材料、生物傳感、硅光子學等領(lǐng)域研究，并迅速進入世界領(lǐng)先水平。

(二)吸引和培養(yǎng)一流人才，構(gòu)建一流的研究隊伍

一流的研究離不開一流的人才。ORC極為重視人才引進，構(gòu)建了以世界頂級科學家為帶頭人、以一流的青年科技人才和優(yōu)秀的博士研究生為基柱的研究隊伍。除大衛(wèi)·N·佩恩爵士為中心主任之外，中心還有三名副主任，皆為國際頂級光學專家，分別為：光纖專家、英國皇家科學院院士、英國皇家工程院院士大衛(wèi)·理查森(David Richardson)教授；納米光子學和超材料專家、英國皇家科學院院士、美國工程院外籍院士尼科拉·澤魯戴夫(Nikolay Zheludev)教授；硅光子學專家、國際硅基光子學先驅(qū)、英國皇家工程院院士格雷厄姆·里德(Graham Reed)教授。其中，尼科拉·澤魯戴夫教授于2006年由南安普頓大學物理系加入ORC；格雷厄姆·里德教授及其團隊于2012年由薩里大學(University of Surrey，簡稱UoSu)加入ORC。ORC的其他教授和主要研究方向負責人，也大多為相關(guān)領(lǐng)域的世界知名專家學者。ORC基本不從事課程教學，除了教授和副教授外，其他員工大多為研究員。博士研究生同樣是ORC的重要研究力量。ORC為英國和國際學生提供了豐厚的獎學金，用于吸引最優(yōu)秀的學生。2008年金融危機爆發(fā)后，英國在研究經(jīng)費日益緊缺的情況下，ORC依然每年為很多國際學生提供全額獎學金，這在英國大學中是比較罕見的。

(三)基礎研究與應用研究協(xié)調(diào)發(fā)展

ORC致力于通過基礎研究和技術(shù)創(chuàng)新改變未來。ORC最早是由物理與天文系、電子工程與計算機系的科研人員一起組建的，基礎科學與應用研究的結(jié)合和相互促進是ORC研究的一大特色。ORC每年發(fā)表300篇以上的研究論文，在各種國際會議上完成50人次以上的特邀報告。我們通過科學論文索引網(wǎng)(Web of Science，簡稱WoS)，以“光學”為主題，對過去10年中公開發(fā)表的學術(shù)論文進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在論文總數(shù)上，南安普頓大學與同為世界著名的美國三大光學研究中心羅徹斯特大學(University of Rochester，簡稱UR)、中佛羅里達大學(University of Central Florida，簡稱UCF)、亞利桑納大學(University of Arizona，簡稱UA)不相上下，而在體現(xiàn)論文質(zhì)量和影響力的論文被引頻次、h-指數(shù)、篇均引用和高被引論文數(shù)等方面，南安普頓大學均明顯超過上述三大研究中心。同時，ORC每年申請20項以上的發(fā)明專利，并與眾多的企業(yè)保持緊密的合作關(guān)系。在納米光子學與光學超材料等新興基礎研究領(lǐng)域，ORC每年獲得EPSRC和歐盟數(shù)百萬英鎊的資助。在應用研究領(lǐng)域，ORC在光纖傳感、光纖激光器、光纖通信等領(lǐng)域有多個大型研究項目，致力于相關(guān)技術(shù)在石油探測、先進制造、下一代互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡等方面的應用。在ORC，基礎研究和應用研究彼此之間并不存在嚴格的界限，其大部分研究都是面向應用的前沿研究、基礎研究，但很少有純工程化的工作。一旦某項成果取得突破，具備了實用價值，工程化的工作就會通過相關(guān)的企業(yè)(如孵化公司)去完成。

(四)重視平臺建設和資源共享

現(xiàn)代科學研究很多都需要先進的實驗設備。ORC極為重視平臺建設，具有世界一流的實驗設施和公共基礎研究平臺。早在20世紀60年代，南安普頓大學就建造了自己的光纖拉絲塔，這也是世界上大學里面最早的光纖拉絲塔，在此后的數(shù)十年間為南安普頓大學的光纖光學發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。南安普頓大學的超凈間和納米加工中心也是歐洲乃至世界大學里最先進的超凈間設施之一。完善的研究設備為ORC的研究人員開展研究工作提供了可靠的保障。另外，大型研究設備非常昂貴，維護費用也很高，因此其有效的利用和合理維護就非常關(guān)鍵。通過建設超凈間等光子技術(shù)公共實驗平臺，很多通用型研究設施得到了中心的統(tǒng)一維護和管理，因此ORC所有研究人員甚至校外人員都能夠便捷地利用這些設備開展研究工作，不僅提高了設備利用率，也促進了相關(guān)研究及合作的展開。同時，ORC的研究小組之間合作非常密切，資源共享方面也比較開放，從而形成了很強的協(xié)同優(yōu)勢，為一些大型研究項目的開展提供了可能。2009年，以尼科拉·澤魯戴夫(Nikolay Zheludev)教授為首席科學家的研究團隊獲得了英國EPSRC高達六百萬英鎊的資助，從事納米結(jié)構(gòu)光學超材料的研究。Zheludev教授評價自己的團隊之所以能夠獲得這一項目的資助，與南安普頓大學超凈間和納米加工中心的建成是離不開的。而格雷厄姆·里德(Graham Reed)教授之所以離開自己工作了近二十年的薩里大學，帶領(lǐng)自己的課題組來到ORC，也是看中了這里一流的實驗和加工設備。

(五)重視科技成果轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)產(chǎn)學研良性發(fā)展

ORC在科學研究領(lǐng)域和技術(shù)創(chuàng)新方面成績斐然，在世界范圍內(nèi)贏得了聲譽。在科技成果的推廣和應用方面，ORC同樣取得了突出的成就，為推動經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻，實現(xiàn)了產(chǎn)學研良性發(fā)展。這里是很多世界光電領(lǐng)域知名高科技公司的誕生地，如分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)供應商Sensa公司、特種光纖制造商Fibrecore公司、工業(yè)光纖激光器制造商SPI公司等，并創(chuàng)造了眾多的就業(yè)崗位。眾所周知，英國在自然科學研究領(lǐng)域?qū)嵙π酆瘢捎诟鞣N原因，在成果轉(zhuǎn)化方面卻不盡如人意。近年來，隨著英國經(jīng)濟形勢的惡化，英國大學和研究機構(gòu)在科技成果轉(zhuǎn)化方面的不足飽受詬病。然而，與此相反，ORC卻得到了政府和媒體的廣泛贊譽，被視為科技成果轉(zhuǎn)化和科技創(chuàng)業(yè)方面的楷模。如今，ORC仍然與SPI、 Fibrecore、Sensa等公司保持著緊密的合作，為這些企業(yè)提供人才和科技支撐，而這些企業(yè)同時也在資金、設備、實踐以及成果轉(zhuǎn)化等方面給予了ORC大量的支持，雙方不僅合作申報科研項目，還合作建立了研究實驗室，共同培養(yǎng)博士研究生。ORC也與奎奈蒂克公司(QinetiQ)、諾基亞西門子網(wǎng)絡公司(Nokia Siemens Networks)、三星公司等世界知名跨國公司建立了合作關(guān)系，在全球擁有超過100個企業(yè)和學術(shù)合作伙伴。

2017年，教育部、財政部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合印發(fā)《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設實施辦法(暫行)》[16]，明確提出“雙一流”建設要“面向國家重大戰(zhàn)略需求，面向經(jīng)濟社會主戰(zhàn)場，面向世界科技發(fā)展前沿，突出建設的質(zhì)量效益、社會貢獻度和國際影響力，突出學科交叉融合和協(xié)同創(chuàng)新，突出與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、社會需求、科技前沿緊密銜接，深化產(chǎn)教融合，全面提升我國高等教育在人才培養(yǎng)、科學研究、社會服務、文化傳承創(chuàng)新和國際交流合作中的綜合實力”。當前，我國“雙一流”建設取得顯著成效，在論文數(shù)量、引用等學術(shù)指標上更是發(fā)展迅速，但具備世界聲譽、能夠在某一個學科領(lǐng)域引領(lǐng)世界發(fā)展的學科和研究機構(gòu)仍然十分匱乏，離國家的戰(zhàn)略定位和需求也還存在較大差距。應該說，南安普頓大學光學工程學科和光電子研究中心的發(fā)展模式為我們的學科建設，特別是理工科建設，提供了很好的可供借鑒的范例。而這樣的發(fā)展模式，也在過去數(shù)十年的發(fā)展歷程以及不斷變化的外部環(huán)境中，展現(xiàn)出了強大的生命力。2005年10月，一場意外的大火將ORC大部分實驗設備化為灰燼。雖然火災使得很多研究遭受了難以挽回的損失，但ORC沒有一個教授因此而離開，ORC的研究也并未因此而中斷。相反，火災反而為ORC在納米光子學等新興學科的發(fā)展提供了契機。短短數(shù)年間，在英國政府、南安普頓大學和ORC所有教職員工的共同努力下，一座嶄新的多功能大樓在舊址上重新建立，整個大樓造價超過1億英鎊，建成了一流的光纖塔和超凈間。ORC在災難之后獲得新生，并得到了更大的發(fā)展。他山之石，可以攻玉。當前，我國正在大力開展“雙一流”和新工科建設，我們應該以此為契機，面向?qū)W科發(fā)展前沿和國家戰(zhàn)略需求，找準發(fā)力點，突出優(yōu)勢和特色，提升學科核心競爭力，努力建設一批具有世界影響力的高水平優(yōu)勢特色學科和研究中心。