光子科学与产业论坛，是今天在上海滴水湖畔拉开帷幕的世界顶尖科学家论坛的重头戏。

这一选择蕴含深意。去年9月，在上海成立的张江实验室，初期拟采取“1+2+1”布局，其中第一个“1”代表的正是光子大科学设施群及相关基础研究。

从试运行至今近10年的上海光源，到今年4月开工建设的硬X射线自由电子激光装置，一个光子大科学设施集聚地，已成为上海建设有全球影响力的科创中心的科学地标。

光子大科学装置，产生新的研究手段 

二十世纪初，26岁的爱因斯坦首次提出光量子概念，随后113年里人们对光的研究孜孜不倦。1960年，激光器研制成功，这是光的研究发展史上的重大突破。从此，光、电子学、光量子学等相关学科进入迅猛发展阶段。

我们平常说的“光”时，多指可见光。其实，“光”是一个很大的家族，依波长的不同，可分为无线电波、微波、红外、可见光、紫外、真空紫外、软X射线、硬X射线和伽马（γ）射线等。探测宇宙，可以选用无线电波；跟踪飞机，可以选用微波（雷达）；要“看清”病毒、蛋白质分子甚至金属原子等微观物体，必须选用与这些微观物体大小相近或更短波长的光束。

从国际上的先进经验来看，包括欧洲核子中心在内的大科学装置都有两种以上的光子设施，从而可以满足多领域不同的研究需求，最关键的是能够产生新的研究手段。

基础科学的创新和前沿问题的探索，离不开核心技术的突破。到2030年，张江实验室将努力跻身世界一流国家实验室行列，发展成为全球规模最大、种类最全、综合能力最强的光子大科学设施集聚地，涌现一批标志性式原创成果，解决一批国家急需的战略核心技术问题，为上海建成有全球影响力的科创中心提供强有力支撑。

高瞻远瞩的一次部署

集聚科技资源，举全市之力建设光子大科学设施，是上海高瞻远瞩的一次部署。

“以世界同类装置最少的投资和最快的建设速度，成为国际上性能指标领先的第三代同步辐射光源之一，是我国大科学装置建设的一个成功范例。”这是 2010年1月19日上海光源顺利通过国家验收时得到的一致评价。上海光源亦不负众望，不管是从用户数量还是装置性能来说，不仅领跑全国，同时也处于国际上同类装置的第一方阵。借助上海光源，中科院院士包信和团队探索出天然气直接转化利用的有效方法；中科院物理研究所丁洪研究员发现隐藏了80余年的“幽灵粒子”外尔费米子等。上海光源现有13条光束线站投入运行，预计到2020年，将有近40条线站建成并向用户开放。

软X射线有一个重要的波段被称为“水窗”，是目前唯一可以对生物活体细胞进行无损伤三维全息成像和显微成像的“第四代光源”。上海软X射线自由电子激光用户装置，是我国第一台X射线自由电子激光用户装置，目前正在进行工艺设备的加工、采购，预计2019年底建成和开放使用；作为国内迄今为止投资最大的国家重大科技基础设施项目，硬X射线自由电子激光装置计划在2025年建成，承建单位是上海科技大学，中科院上海应用物理研究所为项目共建单位。整个装置总长约3公里，位于地下30米的隧道中，主要建设内容包括一台能量为8GeV的超导直线加速器，3条波荡器线、3条光束线以及首批超过10个实验站。X射线自由电子激光具备超高的峰值亮度、超短的脉冲和极好的相干性，将与上海光源互补，成为探索自然奥秘和发展高新技术的最先进研究平台，使人们从拍“分子照片”进入到拍“分子电影”的时代，有助于解决人类面临的一些迫切问题。

去年10月24日晚，中科院上海光机所和上海科技大学超强激光光源联合实验室传出喜讯：上海超强超短激光实验装置的研制工作取得重大突破，成功实现了10拍瓦激光放大输出，这是目前已知的最高激光脉冲峰值功率，达到国际同类研究的领先水平。超强超短激光，一般是指峰值功率大于1太瓦（1太瓦=1万亿瓦），脉冲宽度小于100飞秒（1飞秒等于1千万亿分之一秒）的激光。超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度等综合性极端物理条件，这是之前只有在核爆中心、恒星内部、黑洞边缘才能找到的极端物理条件，可用于研制激光质子刀以治疗癌症；制造台式化电子加速器和产生超快X射线源对蛋白质探测成像；研究天体物理和宇宙起源，将来还可能用于真空结构和暗物质的探测等。

过去，许多科学家耗费数年才解析一个蛋白质分子结构，如今为蛋白质分子拍一张照只需0.1秒，看清一个蛋白质结构，不再以年为计时单位，最短只需2分30秒。作为当今全球生命科学领域首家综合性大科学装置，国家蛋白质科学中心（上海）设施于2015年7月正式面向国内外用户开放，截至目前，已累计服务超过23960人次，吸引了近300家国内外科研单位的研究人员来开展前沿科学研究，其中包括来自美国、英国、法国、西班牙、日本等国家的优秀科学家。就在几天前，中科院院士饶子和团队在国际顶级学术期刊《科学》在线发表了最新研究成果，该团队利用蛋白质设施质谱系统等设施，揭示了生命体内一种新的醌氧化与氧还原相偶联的电子传递机制。几年来，设施用户、设施科研和技术团队取得了一系列重要科研成果，其中在《自然》《科学》《细胞》上发文33篇，在基础和应用基础研究中的科技支撑作用日益凸显。

我国第一条硅光子研发中试线将建成

上海的未雨绸缪，不仅表现在对光子科学大科学设施群及相关基础研究上，还有相关产业的布局上。

解放日报·上观新闻记者近日获悉，由张江实验室牵头承担的硅光子市级重大专项在工艺技术方面取得突破，具备了光芯片流片能力，预计今年年内，我国第一条硅光子研发中试线将在上海建成。

小小芯片，为何光传输要比电传输更为先进？原来，大量电子在高密度电路里运动时，不仅会使器件发热，还会产生电磁损耗，这就影响了芯片的速度等性能。而光的“步伐”不仅更为轻快，其运动时不产生热量，而且多路光能在同一个时空里运动并保持各自的独立性，从而大大节省了信号传输通道。

去年，上海市政府将硅光子列入首批市级重大专项，布局了硅基光互连芯片研发和生产。此举，正是为了在上海打造硅光子芯片全产业链，解决“卡脖子”技术难题，力争使上海成为硅光子这一战略领域技术新发明、产业新方向的重要策源地。