——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
語(yǔ)音播報(bào)
李煒?受訪者供圖
2020年底,31歲的李煒結(jié)束了在美國(guó)近10年的求學(xué)和工作,加入中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)春光機(jī)所),并出任微納光子學(xué)與材料國(guó)際實(shí)驗(yàn)室主任。該實(shí)驗(yàn)室是吉林省3家國(guó)際科技合作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一。
近日,李煒領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在高維光場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域取得的突破性研究成果發(fā)表于《自然》,長(zhǎng)春光機(jī)所是相關(guān)工作的第一完成單位。這是該所成立72年來(lái)首次在《自然》發(fā)表論文,實(shí)現(xiàn)了“零”的突破。
“我們?cè)趪?guó)際上首次利用單個(gè)器件、單次測(cè)量,獲得了高維光場(chǎng)的光譜、偏振、光強(qiáng)等信息。”李煒告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
近年來(lái),李煒帶領(lǐng)著一個(gè)年輕的科研團(tuán)隊(duì),既在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域開(kāi)展前沿探索,又不斷嘗試解決應(yīng)用難題。
光學(xué)領(lǐng)域研究很少登上《自然》
“《自然》每年會(huì)發(fā)表很多不同研究領(lǐng)域的高水平論文,但光學(xué)領(lǐng)域的論文非常少。這次研究成果能夠發(fā)表,我們感到非常振奮。”李煒說(shuō)。
據(jù)了解,李煒等人研究的光場(chǎng)不僅包括日常生活中可以感受到的光的強(qiáng)度,還包括光譜、相位、偏振等多維度信息。
李煒表示:“通過(guò)對(duì)光場(chǎng)傳輸?shù)睦斫夂驼{(diào)控,我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光的精細(xì)操控,并獲得更豐富的光學(xué)信息?!?/p>
“由于探測(cè)器件維度相對(duì)受限,過(guò)去對(duì)光場(chǎng)的研究往往只能探測(cè)單一的光譜、偏振、強(qiáng)度等信息。如果要考慮復(fù)雜和混合的狀態(tài),就只能采用多個(gè)探測(cè)器或者進(jìn)行多次測(cè)量?!崩顭樥f(shuō),“我們的研究?jī)H需單個(gè)器件,就能將高維光場(chǎng)信息全部映射到單次測(cè)量成像結(jié)果中,并通過(guò)深度學(xué)習(xí)方法解碼偏振和光譜信息,最終實(shí)現(xiàn)高維光場(chǎng)信息的探測(cè)?!?/p>
李煒?lè)Q,研究最主要的亮點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)了光學(xué)基本原理背后的隱藏信息。研究利用光學(xué)界面的空間色散和頻率色散特性,在波矢空間對(duì)偏振和光譜響應(yīng)進(jìn)行調(diào)控,通過(guò)簡(jiǎn)單的光學(xué)元器件和成熟的鍍膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜高維光場(chǎng)的探測(cè)。
“這項(xiàng)研究不需要新奇的材料和精細(xì)的微納加工?!崩顭樥f(shuō),“只用大學(xué)課本中的知識(shí),我們就找到了解決如此復(fù)雜高維問(wèn)題的‘鑰匙’,也許這就是‘大道至簡(jiǎn)’的魅力?!?/p>
考慮到這項(xiàng)研究可能會(huì)給多領(lǐng)域帶來(lái)重要影響,李煒等人決定向《自然》投稿。
“3位評(píng)審專家對(duì)研究的創(chuàng)新性都給予了高度評(píng)價(jià),其中有評(píng)審專家認(rèn)為研究‘填補(bǔ)了領(lǐng)域的空白’,這也是論文順利發(fā)表的重要因素。”李煒告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
從“零”開(kāi)始的突破
“有別于之前的研究,探測(cè)高維光場(chǎng)信息是我回國(guó)后進(jìn)行的一個(gè)新探索。從開(kāi)始研究到論文發(fā)表,歷時(shí)近3年,投稿的過(guò)程很順利?!崩顭樥f(shuō),“長(zhǎng)春光機(jī)所之前沒(méi)有相關(guān)研究基礎(chǔ),我們從‘零’開(kāi)始,搭建平臺(tái)、購(gòu)買設(shè)備、培養(yǎng)學(xué)生、建設(shè)團(tuán)隊(duì),終于迎來(lái)收獲。”
談及為什么可以在短時(shí)間內(nèi)取得重大突破,李煒表示,最重要的是團(tuán)隊(duì)成員的共同努力。3年的攻關(guān)是對(duì)團(tuán)隊(duì)意志力的考驗(yàn),其間歷經(jīng)新冠疫情,團(tuán)隊(duì)多名成員依然堅(jiān)守在實(shí)驗(yàn)室。今年春節(jié)假期,團(tuán)隊(duì)成員放棄了和家人團(tuán)聚的機(jī)會(huì),在實(shí)驗(yàn)室里高效完成了補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)和論文修改。
他透露,團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在研制的元器件將進(jìn)一步擴(kuò)大光學(xué)參數(shù)的探測(cè)范圍,實(shí)現(xiàn)超寬帶和高分辨率探測(cè),進(jìn)而服務(wù)遙感探測(cè)、分子藥物探測(cè)等領(lǐng)域。
李煒說(shuō),在外人眼中,長(zhǎng)春光機(jī)所以大工程攻關(guān)見(jiàn)長(zhǎng)。第一臺(tái)紅寶石激光器、第一臺(tái)單反照相機(jī)、第一臺(tái)大型電影經(jīng)緯儀……長(zhǎng)春光機(jī)所是新中國(guó)在光學(xué)領(lǐng)域建立的第一個(gè)研究所,也是中國(guó)光學(xué)的搖籃。
在王大珩、徐敘瑢等老一輩科學(xué)家的帶領(lǐng)下,長(zhǎng)春光機(jī)所不僅創(chuàng)造了十多項(xiàng)“中國(guó)第一”,還先后參加了“兩彈一星”“載人航天工程”等多項(xiàng)國(guó)家重大工程項(xiàng)目。
李煒表示,這些年來(lái),隨著研究布局的調(diào)整以及青年人才的不斷加入,長(zhǎng)春光機(jī)所在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得了很多成績(jī),并實(shí)現(xiàn)了“零”的突破。
既開(kāi)展前沿探索,又解決應(yīng)用難題
李煒的本科專業(yè)是熱能與動(dòng)力工程。在學(xué)習(xí)過(guò)程中,他對(duì)光產(chǎn)生了濃厚興趣,并決定在本科畢業(yè)后,轉(zhuǎn)而攻讀光學(xué)相關(guān)的博士學(xué)位。
2011年,李煒從哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)后,先后在美國(guó)范德堡大學(xué)和斯坦福大學(xué)完成博士學(xué)業(yè)和博士后研究工作。
回國(guó)前,李煒已經(jīng)拿到國(guó)外多所名校教職的錄取通知。當(dāng)被問(wèn)及為什么選擇長(zhǎng)春光機(jī)所時(shí),他說(shuō):“長(zhǎng)春光機(jī)所可以提供不輸國(guó)外的一流研究平臺(tái)和發(fā)展空間,而且我一直向往能回國(guó)做一些實(shí)事?!?/p>
在長(zhǎng)春光機(jī)所,李煒團(tuán)隊(duì)的另一主要研究方向是熱輻射調(diào)控,得益于他之前的光學(xué)和熱學(xué)研究背景,相關(guān)研究在國(guó)際上擁有了一定知名度。
加入長(zhǎng)春光機(jī)所后,李煒帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)大展拳腳,一邊探索最前沿的基礎(chǔ)研究,一邊嘗試解決產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用需求問(wèn)題?!扒罢咦非髣?chuàng)新性和極限,后者追求可靠性和穩(wěn)定。”在李煒看來(lái),基礎(chǔ)研究和應(yīng)用需求看似相距甚遠(yuǎn),“但其中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的內(nèi)核是相通的”。
“研究是開(kāi)放的,合作也是開(kāi)放的。”李煒介紹,自己擔(dān)任微納光子學(xué)與材料國(guó)際實(shí)驗(yàn)室主任以來(lái),從美、日、法等國(guó)引進(jìn)了多位高水平的科研人員,并推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室與國(guó)內(nèi)外頂尖高校、研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展學(xué)術(shù)交流與合作。
如今,實(shí)驗(yàn)室會(huì)聚了世界各地的科研學(xué)者,外籍科研人員約占1/5。李煒希望不同國(guó)籍、不同學(xué)術(shù)背景的科研人員優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、形成合力,做出可以在科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響的成果。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07398-w
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