一支平均年齡30歲的5人團隊，其成果五年內(nèi)三次入選“中國光學(xué)年度十大進展”——今天（11月3日）凌晨，由中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究員田野帶領(lǐng)的這支團隊的科研成果，再次登上國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》，并將在激光光學(xué)、納米光子學(xué)和固態(tài)物理學(xué)等多個領(lǐng)域引發(fā)廣泛影響。
▲自由電子在波導(dǎo)表面激發(fā)出激光的全過程示意圖
在中科院院士李儒新指導(dǎo)下，團隊用三年時間，在國際上首次“拍攝”下了自由電子在波導(dǎo)表面激發(fā)出激光的全過程，并探索出了一個激光的新賽道——在波導(dǎo)上直接產(chǎn)生激光，從而為光電芯片、傳感、通訊等技術(shù)發(fā)展打開新的想象空間。
5年堅持，探路芯片上的“未來光源”
什么是相干光源？當一群電子如儀仗隊般整齊劃一地行動，就具有良好的相干性，這種自由電子如同訓(xùn)練有素的士兵，可在一些特定光場中產(chǎn)生高品質(zhì)、高功率的激光。
位于張江的軟X射線自由電子激光裝置、超強超短激光裝置等大科學(xué)裝置，其本質(zhì)都是通過將種子光經(jīng)過增益介質(zhì)，并將其功率不斷放大形成高品質(zhì)激光，進而實現(xiàn)各種科學(xué)目標。
那么，未來是否可能在一塊小小芯片上也裝上激光光源？科學(xué)家已在探路，并初窺門徑。
發(fā)展小型化的激光光源，一直是強場激光物理國家重點實驗室的夢想。在李儒新院士的指引下，早在2017年，田野等人就開始了探索。團隊利用實驗室多年積累的超快光學(xué)技術(shù)，探測到了整個過程：一群短脈沖自由電子在波導(dǎo)表面與表面光種子相遇時，產(chǎn)生了超輻射（發(fā)出相干光），緊接著能量以平方級數(shù)迅速增強，直到能量飽和產(chǎn)生激光。
▲超輻射、指數(shù)增長、飽和的三階段受激輻射光放大全過程
“我們第一次在實體空間里，看到了波導(dǎo)表面激光誕生的過程！”田野說，這種自由電子受激輻射出的光源，其能量可上升1萬至10萬倍。未來，片上波導(dǎo)的諸多應(yīng)用也需要高品質(zhì)光源，如果這條路可以走通，就可直接在波導(dǎo)上發(fā)出所需激光。
論文在審稿時，《自然》雜志審稿人就對此表示了極大關(guān)注，認為“該工作極具獨創(chuàng)性，將引發(fā)多個學(xué)科領(lǐng)域極大研究興趣，展示了非常好的應(yīng)用前景”。
如今，田野團隊已在搭建設(shè)備，著手嘗試繼續(xù)提升激光功率，探索新發(fā)現(xiàn)的實際應(yīng)用場景。
鼓勵自由探索，為年輕人成長“搭梯子”
研究員田野是85后，特別研究助理白亞鋒、曾雨珊都是90后，博士生張冬冬與剛畢業(yè)的李中鵬博士則是95后。就是這個年輕的5人團隊，在新型激光研究領(lǐng)域，已有兩項成果入選“中國光學(xué)年度十大進展”，這次原創(chuàng)成果又登上《自然》雜志。
▲研究團隊合影（從左到右分為張冬冬、曾雨珊、田野、白亞鋒）
是什么令他們在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域一次次取得“從0到1”的突破？上海光機所副所長冷雨欣說，發(fā)展新型光源是研究所堅持多年的方向，“我們鼓勵年輕團隊在自由探索中找到原始創(chuàng)新的發(fā)力點”。
“從0到1”的探索，會遇到很多困難的抉擇：是否要開展這方面研究？是否要給科學(xué)家制定方向、規(guī)劃路徑？上海光機所根據(jù)每個研究團隊的不同情況，為其制定不同發(fā)展路線，助推年輕科學(xué)家迅速成長：有的通過穩(wěn)定經(jīng)費支持基礎(chǔ)研究，讓團隊耐心“十年磨一劍”；有的則在國家重大戰(zhàn)略需求的方向上，給予年輕科學(xué)家自由探索的空間。
研究生畢業(yè)后放棄出國深造機會的田野，如今慶幸自己留在了強場實驗室。在適宜的人才培養(yǎng)機制下，這位本土博士迅速成長，不僅獲得國家基金委“優(yōu)青”資助，去年還入選首屆“上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計劃”。
2020年起，上海光機所自籌經(jīng)費，實施“尚光青年人才”培養(yǎng)計劃，讓優(yōu)秀的年輕人從研究生階段起就能得到及時的培養(yǎng)支持。田野團隊里的四位年輕人恰好對應(yīng)享受到人才培養(yǎng)體系中四個不同階段的支持計劃。
“目前，博士后每年收入不少于30萬元，疊加國家、中科院或上海市的資助，最高可拿到65萬元?！鄙虾９鈾C所人力資源部負責人告訴記者，為了讓熱愛科研的年輕人潛心學(xué)術(shù)，將主要精力投入科技創(chuàng)新，光機所還將持續(xù)探索從基礎(chǔ)到應(yīng)用的全鏈條創(chuàng)新體系建設(shè)，對人才實行分類評價和引導(dǎo)，讓科研人員根據(jù)自身成長階段自主選擇主攻方向。
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