從大年初四開始，上海理工大學(xué)光電信息與計算機工程學(xué)院詹其文教授團隊的年輕教師們就“開工”了。他們正在爭分奪秒地與全球“光學(xué)發(fā)燒友”們競爭，推動最新領(lǐng)域的光學(xué)研究。“目前已經(jīng)有6篇最新的論文正在投稿中。”詹其文說。

此前，一項光學(xué)領(lǐng)域的全球重大進展，在詹其文團隊的運作下得以實現(xiàn)。來自美國、南非、以色列等多國學(xué)者，都希望加強與上海理工大學(xué)光電信息與計算機工程學(xué)院實驗室的聯(lián)系。從這個實驗室里誕生的“光子颶風(fēng)”新場景，就像是一把打開阿里巴巴寶庫的“密鑰”——擁有無窮的想象空間。

這是一個全新的光場，同時兼具時間和空間的流動性能。它的運作原理，就像是“光子颶風(fēng)”，讓光子像颶風(fēng)一樣，能在一條橫軸上不斷向前移動的同時也能在時間領(lǐng)域中移動，生成了攜帶橫向光子軌道角動量的超短脈沖光學(xué)波包。這一新型光波包在光子能量快速向前傳輸?shù)耐瑫r，光子能流圍繞一個隨波包移動的橫向軸旋轉(zhuǎn)，從而形成光子“颶風(fēng)”。

這種全新的“颶風(fēng)”光場，創(chuàng)造性地將超快脈沖光領(lǐng)域和空間光場調(diào)控領(lǐng)域“合二為一”，首次從理論到實驗展示了具有時空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動量的新型光場，開創(chuàng)了一個全新的光子軌道角動量自由度。

“看，這就是我們制作出來的新光場。”上理工光學(xué)實驗室里，“颶風(fēng)光場”的創(chuàng)造者詹其文教授拿著一張黑色的卡片，在實驗臺上展示眼前這個“阿里巴巴的寶庫”。實驗桌上，擺滿了各種各樣的固定光學(xué)儀器，這些儀器相互作用后，一束光打下來，就能形成像颶風(fēng)一樣的光束。

這種光束，在光學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)家們眼中，就是“大寶貝”。他們可以在這樣一個時空交錯的新光場下，進行各種各樣的研究，因為這個光場是全新的，因此基于該光場所作的疊加研究，也都是全新的。

“我一直在督促研究團隊，要做研究得趕緊加快速度，緊迫感特別強烈。”中國工程院院士、光電學(xué)院院長莊松林最早感受到這種緊迫感，是在2020年2月。當(dāng)時，詹其文團隊關(guān)于颶風(fēng)光場的研究剛剛在線刊登在世界光學(xué)頂尖期刊《自然-光子學(xué)》上，幾個小時后，他就收到了以色列同行的郵件，對方在表示祝賀的同時，特別關(guān)心“颶風(fēng)”光場的的具體制作過程;很快美國國家標(biāo)準(zhǔn)計量局的實驗室也在論文基礎(chǔ)上重復(fù)出了類似的新光場并開展了進一步的研究。彼時，新冠肺炎疫情正在全球蔓延，但詹其文的這篇論文仍在全球光學(xué)圈激起了極大的波瀾。

“大家都有類似的設(shè)備，只要知道我們的想法和原理，全世界各國的光學(xué)實驗室就都能做出颶風(fēng)光場。然后，大家就可以在這個新光場條件下做不同的創(chuàng)新型實驗。”莊松林說，新光場的出現(xiàn)，就像是阿里巴巴的寶庫被瞬間打開。所有光學(xué)科學(xué)家都會蜂擁而至，從寶庫里找到適合自己、且容易實現(xiàn)的新實驗、新創(chuàng)造，繼而開創(chuàng)一個新的領(lǐng)域。這也是為什么詹其文的這項研究入選美國光學(xué)學(xué)會(OSA)評選的2020年度全球30項光學(xué)重大進展之一的重要原因——它實現(xiàn)了光學(xué)領(lǐng)域從0到1的突破。

莊松林、詹其文和他們的團隊絕不僅僅想做那個“筑巢”的人，他們期望利用新型的調(diào)控光場解決更加適合中國國情的關(guān)鍵技術(shù)問題。比如，是否有可能通過空間光場的調(diào)控，在不改變光刻機原有硬件的基礎(chǔ)上，把光刻機的最小線寬壓縮50%?近期，他們將嘗試自己新發(fā)明的光場放到強光下做實驗，服務(wù)超快脈沖光領(lǐng)域，未來嘗試增加光纖通信的密度，使得一束光纖可以承載更多的信息量。

“我們要盡快把我們已有的創(chuàng)新想法落實。”即便是在春節(jié)假期期間，詹其文團隊也在加緊進行各項實驗，以期在自己發(fā)明的新光場中率先做出新的研究成果，“現(xiàn)在國內(nèi)實驗環(huán)境有了極大的飛躍，我們能在國際舞臺上大顯身手。”

詹其文今年46歲，此前，他在美國生活工作了23年。2020年，在連續(xù)參加了好幾屆莊松林院士主持召開的東方論壇后，他決定回國做研究。上理工的光電學(xué)院，擁有全國規(guī)模最大的光學(xué)實驗平臺，6000平方米的超凈光學(xué)實驗室，光學(xué)平臺400個，共1萬多平方米的實驗環(huán)境，是詹其文眼中最大的“吸引力”，“實驗平臺和實驗室人才，都非常充足。”

近年來，詹其文看著國內(nèi)光學(xué)人才質(zhì)量越來越高，實驗條件越來越好，總是心動著想要回來。“2007年時，我們組織了一個國際納米光子學(xué)會議，總共大約120人。到去年，已經(jīng)有700多人。”實驗室和人才的雙重牽引，使得詹其文在2020年時果斷下決心，“是時候回來了”。

據(jù)悉，詹其文團隊最近獲得國家自然科學(xué)基金委“新型光場調(diào)控物理與應(yīng)用重大研究計劃”的重點項目支持，將在這一領(lǐng)域進一步開展系統(tǒng)深入研究。

2021年03月01日 05 版

關(guān)鍵詞： 全球光學(xué)寶庫