一項(xiàng)光學(xué)領(lǐng)域的全球重大進(jìn)展，在中國(guó)上海得以實(shí)現(xiàn)。來(lái)自美國(guó)、南非、以色列等全國(guó)各個(gè)國(guó)家的學(xué)者，這段時(shí)間都迫切希望加強(qiáng)與上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)系，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里誕生的“光子颶風(fēng)”新場(chǎng)景，就像是一把打開(kāi)阿里巴巴寶庫(kù)的“密鑰”——擁有無(wú)窮的想象空間。

這是一個(gè)全新的光場(chǎng)，同時(shí)兼具時(shí)間和空間的流動(dòng)性能。它的運(yùn)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(dòng)的同時(shí)也能在時(shí)間領(lǐng)域中移動(dòng)，生成了攜帶橫向光子軌道角動(dòng)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(shí)，光子能流圍繞一個(gè)隨波包移動(dòng)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(chǎng)，創(chuàng)造性地將超快脈沖光領(lǐng)域和空間光場(chǎng)調(diào)控領(lǐng)域“合二為一”，首次從理論到實(shí)驗(yàn)展示了具有時(shí)空渦旋相位并攜帶光子橫向軌道角動(dòng)量的新型光場(chǎng)，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的光子軌道角動(dòng)量自由度。

“看，這就是我們制作出來(lái)的新光場(chǎng)。”上理工光學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，“颶風(fēng)光場(chǎng)”的創(chuàng)造者、詹其文教授拿著一張黑色的卡片，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上展示眼前這個(gè)“阿里巴巴的寶庫(kù)”。實(shí)驗(yàn)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(lái)，就能形成像颶風(fēng)一樣的光束。

圖為光子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。王燁捷攝

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(gè)時(shí)空交錯(cuò)的新光場(chǎng)下，進(jìn)行各種各樣的研究，因?yàn)檫@個(gè)光場(chǎng)是全新的，因此基于該光場(chǎng)所作的疊加研究，也都是全新的。

“我一直在督促研究團(tuán)隊(duì)，要做研究得趕緊加快速度，緊迫感特別強(qiáng)烈。”中國(guó)工程院院士、光電學(xué)院院長(zhǎng)莊松林最早感受到這種緊迫感，是在2020年2月。當(dāng)時(shí)，詹其文團(tuán)隊(duì)關(guān)于颶風(fēng)光場(chǎng)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(gè)小時(shí)后，他就收到了以色列同行的郵件，對(duì)方在表示祝賀的同時(shí)，特別關(guān)心“颶風(fēng)”光場(chǎng)的的具體制作過(guò)程；很快美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量局的實(shí)驗(yàn)室也在論文基礎(chǔ)上重復(fù)出了類(lèi)似的新光場(chǎng)場(chǎng)并開(kāi)展了進(jìn)一步的研究。彼時(shí)，新冠疫情正在全球蔓延，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?！按蠹叶加蓄?lèi)似的設(shè)備，只要知道我們的想法和原理，全世界各國(guó)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室就都能做出颶風(fēng)光場(chǎng)。然后，大家就可以在這個(gè)新光場(chǎng)條件下做不同的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)?！?/p>

圖為莊松林（右）與詹其文（左）在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)前展示颶風(fēng)光場(chǎng)。王燁捷攝

莊松林說(shuō)，新光場(chǎng)的出現(xiàn)，就像是阿里巴巴的寶庫(kù)被瞬間打開(kāi)。所有光學(xué)科學(xué)家都會(huì)蜂擁而至，從寶庫(kù)里找到適合自己、且容易實(shí)現(xiàn)的新實(shí)驗(yàn)、新創(chuàng)造，繼而開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的領(lǐng)域。這也是為什么詹其文的這項(xiàng)研究入選美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）評(píng)選的2020年度全球30項(xiàng)光學(xué)重大進(jìn)展之一的重要原因——它實(shí)現(xiàn)了光學(xué)領(lǐng)域從0到1的突破。

莊松林和詹其文絕不僅僅想做那個(gè)“筑巢”的人，他們期望利用新型的調(diào)控光場(chǎng)解決更加適合中國(guó)國(guó)情的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。比如，是否有可能通過(guò)空間光場(chǎng)的調(diào)控，在不改變光刻機(jī)原有硬件的基礎(chǔ)上，把光刻機(jī)的最小線寬壓縮50%？近期，他們將嘗試自己新發(fā)明的光場(chǎng)放到強(qiáng)光下做實(shí)驗(yàn)，服務(wù)超快脈沖光領(lǐng)域，未來(lái)嘗試增加光纖通訊的密度，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(shí)?！边@兩天，詹其文和他的團(tuán)隊(duì)正在加緊進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以期在自己發(fā)明的新光場(chǎng)中率先做出新的研究成果來(lái)，“現(xiàn)在國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)境有了極大的飛躍，我們能在國(guó)際舞臺(tái)上大顯身手。”

詹其文今年46歲，此前，他在美國(guó)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(kāi)的東方論壇后，他決定回國(guó)做研究。上理工的光電學(xué)院，擁有全國(guó)規(guī)模最大的光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，6000平米的超凈光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，光學(xué)平臺(tái)400個(gè)，共10000多平米的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，是詹其文眼中最大的“吸引力”，“實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室人才，都非常充足?！?/p>

圖為颶風(fēng)光場(chǎng)創(chuàng)造者詹其文，上理工供圖

近年來(lái)，詹其文看著國(guó)內(nèi)光學(xué)人才越來(lái)越豐沛，實(shí)驗(yàn)條件越來(lái)越好，總是心動(dòng)著想要回來(lái)?！?007年時(shí)，我們組織了一個(gè)國(guó)際納米光子學(xué)會(huì)議，總共大約120人。到了去年，已經(jīng)有700多人，一個(gè)500人的群都不夠拉的。”實(shí)驗(yàn)室和人才的雙重牽引，使得詹其文在2020年時(shí)果斷下決心，“是時(shí)候回來(lái)了。”

據(jù)了解，詹其文的這一發(fā)現(xiàn)在光通訊、光信息處理、量子光學(xué)、粒子操控、相對(duì)論空間物理等領(lǐng)域具有重要的潛在研究和應(yīng)用價(jià)值。他的研究團(tuán)隊(duì)最近獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委“新型光場(chǎng)調(diào)控物理與應(yīng)用重大研究計(jì)劃”的重點(diǎn)項(xiàng)目支持，將在這一領(lǐng)域進(jìn)一步開(kāi)展系統(tǒng)深入研究。

來(lái)源：中國(guó)青年報(bào) 記者：王燁捷

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