暢游物理世界 科研發(fā)現(xiàn)未來(lái)

孫欣欣

生活就像一扇門(mén)，但同時(shí)也會(huì)在開(kāi)一扇門(mén)的時(shí)候打開(kāi)很多窗，王新柯博士就是這樣在物理的世界里開(kāi)了五彩斑斕的窗。利用太赫茲技術(shù)檢測(cè)生物切片，觀察是否癌變；研究珍貴壁畫(huà)的修復(fù)問(wèn)題；測(cè)量半導(dǎo)體電光特性；開(kāi)發(fā)集成光學(xué)系統(tǒng)等。這些可能對(duì)于普羅大眾并不經(jīng)常接觸的事物，卻是王新柯的研究成果應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。

“對(duì)于科研工作者來(lái)說(shuō)，做一件事就要把它做好。”王新柯憑著多年的堅(jiān)持與執(zhí)著，也在用自己的實(shí)際行動(dòng)踐行著這句話，不只是對(duì)一份研究的責(zé)任，更多的還是對(duì)物理領(lǐng)域的熱愛(ài)和深深的樂(lè)趣。

在樂(lè)趣中揭秘

一提到研究，私下寡言少語(yǔ)的王新柯頓時(shí)打開(kāi)了話匣子。他在本科時(shí)所讀專業(yè)并不是以光學(xué)為主的，而是現(xiàn)代教育技術(shù)，物理光學(xué)只是其中一個(gè)研究方向。畢業(yè)后，經(jīng)過(guò)和老師家人商討，他選擇了首都師范大學(xué)光學(xué)專業(yè)，自此開(kāi)啟了他對(duì)光學(xué)的興趣之旅。在研究太赫茲超薄透鏡時(shí)，他發(fā)現(xiàn)生活中很多現(xiàn)象與此息息相關(guān)，像我們平時(shí)戴的眼鏡就是一個(gè)透鏡，有厚有薄，在薄的地方光較活躍，行走距離短，反之亦然。王新柯能把很多研究和現(xiàn)實(shí)相聯(lián)系，得到樂(lè)趣的同時(shí)也收獲了成就。

2007年9月，王新柯師從于張巖研究員，以“太赫茲實(shí)時(shí)成像中關(guān)鍵技術(shù)的研究與改進(jìn)”為題，攻讀理學(xué)博士學(xué)位。該方向?qū)儆诂F(xiàn)代光學(xué)研究的一個(gè)前沿領(lǐng)域。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，他通過(guò)不斷地技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)了國(guó)內(nèi)唯一一套太赫茲脈沖波焦平面成像系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲電磁場(chǎng)的高分辨率、高信噪比和偏振選擇性測(cè)量。相關(guān)工作發(fā)表在了“美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)”旗下的《光學(xué)時(shí)訊》《美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊A》《應(yīng)用光學(xué)》等知名期刊上，引起了業(yè)內(nèi)同行的廣泛重視。2011年參加工作后，王新柯致力于太赫茲焦平面成像系統(tǒng)的改進(jìn)和應(yīng)用研究，開(kāi)展了利用此系統(tǒng)對(duì)太赫茲波導(dǎo)進(jìn)行模式分析、對(duì)太赫茲電磁場(chǎng)矢量衍射態(tài)進(jìn)行表征、對(duì)太赫茲波段超表面器件與表面等離子體器件進(jìn)行功能驗(yàn)證等高水平工作。2012年，在太赫茲研究方面的新進(jìn)展——“太赫茲超薄平板元件”項(xiàng)目中，他利用太赫茲光譜成像手段表征基于表面等離子體的新型光學(xué)器件。這種器件基于新穎表面材料，通過(guò)對(duì)微納天線的設(shè)計(jì)和控制，可以利用100納米厚的金屬微結(jié)構(gòu)表面對(duì)400微米的太赫茲光束進(jìn)行波前調(diào)控，實(shí)現(xiàn)聚焦、分束、成像以及全息等功能，為太赫茲系統(tǒng)的微小化和集成化提供了一個(gè)新思路。

由于科研成績(jī)突出，王新柯在2012年到2014年先后獲批了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目和面上項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、“國(guó)家863計(jì)劃”子任務(wù)的支持。2014年11月，由“中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)”為他所在團(tuán)隊(duì)頒發(fā)了“中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果獎(jiǎng)”以表彰其在太赫茲成像技術(shù)應(yīng)用研究及產(chǎn)業(yè)化方面所作的貢獻(xiàn)。

在困難中放飛

“在研究中每天都會(huì)遇到各種難題，但都會(huì)漸漸習(xí)慣的?！蓖跣驴率冀K能夠認(rèn)清自己在科研道路上走的每一步，科研一定要實(shí)際應(yīng)用，要造福社會(huì)，造福人類。如果僅強(qiáng)調(diào)物理研究，就會(huì)與實(shí)際應(yīng)用脫離太遠(yuǎn)；如果一心想去探索，去發(fā)現(xiàn)，又會(huì)容易偏離主題，失去科研意義。要做到這些，困難是不可避免的，王新柯也從來(lái)都是迎難而上，不輕言放棄。

在半導(dǎo)體光泵浦時(shí)空特性的太赫茲數(shù)字全息研究項(xiàng)目中，盡管太赫茲技術(shù)在時(shí)間分辨光譜的測(cè)量上有諸多優(yōu)勢(shì)，但由于測(cè)量方式的限制，需要將太赫茲聚焦到樣品上一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，所以它只反映了載流子的時(shí)域變化特性，并不能呈現(xiàn)出載流子空間分布特性。針對(duì)目前測(cè)量技術(shù)存在的問(wèn)題，王新柯及其團(tuán)隊(duì)試圖采用太赫茲焦平面成像技術(shù)代替光譜技術(shù)進(jìn)行時(shí)間分辨探測(cè)，獲得半導(dǎo)體上載流子的四維光譜信息。并且通過(guò)光學(xué)數(shù)字全息技術(shù)優(yōu)化測(cè)量結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)載流子的時(shí)空演變過(guò)程進(jìn)行全面準(zhǔn)確的觀測(cè)。

太赫茲赫茲焦平面成像技術(shù)最早是在1996年提出，這種成像系統(tǒng)可以有效地縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，并且可以更真實(shí)的反映太赫茲電場(chǎng)的二維分布。但在實(shí)際操作中，由于太赫茲輻射的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，電磁波的衍射總會(huì)對(duì)圖像有所影響。為解決這一問(wèn)題，2008年，由王新柯的導(dǎo)師張巖研究員提出，將可見(jiàn)光波段的數(shù)字全息技術(shù)應(yīng)用到太赫茲領(lǐng)域，通過(guò)反衍射重建算法可有效消除衍射影響，圖像質(zhì)量得到明顯提高。王新柯也將這一思路繼承發(fā)揚(yáng)下來(lái)。

目前，王新柯及其團(tuán)隊(duì)正致力于將太赫茲成像技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推廣，先后獲批了一項(xiàng)美國(guó)發(fā)明專利、兩項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利、一項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型專利，還分別與大恒光電公司、陜西省歷史博物館、北京307醫(yī)院緊密合作，開(kāi)展將太赫茲技術(shù)用于壁畫(huà)文物無(wú)損探傷和生物組織病變檢測(cè)的研究，推進(jìn)太赫茲技術(shù)的實(shí)用化。

在生活中育人

在與王新柯博士交流的短短一個(gè)多小時(shí)內(nèi)，他多次提出老師在教學(xué)中的重要性?！袄蠋熥钪匾木褪恰?，學(xué)生不懂也沒(méi)關(guān)系，老師就是來(lái)傳道授業(yè)解惑的?！蓖跣驴略谇髮W(xué)過(guò)程中就深受導(dǎo)師影響，還曾到美國(guó)師從張希成教授進(jìn)行科學(xué)研究，張教授對(duì)科研精益求精、嚴(yán)以律己的態(tài)度和教學(xué)作風(fēng)都深深感染了王新柯。

他潛心教學(xué)，目前教授《激光原理》《光電專業(yè)實(shí)驗(yàn)》等課程。在教學(xué)中，王新柯透露更喜歡踏實(shí)肯干的學(xué)生，聰明靈活固然重要，但科學(xué)研究更為注重的是承受枯燥和寂寞。沒(méi)有人是一學(xué)就會(huì)的，跌倒摔傷都不可怕，一點(diǎn)點(diǎn)在前進(jìn)的路上摸索比什么都重要。他會(huì)在教學(xué)中賦予極大的熱情并想辦法盡可能的激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使課堂氣氛更為活躍。

他特別支持學(xué)生自己進(jìn)行探索。在王新柯做科研時(shí)，就會(huì)在遇到問(wèn)題時(shí)經(jīng)常向老師或師兄請(qǐng)教。在科研上一定要不懂就問(wèn)，自身要有積極主動(dòng)的動(dòng)力，才會(huì)在摸索中不斷成長(zhǎng)。當(dāng)然作為一名老師，不僅僅是要教授知識(shí)，傳遞理論，還要去引導(dǎo)和啟迪學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)知識(shí)，求得真理。王新柯還提到在考博時(shí)，需要自己動(dòng)手搭建一個(gè)系統(tǒng)，他主要負(fù)責(zé)光電搭建和查找信號(hào)，開(kāi)始時(shí)并不是一帆風(fēng)順的，然而他虛心向?qū)W，從給別人打下手做起，通過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)學(xué)習(xí)逐漸輕車熟路。在他看來(lái)，只要認(rèn)準(zhǔn)了方向，不輕言放棄，也許過(guò)程艱難，但前景必定光輝。

在物理世界中徜徉的他，為各種數(shù)字、信號(hào)如癡如醉，只要一有空就會(huì)出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里。對(duì)如他一般的科研工作者來(lái)說(shuō)，最令人激動(dòng)的時(shí)刻不是獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，不是獲得資助，而是拼盡全力后看到成果時(shí)的欣喜若狂。回想起來(lái)，王新柯可能會(huì)永遠(yuǎn)記得當(dāng)年測(cè)到表面電磁波時(shí)的心情。說(shuō)到這，王新柯更要感謝物理所的楊國(guó)楨院士，2003年時(shí)首都師范大學(xué)才開(kāi)始進(jìn)行科學(xué)研究，設(shè)備、經(jīng)驗(yàn)等各方面都有所欠缺，物理系更是對(duì)研究哪方面無(wú)從下手，是楊院士指出可以多關(guān)注太赫茲方向的研究，這方面是很有前瞻性和發(fā)展性的，王新柯讀博時(shí)才有幸踏上了對(duì)太赫茲進(jìn)行研究的道路。每位老師都會(huì)給學(xué)生留下巨大影響和深遠(yuǎn)的思考，王新柯也希望自己能成為幫助學(xué)生成長(zhǎng)的那個(gè)人。

科研源于現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)實(shí)引領(lǐng)未來(lái)。在科研的探索中，聰明只是一時(shí)，重要的是堅(jiān)持，要日復(fù)一日年復(fù)一年地思考同一個(gè)問(wèn)題，做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)。王新柯正是抱著這份堅(jiān)持與執(zhí)著，在物理的星空留下點(diǎn)點(diǎn)星光。endprint