韓張華：“光與電”世界中的探索者

本刊記者 肖貞林

韓張華：“光與電”世界中的探索者

本刊記者 肖貞林

在科學(xué)中國人年度人物頒獎盛典上

回顧韓張華的求學(xué)之路，頗有一波三折的戲劇性，從當(dāng)初的跨專業(yè)讀博遇到恩師何賽靈教授，再到加入南丹麥大學(xué)Sergey I. Bozhevolnyi教授的團隊，一切都看似是機緣巧合，但是我們都知道，機會總是留給有準(zhǔn)備的人的。

在光電科研的領(lǐng)域里，韓張華正是這樣一位時刻準(zhǔn)備著的人。他在研究上一直保持活躍，研究成果受到了國際同行的廣泛關(guān)注與認(rèn)可。獲得博士學(xué)位不到9年，他先后在光學(xué)領(lǐng)域主要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表了50多篇學(xué)術(shù)論文，在Web of Science上被引用1700多次，并有4篇論文入選ESI高引用論文；在Google Scholar中被引用2400多次。這樣的成績在國內(nèi)同齡的研究人員中相當(dāng)突出。他還受光學(xué)領(lǐng)域多家著名學(xué)術(shù)期刊的邀請擔(dān)任評審專家，2014年獲得美國光學(xué)學(xué)會“杰出審稿專家獎”，為每年獲得該獎項的全球13名獲獎人員之一。

求學(xué)歷程 峰回路轉(zhuǎn)

1999年站在浙江大學(xué)校園里的韓張華還是個意氣風(fēng)發(fā)的懵懂青年，這一年，他剛剛通過了嚴(yán)格的高考被浙江大學(xué)材料系錄取，成為了百年浙大的光榮一員。

不過隨著學(xué)業(yè)的開展，身為材料系學(xué)生的韓張華卻發(fā)現(xiàn)自己越來越對電磁波感興趣，而這種“跨界”的感覺隨著時間的推移越來越強烈。韓張華當(dāng)機立斷決定從大二開始輔修信電系的通信工程學(xué)位。就這樣一馬雙跨，付出比其他同學(xué)兩倍的努力，到本科畢業(yè)的時候，韓張華同時拿到兩個學(xué)士學(xué)位，同時也為他以后從事電磁波方面的研究打下了基礎(chǔ)。

在韓張華讀大三那年，得知本校光電系的何賽靈博士有意在材料系中招一位本科生到他的團隊碩博連讀。被聘為瑞典皇家工程學(xué)院終身教授的何賽靈博士1999年從國外回到浙大后，籌建了“光及電磁波研究中心”并進行跨學(xué)科的前沿研究。韓張華得知了這個消息，第一時間主動出擊聯(lián)系到何教授，表達了自己的意愿。一般而言，大學(xué)里跨系免試攻讀研究生操作起來是比較困難的，但是何賽靈教授覺得韓張華的教育背景和學(xué)習(xí)成績都是出類拔萃的，所以破格收取了這個學(xué)生。直到今天，韓張華在談?wù)摰竭@段往事的時候，仍舊感嘆是緣分，也是機會，成為了他人生軌跡的轉(zhuǎn)折點。

2008年，韓張華取得了博士學(xué)位，同時也產(chǎn)生了要到國外去開闊眼界豐富閱歷的想法。當(dāng)時韓張華認(rèn)識到，如果日后從事光電方面的科學(xué)研究，擁有強大的實驗技能是所必需的，出于這個明確的目的，他最終選擇了加拿大的阿爾伯特大學(xué)，因為這所大學(xué)的Nanofab實驗室里擁有加拿大西部最好的微加工設(shè)備。在加拿大兩年的博士后研究工作讓他如愿以償?shù)鼐毦统隽艘簧磉^硬的微加工實驗技能。

但是對自己要求一向嚴(yán)格的韓張華對自身的科研水平還是不夠滿意，決定繼續(xù)留學(xué)國外深造。這個時候，位于北歐丹麥的南丹麥大學(xué)的Sergey I.Bozhevolnyi教授拿到了一個重大的項目，正在面向全球招聘相應(yīng)的科研人才。韓張華又一次把握住機會，積極投遞簡歷，飛到丹麥去進行面試。雙方一拍即合，Bozhevolnyi教授看中了他這么多年來的研究背景以及之前兩年在加拿大的實驗訓(xùn)練經(jīng)歷，這一切恰好都是這個團隊所需要的，于是韓張華加入到了這個世界頂尖的科研團隊，在之后3年的時間里，他的專業(yè)水平得到了巨大的鍛煉和提升。

海外歸來 一展宏圖

長達5年的海外求學(xué)和深造讓韓張華歸心似箭，在他的未來規(guī)劃中根本就沒有留在國外的打算，能夠?qū)⒁簧硭鶎W(xué)報效祖國才是他的最大心愿。于是他在2013年毅然地回到了國內(nèi)，回到杭州，加入到中國計量大學(xué)擔(dān)任研究員。中國計量大學(xué)是一所非常有特色的高校，學(xué)校為韓張華提供了非常適合他的硬件平臺和更大的靈活度，能夠讓懷揣雄心壯志的年輕海歸一展宏圖。韓張華開始招兵買馬組建團隊，將研究的重點轉(zhuǎn)向了目前國際上的研究熱點太赫茲技術(shù)。

在攻讀博士及博士后訓(xùn)練期間，韓張華從事的是表面等離子體波導(dǎo)及器件在微納光集成中的應(yīng)用研究，涉及到光子與金屬中自由電子這兩種粒子的相互作用。而回國以后，他所從事研究的太赫茲波，在電磁波譜中也是處于光學(xué)與電學(xué)的中間位置，兼有電學(xué)與光學(xué)的特性?？梢哉f，他的工作一直就是在光與電的世界里探索。

太赫茲技術(shù)應(yīng)用的巨大潛力已經(jīng)吸引了各國政府及科學(xué)家的廣泛關(guān)注，早在2004年，美國政府就將太赫茲科技評為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一，而日本于2005年更是將太赫茲技術(shù)列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標(biāo)”之首，舉全國之力進行研發(fā)。除此之外，歐美、亞洲、澳洲等許多國家和地區(qū)政府、企業(yè)、大學(xué)和研究機構(gòu)紛紛投入到太赫茲的研發(fā)熱潮之中。雖然世界各國已經(jīng)對這個領(lǐng)域投入大量人力物力，然而當(dāng)前太赫茲的研究卻進展緩慢，除了在功能器件上突破較少以外，在太赫茲輻射源及探測器等關(guān)鍵領(lǐng)域也遇到瓶頸，太赫茲集成光子學(xué)的研究更是剛剛起步?？梢哉f，整個太赫茲學(xué)科的發(fā)展急需新鮮“血液”的注入，新技術(shù)的引進對于在太赫茲波段展開新的研究方向與實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新至關(guān)重要。

韓張華之前的主要研究背景是表面等離子體納米光子學(xué)，而將表面等離子體與太赫茲結(jié)合起來將是太赫茲科學(xué)研究的新前沿，正如國際著名太赫茲研究專家——美國布朗大學(xué)教授Daniel M.Mittleman博士于2013年在Nature Photonics上發(fā)表評論時所提到的那樣：“在這個學(xué)科中兩個最為活躍的領(lǐng)域是高能太赫茲源的研發(fā)及表面等離子體在控制與操作太赫茲光束時的應(yīng)用”。而這兩個領(lǐng)域恰恰都與韓張華的研究背景密切相關(guān)！

韓張華將研究的重心主要放在三個方向上，基于表面等離子體納米結(jié)構(gòu)的新穎太赫茲輻射源研究、利用人工微結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)太赫茲指紋檢測靈敏度的提高及對太赫茲集成光子器件進行研究。表面等離子體納米結(jié)構(gòu)的一個重要優(yōu)勢就是局域電場增強，如果將這種特性與傳統(tǒng)的脈沖太赫茲輻射源結(jié)合起來，將大幅度提高傳統(tǒng)太赫茲輻射源的工作效率。另外，金屬納米材料本身在激發(fā)飛秒激光的作用下，自由電子在倏逝場中由于受到有質(zhì)動力(ponderomotive force)的作用而被加速運動，從而在金屬表面形成電流脈沖而輻射出太赫茲波，表面等離子體的場增強效應(yīng)使得這一現(xiàn)象更加顯著。當(dāng)前太赫茲技術(shù)最有潛力的應(yīng)用就是利用物質(zhì)的特征吸收頻率“指紋“來實現(xiàn)對物質(zhì)種類的鑒別，從而在安全檢測及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要的價值。而由于太赫茲波長比大多數(shù)物質(zhì)分子尺寸大得多，從而需要較大的樣品尺寸才能在太赫茲光譜中得到顯著的諧振信息，這就在很多場合上限制了太赫茲技術(shù)的應(yīng)用。如何采用人工微結(jié)構(gòu)中的局域電場增強及微腔增強等設(shè)計來實現(xiàn)太赫茲指紋檢測的靈敏度提高，是韓張華研究團隊的當(dāng)前主要興趣所在。最后，韓張華結(jié)合自己在集成光學(xué)中的研究背景，計劃將表面等離子體微納光集成中的新觀點、新思路拓展到太赫茲波段，實現(xiàn)太赫茲波段功能器件的小型化與集成化，努力推進太赫茲光子集成的進一步發(fā)展。

苦練內(nèi)功 寄語未來

2014年，韓張華成功被聘為浙江省高等院?！板X江學(xué)者特聘教授”，這樣可以使他沒有后顧之憂，更加全身心地投入到科研工作中去。他的課題組成員在太赫茲波器件傳感及波譜檢測等方面也都具有較好的工作基礎(chǔ)，這為他研究工作的開展與總體目標(biāo)的實現(xiàn)提供了良好的團隊基礎(chǔ)。

在他談到做科研的感悟和體會時，韓張華特別強調(diào)了團隊合作的重要性。但同時他也提到每一個人都要苦練內(nèi)功，當(dāng)團隊或個人在研究過程中遇到問題時，首先不要直接去問別人，從別人那里直接得到答案，那樣對個人的成長并沒有任何好處。要充分挖掘自己的潛能，最后往往能夠自己找到答案。而只有這樣，自己的知識才得到了充分的鞏固。同時，類似的錯誤或問題將不會再犯。

在談及當(dāng)下中國發(fā)展光電領(lǐng)域研究所遇到的挑戰(zhàn)時，韓張華認(rèn)為，在中國，光電領(lǐng)域的研究其實是一門很古老的學(xué)科了，但同時又是一個很新穎的學(xué)科。“寬廣的領(lǐng)域，學(xué)科面很廣，但我們做得還不夠細，研究得過于籠統(tǒng)了。我們的硬件與國外同行的水平越來越接近，但更重要的是提高軟件的水平，即我們每一個科研工作者的內(nèi)功?！表n張華根據(jù)自身的經(jīng)歷寄語在校學(xué)生兩點建議：一是早對自己的未來進行明確規(guī)劃，提高自身競爭力；二是學(xué)好外語，走國際化道路。

韓張華的總體目標(biāo)是在三到五年內(nèi)，在新穎太赫茲輻射源及太赫茲表面等離子體光子器件的研究上取得突破，整體提高中國計量大學(xué)在太赫茲科學(xué)上的研究水平，并帶領(lǐng)該校在太赫茲光學(xué)的研究中達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，并在國際上具有一定影響力。

海闊憑魚躍，天高任鳥飛。光與電廣闊無邊的科學(xué)世界為韓張華提供了寬廣的馳騁空間，可以自由地施展才能與抱負(fù)。我們有理由期待，這樣一位在光電世界中孜孜不倦的探索者，于不遠的將來，必將帶給我們更多的成績與驚喜！

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