一項光學領域的全球重大進展，在中國上海得以實現。來自美國、南非、以色列等全國各個國家的學者，這段時間都迫切希望加強與上海理工大學光電信息與計算機工程學院實驗室的聯系，從這個實驗室里誕生的“光子颶風”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”，讓光子像颶風一樣，能在一條橫軸上不斷向前移動的同時也能在時間領域中移動，生成了攜帶橫向光子軌道角動量的超短脈沖光學波包。這一新型光波包在光子能量快速向前傳輸的同時，光子能流圍繞一個隨波包移動的橫向軸旋轉，從而形成光子“颶風”。

這種全新的“颶風”光場，創造性地將超快脈沖光領域和空間光場調控領域“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。”上理工光學實驗室里，“颶風光場”的創造者、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儀器，這些儀器相互作用后，一束光打下來，就能形成像颶風一樣的光束。

圖為光子實驗平臺。王燁捷攝

這種光束，在光學基礎科學家們眼中，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、光電學院院長莊松林最早感受到這種緊迫感，是在2020年2月。當時，詹其文團隊關于颶風光場的研究剛剛在線刊登在世界光學頂尖期刊《自然-光子學》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，特別關心“颶風”光場的的具體制作過程；很快美國國家標準計量局的實驗室也在論文基礎上重復出了類似的新光場場并開展了進一步的研究。彼時，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圈激起了極大的波瀾。“大家都有類似的設備，只要知道我們的想法和原理，全世界各國的光學實驗室就都能做出颶風光場。然后，大家就可以在這個新光場條件下做不同的創新型實驗。”

圖為莊松林（右）與詹其文（左）在實驗平臺前展示颶風光場。王燁捷攝

莊松林說，新光場的出現，就像是阿里巴巴的寶庫被瞬間打開。所有光學科學家都會蜂擁而至，從寶庫里找到適合自己、且容易實現的新實驗、新創造，繼而開創一個新的領域。這也是為什么詹其文的這項研究入選美國光學學會（OSA）評選的2020年度全球30項光學重大進展之一的重要原因——它實現了光學領域從0到1的突破。

莊松林和詹其文絕不僅僅想做那個“筑巢”的人，他們期望利用新型的調控光場解決更加適合中國國情的關鍵技術問題。比如，是否有可能通過空間光場的調控，在不改變光刻機原有硬件的基礎上，把光刻機的最小線寬壓縮50%？近期，他們將嘗試自己新發明的光場放到強光下做實驗，服務超快脈沖光領域，未來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新想法落實。”這兩天，詹其文和他的團隊正在加緊進行各項實驗，以期在自己發明的新光場中率先做出新的研究成果來，“現在國內實驗環境有了極大的飛躍，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。上理工的光電學院，擁有全國規模最大的光學實驗平臺，6000平米的超凈光學實驗室，光學平臺400個，共10000多平米的實驗環境，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。”

圖為颶風光場創造者詹其文，上理工供圖

近年來，詹其文看著國內光學人才越來越豐沛，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會議，總共大約120人。到了去年，已經有700多人，一個500人的群都不夠拉的。”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。”

據了解，詹其文的這一發現在光通訊、光信息處理、量子光學、粒子操控、相對論空間物理等領域具有重要的潛在研究和應用價值。他的研究團隊最近獲得國家自然科學基金委“新型光場調控物理與應用重大研究計劃”的重點項目支持，將在這一領域進一步開展系統深入研究。

來源：中國青年報 記者：王燁捷

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