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畅游物理世界科研发现未来
本刊记者 孙欣欣
生活就像一扇门,但同时也会在开一扇门的时候打开很多窗,王新柯博士就是这样在物理的世界里开了五彩斑斓的窗.利用太赫兹技术检测生物切片,观察是否癌变；研究珍贵壁画的修复问题；测量半导体电光特性；开发集成光学系统等.这些可能对于普罗大众并不经常接触的事物,却是王新柯的研究成果应用最广泛的领域.
“对于科研工作者来说,做一件事就要把它做好.”王新柯凭着多年的坚持与执着,也在用自己的实际行动践行着这句话,不只是对一份研究的责任,更多的还是对物理领域的热爱和深深的乐趣.
在乐趣中揭秘
一提到研究,私下寡言少语的王新柯顿时打开了话匣子.他在本科时所读专业并不是以光学为主的,而是现代教育技术,物理光学只是其中一个研究方向.毕业后,经过和老师家人商讨,他选择了首都师范大学光学专业,自此开启了他对光学的兴趣之旅.在研究太赫兹超薄透镜时,他发现生活中很多现象与此息息相关,像我们平时戴的眼镜就是一个透镜,有厚有薄,在薄的地方光较活跃,行走距离短,反之亦然.王新柯能把很多研究和现实相联系,得到乐趣的同时也收获了成就.
2007年9月,王新柯师从于张岩研究员,以“太赫兹实时成像中关键技术的研究与改进”为题,攻读理学博士学位.该方向属于现代光学研究的一个前沿领域.在导师的指导下,他通过不断地技术创新,研发了国内唯一一套太赫兹脉冲波焦平面成像系统,可实现对太赫兹电磁场的高分辨率、高信噪比和偏振选择性测量.相关工作发表在了“美国光学学会”旗下的《光学时讯》《美国光学学会会刊A》《应用光学》等知名期刊上,引起了业内同行的广泛重视.2011年参加工作后,王新柯致力于太赫兹焦平面成像系统的改进和应用研究,开展了利用此系统对太赫兹波导进行模式分析、对太赫兹电磁场矢量衍射态进行表征、对太赫兹波段超表面器件与表面等离子体器件进行功能验证等高水平工作.2012年,在太赫兹研究方面的新进展——“太赫兹超薄平板元件”项目中,他利用太赫兹光谱成像手段表征基于表面等离子体的新型光学器件.这种器件基于新颖表面材料,通过对微纳天线的设计和控制,可以利用100纳米厚的金属微结构表面对400微米的太赫兹光束进行波前调控,实现聚焦、分束、成像以及全息等功能,为太赫兹系统的微小化和集成化提供了一个新思路.
由于科研成绩突出,王新柯在2012年到2014年先后获批了国家自然科学基金青年项目和面上项目、北京市自然科学基金面上项目、“国家863计划”子任务的支持.2014年11月,由“中国产学研合作促进会”为他所在团队颁发了“中国产学研合作创新成果奖”以表彰其在太赫兹成像技术应用研究及产业化方面所作的贡献.
在困难中放飞
“在研究中每天都会遇到各种难题,但都会渐渐习惯的.”王新柯始终能够认清自己在科研道路上走的每一步,科研一定要实际应用,要造福社会,造福人类.如果仅强调物理研究,就会与实际应用脱离太远；如果一心想去探索,去发现,又会容易偏离主题,失去科研意义.要做到这些,困难是不可避免的,王新柯也从来都是迎难而上,不轻言放弃.
在半导体光泵浦时空特性的太赫兹数字全息研究项目中,尽管太赫兹技术在时间分辨光谱的测量上有诸多优势,但由于测量方式的限制,需要将太赫兹聚焦到样品上一点进行测试,所以它只反映了载流子的时域变化特性,并不能呈现出载流子空间分布特性.针对目前测量技术存在的问题,王新柯及其团队试图采用太赫兹焦平面成像技术代替光谱技术进行时间分辨探测,获得半导体上载流子的四维光谱信息.并且通过光学数字全息技术优化测量结果,从而实现对载流子的时空演变过程进行全面准确的观测.
太赫兹赫兹焦平面成像技术最早是在1996年提出,这种成像系统可以有效地缩短实验时间,并且可以更真实的反映太赫兹电场的二维分布.但在实际操作中,由于太赫兹辐射的波长较长,电磁波的衍射总会对图像有所影响.为解决这一问题,2008年,由王新柯的导师张岩研究员提出,将可见光波段的数字全息技术应用到太赫兹领域,通过反衍射重建算法可有效消除衍射影响,图像质量得到明显提高.王新柯也将这一思路继承发扬下来.
目前,王新柯及其团队正致力于将太赫兹成像技术产业化推广,先后获批了一项美国发明专利、两项国家发明专利、一项国家实用新型专利,还分别与大恒光电公司、陕西省历史博物馆、北京307医院紧密合作,开展将太赫兹技术用于壁画文物无损探伤和生物组织病变检测的研究,推进太赫兹技术的实用化.
在生活中育人
在与王新柯博士交流的短短一个多小时内,他多次提出老师在教学中的重要性.“老师最重要的就是‘教’,学生不懂也没关系,老师就是来传道授业解惑的.”王新柯在求学过程中就深受导师影响,还曾到美国师从张希成教授进行科学研究,张教授对科研精益求精、严以律己的态度和教学作风都深深感染了王新柯.
他潜心教学,目前教授《激光原理》《光电专业实验》等课程.在教学中,王新柯透露更喜欢踏实肯干的学生,聪明灵活固然重要,但科学研究更为注重的是承受枯燥和寂寞.没有人是一学就会的,跌倒摔伤都不可怕,一点点在前进的路上摸索比什么都重要.他会在教学中赋予极大的热情并想办法尽可能的激起学生学习兴趣,使课堂气氛更为活跃.
他特别支持学生自己进行探索.在王新柯做科研时,就会在遇到问题时经常向老师或师兄请教.在科研上一定要不懂就问,自身要有积极主动的动力,才会在摸索中不断成长.当然作为一名老师,不仅仅是要教授知识,传递理论,还要去引导和启迪学生自己去发现知识,求得真理.王新柯还提到在考博时,需要自己动手搭建一个系统,他主要负责光电搭建和查找信号,开始时并不是一帆风顺的,然而他虚心向学,从给别人打下手做起,通过一点点学习逐渐轻车熟路.在他看来,只要认准了方向,不轻言放弃,也许过程艰难,但前景必定光辉.
在物理世界中徜徉的他,为各种数字、信号如痴如醉,只要一有空就会出现在实验室里.对如他一般的科研工作者来说,最令人激动的时刻不是获得奖项,不是获得资助,而是拼尽全力后看到成果时的欣喜若狂.回想起来,王新柯可能会永远记得当年测到表面电磁波时的心情.说到这,王新柯更要感谢物理所的杨国桢院士,2003年时首都师范大学才开始进行科学研究,设备、经验等各方面都有所欠缺,物理系更是对研究哪方面无从下手,是杨院士指出可以多关注太赫兹方向的研究,这方面是很有前瞻性和发展性的,王新柯读博时才有幸踏上了对太赫兹进行研究的道路.每位老师都会给学生留下巨大影响和深远的思考,王新柯也希望自己能成为帮助学生成长的那个人.
科研源于现实,现实引领未来.在科研的探索中,聪明只是一时,重要的是坚持,要日复一日年复一年地思考同一个问题,做同一个实验.王新柯正是抱着这份坚持与执着,在物理的星空留下点点星光.
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