一支平均年齡30歲的5人團隊，其成果五年內(nèi)三次入選“中國光學年度十大進展”——今天（11月3日）凌晨，由中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究員田野帶領(lǐng)的這支團隊的科研成果，再次登上國際頂尖學術(shù)期刊《自然》，并將在激光光學、納米光子學和固態(tài)物理學等多個領(lǐng)域引發(fā)廣泛影響。

▲自由電子在波導(dǎo)表面激發(fā)出激光的全過程示意圖

在中科院院士李儒新指導(dǎo)下，團隊用三年時間，在國際上首次“拍攝”下了自由電子在波導(dǎo)表面激發(fā)出激光的全過程，并探索出了一個激光的新賽道——在波導(dǎo)上直接產(chǎn)生激光，從而為光電芯片、傳感、通訊等技術(shù)發(fā)展打開新的想象空間。

5年堅持，探路芯片上的“未來光源”

什么是相干光源？當一群電子如儀仗隊般整齊劃一地行動，就具有良好的相干性，這種自由電子如同訓練有素的士兵，可在一些特定光場中產(chǎn)生高品質(zhì)、高功率的激光。

位于張江的軟X射線自由電子激光裝置、超強超短激光裝置等大科學裝置，其本質(zhì)都是通過將種子光經(jīng)過增益介質(zhì)，并將其功率不斷放大形成高品質(zhì)激光，進而實現(xiàn)各種科學目標。

那么，未來是否可能在一塊小小芯片上也裝上激光光源？科學家已在探路，并初窺門徑。

發(fā)展小型化的激光光源，一直是強場激光物理國家重點實驗室的夢想。在李儒新院士的指引下，早在2017年，田野等人就開始了探索。團隊利用實驗室多年積累的超快光學技術(shù)，探測到了整個過程：一群短脈沖自由電子在波導(dǎo)表面與表面光種子相遇時，產(chǎn)生了超輻射（發(fā)出相干光），緊接著能量以平方級數(shù)迅速增強，直到能量飽和產(chǎn)生激光。

▲超輻射、指數(shù)增長、飽和的三階段受激輻射光放大全過程

“我們第一次在實體空間里，看到了波導(dǎo)表面激光誕生的過程！”田野說，這種自由電子受激輻射出的光源，其能量可上升1萬至10萬倍。未來，片上波導(dǎo)的諸多應(yīng)用也需要高品質(zhì)光源，如果這條路可以走通，就可直接在波導(dǎo)上發(fā)出所需激光。

論文在審稿時，《自然》雜志審稿人就對此表示了極大關(guān)注，認為“該工作極具獨創(chuàng)性，將引發(fā)多個學科領(lǐng)域極大研究興趣，展示了非常好的應(yīng)用前景”。

如今，田野團隊已在搭建設(shè)備，著手嘗試繼續(xù)提升激光功率，探索新發(fā)現(xiàn)的實際應(yīng)用場景。

鼓勵自由探索，為年輕人成長“搭梯子”

研究員田野是85后，特別研究助理白亞鋒、曾雨珊都是90后，博士生張冬冬與剛畢業(yè)的李中鵬博士則是95后。就是這個年輕的5人團隊，在新型激光研究領(lǐng)域，已有兩項成果入選“中國光學年度十大進展”，這次原創(chuàng)成果又登上《自然》雜志。

▲研究團隊合影（從左到右分為張冬冬、曾雨珊、田野、白亞鋒）

是什么令他們在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域一次次取得“從0到1”的突破？上海光機所副所長冷雨欣說，發(fā)展新型光源是研究所堅持多年的方向，“我們鼓勵年輕團隊在自由探索中找到原始創(chuàng)新的發(fā)力點”。

“從0到1”的探索，會遇到很多困難的抉擇：是否要開展這方面研究？是否要給科學家制定方向、規(guī)劃路徑？上海光機所根據(jù)每個研究團隊的不同情況，為其制定不同發(fā)展路線，助推年輕科學家迅速成長：有的通過穩(wěn)定經(jīng)費支持基礎(chǔ)研究，讓團隊耐心“十年磨一劍”；有的則在國家重大戰(zhàn)略需求的方向上，給予年輕科學家自由探索的空間。

研究生畢業(yè)后放棄出國深造機會的田野，如今慶幸自己留在了強場實驗室。在適宜的人才培養(yǎng)機制下，這位本土博士迅速成長，不僅獲得國家基金委“優(yōu)青”資助，去年還入選首屆“上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計劃”。

2020年起，上海光機所自籌經(jīng)費，實施“尚光青年人才”培養(yǎng)計劃，讓優(yōu)秀的年輕人從研究生階段起就能得到及時的培養(yǎng)支持。田野團隊里的四位年輕人恰好對應(yīng)享受到人才培養(yǎng)體系中四個不同階段的支持計劃。

“目前，博士后每年收入不少于30萬元，疊加國家、中科院或上海市的資助，最高可拿到65萬元。”上海光機所人力資源部負責人告訴記者，為了讓熱愛科研的年輕人潛心學術(shù)，將主要精力投入科技創(chuàng)新，光機所還將持續(xù)探索從基礎(chǔ)到應(yīng)用的全鏈條創(chuàng)新體系建設(shè)，對人才實行分類評價和引導(dǎo)，讓科研人員根據(jù)自身成長階段自主選擇主攻方向。