建所72年零的突破，35歲實(shí)驗(yàn)室主任如何做到
2020年底，31歲的李煒結(jié)束了在美國近10年的求學(xué)和工作，加入中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（以下簡稱長春光機(jī)所），并出任微納光子學(xué)與材料國際實(shí)驗(yàn)室主任，該實(shí)驗(yàn)室是吉林省3家國際科技合作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一。
李煒
5月15日，李煒領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在高維光場探測領(lǐng)域取得的突破性研究成果發(fā)表于《自然》。長春光機(jī)所是第一完成單位，這也是該所成立72年來首次在《自然》發(fā)表論文，實(shí)現(xiàn)了零的突破。
“我們在國際上首次利用單個器件、單次測量，實(shí)現(xiàn)了高維度光場的光譜、偏振、光強(qiáng)等信息。”李煒向《中國科學(xué)報》介紹了這篇論文取得的突破性進(jìn)展。
近年來，李煒帶領(lǐng)著一支年輕的科研團(tuán)隊(duì)，既在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域開展前沿探索，又在嘗試解決應(yīng)用難題。
光學(xué)領(lǐng)域研究很少登上《自然》
“每年《自然》會發(fā)表很多來自不同研究領(lǐng)域的高水平論文，但光學(xué)領(lǐng)域的論文非常少。這次的研究成果能夠在《自然》發(fā)表，我們感到非常振奮?！崩顭樥f。
據(jù)了解，李煒等人研究的光場不僅包括日常生活中可以感受到的光的強(qiáng)度，還包括光譜、相位、偏振等多個維度的信息。
李煒表示：“通過對光場傳輸?shù)睦斫夂驼{(diào)控，我們可以實(shí)現(xiàn)對光的精細(xì)操控，并獲得更豐富的光學(xué)信息?！?/span>
“過去對光場的探測，由于探測器件維度相對受限，往往只能探測單一的光譜、偏振、強(qiáng)度等。如果要考慮復(fù)雜和混合的狀態(tài)，只能采用多個探測器或者進(jìn)行多次測量?！崩顭樈榻B，“我們的研究僅需單個器件就能夠?qū)⒏呔S光場的信息全部映射到單次測量成像結(jié)果之中，并通過深度學(xué)習(xí)方法來解碼偏振和光譜信息，最終實(shí)現(xiàn)高維度光信息的探測。”
談及研究的亮點(diǎn)，李煒稱，最主要的亮點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)了光學(xué)基本原理背后的隱藏信息。研究利用光學(xué)界面的空間色散和頻率色散特性，在波矢空間（在一個特定的波形中，波的傳播方向和波的振動方向的夾角所構(gòu)成的空間）對偏振和光譜響應(yīng)進(jìn)行調(diào)控，通過簡單的光學(xué)元器件和成熟的鍍膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜高維光場的探測。
“這項(xiàng)研究不需要新奇的材料和精細(xì)的微納加工?！崩顭樥f，“我們只用到大學(xué)課本中的知識，就找到了解決如此復(fù)雜高維問題的鑰匙，也許這就是‘大道至簡’的魅力?！?/span>
考慮到這項(xiàng)研究可能會給多個領(lǐng)域帶來重要影響及其巨大潛力，李煒等人決定向《自然》投稿。
“3位評審專家對研究的創(chuàng)新性都給予了高度評價，其中有評審專家評價我們的研究‘填補(bǔ)了領(lǐng)域的空白’，這也是論文順利發(fā)表的重要因素。”李煒告訴《中國科學(xué)報》。
從零開始的突破
“探測高維度光場信息是我回國后開展的一個新探索，有別于我之前的研究方向。從開始研究到論文發(fā)表，歷時近3年，投稿的過程很順利?！崩顭樆仡櫻芯繗v程說，“長春光機(jī)所之前也沒有相關(guān)研究基礎(chǔ)，我們從零開始，搭建平臺、購買設(shè)備、培養(yǎng)學(xué)生、建設(shè)團(tuán)隊(duì)，終于迎來收獲。
談及為什么可以在短時間內(nèi)取得重大突破，李煒表示，最重要的是團(tuán)隊(duì)成員的共同努力，3年的攻關(guān)是對團(tuán)隊(duì)意志力的考驗(yàn)，其間歷經(jīng)2022年長春疫情封城，團(tuán)隊(duì)多名成員依然堅守在實(shí)驗(yàn)室。今年春節(jié)假期，團(tuán)隊(duì)放棄了和家人團(tuán)聚的機(jī)會，在實(shí)驗(yàn)室高效完成了補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)和論文修改。
他透露，團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在研制的元器件將進(jìn)一步擴(kuò)大光學(xué)參數(shù)的探測范圍，實(shí)現(xiàn)超寬帶和高分辨率探測，進(jìn)而服務(wù)遙感探測、分子藥物探測等領(lǐng)域。
在外界眼中，長春光機(jī)所以大工程攻關(guān)見長。第一臺紅寶石激光器、第一臺單反照相機(jī)、第一臺大型電影經(jīng)緯儀……長春光機(jī)所是新中國在光學(xué)領(lǐng)域建立的第一個研究所，也是中國光學(xué)的搖籃。
在王大珩院士、徐敘瑢院士等老一輩科學(xué)家的帶領(lǐng)下，長春光機(jī)所不僅創(chuàng)造了十多項(xiàng)“中國第一”，還先后參加了“兩彈一星”“載人航天工程”等多項(xiàng)國家重大工程項(xiàng)目。
這些年來，隨著研究所調(diào)整研究布局，以及像李煒這樣的青年人才的加入，長春光機(jī)所在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域也取得了不錯的成績，并實(shí)現(xiàn)零的突破。
前沿與應(yīng)用并行
回國前，李煒已經(jīng)拿到國外多所名校教職的錄取通知。當(dāng)被問及為什么選擇長春光機(jī)所時，他說：“長春光機(jī)所可以提供不輸國外的一流研究平臺和發(fā)展空間，而且我一直向往能回國做一些實(shí)事?！?/span>
李煒本科的專業(yè)是熱能與動力工程。在學(xué)習(xí)過程中，他對太陽能有了一些了解后，發(fā)現(xiàn)“太陽本身是一個大光源，這讓我對光產(chǎn)生了濃厚興趣，并決定在本科畢業(yè)后，轉(zhuǎn)而攻讀光學(xué)相關(guān)的博士學(xué)位”。
2011年，李煒從哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)后，先后在美國范德堡大學(xué)和斯坦福大學(xué)，完成光學(xué)相關(guān)的博士學(xué)業(yè)和博士后研究工作。
李煒團(tuán)隊(duì)在長春光機(jī)所開展的另一主要研究方向是熱輻射調(diào)控，該領(lǐng)域的研究得益于他之前在光學(xué)和熱學(xué)的研究背景，因而在國際上建立了一定知名度。
加入長春光機(jī)所后，李煒帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)大展拳腳，一邊探索最前沿的基礎(chǔ)研究，一邊嘗試解決產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用需求?！扒罢咦非髣?chuàng)新性和極限，后者追求可靠性和穩(wěn)定。”在李煒眼中，“基礎(chǔ)研究和應(yīng)用需求看似相距甚遠(yuǎn)，但其中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的內(nèi)核卻是相通的”。
李煒（左二）指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的日常工作照
“研究是開放的，合作也是開放的?！崩顭樈榻B，自己擔(dān)任微納光子學(xué)與材料國際實(shí)驗(yàn)室主任以來，從美國、日本、法國等引進(jìn)了多位高水平科研人員，并推動實(shí)驗(yàn)室與國內(nèi)外頂尖高校研究機(jī)構(gòu)開展學(xué)術(shù)交流與合作。
如今，實(shí)驗(yàn)室會聚了世界各地的科研學(xué)者，外籍科研人員約占五分之一。李煒希望不同國籍、不同學(xué)術(shù)背景的科研人員優(yōu)勢互補(bǔ)、形成合力，做出可以在科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響的成果。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07398-w
