“光子飓风”制造者正在打开全球光学宝库

从大年初四开始，上海理工大学光电信息与计算机工程学院詹其文教授团队的年轻教师们就“开工”了。他们正在争分夺秒地与全球“光学发烧友”们竞争，推动最新领域的光学研究。“目前已经有6篇最新的论文正在中。”詹其文说。

此前，一项光学领域的全球重大进展，在詹其文团队的运作下得以实现。来自美国、南非、以色列等多国学者，都希望加强与上海理工大学光电信息与计算机工程学院实验室的。从这个实验室里诞生的“光子飓风”新场景，就像是一把打开阿里巴巴宝库的“密钥”—拥有无穷的想象空间。

这是一个全新的光场，同时兼具时间和空间的流动性能。它的运作原理，就像是“光子飓风”让光子像飓风一样，能在一条横轴上不断向前移动的同时也能在时间领域中移动，生成了携带横向光子轨道角动量的超短脉冲光学波包。这一新型光波包在光子能量快速向前传输的同时，光子能流围绕一个随波包移动的横向轴旋转，从而形成光子“飓风”

这种全新的“飓风”光场，创造性地将超快脉冲光领域和空间光场调控领域“合二为一”首次从理论到实验展示了具有时空涡旋相位并携带光子横向轨道角动量的新型光场，开创了一个全新的光子轨道角动量自由度。

“看，这就是我们制作出来的新光场。”上理工光学实验室里，“飓风光场”的创造者詹其文教授拿着一张黑色的卡片，在实验台上展示眼前这个“阿里巴巴的宝库”实验桌上，摆满了各种各样的固定光学仪器，这些仪器相互作用后，一束光打下来，就能形成像飓风一样的光束。

这种光束，在光学基础科学家们眼中，就是“大宝贝”他们可以在这样一个时空交错的新光场下，进行各种各样的研究，因为这个光场是全新的，因此基于该光场所作的叠加研究，也都是全新的。

“大家都有类似的设备，只要知道我们的想法和原理，全世界各国的光学实验室就都能做出飓风光场。大家就可以在这个新光场条件下做不同的创新型实验。”庄松林说，新光场的出现，就像是阿里巴巴的宝库被瞬间打开。所有光学科学家都会蜂拥而至，从宝库里找到适合自己、且容易实现的新实验、新创造，继而开创一个新的领域。这也是为什么詹其文的这项研究入选美国光学学会（OSA）评选的2020年度全球30项光学重大进展之一的重要原因—它实现了光学领域从0到1的突破。

“我们要尽快把我们已有的创新想法落实。”即便是在春节假期期间，詹其文团队也在加紧进行各项实验，以期在自己发明的新光场中率先做出新的研究成果，“现在国内实验环境有了极大的飞跃，我们能在国际舞台上大显身手。”

詹其文今年46岁，此前，他在美国生活工作了23年。2020年，在连续参加了好几届庄松林院士主持召开的东方论坛后，他决定回国做研究。上理工的光电学院，拥有全国规模最大的光学实验平台，6000平方米的超净光学实验室，光学平台400个，共1万多平方米的实验环境，是詹其文眼中最大的“吸引力”“实验平台和实验室人才，都非常充足。”

近年来，詹其文看着国内光学人才质量越来越高，实验条件越来越好，总是心动着想要回来。“2007年时，我们组织了一个国际纳米光子学会议，总共大约120人。到去年，已经有700多人。”实验室和人才的双重牵引，使得詹其文在2020年时果断下决心，“是时候回来了”

据悉，詹其文团队最近获得国家自然科学基金委“新型光场调控物理与应用重大研究计划”的重点项目支持，将在这一领域进一步开展深入研究。

本文相关词条概念解析：

光学

光学（optics）是物理学的重要分支学科。也是与光学工程技术相关的学科。狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics词早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线和γ射线的宽广波段范围内的电磁辐射的产生、传播、接收和显示，以及与物质相互作用的科学，着重研究的范围是从红外到紫外波段。它是物理学的一个重要组成部分。光学是研究光的行为和性质的物理学科。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组来描述；同时，光具有波粒二象性，光的粒子性则需要用量子力学来描述。

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