“‘雕刻时光’,是一件非常有趣,有意义的事情。”作为光学领域的探索者,詹其文通过创造性的将光的时间调控与空间调控结合在一起,发现了“光子飓风”和“光学涡环”,多次实现了基础创新从0到1的突破,描绘出别具一番探索意义的“雕刻时光”。
让梦想照进现实
有梦想,就有方向,坚持所选的方向,就是不变的初心。这个过程,需要耐心,更需要恒心。对此,詹其文深有感触。
从中学阶段,詹其文就对光学相关的现象产生了浓厚的兴趣,但他知道,让梦想照进现实,需要更多的知识,更多的探索,于是他在中国科学技术大学学习期间选择了物理系的光电子专业,选定方向的他,从此,有了更远大的目标。
时间是最好的见证者,多年的探索,让詹其文在光学领域尤其是对光的时空间调控研究,成绩斐然,而“雕刻时光”的梦想——实现对光的时空间任意控制,也随着时间的推移,变得愈发清晰。2020年,詹其文带领团队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。
他们引用气象学的概念比喻,当龙卷风的气流旋转、从上往下到地面的时候,不断地产生“轴旋”的状态,光子的轨道角动量正类似这一状态。如果说传统上发现的光学轨道角动量运动形式是“龙卷风”,他和团队的新发现则更类似于快速移动的光子“飓风”。
詹其文团队的这一研究成果发表在世界光学顶尖期刊《自然-光子学》上并迅速得到了世界光学界的认可,该研究成功入选2020年度全球30项光学重大进展以及2020年度中国光学10大进展。
科研永无止境,探索从不停息。2022年6月,在上海理工大学的未来光学国际实验室里,詹其文带领的纳米光子学团队再次取得重大突破。团队基于麦克斯韦方程组和光学保角变换,在国际上首次在理论上完整推导并在实验上实现了优美的光学涡环结构。团队相关研究成果以《光学涡环》为题再次发表于《自然-光子学》上,并引起了国际科技媒体的广泛兴趣与报道。
这一成果的发现为三维复杂时空光场的生成和表征提供了崭新的思路,对于环状对称电动力学、环状对称等离子物理、光学对称和拓扑、量子物理、天体物理等理论研究,以及光学传感、光操纵、光信息与能量传递等应用研究都将具有重要且深远的意义。
从2020年到2022年,詹其文团队的科研探索越来越有深度,他对两次发现的关联做了形象的比喻:“如果把2020年发现的光子‘飓风’比作带有孔的‘珠子’,那么如今的成果,则类似于将很多光子‘飓风’串成环形的‘手镯’。通过‘调控’光场时空间结构实现了一种前所未有的光场状态。从某种意义上来说,我们的工作代表了光场时空调控的范式改变。”
把探索进行到底
未知的世界,神秘又令人向往。所以,每一位科研人,都在披荆斩棘,奋力奔跑前行。詹其文,始终带领着团队不断开拓前行。
在奇点光学领域,詹其文团队首次实验生成了带有横向轨道角动量的柱矢量偏振时空波包,展示了时空相位奇点可与空间偏振奇点共存。研究团队同时生成了径向偏振时空涡旋和角向偏振时空涡旋,并通过斯托克斯参数测量和三维时空测量对所生成的时空波包的偏振和相位分布进行表征。实验结果充分表明在柱矢量时空涡旋中同时存在空间偏振奇点和横向时空奇点。
该研究成果提供了一种生成矢量时空涡旋的有效方法,将时空涡旋的研究从标量场扩展到了矢量场,极大的丰富了复杂光场的自由度,为矢量时空涡旋在光与物质相互作用、光镊、时空自旋轨道相互耦合等领域的应用奠定了基础。
每一项科研成果,每一次突破,都是深耕探索的成果。詹其文团队也是在这样的历练中,屡传佳讯。
在詹其文看来,科学探索就是不断地“开疆拓土”,比别人“多想一步”。科研工作者源源不断的基础创新成果,拓展人类对自然认知的前沿,为其他的同行或者跨学科的科研人员打开新的思路,从而将“不可能”变成了“可能”,而新的应用也应运而生,这也是努力实现从0到1基础创新的终极意义。(上海理工大学党委宣传部供稿)