苏鑫杨
2019 OSA Frontiers in Optics/ Laser Science 国际会议参会感想 精选
2019-9-29 19:10
阅读:4810
标签:诺贝尔物理学奖, 诺奖得主, 国际会议, 光学, 激光

编者按:苏鑫杨博士,系北京交通大学2013级硕博连读生,光学工程专业,师从郑义教授,主要从事光纤激光器与非线性光学频率变换等领域研究。曾获美国光学学会Robert S. Hilbert会议旅行资助奖学金、国家建设高水平大学公派研究生项目奖学金。2016年9月至2019年2月曾赴加拿大滑铁卢大学联合培养,师从2018年诺贝尔物理学奖得主Donna Strickland教授。

9月19日,2019年Frontiers in Optics/ Laser Science(FiO + LS)会议和展览闭幕,共有1300名注册者,近100场学术分会和800场学术报告。该会议覆盖面广,涉及了物理、化学、生物学和医学领域的光学和光子学的最新进展。FiO + LS会议为来自世界各地的与会者提供了交流,展示,学习和联络的机会。本人于9月16日下午四点到达美国华盛顿哥伦比亚特区,开启了为期四天的国际会议之旅。

9月17日

1. 在Plenary talk环节,由我的外导——2018年诺贝尔物理学奖得主Donna Strickland(唐娜·斯特里克兰)作了有关“Generating High-Intensity, Ultrashort Optical Pulses”的学术报告。在该报告中,她讲述了让她获得诺奖的啁啾脉冲放大技术(CPA)及其派生出的各种应用领域。CPA技术的伟大之处在于,通过这项技术能够产生出超短超强的激光脉冲。该技术推动诸多科技领域的进步,例如在激光眼科手术和工业精密切割应用领域的创新。外导在报告中再次肯定了Steve Williamson在本工作的中的贡献:使用条纹相机协助她测量了啁啾脉冲放大系统压缩后的激光脉冲。后来外导着实把他的名字列入了要发表在期刊Optics Communications上的题为“Compression of amplified chirped optical pulses一文里,却被Steve Williamson本人删去了。应该说,他确实有错失诺奖的说法。此外,她还分享了自己身在诺贝尔奖颁奖典礼现场的一些照片,特别是和她的导师,另一位诺奖得主——Gerard Mourou的一些互动,备受关注。大会报告后,我与外导进行了深入交流,谈论了一些关于未来的职业规划。自从我从加拿大访学归国以后,就没有停止和外导的联系。外导也不只一次表达了与中国高校合作的意向,并表示如果要去国内邀请她的高校访问,会在第一时间通知我。

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图1 本人、华中科技大学赵文超博士与外导合影

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图2 外导在作啁啾脉冲放大技术的学术报告(1)

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图3 外导在作啁啾脉冲放大技术的学术报告(2)

2. 在第一个海报环节,主要(1)帝国理工大学的Sylvain Gennaro博士进行了交流。他的海报题名为“Double-Blind Ultrafast Pulse Characterization by Mixed Frequency Generation in a Gold Antenna”他的工作主要是针对超短脉冲的测量展开的,该方法的核心思路是仅使用一块晶体,通过对和频光信息的全面提取,实现了对于超短脉冲的测量。(2)与德里理工大学 Chauhan Pooja 博士针对其研究“Mid-Infrared Supercontinuum Generation in Highly Nonlinear AsSe2 Chalcogenide Circular Photonic Crystal Fiber”进行了探讨。他们的理论研究工作主要由Comsol软件完成,理论研究了AsSe2 Chalcogenide这种光纤的非线性效应,以及其所产生的超连续谱的模拟,她告诉我,Comsol她足足学了两年才搞明白,学习某些模拟软件必须下功夫才能行。(3)与巴西Nuclear and Energy Research Institute的Armando Valter F. Zuffi博士进行了交流,他的海报题为“Development of glass nozzles for below threshold harmonics and high harmonic generation(低阈值高次谐波玻璃喷嘴的研制)”。他们所研制的这些喷嘴在紫外和真空紫外区域可以产生奇次谐波(3到25次)。

3. 工业展览环节。该环节主要包括以下展览商:康宁、OptoSigma、Thorlabs、Menlo、Toptica等知名展商。其中Menlo公司是由2005年诺贝尔奖得主Hansch一手创办的,主要以超快光纤激光光源、超稳光学频率梳产品为主,造价是同类激光器产品的2倍,但是稳定性却是同类产品不能超越的。此外,该公司相关技术人员还分享了相关锁模技术——非线性放大环形镜技术,这项技术可以实现超稳运转的全光纤锁模激光器。

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图4 Menlo公司展示的超快光纤激光器

9月18日

18日是参会的倒数第二天,我参与的学术报告环节主要是 Fiber Lasers and Lasers on Silicon分会以及海报III与IV的环节。

1. 首先在Fiber Lasers and Lasers on Silicon 分会,我主要听的报告是:(1)日本NTT设备技术实验室的Koji Takeda研究员所作的题为“Sub-Micron Buried Heterostructure Photonic-Crystal Lasers on Silicon(硅基亚微米异质结构光子晶体激光器)”学术报告。他们在Si波导上形成了具有异质结构有源区的InP基光子晶体。连续波激光运转下已达到42 μA的阈值电流。并已经确认光成功通过Si波导。报告结束后,有观众对波长的稳定性提出了疑问,Koji Takeda回答说这不是问题,这种激光器热效应很低。(2)听取了上海光机所董金岩博士题为“20 W fiber-based continuous-wave single frequency laser at 780 nm(780 nm的20 W光纤连续波单频激光器)”的学术报告。这种激光器主要是由拉曼效应以及倍频方法组合实现的,即首先获得50 W的拉曼波长下的激光,再通过倍频方法得到780 nm下的光。至于为什么要做780 nm的光源,这是由于半导体激光器和固体激光器无法从光束质量、结构紧凑性以及造价上满足要求,所以,通过光纤激光再倍频的方法被认为是具有其他方法所没有的优势的。报告结束后,听众问了几个关于转换效率的问题,看来大家对这种拉曼光纤激光器的转换效率是很感兴趣的。

2. 在海报III环节与海报IV环节,主要与哈尔滨工程大学、中佛罗里达大学、立陶宛Ekspla公司与维尔纽斯激光研究所、罗彻斯特理工学院、上海光机所的相关研究人员进行了交流。其中,立陶宛Ekspla公司相关研究人员参与的海报展览,是关于自制的啁啾脉冲放大系统。他的工作中最吸引我的部分是对系统的脉冲压缩部分进行了相关改进:仅仅使用一块光栅和屋脊棱镜配合,就实现了脉冲的压缩。哈尔滨工程大学使用二维材料二硫化钼实现了Nd:GdYNbO3激光器的调Q运转。中佛罗里达大学(UCF)来参展的课题组则是常增虎教授课题组,他们所做的工作主要是围绕阿秒激光器展开的。首先,在中红外区域实现飞秒级高能量超短脉冲。其次,再使用非线性晶体产生高次谐波。而这次展览的部分,主要是围绕前端的飞秒级高能量超短脉冲展开的。他们目前的改进之处在于,维持同样的功率水平下将放大级数降为一级,如此一来系统的稳定性有所提高。据课题组成员介绍说虽然实验室的晶体经常被打坏,但常老师老师并不苛责学生。

9月19日

19日是参会的最后一天,我聆听的报告环节主要是诺贝尔奖专题研讨会环节,因为包括我本人都需要在该环节作相关研究报告。

1. 美国国家标准与技术研究院(NIST)的1997年诺贝尔奖获得者、原子物理学家以及OSA名誉会士William Phillips在2018年诺贝尔奖获得者针对OSA荣誉会员Arthur Ashkin发明的光镊技术作了热情洋溢的学术报告,拉开了研讨会的序幕。William Phillips的报告将焦点从光镊技术的对生物学发展的影响转移到了其发明的源头——原子物理学上。William Phillips对这两项诺奖级的技术有自身独特的理解。正是因为Ashkin在1978年发表的论文“Trapping of atoms by resonance radiation pressure(通过共振辐射压力诱捕原子)”激发了William Phillips研究原子的激光冷却的方法,他本人也因此获得了1997年诺贝尔奖。William Phillips反思说:“在缺少本工作的情况下,也许就不会有激光冷却这一诺贝尔奖级的成果。”Ashkin在1978年的论文中设想了用两个反向传播的激光束捕获原子的方法。在随后的几年中,他和他的同事进行了超精确的悬浮和光散射实验,发现如果数值孔径大于1,则表明它们处于“光学镊子状态”。Ashkin最终于1986年在论文中对这些实验进行了总结,第一次证明了光镊对原子的捕获作用。本质上,Ashkin所做的发现是将透明物体(例如活细胞或水滴)沿着径向朝着激光束的最强部分吸引,并且当该物体位于激光束的中心时,就不再有径向力,并保持原地静止。William Phillips说:“这就是光镊技术的魔力。”“物体总是移动到激光束中更强的部分。”


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图5 1997年诺贝尔物理学奖得主William Philips在作关于光镊技术的学术报告

2. Toshiki Tajima教授作了有关“Laser Wakefields in Plasma, Nanostructures and Blackhole Vicinities(等离子体,纳米结构和黑洞附近的激光尾波场)”的学术报告,他是著名的激光尾波场电子加速机制的提出者。他研究领域广泛,涵盖从基础物理到等离子体物理,甚至医学方面的研究。30多年前,由Toshiki Tajima教授和美国加州大学洛杉矶分校已故的John Dawson教授合作,首度提出尾波场电子加速的原理,该理论在近年已经获得了充分的实验验证,并开始向实用化方向发展。利用该原理,人们有望获得小型化的超短(甚至短于飞秒、阿秒尺度)脉冲高能电子束、离子束和X射线源。在该报告中,Toshiki Tajima教授谈到CPA技术已经应用于激光尾波场加速,并已考虑将其用于高能加速器,癌症治疗等。最近的激光发展进一步将其视野扩展到纳米结构中的X射线尾波场。另外,他们发现了由黑洞喷流发出的尾波场。

3. 我自己则是作了有关“Investigation of the angular distribution of the generated MIR source by DFG in the tight-focusing limit(差频产生中红外激光光源的空间分布)”的学术报告。该工作主要是利用差频的方法让双色同步脉冲通过中红外非线性晶体产生波长覆盖16-19微米的长波中红外脉冲,目前已经得到毫瓦级平均功率输出的中红外脉冲。此外,还研究了紧聚焦条件下差频产生的中红外光强度在空间中的中空锥形角分布现象(该项工作是我在加拿大滑铁卢大学Donna Strickland教授实验室访学期间完成总的来说,由于自己之前已经经过无数遍的排练和ppt的修改,所以报告效果整体良好,但是在几个大牛教授面前,还是难免紧张一些。


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图6 本人在作差频产生中红外激光光源的空间分布的报告

4.   我与Williams Phillips教授进行了合影,他对我的研究方向(超短脉冲激光技术)并不是特别了解,但是仍然给了一些建议,并鼓励我:“We are just common people”,在台上作报告不要紧张。

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图7 本人与1997年诺贝尔物理学奖得主William Philips的合影 

5. 与海内外诸多华人青年才俊进行了交流,如西安光机所的潘安同学、华中科技大学的赵文超同学、清华大学的何泽浩同学、戴顿大学的孙烁同学、中国科学技术大学的李明翰同学、北京航空航天大学的姚子君同学、乔治亚大学的刘启迪同学、斯威本科技大学的曹桂源同学、北京大学的钱祉源和李萌同学、北京大学深圳研究院的吴嘉野同学、上海交通大学的黄剑辉同学、马里兰大学巴尔的摩分校的齐臻博士、罗彻斯特理工学院的萧科文博士后、路易斯安娜州立大学的由成龙博士后、上海光机所的周佳琦助理研究员、日本名古屋工业大学的刘晓旭助理教授以及北京理工大学张子龙老师等人都给我留下了深刻印象。

最后,OSA对2019 Frontiers in Optics/ Laser Science盛会进行了总结性报道,也另外报道了Donna Strickland、William Phillips、以及包括我在内的其他研究人员。相关链接如下:

https://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2019/fio_ls_2019_focus_on_quantum_sheds_light_on_innova/

https://www.osa-opn.org/home/newsroom/2019/september/honoring_the_enduring_impact_of_two_discoveries/

注:本次会议旅行受到北京交通大学博士研究生国际学术交流基金以及美国光学学会(OSA)Robert S. Hilbert 会议旅行奖学金资助,感谢以上单位。

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