在科研中成就自己的理想 記南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院在站博士后劉文瑋

撰文/潘麗婭 美術(shù)編輯/丁國明 趙霞

物理研究，對(duì)于很多人來說是枯燥乏味的，而劉文瑋卻憑借對(duì)物理的熱愛與執(zhí)著，在物理研究這條道路上堅(jiān)定地走著。

2022年初，2021年度博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃十大創(chuàng)新成果公布，劉文瑋的成果“Metasurfaces-Based Information and Imaging Technology with Full Fourier Components”成功入選。“這是對(duì)我多年來在物理研究中所付出的努力的肯定，我感到非常高興與欣慰?！眲⑽默|說。

努力就會(huì)有收獲

從小到大，劉文瑋學(xué)習(xí)成績(jī)一直都很優(yōu)秀，是老師、家長(zhǎng)嘴里“別人家的孩子”。2009年，當(dāng)他一路通過考試進(jìn)入到南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院理論物理專業(yè)學(xué)習(xí)后，才發(fā)現(xiàn)自己在看待問題的視野、對(duì)方向的把握等很多方面，跟身邊許多同學(xué)相比都有所不足，而這也讓他在此期間的學(xué)習(xí)上走了很多彎路?！安贿^好在我得到了導(dǎo)師的耐心指導(dǎo)，我逐漸靜下心來開始踏實(shí)地做科研工作?！眲⑽默|說，從大學(xué)期間開始，他就進(jìn)入到導(dǎo)師陳樹琪教授和田建國教授的研究團(tuán)隊(duì)做科研。從剛開始學(xué)習(xí)時(shí)的不適應(yīng)，到深深喜愛上物理科學(xué)這樣一門崇尚理性、重視邏輯推理的自然科學(xué)，劉文瑋付出了努力，也收獲了耀眼的成績(jī)。

2013年，因?yàn)樵谛Ｆ陂g學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)異，劉文瑋被保送光學(xué)專業(yè)直博生。2018年，劉文瑋獲南開大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，成為南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院在站博士后，并成功入選2018年度中國博士后科學(xué)基金會(huì)“博新計(jì)劃”。在物理科學(xué)領(lǐng)域近10年的學(xué)習(xí)和研究中，劉文瑋通過他不懈的努力，在微結(jié)構(gòu)超表面光場(chǎng)調(diào)控、微結(jié)構(gòu)透鏡的設(shè)計(jì)等方面取得了一定的研究成果。在南開大學(xué)學(xué)習(xí)工作期間，劉文瑋在多家國際高水平期刊合作發(fā)表學(xué)術(shù)論文50 余篇，并榮獲第二屆全國大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)、第十五屆王大珩光學(xué)獎(jiǎng)——高校學(xué)生光學(xué)獎(jiǎng)、天津市優(yōu)秀博士畢業(yè)論文、中國光學(xué)學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名等榮譽(yù)。

“我堅(jiān)信，付出就一定會(huì)有收獲，這也是一直支持我在科研道路上堅(jiān)持走下去的信念。”劉文瑋說。

科學(xué)研究要有執(zhí)著的精神

2018年，博士畢業(yè)后的劉文瑋進(jìn)入南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院博士后站，繼續(xù)他的科研工作?！岸颊f科研是苦差事，如果不是心存熱愛很難長(zhǎng)久地堅(jiān)持下去。但是，只要每次能夠取得一點(diǎn)點(diǎn)的成功，就會(huì)讓人非常興奮?！?/p>

在博士后科研期間，劉文瑋開展的“人工微結(jié)構(gòu)光學(xué)成像信息理論與應(yīng)用研究”，發(fā)展了基于全傅里葉分量調(diào)控的超構(gòu)表面多路技術(shù)，利用各向異性電介質(zhì)人工微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高效率能量分配式多功能超構(gòu)表面，不同功能的能量比可以在較大的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，克服了純相位調(diào)控的復(fù)雜迭代計(jì)算與固有噪聲無法完全消除的缺陷，也克服了純振幅類應(yīng)用的局限性。同時(shí)，提出了一種超構(gòu)表面透鏡陣列，首次在人工微結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了被成像物體的三維高精度定位，定位精度達(dá)0.60%—1.31%，通過采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將不同子圖像的圖像信息進(jìn)行篩選結(jié)合，有效地消除了透鏡固有的成像像差，進(jìn)而提高成像視場(chǎng)至2×49.6°。這種方法不需要引入復(fù)雜的透鏡組設(shè)計(jì)以及多層消像差設(shè)計(jì)，從而極大地簡(jiǎn)化了加工制備過程；此外，透鏡陣列對(duì)于入射光偏振態(tài)不依賴的特性，以及對(duì)于基于被動(dòng)照明式任意物體的空間定位，也具有明顯意義。

“我的研究領(lǐng)域是人工微結(jié)構(gòu)光子學(xué)，這個(gè)領(lǐng)域還有很多細(xì)分領(lǐng)域，比如光子晶體、超構(gòu)光學(xué)等。整體的思路是利用一些人造的波長(zhǎng)量級(jí)乃至深亞波長(zhǎng)量級(jí)的結(jié)構(gòu)和光場(chǎng)發(fā)生相互作用，實(shí)現(xiàn)在極小尺度的光操控并發(fā)現(xiàn)新的光效應(yīng)和光應(yīng)用，比如光學(xué)隱身、光子拓?fù)湫?yīng)、人工微結(jié)構(gòu)激光器等。”劉文瑋解釋說，由于結(jié)構(gòu)是人為設(shè)計(jì)的，不像電子操控半導(dǎo)體材料的晶格是天然給定的，所以可以通過人為主動(dòng)設(shè)計(jì)的方式來研究光子材料的對(duì)稱性、能帶結(jié)構(gòu)乃至缺陷效應(yīng)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)新的光物理機(jī)制、多物理場(chǎng)耦合機(jī)制都有非常重要的意義。同時(shí)，微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任意性還會(huì)帶來一個(gè)好處，以往科研時(shí)是從材料庫里選擇合適的材料，沒有最合適的就退而求其次。而人工微結(jié)構(gòu)的理念則是根據(jù)應(yīng)用研究者主動(dòng)設(shè)計(jì)光學(xué)材料，得到的光學(xué)材料可能只對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的應(yīng)用出口，而它就是最合適的。由于人工微結(jié)構(gòu)的重要性，國家“十三五”和“十四五”規(guī)劃都對(duì)相關(guān)方向進(jìn)行了重點(diǎn)支持。目前，人工微結(jié)構(gòu)光子學(xué)方向還有很多未知的內(nèi)容需要探索，但是已有的研究已經(jīng)展示了它在集成光子學(xué)、光信息傳輸、光電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的前景。

科研道路上不止有成功，更多的往往是失敗與困難?！拔易约涸诳蒲兄械捏w會(huì)是，有些困難需要開闊眼界才能克服，有些困難需要特別的靈感才能克服，有些困難則需要非常多的嘗試才能克服。而很多時(shí)候，這些困難是組合在一起同時(shí)發(fā)生的，在這種情況下，我們需要投入更多的精力和耐心才能一步步走出來?！眲⑽默|說，記得有一次搭建一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)光路，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)的測(cè)試結(jié)果比較特殊，結(jié)果前前后后折騰了將近一年，換了幾十種方案才拿到了初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而像這樣的情況，在他們的科研工作中是常態(tài)。不過，劉文瑋表示，他自己倒是很少因?yàn)槔щy和挫折而沮喪，相反會(huì)讓他在科研過程中更加興奮，“科研之路，就是一條由克服一個(gè)個(gè)小的問題，帶來的一個(gè)個(gè)小的成功而鋪就的道路?！?/p>

青年科研工作者責(zé)任重大

“此次入選‘博新計(jì)劃’十大創(chuàng)新成果，在興奮之余，也讓我感受到作為新時(shí)代的青年科研工作者，我們擔(dān)負(fù)的責(zé)任十分重大。”劉文瑋說，他在2018年博士畢業(yè)時(shí)，面臨選擇就業(yè)還是選擇繼續(xù)科研所帶來的壓力。而在這個(gè)時(shí)候，劉文瑋入選了“博新計(jì)劃”，給他的生活和科研提供了很好的助力。同時(shí)，南開大學(xué)以及物理學(xué)院也為他提供了良好的平臺(tái)支持，讓他能夠更好地從事科研事業(yè)?！澳壳埃瑖覟榍嗄昕蒲泄ぷ髡咛峁┝撕芏嘀С郑@也給了我們不斷砥礪前行，更踏實(shí)地做好科研工作的動(dòng)力?！?/p>

提及青年科研工作者要擔(dān)負(fù)的責(zé)任，劉文瑋認(rèn)為，一方面，國家的偉大復(fù)興離不開科技強(qiáng)國，而作為國家科研大軍的一分子，他們這一代科研工作者肩負(fù)著承接前輩科學(xué)家的精神，也承載著未來幾十年國家科技發(fā)展的可能性，所以青年科研工作者的科研態(tài)度、治學(xué)作風(fēng)、科研能力都非常重要。另一方面，作為青年科研工作者，在科研過程中的試錯(cuò)成本也會(huì)更低一些，所以趁年輕多嘗試一些新的可能性，不斷提高自己的科研素養(yǎng)和科研能力，才能夠在今后的科研工作中有所創(chuàng)新，取得更大的成果。

“目前，我的研究主要集中在人工微結(jié)構(gòu)體系非厄密光物理以及相關(guān)的光信息傳輸方面，我希望我能夠在這一領(lǐng)域做出更有價(jià)值的研究工作。”劉文瑋說。