佟存柱：投身最耀眼的事業(yè)

本刊記者 董新穎

在多倫多大學

從最初被發(fā)明時的“無用武之地”，到如今應用于激光加工、醫(yī)療、印刷、光存儲，測距準直、檢測、文娛教育等方方面面，激光技術經(jīng)過了50余年的發(fā)展，卻仍然是個充滿潛能的選手。激光技術一直是國家重點支持和推動應用的一項高新技術、關鍵支撐技術，它代表著現(xiàn)代技術最新的發(fā)展趨勢。近年來，我國激光技術有了較為雄厚的技術基礎，鍛煉培養(yǎng)了一支素質較高的隊伍。這支隊伍遍布科研、高校、產(chǎn)業(yè)部門和企業(yè)、地方，科技人員達數(shù)千人，他們?yōu)榱搜芯砍龈鼉?yōu)質的激光設備，開展了不懈的努力。佟存柱就是他們當中的一員。

佟存柱，1976年3月生于吉林伊通縣，現(xiàn)任中國科學院長春光學精密機械與物理所研究員，博士生導師，中科院“百人計劃”入選者。

尋找最適合的事業(yè)方向

佟存柱與物理有著與生俱來的緣分。他從小就對機械、儀表、電路等物理器件有著極高的感悟能力，他的物理課成績也一直在學校名列前茅。高考時，接近滿分的物理成績使他毫無懸念地進入了重慶大學物理系。四年之后，佟存柱考取了重慶大學應用物理系與中國科學院聯(lián)合培養(yǎng)的研究生。在重慶大學學習一年以后，佟存柱來到了中科院理化所的低溫中心，而隨著低溫中心并入中科院物理所，他又開始了在中科院物理所的學習和研究工作。

從2000年第一次踏入中科院，佟存柱就與其結下了不解之緣。他曾先后在中科院四個研究所學習和工作，包括中科院理化所低溫中心、中科院物理所、中科院半導體所和中科院長春光學精密機械與物理所。

談及四個研究所的文化底蘊，往昔生活浮現(xiàn)眼前，佟存柱回憶說，“中科院物理所以基礎研究為主，老一輩科學家的兢兢業(yè)業(yè)、嚴謹求實的精神時刻激勵著我，也是我內心永遠銘記的榜樣。物理所另一個文化則是合作，很多成果是通過各部室合作取得，這一點讓我深刻領會到合作對事業(yè)發(fā)展的重要性。中科院半導體所則把我?guī)肓税雽w激光器這個領域，這也是我目前一直所從事的研究方向。而中科院長春光學精密機械與物理所是一家偏重工程應用的研究所，該所最大的特點是重實際應用、上下團結、科學管理。”

從碩士到博士，佟存柱積累了厚重的學科知識，收獲了豐富的科研思想。為了掌握更尖端的技術，2005年佟存柱以研究員的身份來到新加坡南洋理工大學電子工程學院。這期間，他的主要工作是帶一個小的團隊，負責量子點材料與器件研究。佟存柱帶領幾個博士組成的研究小組，在低維納米材料外延生長、量子點邊發(fā)射激光器和垂直腔面發(fā)射激光器等課題的研究取得了出色戰(zhàn)果，先后提出了量子點全路徑弛豫速率方程模型，設計并研制出1.3μm p型調制摻雜量子點垂直腔面發(fā)射激光器。這些項目在國際上都是有難度的，他們正是憑著初生牛犢的韌勁和勇氣取得了令人刮目的成果。佟存柱自豪地說，那些器件的設計和制備難度極高，我們是通過超常規(guī)的辦法才取得了成功的。

為了尋找更廣闊的成長空間，佟存柱離開新加坡來到了大洋彼岸的加拿大。2009年8月，佟存柱加入加拿大多倫多大學電子與計算機工程系。多倫多大學是光子晶體技術的最權威的研究機構之一。佟存柱來到多倫多大學，主要從事片上集成的量子光源的研究。2009年，多倫多大學研制出來一個較好的光源，佟存柱的任務是進一步改善光源的性能。他通過一些理論上的設計，工藝上的改進，研制出單缺陷模式工作的布拉格反射波導光子晶體激光光源，實現(xiàn)了溫度不敏感的連續(xù)單缺陷模式工作，這在當時是一個相當高的性能。

佟存柱在深造的同時，也在不斷地尋找最適合自己的事業(yè)方向。他心里總有一種渴望，就是讓自己的才干直接為國家的發(fā)展貢獻力量。剛開始，他并不是做半導體研究的，在大學里所學的專業(yè)則是物理。然而，以他的聰明才智，完全能在基礎科學研究上有所建樹。但是，佟存柱卻有他自己的想法。他說，雖然純科學與技術都很重要，但是技術研究對市場、對社會進步的貢獻更直接一些，技術能更快的轉化成生產(chǎn)力，因此，他更愿意從事技術研究。

報效祖國是最大的愿望

中國第一臺激光器研制者王之江院士對其工作給予了高度評價

佟存柱的科研能力得到了國外專家的肯定。他在國外的事業(yè)也得以順利發(fā)展，在生活上站住了腳跟，在科研上有了一席之地。并且，對于他這樣的研究人員，在國外有更好的發(fā)展環(huán)境和更廣闊的發(fā)展空間。佟存柱說，在國外的生活遠沒有像國內這樣緊張，生活更輕閑。如果是在國外，佟存柱會常有時間和家人、朋友一起度假，但現(xiàn)在，他卻是在實驗室加班加點地工作。是什么使他放棄國外的生活，義無反顧地回到國內？佟存柱笑著說，自己是思鄉(xiāng)情結比較濃郁的一類人，他總覺得，在國外做得再好，也是為自己，不是為國家；不過，這只是一方面，促使他回國的最重要的原因就是，在國外這幾年感覺到，中國發(fā)展非常快，中國的騰飛在21世紀是不可阻擋的，作為炎黃子孫，他希望自己能夠投身其中，親身經(jīng)歷這個偉大的崛起。如果置身事外，那將是一個海外華人最大的遺憾。從技術發(fā)展的角度來說，未來的中國肯定會走在世界的前沿。“我回來以后沒有選擇去大城市，而是選擇到了長春，是因為我認為一個人的成就不是取決于在大城市還是小城市，幸福與成功都在于自己對生活和事業(yè)的經(jīng)營。另一個重要的原因是中科院長春光機所給我的觸動，所里領導層的團結奮進、求真務實，以及對人才的重視，讓我感覺這是一個真正做事業(yè)的地方。”佟存柱如是說。

2010年，佟存柱放棄了國外舒適的工作環(huán)境，回國發(fā)展，來到中科院長春光機所。“所里的文化讓我的思想發(fā)生了很大轉變，我深刻意識到科研成果的表現(xiàn)形式不僅僅是文章、專利，更重要的是實實在在的為國家、社會、經(jīng)濟有所貢獻的應用。”科學要變成生產(chǎn)力，必須要通過技術的渠道。這是長春光機所的理念與文化，也是佟存柱的科研驅動力。因此他目前所承擔的絕大多數(shù)項目都具有明確、具體的應用目的，追求的最終目標就是能“用上”。

“現(xiàn)在我國在基礎科學方面投入的力量是比較大的，但是在科研成果的轉化和技術的應用方面還存在著薄弱環(huán)節(jié)。”佟存柱形象地比喻說，“這好比是一場馬拉松，我們已經(jīng)跑到了最后100米，就差一點就成功了，可是就停在那里不動了。這是非常令人遺憾的。我們做應用技術的，就是要解決應用技術的‘最后100米’的問題，使我們的科學技術能最終在國家經(jīng)濟社會發(fā)展等方面派上用場。”

激光研究的豐碩成果

佟存柱目前從事的研究方向為光子晶體激光器。佟存柱告訴記者，光子晶體是一種特殊的光波導，它采用光子頻率帶隙原理進行導波，其原理類似于半導體中的能帶理論，通過它可以實現(xiàn)光的無損耗傳播、高品質激光諧振腔、高效率光限制等。目前光子晶體技術已經(jīng)被認為是電磁波領域的一個重大突破，并正在光學、光電子學、信息科學等領域中引起革命性變革。

佟存柱團隊的研究側重于采用光子晶體波導改善半導體激光的發(fā)散角、光束質量和效率，而不僅僅是光子晶體本身。半導體激光器是目前應用最為廣泛的一種激光器，它具有體積小、重量輕、效率高、電驅動等特點。但也具有突出的缺點，主要是出光光斑呈橢圓形，垂直方向發(fā)散角高達45o，水平方向10o，無法良好地會聚，光束質量差，這成為了限制其應用的一個主要問題。雖然光束整形技術能夠有效改善光束質量，但它更多的是通過平衡兩個方向的光束質量因子，獲得一個近圓形光斑輸出。要想從根本上解決半導體激光器光束質量問題，還得從器件本身入手。

談到自己的研究成果，佟存柱自信地說，“現(xiàn)在我們對這個項目非常看好。我們已經(jīng)將發(fā)散角降低到7.5度，圓形光束出光，在同等價格的情況下，我們的激光器在發(fā)散角性能上比現(xiàn)在市場上的性能要好的多，而且我們器件在性能上還有很大的改善空間。器件的核心結構已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利授權，這為該類技術擁有自主知識產(chǎn)權奠定了有力基礎。”

由于在激光研究領域的出色成績，2010年9月，佟存柱入選中科院“百人計劃”，2011年獲得吉林省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才計劃和吉林省人才開發(fā)基金資助。先后在IEEE J.Quantum Electron, IEEE J.Select.Topics Quantum Electron.等期刊上發(fā)表學術論文50余篇，被SCI收錄24篇，EI收錄36篇，授權中國專利3項，受理中國發(fā)明專利申請5項。目前主持國家自然科學基金項目兩項，中科院“百人計劃”項目一項，中國科學院知識創(chuàng)新工程領域前沿項目一項，以及國家國際科技合作專項一項，并作為課題負責人負責國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目子課題一項。

研究團隊合影

佟存柱進一步解釋到，“我們主要解決和面對實際應用中的重大技術問題，也正因此，一旦解決，前景很廣闊。下一步我們要在現(xiàn)有基礎上，把發(fā)散角進一步降低。這是本課題的重點，納入了中科院百人計劃。中科院現(xiàn)在提出一個定位，三個突破，五個培育，我們作為一個小的科研單元和個人，也要有所定位，有所突破。因此，我們科研組還擬定了高性能芯片的研究項目。比如研究更低閾值的半導體激光器，讓它稍微加一點電流就能發(fā)出激光來。這是剛獲國家批準的重大科技研究的課題項目。”

這個有什么用途呢？佟存柱告訴記者，“現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)男畔⑻嗔耍畔鬏斨行男枰贾么罅康挠嬎銠C，還有大型計算機等等，用電量高得驚人，有人就提出用光學的方法來處理信息，這就需要高質量的激光技術與設備，比如極低閾值激光器、單光子光源技術等，用電量很小，有一點點電就能發(fā)光。這也符合綠色節(jié)能環(huán)保的理念。目前，我國的一些科研機構正在研究量子通訊、量子計算技術，用于信息保密傳輸?shù)龋@方面已經(jīng)取得了世界領先的進展。但是領域內缺少一種質量穩(wěn)定可靠的單光子光源。這正是我們現(xiàn)有研究條件能夠去做的一件事，所以我們和他們合作，幫他們在做這個光源。另一方面就是能在國防戰(zhàn)略方面發(fā)揮很大作用的中紅外的光源。我們現(xiàn)在主要是要解決功率和光束質量這兩個問題。佟存柱說，現(xiàn)在我們的激光器總體上與發(fā)達國家的技術還有一些差距，但部分參數(shù)已經(jīng)領先，我們有信心，隨著更多科技人才的加入，我們的技術水平會很快提升到一個新的水平。這些都是能夠彌補國內技術空白的內容，而且是國家急需的項目。

大功率的半導體激光器的應用范圍非常廣泛，比如說在國防、醫(yī)療、工業(yè)加工等多個領域，都可以用到我們研制出來的激光器。另外我們的技術還有一個好處，就是它是一種波導技術，不光可以用于一種增益介質，換一種發(fā)光材料，換一個波長也可以用。量子點材料和納米光子材料主要是朝向量子光學的方向發(fā)展，比如量子計算、保密通訊等等。量子點材料可以給他們提供光源。如果我們做集成設備，需要非常小的器件，納米光學器件就可以用來改善其性能。我們現(xiàn)在的工藝設備已經(jīng)可以滿足這方面研究要求了。”

成功秘訣在永不言棄

談及科研道路上攀登的艱難。佟存柱感慨地講起他曾經(jīng)遇到過的重重困難。對于科技工作者來說，最大的困難存在于設想與實現(xiàn)之間。往往設計的器件，做出來卻不是想象的那個樣子。比如說我們現(xiàn)在做的這個器件。在最初的時候，按照我們的設計,激光器的確是激射了，但是出來的東西并不是我們想要的。也就是說，我們設計的是一個模式，可是出來的卻是另外的一個模式在工作。問題到底出在哪里？我們反復計算也找不到根源。這個問題困擾了我們一段時間。但是我們沒有氣餒，晝思夜想，一直堅持查找，一個環(huán)節(jié)一個環(huán)節(jié)地過篩子，終于解決了困難。這也給我們提供了一個寶貴的經(jīng)驗，就是正面地面對困難，堅持再堅持，不要自我否定，說這個肯定做不出來。我們可以跑得比別人慢，但是我們決不放棄。這就和打仗一樣，放棄就等于逃兵，放棄就意味著失敗。然而，就算你放棄了，問題還在那里，不會得到解決。只有白天想，晚上想，吃飯想，睡覺想，才會有那么一瞬間，靈光閃現(xiàn)，找到突破口。現(xiàn)在科學技術已經(jīng)高度發(fā)展了，某一領域短時間取得大的突破是很困難的，很有可能我們付出了極大的努力，只取得了一點點進展，但是這些小小的進展不斷地疊加起來，就會是很大的進步。他說，我們之所以能夠研制出技術領先的激光器，就是因為我們認準方向之后就踏踏實實地做，不浮躁、不跟風，不是盲目追隨所謂的熱點課題，真正的面對應用。

科研項目成功的背后，肯定有一個優(yōu)秀的團隊。科學研究的每一個進展，都和團隊的通力合作分不開。佟存柱的團隊里目前有兩個博士，三個碩士，還有幾個研究人員。在組建的時候，佟存柱就根據(jù)他們的特長，給每個人確定了分工和發(fā)展方向,發(fā)展方向是互不沖突的，這給他們留下了足夠的發(fā)展空間。這能夠保證他們每個人都負責一個小的方向，同時還能夠互相合作。在管理上，團隊更是有一整套很細致的管理方案，團隊十分重視管理和培訓，力爭讓每一個人掌握研究所的工藝設計流程與技術。

多倫多大學Queen’s Park

佟存柱還吸取了國外的先進的管理理念，給團隊以足夠的交流時間。團隊每兩周都有定期的交流會，他們不光交流專業(yè)知識，還組織學習專業(yè)以外的知識，如時間管理、溝通技巧、成功學等。團隊還提供一些勵志的書、時間管理的書，幫助年輕學者樹立良好的思想情操和行為習慣，提高他們的全面素質，為他們今后的成長打下基礎。佟存柱強調說，“為了建立年輕學者的時間觀念，我有意給他們定下精確的完成時間，要求必須按時完成，促使他們培養(yǎng)良好的時間管理習慣。有關專業(yè)知識是可以通過突擊補上來，但是思想方法與行為習慣，確實需要在平時多磨練。”

為了達到快樂工作、高效工作，在緊張的科研工作之余，喜歡音樂的佟存柱還會給大家彈彈吉它，緩解壓力，調節(jié)一下枯燥的生活。

我們期待著，佟存柱在自己的領域里作出更大的貢獻。