做勇攀科學(xué)高峰的“追光者”
——記北京理工大學(xué)光電學(xué)院教授謝尚然

杜月嬌

謝尚然

20世紀(jì)70年代，亞瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）提出的“光鑷技術(shù)”曾一度轟動(dòng)學(xué)界，“以光為器，抓取微粒”的場(chǎng)景再一次拉近了科幻電影與現(xiàn)實(shí)生活之間的距離。“利用光場(chǎng)產(chǎn)生的光學(xué)力進(jìn)行捕獲的過程是非接觸、無損傷的，并且經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，迄今可實(shí)現(xiàn)的操控精度可達(dá)亞納米至皮米量級(jí)。”在此領(lǐng)域奮楫篤行十余年的青年學(xué)者、北京理工大學(xué)光電學(xué)院教授謝尚然介紹道。

水木清華，鐘靈毓秀，百年學(xué)府清華是謝尚然“夢(mèng)開始的地方”。2003—2013這10年之間，他一直在此潛心研學(xué)，與彼時(shí)剛在我國起步的光學(xué)行業(yè)一同成長(zhǎng)。當(dāng)時(shí)，他的主研方向是光纖感知技術(shù)。光纖，指的是一種由玻璃或塑料制成的纖維。它不僅是傳輸信號(hào)的“血管”，更被視作監(jiān)測(cè)信號(hào)的“神經(jīng)”。攻讀研究生學(xué)位期間，謝尚然在“分布式光纖傳感器”的研發(fā)中取得了不錯(cuò)的成績(jī)。在讀博期間，他有幸前往加拿大渥太華大學(xué)鮑曉毅院士課題組訪問，初次感受到了國際水平實(shí)驗(yàn)室的研究氛圍。出于對(duì)光纖傳感工程化研究背后物理原理的好奇與興趣，他萌生了“走出國門”的想法。于是，博士畢業(yè)后，謝尚然便去到了世界頂尖的光科學(xué)平臺(tái)之一——德國馬克斯·普朗克光科學(xué)研究所開展博士后研究，并憑借自己的熱情與努力，最終加入其列，出任資深研究員一職。

如果說，恩師清華大學(xué)廖延彪教授的言傳身教使謝尚然深諳了“科研要從實(shí)際需求出發(fā)，且成果要落在祖國大地上”的學(xué)術(shù)精神；那么工作后，與世界頂級(jí)科學(xué)家菲利普·羅素（Philip Russell）的合作則讓他見識(shí)到了汗水與天賦共同積淀出的“直覺”的力量——“那種對(duì)研究方向的敏感度與把控力是不可以被量化的，只能通過夜以繼日的努力，銖積寸累，日將月就。”榜樣的表率為謝尚然帶來了源源不竭的進(jìn)取力量，在進(jìn)一步接觸了光纖領(lǐng)域的前沿理論與光鑷技術(shù)后，他萌生出將二者結(jié)合的想法。“我認(rèn)為用光纖，特別是空芯光纖作為平臺(tái)來革新光鑷技術(shù)，或許可以實(shí)現(xiàn)尺寸更小、操控更穩(wěn)、測(cè)量更精的‘三贏’局面。”謝尚然說。

少年何妨夢(mèng)摘星，想法萌芽后，謝尚然便開始著手將其“照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”，相關(guān)研究從海外一直持續(xù)至回國。2021年，謝尚然加入北京理工大學(xué)光電學(xué)院，同時(shí)開始建立承載其夢(mèng)想的微納光子測(cè)控實(shí)驗(yàn)室。如今，團(tuán)隊(duì)已初具規(guī)模，并在謝尚然的帶領(lǐng)下，持續(xù)發(fā)展真空光鑷技術(shù)，結(jié)合激光反饋冷卻手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮粒子平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)及粒子陣列的經(jīng)典與量子操控。此外，團(tuán)隊(duì)還聚焦于光學(xué)精密測(cè)量與微痕物質(zhì)探測(cè)兩大光學(xué)前沿領(lǐng)域。

光鑷所涉及的光學(xué)力幅度一般在皮牛量級(jí)及以下，尤其適合于對(duì)極弱力學(xué)過程的高精度探測(cè)，近年來在弱力測(cè)量、加速度測(cè)量、扭矩測(cè)量、元電荷探測(cè)、微觀質(zhì)量測(cè)量等方面更是取得了突破性進(jìn)展，測(cè)量精度有望接近甚至突破標(biāo)準(zhǔn)量子極限。因此，謝尚然團(tuán)隊(duì)特別關(guān)注基于空芯光纖、微納光纖的集成化光鑷測(cè)量技術(shù)。且為響應(yīng)“雙碳政策”的號(hào)召，他們還創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了單顆粒的操控與觀測(cè)，去除基底引入的測(cè)量偏差，最大化地復(fù)現(xiàn)和模擬懸浮顆粒的生存環(huán)境，提供了對(duì)微米、亞微米尺度顆粒理化性質(zhì)原位表征的理想平臺(tái)，此舉有望對(duì)微晶體、氣溶膠理化參量動(dòng)態(tài)演化過程的原位測(cè)量技術(shù)提供新的可能。

從看見微光，到擁抱光芒，最終影響更多人追光，謝尚然已走過歲月荏苒。未來，他強(qiáng)調(diào)會(huì)繼續(xù)以個(gè)體的奮斗書寫光學(xué)華章，同后繼人才一起，用青春價(jià)值推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。