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【启梦成电】勇做中红外光纤领域的佼佼者
——记校“百人计划”入选者、光电学院李剑峰研究员
文:杨丽可 学生记者团 李鑫 来源:新闻中心 时间:2015-09-21 13321

  在切割肿瘤时,3微米激光的手术效果最好,2微米的激光可以很好地止血。能否让这两类激光很好地配合,甚至在同一仪器中,A、B两个按钮就能操作呢?

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  在李剑峰最新发表在《Scientific Reports》的论文中,这位科研新秀很好地解决了这个问题,可以同时在一个激光器中产生这两类脉冲激光,并且可以精确控制他们的时间延迟。这一科研成果在多个领域都具有重要的应用价值,因为两类激光各有特长,“双剑合璧”,应用无限。

学术研究:实现多个“国际第一”

  李剑峰已在“中红外光纤激光”领域拓展出广泛的研究领域。中红外激光器是指工作波长在2~20微米范围内的一类特殊的激光器,在中红外激光器家族中属于后起之秀,相比传统的中红外激光器(如固体激光器、半导体激光器等),中红外光纤激光器具有高光束质量、高转换效率,散热性良好、易于集成等一系列优点,因此,具有更大的实用价值。

  “现在女士们青睐的光子嫩肤用到2.94微米的激光,进入皮肤的深度非常浅,表皮水分子吸收激光,很快气化,吸收效率很高,死皮、斑就很容易脱落。”目前李剑峰团队正与大型美容机构合作,研发激光美容仪。

  李剑峰介绍说,中红外光纤激光器应用范围十分广阔,包括遥感、环保、探测、医学诊断、材料加工等。他所率领的团队在环境监测方面也进行了深入的研究,比如一氧化氮、一氧化碳、二氧化硫等有毒气体在中红外波段都有吸收峰。当用中红外光去照射气体,从气体被光吸收的情况可以监测出空气污染的程度。

  在中红外光纤激光这个神奇的领域,李剑峰已实现了多个“第一”。他在澳大利亚悉尼大学访学期间,和国际知名中红外光纤激光器专家Stuart. D Jackson教授合作,较早地实现了波长超过3微米的瓦级光纤激光器、3微米波段的锁模光纤激光器、以及中红外双波长的主动调Q脉冲光纤激光器等后来,李剑峰在英国阿斯顿大学做玛丽·居里研究员期间,也取得了一系列成果,包括波长最长的掺铥光纤激光器、首个NOLM结构的2微米波段全光纤锁模光纤激光器、首个基于45度倾斜光纤光栅的锁模掺铥光纤激光器。这些结果大多发表在光学类的权威刊物Optics Letters 和Optics Express上。

  在李剑峰看来,最难忘的成果是首次实现了国际上波长超过3微米的瓦级光纤激光器。“以前的激光都没有超过3微米,因为激光跃迁受到能级与能级的限制很难超越。”李剑峰采取了新奇的方法,调控了激光跃迁的子能级。突破了原有的瓶颈限制。

“幸运”之路:获得“玛丽·居里”垂青

  李剑峰能与“中红外光纤激光”邂逅,多亏了范滇元院士这位“引路人”。在2009年的第十九届全国激光学术会议上,范院士做了《光纤激光器的研究进展与发展》的报告。会后,博士毕业不久的李剑峰与范院士交流。这位知名专家的一句话点透了学术的“窗户纸”:“激光器不仅仅是现有的两个波段,如果未来在所有波段上大展身手,是不是有更好的优势呢?”

  经过缜密的思考,李剑峰瞄准了“中红外光纤激光”领域。这是新兴热点,又能与他的研究基础结合。从全球范围内来看,该领域的研究都还处于起步阶段,国际上研究团队屈指可数,尤以澳大利亚悉尼大学最为领先,而国内在该领域的研究是一片空白。李剑峰决定前往澳大利亚悉尼大学,把中红外光纤激光最前沿的技术“带”回国,填补国内在该领域的空缺。

  在美丽的澳大利亚,李剑峰受到国际光纤激光专家Stuart D. Jackson教授的肯定和大力支持。短短一年,李剑峰就实现了出国前的计划,成绩卓著,发表SCI论文8篇。

  2011年10月,一个新的机遇来到他的面前:激光与光电子学术会议(CLEO)在悉尼举行。英国皇家学会会士、国际锁模光纤激光专家、英国阿斯顿大学光子中心主任Sergei K. Turistsyn教授对李剑峰的研究方向很感兴趣,邀请这位中国小伙子去阿斯顿大学开展研究。

  李剑峰抓住了这一机遇,开始了科学领域新的探险。他想,阿斯顿大学在光子学领域历史悠久,在整个欧洲乃至全世界都极富盛名,特别是在光纤光栅刻写、锁模光纤激光等方面。李剑峰希望将阿斯顿大学在光纤无源器件制作方面的优势与中红外光纤激光相结合,同时建立更多的国际交流与合作。

  “英伦科研路”让李剑峰有机会获得“玛丽·居里”的青睐。他广泛关注相关的国际合作项目,通过精心的筹备,最后成功申请以玛丽·居里夫人命名的国际知名人才项目——欧盟第七研发框架计划中的“玛丽·居里行动计划”人才国际引进奖学金项目,这也是我校首次成功申请该项国际人才项目。 2011年该项目工程类全球入选者只有26人。

  无论在澳大利亚、英国还是在电子科大,李剑峰都努力攀登科研高峰,积极解决一切难题。中红外光纤激光器的散热一直是研究者面临的“痼疾”,光纤在功率升高的情况下很容易被烧坏。许多研究者采用外部冷却的方法。李剑峰绞尽脑汁,终于想出了“级联跃迁”的方法,大大降低了产热的非声子弛豫,具有重要意义。他在近五年内用智慧、勤奋打开了一片新的学术天空。以第一作者发表SCI论文20余篇,包括10篇Optics Letters 和Optics Express论文,8篇IEEE系列杂志,其中两篇文章被OSA入选Optics Express期刊近10年在激光方向的Top Downloads,一篇入选该杂志2015年的Most Cited文章。

  李剑峰在国外的学习工作中表现了一个中国科研工作者的拳拳爱国心。他的出色工作吸引了世界顶级研究机构的关注和重视,在欧盟项目即将结束的时候,Sergei K. Turistsyn教授希望他留在英国担任中红外方向的负责人,并在获得永久居留权、更优越的实验条件和丰厚的薪资等方面给予保障。但李剑峰始终把学习最先进的技术、填补国内空白作为自己的理想。他谢绝了这些邀请,毅然决然地回到祖国。

远大理想:做国内中红外光纤领域的佼佼者

  李剑峰回国后,开始在中红外光纤激光领域大展拳脚。由于这是一个全新的体系,从无到有建立起来颇为艰辛。实验相关的几乎所有器件、设备和材料都需要重新购置,花费甚大。他当时带领的四个学生对这个领域的了解还几乎是空白。李剑峰从手头项目中一点一点地攒经费,保证基本实验的开展。“后面我的发展是与团队的带头人刘永教授分不开的。刘永老师是我的指路明灯,不仅当初在选择研究方向和科研方法上给了很多指导,还在申报项目和购买仪器上给了我极大的帮助。对于我们青年研究者来说,这是幸运的事,因为这样可以避免走很多弯路,快速的进步,让我们能够把足够的精力放在科研上,而不用为缺少仪器的事情去分心。”渐渐地,学生队伍也逐渐走上了“以老带新”的良性循环。

  经过不断努力,李剑峰在中红外光纤激光领域开辟出了新天地,队伍不断壮大。目前他和团队负责人刘永教授一起在该方向成功申请了包括自然科学基金青年、面上、重点,总装预研重点基金项目等在内的多项国家级省部级项目,总经费超过600多万,李剑峰参加国内外学术会议并做特邀报告8次,并担任国际学术会议分会场主席1次,同时申请国家发明专利十余项。2013年入选教育部“新世纪优秀人才计划”,并于年底以副教授身份晋升博导。2015年又获得校“百人计划”青年项目。

  李剑峰利用在国外良好的合作基础和“玛丽·居里”项目的效应推进团队的国际化进程。他去意大利的帕尔玛大学、英国的南安普顿大学、曼切斯特大学等作了关于中红外光纤激光的报告,并与多所大学建立交流合作的关系。

  “我喜欢在竞争的环境中工作,外部的压力不算什么,自己给自己的压力那才是真的压力!”李剑峰坦言,压力和兴趣结合更能推动自己前进的步伐。他带着梦想回国,不仅要成为国内中红外光纤激光的佼佼者,而且未来要超越国际上的“大牛”,为国家做贡献。

  “如果我们的科研工作不能转化为实际应用,从而造福人类、造福社会,那科学研究的意义从某种角度上来讲就会大打折扣。”李剑峰在科研的道路上一直坚持“两条腿走路”,既要实现学术价值,发表高质量论文;同时也积极推进产业化,在医疗、美容等领域已初见成效。

因材施教:让学生快乐施展才华

  研二的王乐乐曾经有段时间比较苦恼。他动手能力很强,但对软件编程方面不敏感,认为这个短板会影响自己的发展。李剑峰尊重他的特长,鼓励他把特长发挥到极致。王乐乐做出了非常精彩的工作,他通过多次实验,细致地调整切割刀的参数,摸索出一套切割和熔接软玻璃光纤的科学方法。“这在国际上都是领先的,非常棒!”

  李剑峰对学生的尊重、鼓励、支持,其实也来源于他自身的经历。小时候,父母总是给他一个概念“你是很好的学生!”这给了李剑峰极大的自尊和自信,他一直到大学都是名列前茅。在学术成长的路上,他又得到了多位知名学者的指导和帮助。李剑峰记得博士阶段的第一位导师郭永康教授像父辈一样有耐心、不急躁、善待每一位学生。“每当有困惑找到郭老师,他告诉我,不要着急,科研问题要冷静解决。”为师之后,李剑峰也像郭教授一样,善待每个学生,兢兢业业教书育人。

  现在,李剑锋为本科生上《物理光学》学位基础课,也首次为研究生开设全英语教学的《光纤光学》,他更带出了一支优秀的研究生队伍。“我们的队伍叫‘happy 光电大队’!”李剑峰的理念是,让学生们在快乐中做科研,在科研中寻找快乐。他鼓励学生充满自信,不断创新;他也带学生爬山、旅游,在科研之余“换换脑”。“做科研不要把自己做得很苦闷,很憋屈,好像跟社会脱节一样。”李剑峰和学生幽默地说。

  博士生罗鸿禹和李剑峰一起完成期刊《Scientific Reports》的论文。小罗非常佩服自己的导师,他记得第一次写完论文后,“李老师把我直接叫到家里去改,从下午一点多一直讨论到晚上九点,一句一句的修改。”经过这次“大修”,小罗逐渐找到了科研论文的“门径”。

  李剑峰不只是在科研方法上认真引导学生,更在科学眼界上影响着他们。他鼓励学生们,选择方向一定要有长远的眼光,结合自己的兴趣和基础,看到业界发展的未来。而创新绝非“空中楼阁”,必须下苦功夫阅读大量的文献,深入了解本研究领域的现状。李剑峰结合自己的经历,积极支持学生参加国际学术会议,鼓励他们勇敢地与学者们交流,锻炼口语,展示才华,解除科学疑惑。到目前为止,李剑峰的研究生在毕业之前基本都能参加一次学术会议、做一次口头报告、以第一作者发表1-2篇SCI 论文。近两年,他的研究生还连续获得学校优秀硕士论文和优秀毕业生称号。

  “只要你选择一条路,只要你为之付出巨大的努力,就一定会有回报,这是一条永不变的法则。”李剑峰与学生们真诚地谈论“失败”的话题,他认为,科学的道路上,“失败”是常有的,但也会有回报,“这个回报也许不是今年,也许是明年,但从中获取的经验和成就感不是金钱和名誉能相提并论的。”

  “在科研的道路上,我并不感到孤独。我的身后有家人、可爱的孩子,我得努力做个好丈夫,好爸爸!”说到温馨的家,李剑峰的眼中满是温情。他每天都会在忙碌中抽出两个小时陪伴女儿,他教两岁多的女儿识字,陪伴她玩耍,增长见闻。“我的内心充满阳光,这让我更有热情投身于心爱的科研工作中。”


编辑:罗莎  / 审核:罗莎  / 发布:一戈

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