——访电子科技大学付永启教授

本刊记者　王 芳

　　人类在探寻光的本质、利用光的特性中逐渐走向文明和现代科技。
　　与传统光学不同的是，由光学与微电子、微机械、纳米技术互相融合、渗透、交叉而形成的前沿学科——微纳光学，变革了传统光学与技术的发展路线。这门新兴的交叉学科在信息、能源、生命、环保、宇航、国防等领域均已产生新的重要应用。在我国，微纳光子学的发展也日益受到重视，未来发展前程似锦。
　　1996年，付永启博士毕业。近20年过去，付永启一直没有离开过微纳光学研究领域，在他看来，尽管微光学似乎看不见，摸不着，但从人们的生活乃至国家的高尖端科学都离不开它。这正是它的魅力所在。
　　
“微纳光子虽小，照亮我们未来的路”
　　
　　1994年，付永启在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所攻读博士学位，“当时是跟导师一起做国家航天项目中的一个子项目——‘动态目标发生器’的研究，我主要负责曲面光刻的研究。”那是他接触到微光学并逐渐对微光学元器件的设计制作产生兴趣的开始。
　　在博士后研究阶段，付永启又接着在衍射光学元件的设计制作方面开展了深入研究。随后为了开阔视野、提升研究能力，付永启于1998年赴新加坡南洋理工大学精密工程与纳米技术中心作研究员，借助当地优越的软硬件条件继续深入开展微光学以及后期纳米光学领域的研究工作。
　　从此，一个崭新的世界——纳米光学这个交叉领域逐步在他面前展开。
　　正如他所说的“学得越多就会发现自己不懂的东西越多”，在学习和研究过程中，他觉得不应该囿于领域，萌生了走出国门看看的念头。1998年，他选择赴新加坡南洋理工大学精密工程与纳米技术中心做研究员。后来，又通过那里获得了在麻省理工学院作访问学者的机会。
　　通过与科研院所及工业界的合作，付永启开展了多个横向和纵向项目研究，接触到了微电子、微机电系统（MEMS）、微纳加工、纳米计量及生化分析等多学科领域的知识，先后完成了多项重大研究课题，并取得了许多创新性成果。
　　借助于国外较好的软硬件条件，付永启快速提高了独立开展科研工作的能力。东西方文化在他身上相遇，已经不再是形式的混体，而是精神层面的和平融合，使得付永启的治学态度里，囊括了中国智慧的通达以及西方思想严密的逻辑性，在这种态度的指引下，他对科研工作有了更深层次的认识，同时对科学研究也更加热爱。
　　2001年，付永启将目光专注到了一种新的微纳光学元件一步加工制作方法—聚焦离子束制作技术上，经过两年的反复研究、实验，终于获得成功并使该技术逐渐走向成熟。
　　付永启利用纳米加工技术实现了微光学元件与光电子元/器件的集成一体化，即利用聚焦离子束技术直接一步将微光学元器件甚至纳米光子元器件与光电子器件（如半导体激光器、光导纤维等）集成于一体，从而达到直接控制光束的目的。这一技术摆脱了传统的采用离散光学元件对激光束进行准直或聚焦的方法，不但减少了光学系统的元件数，而且节省了空间，更容易实现系统的轻量化和小型化，对微系统的开发具有重要意义。
　　同时，他还发现了两种材料，它们在聚焦离子束轰击下具有材料自组织成型特性，该特性可直接用于微光学元件的结构成型。以该技术为基础，能够制作出几种特定的微光学元件，包括微正弦光栅、微闪耀光栅等。
　　此外，付永启还利用聚焦离子束直接写入法和辅助沉积法成功实现了微光学元件与光电子元/器件的集成一体化；也就是说，该集成一体化既可以采用基于聚焦离子束去除材料的方法实现，也可以利用材料生长的方法来得到。从而为光学系统的小型化、微型化、平面化提供了制作技术保障。该集成一体化元/器件已经广泛应用于生命科学、生化、通信、数据存储等领域，至今仍在应用，还没有其他方法能够替代。
　　值得一提的是，聚焦离子束技术在微电子行业的广泛应用，大大提高了微电子工业上材料、工艺、器件分析及修补的精度和速度，目前已经成为微电子技术领域必不可少的关键技术之一。同时，由于它集材料刻蚀、沉积、注入、改性于一身，有望成为高真空环境下实现器件制造全过程的主要加工手段。
　　
“研究要服务社会，我们要瞄准国家重大需求”
　　
　　“在国外更能体会到‘国家’两字的真实内涵，真心希望自己的祖国能够早日强大。当2008年北京奥运会开幕式上播放出《我的祖国》这首歌时，激动的心情难于言表，内心百感交集。” 付永启感慨道。2007年，付永启放弃国外优越的待遇和生活，带着累累硕果和先进理念回国，先后受聘于中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室和电子科技大学物理电子学院。
　　“刚回国时想有一个属于自己独立的科研小组和相对宽松的科研环境，在这种环境中能静下心来实际做点科研，希望能从科研工作和培养学生方面体现出自身的价值所在。科学研究最终是要服务社会的，而具体的应用领域要瞄准国家的重大需求。”付永启是这样说的，也是这样做的。
　　在学校和所在团队的支持下，付永启在纳光子结构、元器件及其应用方面取得多项国家自然科学基金项目的资助。提出了两种基于纳金属结构的超分辨透镜，该透镜可方便地通过聚焦离子束技术一步制作出来，其光学表征可利用近场扫描光学显微镜实现；基于表面等离子体极化用于生化免疫分析：设计和制作了菱形纳金属颗粒，并成功地用于老年痴呆症（ADDL）以及SEB病毒素的测试；有源及无源光电子器件与衍射光学元件的集成；基于聚焦离子束技术的微光学元器件的一步制作技术的开发和拓展；基于纳光子器件微探头的纳米计量系统的概念设计：提出利用纳光子超透镜微探头并结合激光多普勒外差干涉技术实现纳米缺陷的动态在线检测，该内容已获得美国专利授权。
　　研究工作的创新点主要体现在微光学元件的加工制作技术上，国际上首创采用聚焦离子束技术直接一步加工和制作微小光学元件，具体包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及椭球面透镜等。这一创新技术解决了一些常规微光学元件制作方法难以实现的微光学元器件集成一体化问题，为光学系统紧凑化和小型化，以及微光学系统的研究开发提供了一条新的有效途径。
　　如果把才华比作剑,那么勤奋就是磨刀石。付永启和课题组成员付出了超乎寻常的努力，经过多年的努力拼搏，在纳米光学、微细加工、纳米加工、衍射光学及微光学领域取得多项研究成果，在国际相关著名学术期刊和国内核心学术期刊上发表论文150余篇，其中被SCI检索收录论文120余篇，以第一作者撰写和发表论文58篇，以通讯作者发表论文100余篇，JCR分区一区刊物论文23篇，影响因子IF>3.0的论文46篇（占SCI论文总数的34%），论文累计被引次数1100余次，单篇他引最高次数83次，JCR统计h指数18。其中，代表论文之一：“Optics Express 18 (4), 3438-3443 (2010)”被国际文献追综机构BioMedLib于2011年2月28日评为纳光子结构领域的“Top10”论文之一；此外，在该领域国际著名学术刊物Plasmonics（该刊物属于JCR分区一区刊物）上陆续发表系列研究论文22篇。
　　此外，付永启在微纳加工及纳米光学领域分别撰写五部英文专著中的各一章：即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology(2nd Edition，出版号：ISBN: 1-58883-159-0)、Lithography: Principles, Processes and Materials (出版号：ISBN: 978-1-61761-837-6) 、Plasmonics: Principles and Applications（出版号：ISBN: 979-953-307-855-6）Ion beams in Nanoscience and Technology（出版号：ISBN 978-3-642-00622-7）、和《Nanofabrication》 (出版号ISBN: 978-953-307-912-7)；并独立撰写中、英文专著各一部，分别为《纳光子学及其应用》(出版号ISBN: 978-7-80248-537-2)(该书是目前国内唯一一部具有自己独立编著版权的全面系统地介绍纳米光学发展前沿的中文专著，出版后得到同行的一致好评。)、英文专著书名为《Subwavelength Optics:Theory and Technology》；并以此为基础，在国内首次开设了《亚波长光学》课程，于2009年秋在电子科技大学作为研究生专业课程讲授。自2010年电子科技大学研究生院和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究生部均采用《纳光子学及其应用》一书作为研究生专业课程：《亚波长光学》及《纳米光学》的指定教材。该书作为2011年电子科技大学“十二五”规划研究生教材建设立项支持（项目编号：11211CX20401），于2012年12月末成功出版了修订版。
　　有关利用聚焦离子束一步制作微光学元件的内容被法国DELAWARE大学电子和计算机工程系Robert G.. Hunsperger教授写入其编著的教科书《Integrated Optics: Theory and Technology》（第五版）的一个章节中。部分研究结果还被美国网络多媒体组织NANOPOLISTM于2007年出版的《纳米技术百科全书》多媒体教程引用并收录, 并被邀请作“聚焦离子束”章节的内容评审人。
　　学术刊物论文中有关基于聚焦离子束直接沉积实现微型柱面透镜与边缘发射型半导体激光器集成化实现激光束的一维和二维整形的技术、以及类金刚石薄膜上一步写入微透镜技术，被国际上面向工业界的杂志Laser Focus World分别摘录并以新闻简报的形式在“光电子世界新闻”栏目中公布；并已分别获得美国发明专利和中国发明专利的授权。
　　鉴于他出色的科研成就，近年来相继在美国、加拿大、日本、韩国、新加坡、中国等国举办的衍射光学与微光学、微加工及纳米加工、离子束及应用、精密工程、纳米技术NanoTech 2004、亚洲光电子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等专题会议及年会上作大会报告及特邀报告。 
　　2010年，付永启被国家科技部聘请为国家重点基础研究计划（973）项目“光学自由曲面制造的基础研究”的项目专家组成员；并受邀分别担任国际学术刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高级主编、副主编、及编委。
　　一路走来，付出的是辛勤耕耘的滴滴汗水，收获的是丰厚的科研积累和丰富的人生经历。“不但拓宽了我知识面的广度和深度，还增加了生活方面的体会和见识，丰富了自身的人生观。”
　　在微纳技术领域不断耕耘，付永启取得一系列令人瞩目的成果。而他却总是把成绩谦逊地归因于自己“赶上了一个好时代”。尽快将微纳光学的研究成果与产业应用结合起来，形成有自己独立知识产权的高新技术，加快向产业迈进的步伐。我们期待他带给我们更多的精彩。