编者按：距离本刊年度人物评奖大会已时隔数月，记者终于约访到了2011年度科学人物中国科学院物理研究所的魏志义研究员，一方面因为工作太忙，一方面因为不愿宣扬自己，因此就耽搁下来了。但作为一支活跃在国际激光研究领域的学科带头人，我们一直惦记着他的学术成就，希望能分享给关心激光的读者。几经努力，终于争取到对魏志义研究员及其团队的采访报道。
　　

追求超快超强事业的激光研究团队

——记中国科学院物理研究所光物理重点实验室魏志义研究员及其团队

本刊记者　胡  敬

　　“我们的工作是不断追求极限的过程。”采访中魏志义研究员调侃说。的确如此，他们研究的飞秒（fs）激光仅有千万亿分之一秒，光在这样快的时间里飞过的距离还不到我们发丝直径的百分之一；他们从事的太瓦（TW）激光强达万亿瓦，瞬间释放出的功率比全世界所有发电厂的发电功率总和还要高。从他1996年在荷兰工作期间利用新技术方案产生小于5fs的激光脉冲，打破美国科学家保持了十年之久的世界记录，到建成先进的阿秒（千分之一飞秒）激光装置；从发明新的飞秒激光同步方法、实现新的光学频率梳，到采用多项创新单元技术，相继研制成功峰值功率大于1TW、20TW和1PW（一千太瓦）的台面超强激光装置；魏志义研究员和其团队一直冲刺着激光技术的“百米”极限。——这是一位在默默耕耘中攀登科学尖峰的学者，也是一位在国际赛场上追逐超快超强事业的领军人物。但采访他却非常不容易，最后答应的“条件”是要采访就采访他的同事，要介绍就介绍他们的研究团队。
　　
上篇：逐梦极限，勇攀高峰
　　
　　魏志义研究员自1984年从研究生学习阶段开始超快激光研究至今，一干就是二十余年，也算得上是一位“资深”的激光技术专家了。1997年他回国加入中国科学院物理研究所后，从白手起家起步，又相继开展了飞秒激光产生、放大、同步、频率变换、脉冲压缩及相位控制等研究，经过多年不断的技术创新，已取得一系列具有国际影响力的学术成就。
　　
　　“极光”系列超强飞秒激光装置
　　飞秒激光由于极短的脉冲宽度，对应着极高的峰值功率。进一步放大飞秒激光的能量，就成了具有超高峰值功率的超强激光，这时其作为电磁波属性的电场强度，将远远大于原子中的库伦场强度，由此就可以用该激光开展所谓的“强场激光物理”、“高能量密度物理”、“激光聚变”等前沿研究。针对这些研究的需要，魏志义研究员与他的同事和学生们通过采用系列创新的单元技术及发明专利，先后研制成功峰值功率大于1TW、20TW及700TW的系列超强飞秒钛宝石激光装置，由于该激光极短的脉宽、极高的峰值功率、极强的电场及与物质相互作用后所产生的极端物理现象等特性，因此也就命名为“极光”装置。这些装置除了为许多前沿研究提供先进的实验平台外，还进一步设计开发出综合性能优良的系列高端激光产品提供国内外多家用户，不仅打破了西方国家在超快超强激光产品方面对国际市场的垄断，而且也取得多项应用成果，体现出良好的社会效益。
　　近两年来，魏志义研究员又带领其研究小组在利用所提出的新方法成功实现这类激光高对比度结果的基础上，通过解决系列技术创造了峰值功率1.16PW的同类研究世界纪录，相关工作在国际光学领域最顶级的学术杂志Optics Letter（光学快报）上发表后，引起国际同行的高度关注，成为美国光学学会公布的当月下载最多的论文之一，并先后在CLEO、ALPS、Ultrafast Optics等多个国际会议上做邀请报告。该研究成果已于2012年4月通过鉴定，鉴定结论认为“研究方案具有创新性，高对比度下的输出功率等主要结果超过了国际已报道的同类研究的世界纪录”。配合本所及北京大学等单位的应用研究，该激光装置不仅实现了电子加速，而且也在国内首次实现了质子加速，得到了能量多MeV的高能质子。
　　
　　同步锁模激光
　　飞秒激光同步要求不同飞秒激光器要步调一致的工作，多台激光“合作”才能发挥更大的作用。在这一前沿研究方面，魏志义研究员首次提出了分离增益介质与同步耦合介质的创新被动同步原理，将同步飞秒激光的精度、功能及输出指标推进到了新的国际水平；并基于该类方案首次实现了不同飞秒激光的同步及该激光载波包络相位（CEP）的测量与锁定。前一个工作被Optics Letter审稿人评价为“提出了一个创新的思想”并“开拓了傅立叶合成单周期激光脉冲的途径”，后续的工作被评为“英雄式的实验”和“一个创新的同步方案”。在进一步开发的产品器件中，已成功用于量子保密通讯等研究。在此基础上，魏志义研究员指导研究生又研制成功可进一步适用于任意超短脉冲激光的同步系统，所开发的产品器件已在多家研究单位取得成功应用。
　　
　　新型光学频率梳
　　对飞秒激光CEP的锁定，导致了光学频率梳的发明，美国科学家J.Hall和德国科学家T.W.H?nsch因该项发明及其在频率测量中的工作，而获得2005年诺贝尔物理奖。2001年魏志义研究员在日本进行飞秒激光同步及CEP锁定的访问研究中，注意到飞秒频率梳的重要意义，回国马上开展该项研究，并得到基金委项目及中国科学院的经费支持。在与同事和学生建成国内最早频率梳的基础上，针对常规光学频率梳技术的不足，利用他们研制成功的亚10fs钛宝石激光振荡器, 巧妙地提出了基于自差频技术的一种创新方案。通过对激光CEP的测量和控制，研制成功综合性能与参数优于传统方案的新型光学频率梳，并成功用于几个研究单位的频率与长度测量的实验中，将常规光学频率梳仅能工作1小时左右的维持时间，提高到了9小时以上。由于他们在该研究方面取得成果的意义，受邀为Intech出版公司的Advanced Laser一书撰写一章光学频率梳的内容；王大珩院士在2004年写给科技部关于光学频率梳研究发展的信中，也曾专门提到魏志义研究员等人的工作。
　　
　　阿秒激光脉冲研究
　　比飞秒更快的激光脉冲是阿秒，在追求这一极限的攻关中，魏志义研究员及其团队首先扩展了他在荷兰的研究成果，通过新的腔外压缩技术得到了最短脉宽仅3.8fs、单脉冲能量大于0.4mJ的周期量级激光脉冲，这也是迄今国内所能产生的最短脉冲；在此基础上通过自行设计建成的光谱干涉系统及计算机反馈控制单元，实现了对飞秒放大激光CEP的长期高精度可靠锁定。随后，他们用该激光驱动特殊的气体，产生了连续的X射线阿秒高次谐波，率先在国内用自建的阿秒条纹相机测量到了单个阿秒激光脉冲。在该研究方面，从2008年起魏志义研究员连续担任两年一次的国际阿秒激光会议国际委员会的成员，此外也被选为马普阿秒激光中心的主要成员，最近获得基金委国际重大合作项目的资助。
　　
　　全固态锁模激光研究
　　超短脉冲激光虽然高端前沿，但由于昂贵的成本和复杂的技术，多年来仅是一些特殊实验室才有的“富人游戏”。针对广泛的应用需要，魏志义研究员带领研究组从2005年开始系统开展了新型全固态锁模激光的研究，并与国内外相关单位合作，先后实现了Nd:GdVO4、Nd:LuVO4等激光的皮秒锁模及Yb:YAG、Yb:GYSO等激光的飞秒锁模，取得多项国际首次性的成果，有效地推动了超短脉冲激光的小型化、实用化发展。作为通讯作者，上述工作仅在Optics Letter杂志上就发表论文10余篇，并应邀为国际科学著作出版社撰写该研究的专门章节。
　　
中篇：追求卓越，不甘平庸
　　
　　“九尺之台，起于垒土”，今天的科研成就固然与他们高深的学术造诣及丰富的经验积累分不开，但更多的也是辛勤劳动的结果。有这样一句话，“成功总是偏爱有准备的头脑”，同事们谈起他们的“老板”，学生们谈起他们的导师，不仅充满对他学术思维与实验能力的敬佩，也充满对他的“同情”与“关心”，因为他基本上是全所晚上回家最晚、周末加班最多的人之一。谈起这一点，魏志义研究员有他的观点：在这个科技快速发展、信息日新月异的时代，不努力很快就会落后，沉浸自己喜欢的研究工作、钻研感兴趣的科技文献，本身也是一种休息，而且也是陶冶情操。他相信许多科学家即使在家里，同样也会继续着每天的研究与学习。他也调侃道，“在物理所这个各路高手云集、名门出身荟萃的科学殿堂，他这个“平民”出身的“打工者”也应该付出比常人更多的努力”，“自己现在还不算太老，多为研究组打点基础，也就更有利于年轻人的发展与成长”。
　　从我们多次要求采访及与同事的了解，尽管他一再谦虚低调，并没有掩盖他闪亮的人生轨迹。中学时期的他，幸运赶上文革后首次中考，以全县第一名考取高中后，成绩一直遥遥领先，虽然两年后以全县唯一高于400分的成绩名列全省高考分数前茅，但由于招生中的失误他却被并未报名的合肥工业大学抢招，虽然后来证明他的成绩足够北京大学等名校的录取线，但他不气馁、不灰心，很快就喜欢上了那所风景美丽的全国重点大学，经过充实的学习，四年后顺利考取中国科学院西安光机所研究生，师从我国著名瞬态光学专家侯洵院士。从那时开始，置身于科学殿堂的他不断追求卓越，勇于进取，博士毕业时不仅用倍频Nd:YAG激光取得高达5W的连续绿光功率，而且用其泵浦液体染料激光得到了59fs国际同类研究的最好结果。
　　1991年4月，魏志义博士毕业后来到中山大学做博士后，在当时国内该研究领域唯一的国家重点实验室——超快速激光光谱学国家重点实验室继续开展连续波倍频Nd:YAG激光、多波长连续固体激光及飞秒锁模激光的研究，所研制的高功率绿光激光器被多次用于大型布景活动中。1993年4月博士后出站后，实验室先后派他到英国卢瑟福实验室、香港中文大学、香港科技大学等地合作访问，进行飞秒激光产生、放大、超快现象测量等研究。特别幸运的是1996年他利用在荷兰工作访问的机会，进行了飞秒激光压缩这一冲击世界纪录的工作。尽管该实验室曾于1993年获得过7.5fs最接近世界纪录的结果，但由于挑战极限的难度，几年来一直徘徊不前。魏志义到该实验室后，首先恢复了该研究工作，并利用他进行过的荧光和频经验，成功测量了限制脉宽最主要的物理量“啁啾”，在此基础上与同事一起，通过测量到的啁啾量优化设计系统参数及实验调试，终于产生了小于5fs的激光脉冲，从而打破了美国科学家保持十年之久的世界记录。这些经历为他日后的工作打下了坚定的基础。
　　1997年，在当时任职于英国卢瑟福实验室的国际著名激光物理学者张杰教授的邀请及推荐下，魏志义先期来到物理所，配合张杰教授开始了新的创业，他们从建设实验室开始，到组建人才队伍，发展实验装置，一路走来可以说艰辛无数。但困难阻止不了他们对于这一前沿激光研究的追求，在物理所领导、中国科学院、基金委及863高技术项目等支持下，魏志义很快找到了自己新的用武之地，从设计飞秒激光振荡器开始，历经两年多的时间，研制成功峰值功率1.4TW的极光I号装置，鉴定会上得到光学泰斗王大珩及多位院士专家的好评。谈起这段经历，魏志义说张杰院士是在他学术生涯中最应该感谢的人之一，虽然由于研究队伍的发展后来他又组建了专门致力于超快激光的新研究组，张杰院士也到上海任职，但追溯团队的发展，张杰院士无疑是重要的奠基人。
　　物理所良好的科研环境，为他们追求卓越提供了肥沃的土壤，多年来，魏志义研究员先后主持了并顺利完成了国家自然科学基金重大项目、基金委仪器研制项目、中国科学院重大仪器设备研制项目、中国科学院知识创新工程重要方向性项目、科技部科学平台等项目的研究；曾任863惯性约束激光聚变专题专家组成员、神光III前端责任专家组成员、中国科学院物理研究所光物理重点实验室常务副主任，现任中国光学学会理事、中国计量测试学会理事、北京光学学会理事、中国科学院物理研究所学术委员会委员、计量测试高技术联合实验室主任，国家某重大专项学术委员会委员，国际国际纯粹和应用物理委员会常数物理名词第二专业委员会委员，英国Measurement Science and Technology杂志International Advisory Board成员等职。而且也任实验室党支部书记，并获得优秀党员称号。
　　记者通过同事得知，魏志义研究员不仅学术思想活跃、实验技术精湛，而且热心奉献、性格谦和，善于在合作中寻求创新。由于他扎实的功底和勤奋的工作作风，在仅到物理所两年左右的时间里，就被评为优秀科技青年并晋升研究员，曾是光物理实验室最年青的副研究员和研究员。由于他在飞秒激光技术多个方面的成就，现已成为该领域我国最有影响的年青科技工作者之一，并在国际上具有较为广泛的知名度，为我国超短脉冲激光技术的研究、发展和工程应用作出了积极的贡献。他曾于2001年获得中国科学院青年科学家奖、2002年获得国家杰出青年基金、2011年获得胡刚复物理奖。先后作为第一完成人获得中国科学院科技进步奖一次、军队科技进步奖一次及北京市科技进步奖两次；也作为主要成员获得国家自然科学二等奖、中国科学院杰出科研成就集体奖、中国科学院科技进步奖及军队科技进步奖各一次。已在Physics Review Letters，Optics Letters、《中国科学》等杂志上发表论文200余篇，2011年检索被SCI论文他引1052次。迄今取得授权发明专利10余项，在国际会议上作邀请报告40多次，2007年10月在Nature Photonics的一篇综合报导中，多处提到魏志义研究员及团队的工作。他们的上述成果由于重要的应用，多项已实现了产品转化，作为综合性能先进的系统激光产品，已在多家同行单位中取得重要应用成果，最近又成功得到科技部国家重大科学仪器开发专项的立项支持。尽管他说自己出身“平门”，“成长”中又饱受各种各样的挫折，但面对打击不消沉、遇到挫折不气馁，也许正是他这种对热爱的事业持之以恒的性格，使他的事业同样辉煌、人生同样闪亮。就在笔者采访他的这段时间，他收到欧盟玛丽居里ATTOFEL子项目的邀请，为将于意大利举行的“选择你的未来(Choosing Your Future)”的研究生冬令营做报告，结合自己的学术之路给研究生讲授择业创业的体会和建议。
　　
下篇：齐心协力，共创辉煌
　　
　　采访中魏志义研究员高兴地谈到，他最为自豪和欣慰的就是有一支精业、努力、团结的研究团队，目前他的研究团队有正式研究人员6人，在读研究生15人，已培养毕业的近20位研究生虽然有的在科研单位、有的在高技术公司、有的在国外深造，但都在相关的研究领域与部门作为骨干从事着重要的研究工作。由于研究团队在同行中的影响，每年也吸引了一些其他单位的优秀研究生来到研究组开展合作研究。正是依靠同事及研究生的共同努力，因此研究组才能在超快超强激光的多个研究方面不断取得持续深入的创新进展。
　　滕浩副研究员是张杰院士与魏志义研究员最早共同指导的研究生之一，他在美国、英国访问研究几年后，受团队正在开展工作的吸引，毅然“回家”继续高次谐波与阿秒激光脉冲的研究，设计建成精致先进的实验系统。贺新奎副研究员是物理所从瑞典引进的国外杰出人才，在基于固体靶的稀薄等离子体中高次谐波和阿秒脉冲的产生研究中多有建树。目前他俩主要负责着高次谐波及高通量阿秒激光的产生与应用研究，虽然这是研究组最具有挑战性的研究工作，但基于他们娴熟的实验动手能力与扎实深厚的专业知识，不仅观察到以前没有看到过的高次谐波新现象，而且也第一次在国内测量到了阿秒激光脉冲，并正在积极准备阿秒激光应用这一在时间范畴最前沿的研究。
　　在“极光”系列激光装置研究中，王兆华副研究员作为主要人员参与进行了“极光II”及“极光III”飞秒超强激光装置的研究工作，并建成了三阶相关仪、频率分辨光学门（FROG）、自参考光谱位相测量仪（SPIDER）等多台先进的飞秒激光脉冲测量仪器，系统开展了国内最早的飞秒激光波前校正的研究，近年专门开展了提高飞秒放大激光对比度的研究，正是由于他创新而扎实的系列贡献，研究组创造了高对比度的1.16PW世界纪录。
　　在飞秒激光频率梳及相关的精密物理测量研究中，韩海年副研究员从2003年博士研究生开始就投入其中，具体建造调试成功综合性能领先常规方案的单块光学频率梳，并在与有关应用单位的合作测量研究中取得成功应用。该工作于2009年被选为中国光学重要成就之一。此外，她参与完成的《低增益区飞秒钛宝石振荡器》获得中科院科技进步二等奖，《高精度同步飞秒激光器》获北京市科技进步三等奖。目前她作为国家重点基础研究项目（973项目）的课题负责人，正在进行着新型光学频率梳的发展与应用研究。
　　李德华是1986年大学毕业后来物理研究所工作的“老”职工了，作为组里唯一的高级工程师，他技术全面，热心助人。曾多次被评为物理所的优秀科技青年，并在德国开展访问研究。近年来他积极开展全固态激光及激光稳频等工作的研究，具有非常丰富的实际经验，作为主要人员曾在国内率先研制成功1W功率的全固态连续473nm蓝光激光器，并参与研究了碘稳定的532nm全固态激光器、倍频蓝绿激光器噪声压缩、无动镜傅里叶变换光谱仪和双频激光干涉仪的研制及测控软件的编制开发。实验室的日常事务，大都离不开他提供的保障。
　　在今天的科研环境下，交流合作、协同研究是科研学者不可缺少的重要素质，正如他们研究的高精度同步飞秒激光一样，团队合作是产生创新突破的必要条件。魏志义研究员坦言，他幸运的是就有这样一支团队，尽管他们个人与许多杰出的才俊们相比可能有很大的差距，但是每个人作为团队的一员，相互“相干”、“同步”，就能向飞秒激光一样，产生强大的作用。笔者相信，魏志义研究员和他的研究团队一起，在追求“超快超强”的科学道路上，必将摘取更多灿烂的果实。