记“超短超强激光科学的若干前沿问题研究”创新群体

2010-12-21 09:22 来源: 科学时报
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  从1999年1.4TW(太瓦,功率单位)的“极光Ⅰ号”,到2001年20TW的“极光Ⅱ号”,再到2006年研制的350TW“极光Ⅲ号”,中科院物理所光物理重点实验室已成为全球范围内拥有百TW级激光装置的少数实验室之一。

  激光装置水平的不断提升,不仅印证着实验室迈入国际先进水平的历程,也见证了 “超短超强激光科学的若干前沿问题研究”这一创新研究群体的成长与发展。

自然成型的创新“铁三角”

  2004年,国家自然科学基金委员会正式批准立项,资助“超短超强激光科学的若干前沿问题研究”创新研究群体。研究团队的形成,则与早前激光领域的突破性进展密切关联。

  1985年,美国物理学家首先提出并实现了“啁啾脉冲放大技术”,这被视为激光技术发展史上的一个重要里程碑。其意义之重大,恰似哥伦布发现了新大陆。

  该技术将激光光强提高了6个数量级,从而使得之前只存在于“天体”或“核爆炸”等极端条件下的物理参量,能够得以在实验室条件下获得。这给物理光学研究打开了一片新天地。

  恰逢其时,激光科学领域的这一重大进展和趋势,让创新研究群体内的骨干自然而然地走到了一起。

  创新研究群体项目负责人张杰,1988年从中科院物理所获得博士学位后,先后在德国马普学会量子光学所、英国牛津大学和卢瑟福实验室等国外光学研究重镇从事了十年之久的前沿科研工作。1999年,张杰回到物理所担任光物理重点实验室主任,在物理所开辟了“超短超强激光与物质相互作用”研究方向。

  这个崭新的研究方向带给大家很多机遇和挑战。张杰归国前后,盛政明、魏志义等研究人员也纷纷从海外回到物理所,逐渐凝聚成一个团队。

  “这些研究人员从事研究的具体手段可能有差别,但他们针对共同的物理问题有着共同的研究兴趣,就是超短超强激光及其带来的新研究机遇。”研究团队成员之一、光物理重点实验室教授李玉同介绍说,“啁啾脉冲放大技术有一个超快的特性,能够在飞秒的超短时间内聚集起能量非常强的激光,所以叫做超短超强激光。”

  在群体成员看来,共同的物理基础,是科研团队形成的必要条件,而更为根本的则是要有非常合理的人才结构。

  激光装置、物理实验和理论模拟,三方面的人才构成团队的“铁三角”,缺一不可。首先,要有符合研究要求的激光器,团队中的激光专家有魏志义、滕浩、马景龙等研究人员,专事超短超强激光系统的研制和运行;其次,激光与物质相互作用的物理实验是开展研究的核心,张杰、李玉同、陈黎明等研究人员重点负责实验研究;最后,与实验相结合的理论模拟研究,以及新概念的提出等基础理论的探索,由盛政明、金奎娟、王伟民等研究人员主攻。

  如此一来,每个人都能在各自擅长的方向发挥最大作用,由国内顶尖科研人员互相配合形成的团队最终呈现出整体战斗力。

  正如一支队伍一定需要优秀的将领,对于创新研究群体而言,同样需要能够引领大家进行科研攻坚的学术带头人。

  作为该创新研究群体的学术带头人,张杰自1999年回国以来一直工作在科研第一线,他对科学研究不懈追求的执著和激情,让群体内的中青年科学家充满了科研热情和活力。用团队成员的话说,就是大家“都很服”,都愿意跟着他一起努力。

  “平时他并不刻意做什么,但他在谈吐、举止间展现的见识和魅力,这本身就可以凝聚人。”李玉同认为群体成员对带头人发自内心的钦佩,源于张杰对科学的深刻理解,“从科学层面来说,带头人一定要有见地,一定是站在更高的角度”。

  在张杰的带领下,这个自然成型的科研“铁三角”团队,设定了创新研究群体的目标:对相对论强激光科学中的若干重要前沿问题进行创新性研究,开拓我国相对论强激光研究的新领域,在若干方面取得具有原始创新意义的重要结果;建立一只具有创新潜力和冲击国际前沿能力的研究团队,培养一批优秀人才,使我国在这一研究领域占有一席之地。

基金委做实团队
 

  团队初创时经历过较为困难的一段时期。战斗需要武器,而当时的团队有着顶尖的科研思想,却苦于没有开展研究的优质激光装置等硬件设备,只能在一个几平方米见方的光学实验平台上进行科研。

  团队成员介绍说,那个阶段从国外直接买一台20TW的激光装置不仅造价昂贵,也没有自己的知识产权。而我们自己有高水平的研究队伍,所以决定自己研制所需的激光装置和靶场实验系统。

  基金委看到了团队的实力和他们研究方向的前景,于是提供了“第一桶金”。在2004年创新研究群体资助项目实施之前,团队内的张杰、盛政明、魏志义都获得过国家杰出青年科学基金、面上项目等资助。在项目实施过程中,李玉同、金奎娟、翁羽翔也先后获得了国家杰出青年基金的资助。

  基金委的持续支持,做实了科研人员的合作交流,使得团队成员能够始终坚持在共同瞄准的科研方向和科学问题上开拓创新。

  利用基金委的“第一桶金”,同时在中科院的支持下,团队开始解决硬件设施这一块短板,充实自己的装备。很快,他们自主研制了由超短超强激光系统、物理实验装置及诊断设备、大型数值模拟程序组成的先进研究平台。研究平台的搭建过程也锻炼并提升了整个团队的自主创新能力。有了战斗武器,团队便开始利用这一平台,对强激光科学的若干前沿问题进行深入而系统的研究。

  从一开始,群体就将科研方向定位在与国际同步的前沿问题,而不是跟踪已有成果。例如,强激光产生的极端条件可以和天体物理相比拟,这为人们在实验室中对某些天体科学问题进行近距、可控、实时的研究提供了机遇。李玉同介绍说:“尽管国外学者早就意识到这一重大前沿交叉问题,但一直没有找到合适的突破口。”

  张杰与中科院上海天文台研究员赵刚是多年的老朋友,他们自2000年起就在这个艰难的道路上合作探索。经过近十年的坚持,近年来终于收获了成果。其中,在实验室中对黑洞边缘的光电离过程和太阳火焰中的磁重联现象的研究取得了突破性进展,走在了国际前列。2009年至今,已有两篇相关研究论文发表在国际权威期刊《自然—物理》(Nature Physics)上。

  群体对实验室天体物理所作的贡献,得到了国际学界的认可。著名实验室天体物理专家、密歇根大学教授P.Drake在群体2009年发表成果的同期《自然—物理》上撰文,将他们的工作作为重要进展进行点评,题为《如何研究黑洞》。

  在群体看来,这些成就中收获的荣誉感是对整个团队的科学家最为重要的激励。每个人的付出,都能看到真正的成果和进步,每个人都有成长的空间,并且能够活动在科研领域的最前沿,这些都是团队愈加凝聚的动力。

 
群体收获国际“发言权”

  国际视野,是这个群体的另一特点。团队中的骨干人员大都有着在美国、日本、英国、俄罗斯等科技发达国家从事科研的经历,这使得群体与国外建立了很强的联系。一方面,与海外华人科学家有着密切交流,另一方面,和领域内国外著名实验室建立了合作关系。这保证了群体始终能够触摸到该领域的最新国际进展。

  而更为重要的是,瞄准国际前沿的创新研究群体经过不懈努力,赢得了国际同行的认可,跨入了一流研究行列并占有一席之地。

  群体研究成果,除了以可量化的论文和专利等形式表现出来之外,团队认为,取得国际同行的认可和良好评价是科研层面上更为重要的收获。

  “别人愿意邀请我们去讲、写综述、介绍研究工作,也愿意主动找我们合作,这都是因为研究群体在国际同行中得到了公认的学术地位。”李玉同认为,群体的成功也表现为在国际同行中拥有了一定的“发言权”。

  在创新研究群体项目执行的6年间,群体先后受邀为Applied Physics B, High Energy Density Physics 等5家专业学术刊物撰写专题综述论文,全面介绍研究群体的科研进展,并多次在本专业重要国际会议作大会邀请报告。

  群体自主研发的研究平台,因其相关实验和理论模拟能力均可与发达国家媲美,在6年间吸引了来自意大利、英国、法国、日本和韩国的科学家前来实验室进行联合科学研究。到目前为止,已经进行了11次联合实验。这些,都表明群体已经成为具有国际影响力的团队。