追光者——功能材料学家祝世宁


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[导读]  追光者——功能材料学家祝世宁。

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祝世宁,中国科学院院士,功能材料学家,南京大学物理学教授,博士生导师,中国光学学会会士,美国物理学会会士,美国光学学会会士。祝世宁院士长期从事微结构功能材料、非线性光学、激光物理与量子光学等方面的研究。他对微结构科学的发展作出突出贡献,实现了用材料微结构对经典光场和量子光场的有效调控,发展了光学超晶格和超构材料两种材料体系,发明的新材料被成功应用于新波长激光器开发、高性能光电芯片研制、新原理成像器件设计等,在激光技术、量子信息、光学成像、环境监测和广义相对论模拟等方面获得重要应用。


1、结缘介电体超晶格材料,当选中科院院士


1968年底,19岁的祝世宁响应国家号召,到江苏省宿迁市泗洪县插队。1970年,他进入江苏省宿迁市沭阳县马厂柴油机厂工作。1977年,在一次出差途中,他得知国家恢复高考的消息,这可谓祝世宁人生的转折点。经过紧张的备考,已近而立之年的他成为恢复高考后的第一批大学生。


1990年,祝世宁被召进闵乃本院士领导的研究组,从事介电体超晶格材料的设计与制备研究。进入闵乃本院士研究组对祝世宁来说如鱼得水,面前有了一片新的天地。此时,研究组成员朱永元教授提出了准周期超晶格的多重准相位匹配理论,但“一块准周期的介电体超晶格有可能将一种颜色激光同时转换成三四种颜色激光”的预言尚未得到实验的验证,刚刚进入研究组的祝世宁和同事们一起投入到研制新型介电体超晶格材料的“攻坚战”中。此后,他研制出了世界上第一块能同时产生二色激光的准周期超晶格,并首次实现了激光的高效三倍频,将诺贝尔奖得主的发现变成了激光领域一项有用的应用。


2007年,闵乃本院士主持完成的“介电体超晶格材料的设计、制备、性能和应用”项目荣获国家自然科学奖一等奖。同年,祝世宁当选中国科学院院士。回忆起当时在闵乃本院士课题组的经历,祝世宁感慨万分,“闵老师对我的影响在于,将我对多个不同问题的兴趣汇聚起来,集中关注最有意义的方向。南大物理有着最全的学科门类,凝聚态物理、原子物理、光学、声学等等,当年的学术带头人,比如冯端先生、闵乃本先生等,都给我们做了很好的引导。”


2、基础研究是实现科技自立自强的基石


在2020年度中国光学十大新闻中,祝世宁院士及团队的研究成果——“基于超构透镜阵列的高维量子纠缠光源”成功入选。该成果突破了现有量子光源的技术瓶颈和信息编码维度限制,将超构透镜与非线性光学晶体组合在一起,构成全新的超构表面量子光源系统,并发表在《Science》杂志上。这项对接国家重大需求的科研进展,在不久的将来,有望应用于高维度的量子通信、量子计算、量子存储等领域。


2020年祝世宁院士获得了江苏省首个基础研究重大贡献奖。他在接受《科技周刊》采访时,强调加强基础研究的重要性。他表示,基础研究之路很长,要取得突破,必不可少的就是一个团队长期不懈的积累和坚持。


除了在《Nature》《Science》等顶级学术期刊上发表的一系列重要成果,祝世宁院士团队在量子无人机领域也取得了重大突破,在国际上首次实现基于无人机移动平台的量子纠缠分发,填补了该领域的空白。与此同时,加速科技成果向现实生产力转化,为创新中国蓄力,也正成为祝世宁院士念兹在兹的新使命。


祝世宁院士作为领衔科学家身先士卒,带领团队积极布局下一代光芯片——铌酸锂集成光子芯片的研发,这是江苏省科技厅启动实施的八大前沿引领技术基础研究专项之一,旨在通过探索新原理,发展新技术,推动具有自主知识产权的光电子技术加速落地。为加快成果转化,祝世宁院士牵头在南京江北新区组建成立了新型研发机构——南智光电集成技术研究院,把光子芯片技术作为重要研究方向。“目前,光子芯片还处于发展早期,在这场以铌酸锂集成光子芯片为核心的国际竞争中,江苏省有明显的优势,抓住机遇尤其重要。”祝世宁院士说。


3、光是信息的载体,追光者的探索再继续


祝世宁院士在接受《Advanced Photonics》特邀编辑中国科学院物理所常国庆研究员的专访时,对自己目前关注的研究领域做了介绍。


他介绍说,量子信息和量子技术要实用的话必须要芯片化,所以2010年后他们持续关注光量子芯片的研究。随着5G、6G通讯的发展,他们也在努力将微结构芯片技术应用到微波光子学、激光频率梳、量子模拟等等,争取实现系列技术的集成化。除此之外,他们将超构表面、超构透镜与人工智能相结合,发展新的成像技术。比如,他们研制成功第一个宽带消色差超构透镜、第一个60×60的光场成像超构透镜阵列。在《Advanced Photonics》上,他们也发表了一个波导阵列的研究结果。该阵列在性能上具有超透镜的诸多优点,但制造上不存在超透镜制造过程中相关的技术困难。他们把量子光学、非线性光学跟超构透镜结合起来,实现了100路的高维路径纠缠光子源和多光子源,工作发表在《Science》上。


最近祝世宁院士团队提出基于无人机移动平台构建量子网络的方案,并发表在《National Science Review》上。这一方案的可行性正是基于他们开发的相关光量子器件,这些光量子器件由于使用了微结构材料,实现了小型化与轻量化。不过,无人机网络不仅仅可以用于量子通信,也可以用于经典通信,但基本条件是所搭载光学系统必须具有高性能和轻量化。


对于目前所关注领域,祝世宁院士总结说,因为光是信息的载体,未来信息技术中对光的操控和利用会越来越重要。通过微结构控制材料的光学性质设计出功能各异的光电器件,从而更为有效地调控光与光子的振幅、相位、偏振、角动量等性质,正成为越来越受关注的研究领域。同时,他也坚信微结构科学不但在信息领域,而且在许多其他领域都有用武之地。


参考来源:

1、祝世宁:四十余载追光梦基础研究创新路.新华日报

2、光学大家|祝世宁:微结构中的科研与人生.中国激光杂志社

3、弘扬科学家精神丨祝世宁:甘为人梯的追光者.科技日报

4、中科院院士、南大物理学院教授祝世宁严师的另一面是可爱老爷爷.扬子晚报

5、星光2020,江苏科技之星这样诠释“科学家精神”.交汇点

6、弘扬科学家精神丨致敬科学家听科学家说——祝世宁院士寄语青少年.江苏省科协

7、南京大学网站


(中国粉体网编辑整理/文正)

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