激光的介绍及基本原理（国际首次拍下新型激光）
激光的介绍及基本原理（国际首次拍下新型激光）超辐射、指数增长、饱和的三阶段受激辐射光放大全过程发展小型化的激光光源，一直是强场激光物理国家重点实验室的梦想。在李儒新院士的指引下，早在2017年，田野等人就开始了探索。团队利用实验室多年积累的超快光学技术，探测到了整个过程：一群短脉冲自由电子在波导表面与表面光种子相遇时，产生了超辐射（发出相干光），紧接着能量以平方级数迅速增强，直到能量饱和产生激光。什么是相干光源？当一群电子如仪仗队般整齐划一地行动，就具有良好的相干性，这种自由电子如同训练有素的士兵，可在一些特定光场中产生高品质、高功率的激光。位于张江的软X射线自由电子激光装置、超强超短激光装置等大科学装置，其本质都是通过将种子光经过增益介质，并将其功率不断放大形成高品质激光，进而实现各种科学目标。那么，未来是否可能在一块小小芯片上也装上激光光源？科学家已在探路，并初窥门径。
一支平均年龄30岁的5人团队，其成果五年内三次入选“中国光学年度十大进展”——今天（11月3日）凌晨，由中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究员田野带领的这支团队的科研成果，再次登上国际顶尖学术期刊《自然》，并将在激光光学、纳米光子学和固态物理学等多个领域引发广泛影响。
自由电子在波导表面激发出激光的全过程示意图
在中科院院士李儒新指导下，团队用三年时间，在国际上首次“拍摄”下了自由电子在波导表面激发出激光的全过程，并探索出了一个激光的新赛道——在波导上直接产生激光，从而为光电芯片、传感、通讯等技术发展打开新的想象空间。
5年坚持，探路芯片上的“未来光源”
什么是相干光源？当一群电子如仪仗队般整齐划一地行动，就具有良好的相干性，这种自由电子如同训练有素的士兵，可在一些特定光场中产生高品质、高功率的激光。
位于张江的软X射线自由电子激光装置、超强超短激光装置等大科学装置，其本质都是通过将种子光经过增益介质，并将其功率不断放大形成高品质激光，进而实现各种科学目标。
那么，未来是否可能在一块小小芯片上也装上激光光源？科学家已在探路，并初窥门径。
发展小型化的激光光源，一直是强场激光物理国家重点实验室的梦想。在李儒新院士的指引下，早在2017年，田野等人就开始了探索。团队利用实验室多年积累的超快光学技术，探测到了整个过程：一群短脉冲自由电子在波导表面与表面光种子相遇时，产生了超辐射（发出相干光），紧接着能量以平方级数迅速增强，直到能量饱和产生激光。
超辐射、指数增长、饱和的三阶段受激辐射光放大全过程
“我们第一次在实体空间里，看到了波导表面激光诞生的过程！”田野说，这种自由电子受激辐射出的光源，其能量可上升1万至10万倍。未来，片上波导的诸多应用也需要高品质光源，如果这条路可以走通，就可直接在波导上发出所需激光。
论文在审稿时，《自然》杂志审稿人就对此表示了极大关注，认为“该工作极具独创性，将引发多个学科领域极大研究兴趣，展示了非常好的应用前景”。
如今，田野团队已在搭建设备，着手尝试继续提升激光功率，探索新发现的实际应用场景。
鼓励自由探索，为年轻人成长“搭梯子”
研究员田野是85后，特别研究助理白亚锋、曾雨珊都是90后，博士生张冬冬与刚毕业的李中鹏博士则是95后。就是这个年轻的5人团队，在新型激光研究领域，已有两项成果入选“中国光学年度十大进展”，这次原创成果又登上《自然》杂志。
研究团队合影（从左到右分为张冬冬、曾雨珊、田野、白亚锋）
是什么令他们在基础研究领域一次次取得“从0到1”的突破？上海光机所副所长冷雨欣说，发展新型光源是研究所坚持多年的方向，“我们鼓励年轻团队在自由探索中找到原始创新的发力点”。
“从0到1”的探索，会遇到很多困难的抉择：是否要开展这方面研究？是否要给科学家制定方向、规划路径？上海光机所根据每个研究团队的不同情况，为其制定不同发展路线，助推年轻科学家迅速成长：有的通过稳定经费支持基础研究，让团队耐心“十年磨一剑”；有的则在国家重大战略需求的方向上，给予年轻科学家自由探索的空间。
研究生毕业后放弃出国深造机会的田野，如今庆幸自己留在了强场实验室。在适宜的人才培养机制下，这位本土博士迅速成长，不仅获得国家基金委“优青”资助，去年还入选首届“上海科技青年35人引领计划”。
2020年起，上海光机所自筹经费，实施“尚光青年人才”培养计划，让优秀的年轻人从研究生阶段起就能得到及时的培养支持。田野团队里的四位年轻人恰好对应享受到人才培养体系中四个不同阶段的支持计划。
“目前，博士后每年收入不少于30万元，叠加国家、中科院或上海市的资助，最高可拿到65万元。”上海光机所人力资源部负责人告诉记者，为了让热爱科研的年轻人潜心学术，将主要精力投入科技创新，光机所还将持续探索从基础到应用的全链条创新体系建设，对人才实行分类评价和引导，让科研人员根据自身成长阶段自主选择主攻方向。
作者：许琦敏
图片：中科院上海光机所提供
