有一定物理基礎(chǔ)的人都知道，在電磁波譜中，太赫茲波段是一個(gè)相對(duì)特殊的存在：它包含部分毫米波、全部亞毫米波和部分遠(yuǎn)紅外，波長(zhǎng)從3mm到30μm，頻率覆蓋0.1THz至10THz。雖然早在百年前，人類就在天文學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)了這一波段，但囿于技術(shù)發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域的研究很長(zhǎng)時(shí)間都處于停滯狀態(tài)，甚至直到上世紀(jì)80年代之前，太赫茲都不曾擁有姓名，而是被劃分到“遠(yuǎn)紅外射線”范疇。直到90年代，隨著一系列新技術(shù)興起，尤其是超快激光技術(shù)的發(fā)展，為太赫茲脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，圍繞太赫茲的研究才得以深入開展。
研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榫哂兴矐B(tài)性、寬帶性、相干性、低能性等諸多特殊性能，太赫茲可廣泛應(yīng)用于寬帶通信、雷達(dá)、電磁武器、電子對(duì)抗、醫(yī)學(xué)成像、天文學(xué)、無損檢測(cè)、安全檢查等領(lǐng)域，并將對(duì)多個(gè)行業(yè)帶來顛覆性的變革。2004年，太赫茲被美國(guó)政府評(píng)為"改變未來世界的十大技術(shù)"之一。2005年，日本將其列為"國(guó)家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)"之首，舉全國(guó)之力進(jìn)行研發(fā)——一場(chǎng)以太赫茲為靶向的研究熱潮迅速在全球席卷而來。
也是在2005年，深秋的北京香山飯店里，以“太赫茲科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展”為主題的第270次學(xué)術(shù)討論會(huì)如期召開。國(guó)內(nèi)多位在太赫茲研究領(lǐng)域影響力深遠(yuǎn)的專家學(xué)者就我國(guó)太赫茲事業(yè)的發(fā)展方向進(jìn)行了深入研究討論，并制定了太赫茲技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃。會(huì)后，作為國(guó)內(nèi)太赫茲研究的先驅(qū)平臺(tái)，首都師范大學(xué)太赫茲實(shí)驗(yàn)室被確定為全國(guó)太赫茲技術(shù)開放研發(fā)平臺(tái)之一，推動(dòng)我國(guó)太赫茲領(lǐng)域的發(fā)展，成為實(shí)驗(yàn)室的重要使命。
作為太赫茲實(shí)驗(yàn)室核心成員之一，多年來，首都師范大學(xué)物理系教授、博士生導(dǎo)師、北京市超材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、太赫茲光電子學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任張巖秉持“研究向應(yīng)用靠攏”的科研思路，推動(dòng)著太赫茲相關(guān)研究不斷縱深發(fā)展，尤其是在太赫茲成像技術(shù)和亞波長(zhǎng)金屬微結(jié)構(gòu)器件表征平臺(tái)搭建等方面取得了開創(chuàng)性成果，助力我國(guó)太赫茲科研工作邁向一個(gè)又一個(gè)高峰。
厚積而薄發(fā) 精專太赫茲研究
張巖與太赫茲結(jié)緣，要追溯到2003年。彼時(shí)，國(guó)外太赫茲技術(shù)研發(fā)正如火如荼，而國(guó)內(nèi)從事相關(guān)研究的首都師范大學(xué)太赫茲實(shí)驗(yàn)室成立僅兩年時(shí)間，尚處于摸著石頭過河階段。張巖的加入，對(duì)極度渴求人才的實(shí)驗(yàn)室來說是個(gè)莫大利好——這位出生于1972年，當(dāng)時(shí)剛過而立之年的年輕人，有著亮眼的科研履歷和成果：18歲考入哈爾濱工業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理系;22歲攻讀碩士學(xué)位，期間與導(dǎo)師一起在國(guó)內(nèi)率先開展光學(xué)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的研究，為利用光學(xué)分?jǐn)?shù)傅立葉變換進(jìn)行信息處理鋪平了道路;24歲進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院物理研究所攻讀博士學(xué)位，成為楊國(guó)楨院士的得意門生，并在楊院士和顧本源研究員指導(dǎo)下，開拓了分?jǐn)?shù)傅立葉變換在光學(xué)信息處理領(lǐng)域中的應(yīng)用;因出色的表現(xiàn)和研究需要，1999年，張巖前往日本山形大學(xué)留學(xué)深造，期間開始從事生物成像研究;之后又輾轉(zhuǎn)香港理工大學(xué)電子工程系擔(dān)任副研究員，從事光纖氣體傳感器研究;2002年，獲得德國(guó)洪堡基金資助后，張巖又遠(yuǎn)赴德國(guó)斯圖加特大學(xué)應(yīng)用光學(xué)研究所從事科學(xué)研究工作。
從1990年接觸物理學(xué)研究開始，十多年間，張巖輾轉(zhuǎn)于多所高校與科研機(jī)構(gòu)，不斷拓展著自己科研方向的寬度。經(jīng)過成長(zhǎng)與積淀，他對(duì)自己的科研路徑有了新想法：“‘無涉獵則不能通，也無專精則不能成’，十多年的歷練，我已經(jīng)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，后面是不是應(yīng)該往精專的方向走，在某個(gè)方向做深做扎實(shí)呢?再一個(gè)，國(guó)外再好，總沒有家的感覺，還是應(yīng)該回國(guó)做點(diǎn)事。”
張巖將自己的想法與楊國(guó)楨院士進(jìn)行了深入溝通。科學(xué)無國(guó)界，但科學(xué)家有國(guó)界，楊院士極力贊同張巖回國(guó)投身科研工作，并熱情邀請(qǐng)他加入自己主導(dǎo)創(chuàng)建的團(tuán)隊(duì)——首都師范大學(xué)太赫茲實(shí)驗(yàn)室。多年的科研經(jīng)歷，讓張巖敏銳地預(yù)見到太赫茲的研究?jī)r(jià)值，所以他毫不猶豫的接受了楊院士拋來的橄欖枝，立志要圍繞太赫茲搞出點(diǎn)新東西。
回顧投身太赫茲研究的最初時(shí)光，張巖印象深刻：當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室處于起步階段，既沒有多少成功經(jīng)驗(yàn)，也缺乏足夠資金、政策支持，甚至一度連太赫茲信號(hào)都調(diào)試不出來，“我記得當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室是在一個(gè)40多平車間一樣的地方，就是在那兒，我們一步一個(gè)腳印把理論的東西轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，推動(dòng)著我國(guó)太赫茲研究工作不斷走向縱深。
通過實(shí)踐探索，張巖對(duì)自己的科研路徑有了更清晰的界定——先瞄靶后射箭——這是留學(xué)德國(guó)期間對(duì)他產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的一種“德式”科研模式。張巖解釋道，“靶”即應(yīng)用，“箭”則是研究，所謂“先瞄靶后射箭”，就是指所有的研究都應(yīng)該建立在應(yīng)用的基礎(chǔ)之上。在張巖看來，與“先有研究課題，再向應(yīng)用靠攏”的傳統(tǒng)科研模式不同，“先瞄靶后射箭”的科研模式一開始就解決了技術(shù)研究的后顧之憂，避免了研究與應(yīng)用脫節(jié)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，更具實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。
確定了以應(yīng)用為導(dǎo)向的科研思路后，數(shù)十年如一日，張巖埋頭專注于太赫茲應(yīng)用的相關(guān)研究，以累累碩果推動(dòng)著我國(guó)太赫茲研究工作快速追平世界水平，并通過持續(xù)的科技創(chuàng)新，走出了一條具有特色的太赫茲研究之路。
碩果累累 以創(chuàng)新踐報(bào)國(guó)理想
隨著對(duì)太赫茲波段研究的不斷深入，高功率的太赫茲光源和穩(wěn)定的太赫茲脈沖探測(cè)手段日漸成熟，各種太赫茲光譜和成像技術(shù)逐步成為了實(shí)用的光學(xué)測(cè)量手段。張巖研究的重點(diǎn)正是波譜和成像技術(shù)兩大方向。他說： “我的想法是把太赫茲發(fā)展的波譜和成像表征的方法用于微納米器件的表征探索中。” 瞄定這一方向，張巖帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)展開了深入研究，包括對(duì)提升太赫茲成像系統(tǒng)測(cè)量精度所做的多方面改進(jìn)，以及將此成像技術(shù)應(yīng)用到不同科研領(lǐng)域的研究工作。他開創(chuàng)性的將太赫茲面陣成像與近場(chǎng)探測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，搭建起國(guó)內(nèi)首套太赫茲準(zhǔn)近場(chǎng)成像系統(tǒng)，從而把太赫茲成像的分辨率提升了一個(gè)量級(jí)，增強(qiáng)了太赫茲脈沖波焦平面成像系統(tǒng)的實(shí)用性。同時(shí)，還提出了多波長(zhǎng)成像、偏振成像、實(shí)時(shí)層析成像等多種太赫茲成像方法，不斷拓展著太赫茲成像的新思路。
此外，由于太赫茲功能器件的研究具有重要科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，張巖也把注意力放在了金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體微納結(jié)構(gòu)與太赫茲相互作用的研究之上。在科技部“973”項(xiàng)目的資助下，張巖帶領(lǐng)課題組發(fā)展了自己的有限時(shí)域差分算法 (FDTD)，研究了金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的透射特性對(duì)器件中微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、分布以及金屬材料和基底材料特性的依賴性，給出了金屬狹縫中橫槽結(jié)構(gòu)對(duì)透射特性的影響分析：研究了一些材料在外激勵(lì)下的轉(zhuǎn)換特性，并建立了國(guó)內(nèi)第一套太赫茲焦平面成像系統(tǒng)用于太赫茲波段亞波長(zhǎng)光子器件的特性表征，提出了自己的太赫茲超構(gòu)表面器件的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)、制備并表征了一系列太赫茲超構(gòu)表面器件，器件的厚度只是工作波長(zhǎng)的四千分之一，為太赫茲系統(tǒng)的集成提供了新的思路。
在張巖等科研人員的不懈努力下，首都師范大學(xué)太赫茲實(shí)驗(yàn)室填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)太赫茲領(lǐng)域多項(xiàng)空白，成為領(lǐng)域內(nèi)當(dāng)仁不讓的領(lǐng)頭羊，持續(xù)引領(lǐng)并推動(dòng)了國(guó)內(nèi)太赫茲科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并先后承擔(dān)多項(xiàng)國(guó)家重大項(xiàng)目，解決了若干國(guó)家重大需求問題，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)太赫茲科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先并在國(guó)際上有重要影響力的太赫茲開放研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國(guó)做出了突出貢獻(xiàn)。
作為北京市“太赫茲波譜與成像”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的核心成員，張巖個(gè)人同樣碩果累累。十多年間，他先后參與撰寫5部學(xué)術(shù)專著，發(fā)表相關(guān)研究論文380余篇，其中SCI收錄300余篇;與此同時(shí)，他還獲得北京市科技新星計(jì)劃、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、北京市長(zhǎng)城學(xué)者、北京市百千萬人才工程等諸多榮譽(yù)，并被美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)增選為會(huì)士;此外，作為北京市中青年骨干教師，這些年他孜孜不倦躬耕于三尺講臺(tái)，培養(yǎng)研究生、博士生40余人，為建設(shè)高科技人才隊(duì)伍、推進(jìn)科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。
功崇惟志，業(yè)廣惟勤。作為一名科研工作者，多年來，張巖扎根光電科研領(lǐng)域，通過創(chuàng)新進(jìn)取勇攀科學(xué)高峰，書寫著新一代中國(guó)科研工作者的理想與情懷!路漫漫其修遠(yuǎn)兮，攀登科研的高峰也永無止境，對(duì)張巖來說，攀山越水不過尋常事，始終不變的，是科研報(bào)國(guó)的拳拳之心。
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