飞秒纵横巧驭天——记长春理工大学教授郝作强-长春理工大学学报

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飞秒纵横巧驭天——记长春理工大学教授郝作强

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2008年在巴黎激光的问世，可以说是上个世纪最耀眼的发明——古老的光学科学与光学技术自它获得了新生，人类探索世界和改变世界的方式变得前所未有的主动。而近年来，蕴含着更大能量和更多秘密的飞秒激光，正在以异乎寻常的速度占领高能物理学研究的前沿阵地。从空气激光到人工降雨，从大气污染检测到光频率转换……广泛的应用前景受到了各国科学家的瞩目。 “想要更好地利用飞秒激光，必须首先掌握它的基本物理特性。”长春理工大学理学院教授郝作强如是说。寻求突破，永不止步郝作强与强激光高能物理学结缘于2001年。那一年，他进入中国科学院物理研究所攻读博士学位，师从张杰院士，从事超强飞秒激光脉冲在空气中的非线性成丝研究。张杰院士曾感慨地说：“物理学家挑战人类百思不得其解的问题，那种满足感是其他职业的人无法体会的。”果不其然，一旦踏入飞秒激光研究领域，郝作强探究真理、寻求突破的脚步再未停歇过。博士学习期间，郝作强所在项目组荣获了2007年中国科学院杰出科学成就奖。当年10月，他加入了法国里昂第一大学LASIM实验室，从事飞秒激光等离子体细丝的应用研究，主要包括激光诱导水凝聚研究。2008年10月，作为洪堡研究学者，他进入德国柏林自由大学继续从事激光诱导水凝聚研究，同时进行激光光谱技术的研究。在国外的几年当中，他利用世界上第一台太瓦级移动飞秒激光装置（Teramobile），与德国柏林自由大学、德国卡尔斯鲁厄理工学院、瑞士日内瓦大学、法国里昂第一大学、法国巴黎高科5个著名研究机构进行联合科学研究；作为核心研究人员参加法国、德国和瑞士的若干大型科研项目。2011年回国进入长春理工大学以后，郝作强更是像陀螺一样飞快旋转在科研一线，几乎所有的周末及假期，他都是在实验室度过的。至今，他和合作者们已在自然－光子学《Nature Photonics》、自然－通讯《Nature Communications》、应用物理快报《Applied Physics Letters》、光学快报《Optics Letters》、光学快讯《Optics Express》等国际著名学术期刊上发表学术论文60余篇。提及多年的科研经历，让郝教授念念不忘的是导师的“完美”和同行们的“专注”。 “能在张杰老师的带领下进入这个研究领域，是非常幸运的事情。飞秒成丝是张老师的研究方向之一，开始我没有太多基础，是他把我带入了这个全新领域。小到一个光学元件的使用，大到研究目标方案的制定，他都事无巨细，授之以渔。张老师高瞻远瞩的科研视野以及无穷的人格魅力深深地影响着我们实验室的每一个人。” 郝教授坦言，在国外工作期间，同行们的执着和专注让他深受触动。“进行飞秒激光诱导水凝聚的研究时，我们在瑞士莱茵河畔做了半年多的实验，为了研究不同湿度、温度下的水凝聚规律，每天都要工作到半夜。德国人的性格是力求完美的，科研中更是这样。这种科学严谨的工作态度对我影响很大。” 脚踏实地，步步为营所谓成丝现象，是指当功率达到一定得阈值要求时，飞秒激光在光学介质传输过程中会产生一种独特的非线性光学现象。在自聚焦效应和电离空气后产生的等离子体带来的散焦效应共同作用下，激光脉冲在空气中可实现超过光束瑞利长度很多倍的长距离传输，形成一个很长的较为稳定的激光通道。从1995年这一现象被发现以来，世界上仅有为数不多的实验室正在开展这方面的研究。对郝教授而言，这是一个不容错过的历史性机遇。经过十余年来科研经验的积累，他已对这一前沿领域有了比较独到的理解，对发展方向也有了全面的把握。如果能够快速整合资源，带领一些年轻上进的研究人员，在激光与物质相互作用研究领域集中攻坚，再经过几年的发展，在一些研究方向上抢占科研高地是大有希望的。机遇与挑战相伴而生，压力与动力如影相随。郝教授瞄准的第一个方向，是飞秒激光等离子体成丝动力学。同时，他也给自己设定了朴素的工作准则，一定要“脚踏实地”。研究结果表明，飞秒激光等离子丝在调控自然天气现象方面有可能发挥出独特的作用。比如利用等离子体丝诱导闪电，将闪电引导到安全地点避免灾害。再比如，飞秒激光等离子体丝可以诱导空气中水凝聚，产生一种新型的人工降雨或降雪方式。人们虽然已基本掌握了等离子体细丝的一些基本特性，但迄今为止，国内外还没有关于空气中飞秒激光等离子体细丝诱导的各化学成分及其随时间演化过程的研究报道。实际上，早在2005年，郝教授就首次进行了等离子体细丝寿命延长的实验研究，成功地将细丝的寿命延长到了微秒量级。而对于飞秒激光等离子体细丝的各成分的定量的时间演化分析，虽然没有找到一个行之有效的诊断方法，但采用他一直关注的使用超连续光腔衰荡光谱技术（SC-CRDS技术）可以尝试改变这种困境。如果能够选用合适的波段进行等离子体细丝的SC-CRDS测量和定量分析，研究细丝中主

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