做精益求精科研人：2019年王大珩光学奖获得者申艺杰

申艺杰，2019年获得清华大学精密仪器系光学工程专业博士学位，2019年3月到6月期间受邀作为访问学者于南非金山大学物理学院结构光实验室（Andrew Forbes课题组）与南非CSIR国家激光中心进行合作研究。现为英国南安普顿大学高级研究员（Senior Research Fellow）玛丽·居里学者研究员（Marie S.-Curie Research Fellow），博士生导师，于光电研究中心（Optoelectronics Research Centre，ORC）纳米光学与超材料组（Nikolay I. Zheludev课题组）开展研究。当前的研究领域为结构光操控，光学角动量，量子纠缠，超快非线性光学，纳米光学与超材料。

申艺杰是2019年王大珩光学奖获得者，现为中国光学学会会员、中国力学学会会员、美国光学学会（OSA）特邀会员（系统与仪器组资深会员）、中国国家一级计算机制图员。担任Opt. Lett., Opt. Express, IEEE Photon. J., J. Opt.等多个国际学术期刊审稿人，英国皇家物理学会（IOP）J. Opt. 期刊学术顾问委员会成员。在国际学术会议及研究机构做学术报告10余次，以第一作者及通讯作者在物理及光学领域知名期刊Light: Sci. & Appl., Optica, Phys. Rev. A, Opt. Lett., Opt. Express等发表学术论文40余篇并有超过五百次引用。

追寻 · 漫漫科研路

谈及自己的科研之路，申艺杰感慨万千。其中令他印象最深的是两次专业方向上的“大转弯”。申艺杰本科就读于华南理工大学的机械工程自动化专业，后凭借优异的成绩保送到了清华大学精密仪器系激光与光子技术研究室。近些年来光学领域各种新发现的、奇异的光子性质始终吸引着他，他也怀着对光学的满腔热爱，选择了激光技术作为研究方向，一次从“机械”到“光学”领域的大转弯。为了紧跟科学前沿、充分利用实验室优势，他结合自身的研究兴趣，选择研制具有各种特殊性能的新型激光器作为研究方向。

如果说这第一次“大转弯”靠的是热情，那么第二次靠的就是智慧了，因为这才是博士课题中一次的真正涅槃。经过博士一年级基础知识的学习以及在实验室的磨练，与导师的商议讨论后，申艺杰将博士研究课题正式确定为高功率飞秒激光技术。为了在实验指标上完成新的突破，他瞄准了一种新型的宽带荧光晶体——Yb:CALGO。但当他费尽千辛万苦终于拿到从德国采购到的晶体时，国际上利用该晶体实现的一些新指标已经被抢先发表了出来。

申艺杰在清华大学精仪系激光室实验室

虽然想法被别人抢先验证和发表令申艺杰备受打击，但他并没有灰心。经过持续调研和思考，申艺杰被另一个学术问题点亮了灵感。他发现高功率飞秒激光技术除了在时间上的脉冲问题备受关注，空间结构光问题也是时下的热点。特别是结合光子轨道角动量的涡旋光束问题，该问题让经典光学与量子光学产生了联系，具有极高的研究潜力。于是他果断放弃原有的研究计划，将研究方向从时间转向空间，从脉冲结构转向涡旋结构。压抑不住内心的激动，申艺杰抓紧每分每秒设计实验，功夫不负有心人，最终取得了成功。他首次实现了Yb:CALGO激光的涡旋光束，借助新晶体优异的性能，将系统的轨道角动量可调谐范围比同类方案提高了一个量级，并且使调谐方法和可控性都有了较大改良。这个重要的成果及其延伸工作很快被多份权威光学期刊陆续接收和发表，其中便包括发表在Nature旗下光学顶级期刊Light: Science & Applications的综述文章。申艺杰的博士课题就这样从飞秒激光转变为涡旋光束方向，完成了从时间向空间的华丽转身。

在申艺杰的眼里，科研本身就可以看作一种兴趣，是一个值得享受的过程。“我是清华大学艺术团的成员，沉浸在科研里就像享受音乐一样。音乐与光学本身是有密切联系和共通之处的，它们的载体——声音和光，都是一种波动现象。”每当在实验室研究复杂激光器时，申艺杰都感觉在谱写一曲光学领域的华美乐章。能够感受到这种艺术同科学间交互与美感，也是他专注科研并取得成功的良方。

申艺杰在清华军乐队

收获 · 与精仪共成长

回首在精仪系学习生活的时光，在这里，申艺杰不仅收获了丰富的知识，也深刻地体会到了精益求精的精神。在申艺杰眼里，精仪系是提供机会，让他全面掌握光学、光电子以及量子等领域的基础知识的平台。在这里，学习感兴趣的研究方向使他充满了热情，同时也面对着很多的挑战。

在这些挑战面前，正是导师的耐心指导与精仪系精益求精的精神鼓舞了他。令申艺杰印象最深刻的是在2017-2018年，他一口气写了十几篇论文进行投稿，可是最后的结果却不尽人意。除了两篇二区的OLOE中稿，其他的文章经历多次周折之后，都被发表到三区的一般期刊上。在沮丧和低沉中，是导师巩马理教授的一席话点醒了他：“你发的文章数量够多了，但是你的成果还没有很好体现清华精神——精益求精，你的目标应该是一篇nature。”回望那段经历，申艺杰坦言自己有些急躁，很多工作并没有深入挖掘。现在的他正时刻谨记导师的教诲，甘坐冷板凳，沉下心去细致琢磨。近两年申艺杰也通过深度的积累，在顶尖的一区期刊，如OSA顶尖期刊Optica、Nature旗下的Light: Science and Applications，多次发表了研究工作。

对于申艺杰而言，从精仪系出发的他从未停止脚步。他明白，想要不断提升追求更高水平的研究，“系统性，深入性，创新性，工作量”缺一不可。

涡旋光束的基本拓扑结构贯穿于艺术、科学领域：埃舍尔画作中的彭罗斯阶梯

（a）莫比乌斯环 （b，c）与涡旋相位 （d）属于同构的拓扑结构

分享 · 未来仍可期

博士毕业后，申艺杰成功申请成为“玛丽·居里学者”（位列欧洲三大杰出人才计划之首，是欧盟资助个人科研的最高奖项），从激烈的竞争中脱颖而出赢得全额奖学金的支持，来到英国南安普顿大学知名的光电研究中心（ORC）纳米光子学与超材料课题组，师从英国皇家科学院和美国工程院两院院士Nikolay Zheludev，开始了他的博士后研究生涯。在这里，他延续了博士阶段开辟的结构光方向，并将原有空间结构光的研究，推广到时空结构脉冲、超材料、量子技术等前沿方向领域，向着更深、更广的学术领域推进。

申艺杰用不到一年的时间就晋升成为了南安普顿大学高级研究员，并取得博士生导师资格，开始共同指导博士生。“对我来说，这是十分激动，也是十分具有挑战性的阶段。”接下来，他的目标会在纳米光学和量子光学等更加前沿的领域，将研究向更底层基础物理科学深入。“希望能不断提升团队领导与协作能力，争取做出更有影响力的科研成果。”

申艺杰在英国南安普顿大学知名的光电研究中心（ORC）

回顾博士经历和科研道路，申艺杰也有不少经验和收获分享：

“我的博士求学期间取得了很多成果，但也经历了很多坎坷。现在的精仪系，无论是实验资源还是合作条件都有了大幅度的提升，希望师弟师妹们能更好地利用资源，能发现科研的乐趣，少走弯路。

另一个简短但却是最想分享的经验——做学术一定要克服急躁情绪。深入、严谨、踏实的工作，是取得更大创新性的基础。

最后也建议同学们能够在闲暇之时学习音乐、学会欣赏音乐。音乐虽是一门情感艺术，但在其感性的乐动背后，有着严密的理性与逻辑。有位德国哲学家曾说过：‘音乐是无意识的数学过程。’作曲就是编码，演奏就是解码和信号处理。学会欣赏、演奏、创作音乐，必然会成为你在感性生活和理性科研两方面的宝贵财富！”

(来源：清华大学精密仪器系)