潜心光电研究 践行太赫兹梦想 ——记首都师范大学物理系教授张岩

有一定物理基础的人都知道，在电磁波谱中，太赫兹波段是一个相对特殊的存在：它包含部分毫米波、全部亚毫米波和部分远红外，波长从3mm到30μm，频率覆盖0.1THz至10THz。虽然早在百年前，人类就在天文学研究中发现了这一波段，但囿于技术发展，相关领域的研究很长时间都处于停滞状态，甚至直到上世纪80年代之前，太赫兹都不曾拥有姓名，而是被划分到“远红外射线”范畴。直到90年代，随着一系列新技术兴起，尤其是超快激光技术的发展，为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，围绕太赫兹的研究才得以深入开展。

研究发现，因为具有瞬态性、宽带性、相干性、低能性等诸多特殊性能，太赫兹可广泛应用于宽带通信、雷达、电磁武器、电子对抗、医学成像、天文学、无损检测、安全检查等领域，并将对多个行业带来颠覆性的变革。2004年，太赫兹被美国政府评为"改变未来世界的十大技术"之一。2005年，日本将其列为"国家支柱十大重点战略目标"之首，举全国之力进行研发——一场以太赫兹为靶向的研究热潮迅速在全球席卷而来。

也是在2005年，深秋的北京香山饭店里，以“太赫兹科学技术的新发展”为主题的第270次学术讨论会如期召开。国内多位在太赫兹研究领域影响力深远的专家学者就我国太赫兹事业的发展方向进行了深入研究讨论，并制定了太赫兹技术的发展规划。会后，作为国内太赫兹研究的先驱平台，首都师范大学太赫兹实验室被确定为全国太赫兹技术开放研发平台之一，推动我国太赫兹领域的发展，成为实验室的重要使命。

作为太赫兹实验室核心成员之一，多年来，首都师范大学物理系教授、博士生导师、北京市超材料与器件重点实验室主任、太赫兹光电子学教育部重点实验室副主任张岩秉持“研究向应用靠拢”的科研思路，推动着太赫兹相关研究不断纵深发展，尤其是在太赫兹成像技术和亚波长金属微结构器件表征平台搭建等方面取得了开创性成果，助力我国太赫兹科研工作迈向一个又一个高峰。

厚积而薄发 精专太赫兹研究

张岩与太赫兹结缘，要追溯到2003年。彼时，国外太赫兹技术研发正如火如荼，而国内从事相关研究的首都师范大学太赫兹实验室成立仅两年时间，尚处于摸着石头过河阶段。张岩的加入，对极度渴求人才的实验室来说是个莫大利好——这位出生于1972年，当时刚过而立之年的年轻人，有着亮眼的科研履历和成果：18岁考入哈尔滨工业大学应用物理系;22岁攻读硕士学位，期间与导师一起在国内率先开展光学分数傅立叶变换的研究，为利用光学分数傅立叶变换进行信息处理铺平了道路;24岁进入中国科学院物理研究所攻读博士学位，成为杨国桢院士的得意门生，并在杨院士和顾本源研究员指导下，开拓了分数傅立叶变换在光学信息处理领域中的应用;因出色的表现和研究需要，1999年，张岩前往日本山形大学留学深造，期间开始从事生物成像研究;之后又辗转香港理工大学电子工程系担任副研究员，从事光纤气体传感器研究;2002年，获得德国洪堡基金资助后，张岩又远赴德国斯图加特大学应用光学研究所从事科学研究工作。

从1990年接触物理学研究开始，十多年间，张岩辗转于多所高校与科研机构，不断拓展着自己科研方向的宽度。经过成长与积淀，他对自己的科研路径有了新想法：“‘无涉猎则不能通，也无专精则不能成’，十多年的历练，我已经打下扎实的基础，后面是不是应该往精专的方向走，在某个方向做深做扎实呢?再一个，国外再好，总没有家的感觉，还是应该回国做点事。”

张岩将自己的想法与杨国桢院士进行了深入沟通。科学无国界，但科学家有国界，杨院士极力赞同张岩回国投身科研工作，并热情邀请他加入自己主导创建的团队——首都师范大学太赫兹实验室。多年的科研经历，让张岩敏锐地预见到太赫兹的研究价值，所以他毫不犹豫的接受了杨院士抛来的橄榄枝，立志要围绕太赫兹搞出点新东西。

回顾投身太赫兹研究的最初时光，张岩印象深刻：当时实验室处于起步阶段，既没有多少成功经验，也缺乏足够资金、政策支持，甚至一度连太赫兹信号都调试不出来，“我记得当时实验室是在一个40多平车间一样的地方，就是在那儿，我们一步一个脚印把理论的东西转化为实践，推动着我国太赫兹研究工作不断走向纵深。

通过实践探索，张岩对自己的科研路径有了更清晰的界定——先瞄靶后射箭——这是留学德国期间对他产生深远影响的一种“德式”科研模式。张岩解释道，“靶”即应用，“箭”则是研究，所谓“先瞄靶后射箭”，就是指所有的研究都应该建立在应用的基础之上。在张岩看来，与“先有研究课题，再向应用靠拢”的传统科研模式不同，“先瞄靶后射箭”的科研模式一开始就解决了技术研究的后顾之忧，避免了研究与应用脱节的潜在风险，更具实践指导价值。

确定了以应用为导向的科研思路后，数十年如一日，张岩埋头专注于太赫兹应用的相关研究，以累累硕果推动着我国太赫兹研究工作快速追平世界水平，并通过持续的科技创新，走出了一条具有特色的太赫兹研究之路。

硕果累累 以创新践报国理想

随着对太赫兹波段研究的不断深入，高功率的太赫兹光源和稳定的太赫兹脉冲探测手段日渐成熟，各种太赫兹光谱和成像技术逐步成为了实用的光学测量手段。张岩研究的重点正是波谱和成像技术两大方向。他说： “我的想法是把太赫兹发展的波谱和成像表征的方法用于微纳米器件的表征探索中。” 瞄定这一方向，张岩带领团队展开了深入研究，包括对提升太赫兹成像系统测量精度所做的多方面改进，以及将此成像技术应用到不同科研领域的研究工作。他开创性的将太赫兹面阵成像与近场探测技术有机结合，搭建起国内首套太赫兹准近场成像系统，从而把太赫兹成像的分辨率提升了一个量级，增强了太赫兹脉冲波焦平面成像系统的实用性。同时，还提出了多波长成像、偏振成像、实时层析成像等多种太赫兹成像方法，不断拓展着太赫兹成像的新思路。

此外，由于太赫兹功能器件的研究具有重要科学意义和实际应用价值，张岩也把注意力放在了金属亚波长结构以及半导体微纳结构与太赫兹相互作用的研究之上。在科技部“973”项目的资助下，张岩带领课题组发展了自己的有限时域差分算法 (FDTD)，研究了金属亚波长结构的透射特性对器件中微结构的形状、尺寸、分布以及金属材料和基底材料特性的依赖性，给出了金属狭缝中横槽结构对透射特性的影响分析：研究了一些材料在外激励下的转换特性，并建立了国内第一套太赫兹焦平面成像系统用于太赫兹波段亚波长光子器件的特性表征，提出了自己的太赫兹超构表面器件的设计方法，设计、制备并表征了一系列太赫兹超构表面器件，器件的厚度只是工作波长的四千分之一，为太赫兹系统的集成提供了新的思路。

在张岩等科研人员的不懈努力下，首都师范大学太赫兹实验室填补了国内太赫兹领域多项空白，成为领域内当仁不让的领头羊，持续引领并推动了国内太赫兹科学技术的发展，并先后承担多项国家重大项目，解决了若干国家重大需求问题，带动国内太赫兹科学技术的产业化发展，成为国内领先并在国际上有重要影响力的太赫兹开放研发创新平台，为实现科技强国做出了突出贡献。

作为北京市“太赫兹波谱与成像”创新团队的核心成员，张岩个人同样硕果累累。十多年间，他先后参与撰写5部学术专著，发表相关研究论文380余篇，其中SCI收录300余篇;与此同时，他还获得北京市科技新星计划、教育部新世纪优秀人才、北京市长城学者、北京市百千万人才工程等诸多荣誉，并被美国光学学会增选为会士;此外，作为北京市中青年骨干教师，这些年他孜孜不倦躬耕于三尺讲台，培养研究生、博士生40余人，为建设高科技人才队伍、推进科技强国战略做出了不可磨灭的贡献。

功崇惟志，业广惟勤。作为一名科研工作者，多年来，张岩扎根光电科研领域，通过创新进取勇攀科学高峰，书写着新一代中国科研工作者的理想与情怀!路漫漫其修远兮，攀登科研的高峰也永无止境，对张岩来说，攀山越水不过寻常事，始终不变的，是科研报国的拳拳之心。

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