江西唯一！高安一“80后”入选2018年国家杰青…

2018年度国家杰出青年科学基金

建议资助项目申请人名单（部分）

竞争激烈的国家杰青

国家杰出青年科学基金项目主要支持在基础研究方面已取得突出成绩的青年学者自主选择研究方向开展创新研究，促进青年科学技术人才的成长，吸引海外人才，培养造就一批进入世界科技前沿的优秀学术带头人。1994年，正式命名为“国家杰出青年科学基金”。1994年首批入选49人，每人资助额度为60万元。

经过24年的发展，一大批国家杰青获得者当选为两院院士，同时国家杰青已经成为我国风向标式的高端科技人才资助项目，几乎成为每一个中青年学者的奋斗目标，也是每一个科研院校所必争的人才项目。国家杰青一年的名额仅为200，每年的资助率一般都在10%以内，因此竞争非常激烈。

从近五年来看，入选国家杰青建议资助人名单后，每年仅有2人被刷下，因此建议资助候选人几乎就是最终入选名单。

个人简介：

肖云峰，1981年1月出生，高安杨圩人，高安中学毕业生，现为北京大学研究员，博士生导师。1998年-2007年在中国科学技术大学进行本科阶段学习和攻读博士学位；2007年-2008年在美国华盛顿大学(圣路易斯)电子工程系从事博士后研究；2009年加入北京大学物理学院。

初中时，肖云峰对数学和物理产生了浓厚的兴趣，并且这两门学科都很擅长。初中毕业的那年暑假，他通过自学完成了高中一年级的物理课程。进入高中以后，他又在此基础上继续学习，高一就完成了高中阶段的全部物理课程，高二参加物理竞赛取得优异的成绩。由于浓厚的兴趣和扎实的基础，他高考选择了物理专业。肖云峰说：“其实选择是一个非常复杂的过程，里面有太多的偶然性因素。因为我物理好，自己又有兴趣，所以就选择了物理专业。其实不管是哪种选择，只要是有兴趣，努力做，一定都会有好结果。”现在当学生向他询问有关研究方向、是否出国等建议时，他也鼓励学生以自己的兴趣为主，并且告诉他们不要害怕选择。“无论选择什么，只要坚持做下去，一定没有白走的路。”

　　1998年，肖云峰进入中国科技大学开始本科阶段的学习生活。中国科技大学重视通识教育，在本科的最后一年才分专业。2000年秋天，大三上学期，肖云峰加入了郭光灿和韩正甫老师带领的研究组，这个研究组以量子光学为主要研究对象，是当时国内最早做量子光学研究的机构之一。肖云峰回忆到，对当时的他而言，量子光学最大的难度在于学科较强的理论性，其中有很多抽象的内容。“但是接触以后就爱上了量子光学，能够做自己喜欢的事情总能感觉到莫大的幸福，所以自然而然地也就继续做下来了，研究生阶段也就很自然地选择了量子光学。”就这样，他通过加入研究组接触到光学和量子光学，也在较早的时候确立了自己的研究方向。

　　2002年，肖云峰选择继续在中国科技大学攻读博士学位。2004年，在导师的支持下，他以博士生的身份开始带领一个研究组，研究组的成员主要是当时的低年级同学。2005年底，他在美国加州理工学院和俄勒冈大学进行了为期三个月的学术访问，2006年底又到美国哥伦比亚大学进行为期三个月的学术交流。2007年到2008年，他在美国华盛顿大学（圣路易斯）电子工程系从事博士后研究。肖云峰表示，相比而言，早些年国外的实验研究往往比较系统和领先，而国内在理论研究方面具有一定优势。如果有机会和国外研究组合作，结合双方的优势，往往容易得到比较好的成果。

　　2009年，肖云峰通过北京大学“优秀青年人才引进计划”加入北京大学物理学院及人工微结构和介观物理国家重点实验室。作为北京大学“百人计划”研究员，他成立了独立的研究组并指导研究生。

研究方向：

纳米尺度单颗粒检测、非对称光学微腔与混沌动力学、微腔光力学等微腔物理

所教课程：

光学，介观光学导论

北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室“极端光学创新研究团队”肖云峰研究员和龚旗煌院士领导的课题组提出混沌辅助的光子动量快速转换的新原理，实现了超高品质因子光学微腔和纳米尺度波导的超宽带耦合，突破了微纳光学器件近场耦合需要相位匹配（即动量守恒）的限制。相关研究于2017年10月20日发表在国际顶级学术期刊《科学》（Science）上（Xuefeng Jiang, Linbo Shao, Shu-Xin Zhang, Xu Yi, Jan Wiersig, Li Wang, Qihuang Gong, Marko Lončar, Lan Yang, and Yun-Feng Xiao, Chaos-assisted broadband momentum transformation in optical microresonators, Science, DOI: 10.1126/science.aao0763）。

动量守恒是自然界中最普遍的客观规律之一，反映了时空性质。大到宇宙星系运动，小到质子、电子或光子等基本粒子间的相互作用，一个封闭系统的广义动量总是保持不变。例如，光子在不同光学结构之间的耦合过程必须遵循动量守恒定律，但由此限制了诸多重要的光子学应用。

图：微腔光学课题组部分成员在研究中，肖云峰左前一

光学微腔可以将光子长时间局域在很小的空间内，形成显著的能量累积效应，因而增强了光和物质的相互作用，已经成为基础光物理和光子学研究的重要平台。正如北京天坛的回音壁可以将声波汇聚在一个特定的空间内进行传播，光学微腔中也有一种相似原理的回音壁模式谐振腔，它利用的是光在介质微腔内表面的连续全反射，从而相干叠加形成谐振模式。光的全反射损耗极小，显著地增加了腔内光子寿命，因而更大地增强了光与物质相互作用。回音壁光学微腔已被广泛应用于弱光非线性、强耦合腔量子电动力学和光声相互作用等物理过程，以及微纳尺度激光、高灵敏生化传感和精密测量等应用研究。

光学微腔应用的关键前提是其与光波导之间的耦合。长期以来，国际学术界主要是通过建立波导模式与微腔高度局域模式的直接相互作用，实现有效耦合，故而需要满足相位匹配条件（动量守恒）；然而，由于波导与微腔存在不同的材料和几何色散，相位匹配条件仅在较窄光谱范围内满足，严重制约了微腔宽带光子学应用。

该项工作中，北京大学微腔光学课题组通过精心设计光学微腔的几何形状，打破了传统微腔的旋转对称性，调控了局域光场分布，从而在支持分立的超高品质回音壁模式的同时获得了大量准连续的混沌模式。光子首先从纳米波导直接折射进入微腔混沌模式，其角动量较小，对应于光子在微腔界面的反射角较小。与旋转对称微腔不同，混沌运动使得光子角动量不断发生变化。尤其引人注目的是，微腔内的混沌光子运动并非毫无规律，而是遵循特定的短时动力学规律，从而实现入射光子的角动量在皮秒时间尺度内（一皮秒相当于一万亿分之一秒）随混沌运动从小到大的快速转换（如图二、三）。当混沌光子的角动量接近回音壁模式角动量时，二者之间可以发生共振隧穿过程。得益于光子角动量在混沌运动中的快速转换，此创新方法可以实现纳米尺度波导与回音壁光学模式的超宽带耦合。

图二  混沌辅助的宽带光子动量转换示意图（由Second Bay Studios制作）

在理论研究中，研究团队通过基于时域有限差分法的三维模拟研究了混沌光子的角动量快速转换及隧穿的瞬态动力学过程。结果表明，混沌辅助的角动量转换新原理可以实现二氧化硅微腔在全透明波段内（500-2900纳米）回音壁模式的高效耦合。实验上，他们使用非对称的微盘腔和纳米光纤波导作为实验平台，从可见到红外波段证实了该角动量转化耦合过程具有超宽带的特性。该原理也在三次谐波等非线性频率转换实验中得到了重要应用：如图三所示，用1550纳米波长激光激发相同的光学微腔，在同一激发强度下，通过新原理产生到的517纳米波长三次谐波绿光的光强相比于传统方法提高了三个量级。此外，该原理在宽带级联拉曼激光和光学频率梳等宽带非线性光学应用中也可以发挥出巨大优势。

图三    混动辅助的角动量转换新原理研究成果：混沌瞬态动力学过程、宽带级联拉曼激光实验和三次谐波频率转换实验

混沌辅助的动量转换新机制具有普适性，可以扩展到其它光学微腔类型，例如，光子晶体腔和法布里－珀罗腔等，以及其它的电磁波频段，例如，微波、太赫兹波等；并可能在集成光子学、光学网络、量子信息处理等领域发挥重要作用。

微腔光学研究领域著名国际专家，加州理工学院讲席教授Kerry Vahala评价本工作时指出：“混沌驱动的动力学建立了波导模式与微腔局域模式的桥梁，从而在极其宽谱范围实现两者的耦合，不仅从本质上提出了一种研究光学微腔的新方法，更闪耀着光学混沌中的物理之美。”

研究论文的共同第一作者是物理学院2014届博士毕业生姜雪峰和信息科学技术学院2014届本科毕业生邵林博，现分别在圣路易斯华盛顿大学从事博士后研究和哈佛大学攻读博士学位，论文通讯作者为肖云峰研究员。论文合作作者包括圣路易斯华盛顿大学的杨兰教授、哈佛大学的Marko Lončar教授、加州理工学院的易煦博士（物理学院2012届本科毕业生）和马格德堡大学的Jan Wiersig教授等人。

该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心、极端光学协同创新中心等的支持。

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（来源：科技日报、北大新闻网）

编 辑 | 漆丽媛 

 校 稿 | 王  凤

编 审 | 彭松林 

 终 审 | 彭  敏

投稿邮箱 gawxb@126.com