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三维阵列焦斑(m*n)*p的技术实现途径 精选

已有 3399 次阅读 2015-8-12 13:56 |系统分类:科研笔记

以前做学生的时候我还是比较热衷写博客的,工作之后我就变得只看不说。这次是八年以来的首次博文,请各位博友不吝赐教。

注释:三维阵列焦斑(m*n)*p指沿光轴的p个平面上分别产生不同数目的m*n个焦斑。


2007年在中科院攻博期间有幸开始软x射线到硬x射线方面的聚焦成像研究,首次接触这类微纳器件时,当时我有一个大胆的想法,就是要发现一套理论能够实现(m*n*)*p-p个平面上产生m*n个焦斑,每层的mn可以不同。当时导师说这个难度非常大,暂时先不要考虑了。虽然那个时候没深入调研这方面的工作,但这个问题一直在我脑海里寄存着,我坚信我只是一直在等机会的到来。

 

事情到了2011年终于有了转机,当年的诺贝尔化学奖颁给了色列理工学院的Daniel Shechtman,因为他发现了准晶。我开始模糊地意识到了问题的解决方向,但那时也仅仅是有这个念头而已,之后就一晃而过了。

 

2012年的国家青年自然基金申请中,我斗胆将这个超级想法暗含进了申请书中,当时我是丝毫地一点把握都没有,但NSFC不是号称要思维创新吗?我就这样冲刺了一把。最后4个评委中一个暂缓,一个不支持,两个建议优先支持,最终算是侥幸通过评审。第4个评委给的评语“在成像理论上具有一定的创新性和挑战性,相关研究成果具有潜在的应用前景及意义”。现在回过头来看看,特别要非常感谢第二和第四个评委,如果没有他们的优先支持,这次的申请绝对会枪毙的(如果有一个是支持,而不是优先支持,也肯定通不过)。

 

我非常感谢评委给我这个青椒一个科研的机会,让我可以做自己想做且保持有极大兴趣的科研方向。又过了三年到了2014年初看到一篇讲多焦点透镜的文章,联想到准晶的概念,我终于意识到问题要有决定性的突破了。

 

这一年我首次招研究生。我先花大量时间训练学生解决问题的能力,让他掌握研究相关基础知识的推导和计算机编程。而这次我又是幸运的,学生的能力是毋庸置疑的。不到百天,我就觉得他可以开始进攻这个堡垒了。之后我把我之前猜测的方案给了他,几天之后有了计算结果,和设想的基本一致。首次做研究生,是需要增加自信心的。虽然还有很多我认为更重要的问题要攻关,但我还是允许他先写了一篇中文。在问题的解决过程中,他又投稿一篇英文。而这两篇文章都不是我想要的重点,而学生发表文章也只是证明了他掌握了攻坚克难的工具,这时他才真正进入到我面临问题的核心区。几个星期之后,我们认为可以结果实了,考虑到文章有时效性和长度,比较快出审稿结果的是OSA期刊。

 

2015年,学生又写了两个专利,一个国际会议。这篇几乎包含我全部思想的文章投稿到OSA期刊。事后证明我当时的决策有些失误,三十五天左右的时候,学生告诉我OSA状态没反应,可文章状态显示早就超期了。当天催邮件,第二天编辑回复说,专家没回应,编辑忘记采取措施了。不到一周有了专家的审稿结果,让我欣慰的是,专家用了“interesting ideas anduseful results”,至少我知道我们的想法得到专家的肯定。之后专家给了非常一针见血的提议,其中六个问题中有五个是问背后的物理机制是什么,当时我们还没有解决这个问题,只是技术上实现器件的设计,但还没有开始深究现象背后的物理机理。有一点需要指出,国外期刊和国外专家看稿子看的是文章本身的学术思想,虽然我们的文章不完美,可还是通过了。录用之后,我突然觉得捅了一个大窟窿,意识到在它的基础上一个更加重要的问题可以解决了,学生利用几周的时间完成了我的猜测,目前已投稿。考虑到学生毕业后要到社会上工作,所以这一年几乎不安排他理论方面的工作,只让他做实验和GUI编程。

 

八年抗日才成功,而庆幸的是又刚好满八年(200707-201507),我之前的理想终于有了一点小成果,也可以略安慰一下我一直承受的孤独。当别人都在追踪热点研究的时候,我却鸡立鹤群般地保持独行。不记得哪本书上说过一句话:反其道而行之,或许更易成功。又有一本书上说过:年代久远的浩瀚书籍文献中有很多睡美人等待有缘人的发现。这也是我个人对科研的一点看法。

 

达曼光栅可以实现远场单平面上的m*n个焦斑,也有一些其它技术能够实现1*p个轴上焦点,不得不提的是,这两种形式对应的光学系统的Fresnel数是不匹配的,没有办法整合在一起。另外要指出,目前这两类技术都是利用优化算法获取器件结构的,而我们的方法是决定论的,是有确切的数学公式描述的。通过在有序中打破对称,完成了准序的建立,实现了有序结构功能上的突围。而现在我又觉得到了在伪对称中建立有序的时刻,通过它们螺旋式的相互渗透,一定能够再次实现微结构突变,完成光学功能上的新突破。哲学上一句话:质变有两种,一是数量的递增,二是空间结构的改变。如果两者融合呢,是不是更容易质变吗?

 

以下是我近期给出(m*n*)*p的计算结果,目前不打算投稿(在朋友的劝说下已于前几天投稿)。我认为,如果微纳器件国内的工艺水平有限,而发表文章的思想只能帮助外国人提升技术。在国家工业加工能力略稍欠缺的情况下,新理论新器件的设计更多是让外国人外国公司受益。

 

多焦点技术可以移植到激光加工、激光雕刻、粒子捕获、作光镊操控细胞、细胞-原子-分子检测、多焦点全息再现、眼科中的多焦技术等等,在高功率激光方面可以探测打靶后产生的短波(直接成像的,通过设计可以将源成像到用户指定的位置以方便探测)。

 

希望各位博友不吝赐教。







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