在科研中成就自己的理想 记南开大学物理科学学院在站博士后刘文玮

撰文/潘丽娅 美术编辑/丁国明 赵霞

物理研究，对于很多人来说是枯燥乏味的，而刘文玮却凭借对物理的热爱与执着，在物理研究这条道路上坚定地走着。

2022年初，2021年度博士后创新人才支持计划十大创新成果公布，刘文玮的成果“Metasurfaces-Based Information and Imaging Technology with Full Fourier Components”成功入选。“这是对我多年来在物理研究中所付出的努力的肯定，我感到非常高兴与欣慰。”刘文玮说。

努力就会有收获

从小到大，刘文玮学习成绩一直都很优秀，是老师、家长嘴里“别人家的孩子”。2009年，当他一路通过考试进入到南开大学物理科学学院理论物理专业学习后，才发现自己在看待问题的视野、对方向的把握等很多方面，跟身边许多同学相比都有所不足，而这也让他在此期间的学习上走了很多弯路。“不过好在我得到了导师的耐心指导，我逐渐静下心来开始踏实地做科研工作。”刘文玮说，从大学期间开始，他就进入到导师陈树琪教授和田建国教授的研究团队做科研。从刚开始学习时的不适应，到深深喜爱上物理科学这样一门崇尚理性、重视逻辑推理的自然科学，刘文玮付出了努力，也收获了耀眼的成绩。

2013年，因为在校期间学习成绩优异，刘文玮被保送光学专业直博生。2018年，刘文玮获南开大学物理学博士学位，成为南开大学物理科学学院在站博士后，并成功入选2018年度中国博士后科学基金会“博新计划”。在物理科学领域近10年的学习和研究中，刘文玮通过他不懈的努力，在微结构超表面光场调控、微结构透镜的设计等方面取得了一定的研究成果。在南开大学学习工作期间，刘文玮在多家国际高水平期刊合作发表学术论文50 余篇，并荣获第二届全国大学生物理实验竞赛二等奖、第十五届王大珩光学奖——高校学生光学奖、天津市优秀博士毕业论文、中国光学学会优秀博士学位论文提名等荣誉。

“我坚信，付出就一定会有收获，这也是一直支持我在科研道路上坚持走下去的信念。”刘文玮说。

科学研究要有执着的精神

2018年，博士毕业后的刘文玮进入南开大学物理科学学院博士后站，继续他的科研工作。“都说科研是苦差事，如果不是心存热爱很难长久地坚持下去。但是，只要每次能够取得一点点的成功，就会让人非常兴奋。”

在博士后科研期间，刘文玮开展的“人工微结构光学成像信息理论与应用研究”，发展了基于全傅里叶分量调控的超构表面多路技术，利用各向异性电介质人工微结构的设计实现了高效率能量分配式多功能超构表面，不同功能的能量比可以在较大的设计范围内任意调节，克服了纯相位调控的复杂迭代计算与固有噪声无法完全消除的缺陷，也克服了纯振幅类应用的局限性。同时，提出了一种超构表面透镜阵列，首次在人工微结构系统中实现了被成像物体的三维高精度定位，定位精度达0.60%—1.31%，通过采用基于机器学习算法，将不同子图像的图像信息进行筛选结合，有效地消除了透镜固有的成像像差，进而提高成像视场至2×49.6°。这种方法不需要引入复杂的透镜组设计以及多层消像差设计，从而极大地简化了加工制备过程；此外，透镜阵列对于入射光偏振态不依赖的特性，以及对于基于被动照明式任意物体的空间定位，也具有明显意义。

“我的研究领域是人工微结构光子学，这个领域还有很多细分领域，比如光子晶体、超构光学等。整体的思路是利用一些人造的波长量级乃至深亚波长量级的结构和光场发生相互作用，实现在极小尺度的光操控并发现新的光效应和光应用，比如光学隐身、光子拓扑效应、人工微结构激光器等。”刘文玮解释说，由于结构是人为设计的，不像电子操控半导体材料的晶格是天然给定的，所以可以通过人为主动设计的方式来研究光子材料的对称性、能带结构乃至缺陷效应，对于发现新的光物理机制、多物理场耦合机制都有非常重要的意义。同时，微纳结构设计的任意性还会带来一个好处，以往科研时是从材料库里选择合适的材料，没有最合适的就退而求其次。而人工微结构的理念则是根据应用研究者主动设计光学材料，得到的光学材料可能只对应于一个特定的应用出口，而它就是最合适的。由于人工微结构的重要性，国家“十三五”和“十四五”规划都对相关方向进行了重点支持。目前，人工微结构光子学方向还有很多未知的内容需要探索，但是已有的研究已经展示了它在集成光子学、光信息传输、光电子器件等领域具有广阔的前景。

科研道路上不止有成功，更多的往往是失败与困难。“我自己在科研中的体会是，有些困难需要开阔眼界才能克服，有些困难需要特别的灵感才能克服，有些困难则需要非常多的尝试才能克服。而很多时候，这些困难是组合在一起同时发生的，在这种情况下，我们需要投入更多的精力和耐心才能一步步走出来。”刘文玮说，记得有一次搭建一个新的实验光路，因为要实现的测试结果比较特殊，结果前前后后折腾了将近一年，换了几十种方案才拿到了初步的实验结果。而像这样的情况，在他们的科研工作中是常态。不过，刘文玮表示，他自己倒是很少因为困难和挫折而沮丧，相反会让他在科研过程中更加兴奋，“科研之路，就是一条由克服一个个小的问题，带来的一个个小的成功而铺就的道路。”

青年科研工作者责任重大

“此次入选‘博新计划’十大创新成果，在兴奋之余，也让我感受到作为新时代的青年科研工作者，我们担负的责任十分重大。”刘文玮说，他在2018年博士毕业时，面临选择就业还是选择继续科研所带来的压力。而在这个时候，刘文玮入选了“博新计划”，给他的生活和科研提供了很好的助力。同时，南开大学以及物理学院也为他提供了良好的平台支持，让他能够更好地从事科研事业。“目前，国家为青年科研工作者提供了很多支持，这也给了我们不断砥砺前行，更踏实地做好科研工作的动力。”

提及青年科研工作者要担负的责任，刘文玮认为，一方面，国家的伟大复兴离不开科技强国，而作为国家科研大军的一分子，他们这一代科研工作者肩负着承接前辈科学家的精神，也承载着未来几十年国家科技发展的可能性，所以青年科研工作者的科研态度、治学作风、科研能力都非常重要。另一方面，作为青年科研工作者，在科研过程中的试错成本也会更低一些，所以趁年轻多尝试一些新的可能性，不断提高自己的科研素养和科研能力，才能够在今后的科研工作中有所创新，取得更大的成果。

“目前，我的研究主要集中在人工微结构体系非厄密光物理以及相关的光信息传输方面，我希望我能够在这一领域做出更有价值的研究工作。”刘文玮说。