| 編者按 |

提起羅切斯特大學(xué)，您最先想到的是什么？作為美國三大光學(xué)中心之一，它在美國第一個(gè)開設(shè)光學(xué)教育課程，諾貝爾獎(jiǎng)得主Gérard Mourou和Donna Strickland在此完成了他們的重要工作。今天我們要向大家介紹的就是羅切斯特大學(xué)著名的光學(xué)研究所現(xiàn)任所長Thomas G. Brown。

Brown教授有很多科研成就，包括提出了“圓柱矢量光束”這一術(shù)語來描述獨(dú)特和非常規(guī)的偏振態(tài)。他在科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面也有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)。他既是科研人員和年輕學(xué)生的導(dǎo)師，也是備受尊敬的學(xué)術(shù)期刊主編。

接下來，請(qǐng)跟隨“Light人物”，一起走進(jìn)百年羅切斯特大學(xué)光學(xué)研究所，洞悉Thomas G. Brown對(duì)其未來的發(fā)展愿景，探尋他豐富多彩的人生軌跡，相信一定會(huì)給您帶來新的靈感與啟發(fā)。

Thomas G. Brown自1987年7月起就職于羅切斯特大學(xué)光學(xué)研究所，2008年擔(dān)任正教授，目前是光學(xué)研究所的主任和Mercer Brugler杰出教學(xué)教授。Brown教授是美國光學(xué)學(xué)會(huì)和國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)的會(huì)士，《現(xiàn)代光學(xué)期刊》主編，并擔(dān)任多維顯微鏡年會(huì)（西部光電展）主席。他是羅伯特·霍普金斯光學(xué)設(shè)計(jì)與工程中心的創(chuàng)始主任，也是光學(xué)研究所光學(xué)工程課程的締造者，美國光學(xué)學(xué)會(huì)百年項(xiàng)目的聯(lián)合主席，美國光學(xué)學(xué)會(huì)羅切斯特地方分會(huì)的前主席和榮譽(yù)會(huì)員。
1978年，Brown教授在GTE實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任光纖系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，由此開啟了他在光學(xué)和光電子學(xué)方面的研究工作。他曾與高通、IBM、康寧公司、ABB肯特泰勒公司、Amp、羅克韋爾國際公司、羅切斯特燃?xì)夂碗娏尽姎夤荆约岸嗉衣蓭熓聞?wù)所和光學(xué)研究所的諸多工業(yè)協(xié)會(huì)開展咨詢和技術(shù)合作。
Brown教授經(jīng)常在光學(xué)系統(tǒng)、光子學(xué)和基于光技術(shù)的制造應(yīng)用領(lǐng)域也包括光子學(xué)在內(nèi)的新興領(lǐng)域方面提供專家咨詢服務(wù)。

采訪嘉賓：Thomas G. Brown（美國羅切斯特大學(xué)）

采訪人：王卉

翻譯：于存、姚東

原文信息：Wang, H. Light People: Professor Thomas G. Brown. Light Sci Appl 11, 303(2022)

https://doi.org/10.1038/s41377-022-00997-0

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Q：您能否簡單介紹一下您目前的研究工作和最新的進(jìn)展？

A：我目前的研究方向有三個(gè)領(lǐng)域：1）應(yīng)力工程光學(xué)（SEOs）以及它們?nèi)绾斡糜陲@微鏡、偏振測(cè)量和軌道角動(dòng)量（OAM）光束的研究；2）光子集成電路的計(jì)量，特別是測(cè)量硅或氮化硅波導(dǎo)內(nèi)的原位極化狀態(tài)；3）反射全息圖在自由曲面光學(xué)計(jì)量中的應(yīng)用。

圖1：通過圓形偏光器觀察的受應(yīng)力光學(xué)圖像。明亮的環(huán)對(duì)應(yīng)于光渦旋。
圖源：Ashan Ariyawansa

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Q：您和您的同事介紹了全龐加萊光束的概念，這是一種全相關(guān)光束包含了所有可能的偏振狀態(tài)，您在分析徑向和方位角偏振光束的緊密聚焦特性時(shí)創(chuàng)造了術(shù)語“圓柱矢量光束”。這是一項(xiàng)重大成就，您能向我們簡要介紹一下嗎？目前這項(xiàng)技術(shù)的研究進(jìn)展如何？它是如何被使用的？

A：2020年，我們選擇了術(shù)語“圓柱矢量光束”來區(qū)分徑向（輻條狀）和角向（切向）偏振光束，這兩種矢量光束都具有沿光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。我們開始研究這些光束的聚焦特性，與馬克斯·普朗克研究所的Leuchs教授及其團(tuán)隊(duì)研究的內(nèi)容不期而遇。很快兩個(gè)小組都發(fā)現(xiàn)，在緊聚焦條件下，這些光束具有顯著的特性。與Lukas Novotny（當(dāng)時(shí)在羅切斯特大學(xué)任教）一起，我們證明了這些光場可以在單分子熒光測(cè)量中識(shí)別分子方向。我們引入了應(yīng)力工程光學(xué)（SEO）作為一種在難以獲得液晶光學(xué)元件或者其不可用的情況下產(chǎn)生不同偏振光束的方法。與此同時(shí)我們與Miguel Alonso教授一起發(fā)現(xiàn)了全龐加萊光束具有有趣的物理和數(shù)學(xué)特性。應(yīng)力工程光學(xué)的使用還揭示了執(zhí)行單次斯托克斯偏振測(cè)量的新方法。

圖2：AIM Photonics公司制作的光子集成電路的短波紅外(SWIR)圖像，這是Brown教授研究的一部分內(nèi)容

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Q：羅切斯特大學(xué)光學(xué)所不僅是美國第一個(gè)專門致力于光學(xué)研究和教學(xué)的教育項(xiàng)目，目前也是美國三大光學(xué)研究中心之一。作為如此著名的光學(xué)所負(fù)責(zé)人，您能否與我們回顧一下歷史，講述一下為什么羅切斯特能夠作為美國第一個(gè)光學(xué)研究所的發(fā)源地？與亞利桑那大學(xué)光學(xué)科學(xué)學(xué)院和中佛羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院相比，您認(rèn)為羅切斯特大學(xué)獨(dú)特的魅力和特點(diǎn)是什么？此外，您能否介紹一下光學(xué)所未來的發(fā)展計(jì)劃？

A：羅切斯特大學(xué)光學(xué)所是美國最初致力于光學(xué)研究的學(xué)術(shù)項(xiàng)目和研究機(jī)構(gòu)，它成立于1929年，是為了滿足美國本土培訓(xùn)光學(xué)科學(xué)家和工程師的國家需求。令我們感到自豪的是，該研究所的畢業(yè)生在圖森建立光學(xué)科學(xué)中心上發(fā)揮了重要作用。該中心后來更名為詹姆斯·萬特（James C Wyant）光學(xué)科學(xué)學(xué)院。我們獨(dú)特的吸引力包括：盡管是一個(gè)相對(duì)較小的教育中心，卻能夠連接巨大的光學(xué)科學(xué)和工業(yè)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。因此，學(xué)生們可以很好地了解彼此和教授們，同時(shí)他們也能在我們更大的網(wǎng)絡(luò)中與其他人建立聯(lián)系。該網(wǎng)絡(luò)包括物理、化學(xué)和電子/計(jì)算機(jī)工程等其他學(xué)科部分、研發(fā)中心（例如激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室和視覺科學(xué)中心）的光學(xué)研究人員以及我們工業(yè)協(xié)會(huì)計(jì)劃的成員。我們的發(fā)展計(jì)劃包括擴(kuò)大核心師資隊(duì)伍、擴(kuò)大工業(yè)聯(lián)合項(xiàng)目，以及我們跨學(xué)科光學(xué)碩士教育（HOME）計(jì)劃的持續(xù)創(chuàng)新。

圖3：從Goergen大廳方向看羅切斯特大學(xué)光學(xué)所夜景

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Q：您是羅伯特·霍普金斯光學(xué)設(shè)計(jì)與工程中心的創(chuàng)始主任，您能簡要介紹一下該中心嗎？您如何看待中心目前的發(fā)展？未來您對(duì)它有什么期待？

A：霍普金斯中心是由光學(xué)工程師和企業(yè)家John Bruning慷慨捐贈(zèng)建立的，以此紀(jì)念光學(xué)研究所前任所長羅伯特·霍普金斯博士。該中心的使命是將現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試工具引入本科和碩士教育。之前由Bentley教授和Kruschwitz教授所執(zhí)教的鏡片設(shè)計(jì)和鍍膜設(shè)計(jì)課程最具獨(dú)特性、也是世界最優(yōu)秀的課程之一，現(xiàn)在該中心由Jannick Rolland教授領(lǐng)導(dǎo)，她是自由曲面光學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)，并在羅切斯特大學(xué)和北卡羅萊納大學(xué)夏洛特分校建立了自由曲面光學(xué)中心。

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Q：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Gérard Mourou與Donna Strickland都曾在羅切斯特大學(xué)學(xué)習(xí)或工作過，很多光學(xué)翹楚也都從該校畢業(yè)，您覺得羅切斯特大學(xué)為他們提供了哪些條件使其能夠獲得成功？

A：Donna Strickland獲得諾貝爾獎(jiǎng)的工作是她在羅切斯特大學(xué)讀博期間完成的，當(dāng)時(shí)她在激光能量學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Gérard Mourou研究小組工作。這項(xiàng)工作在很大程度上結(jié)合了Gérard Mourou和Donna Strickland的精力、創(chuàng)造力和辛勤工作，以及他們對(duì)經(jīng)典光學(xué)、光學(xué)工程和物理光學(xué)的透徹理解。

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Q：您是《現(xiàn)代光學(xué)期刊》的主編，您認(rèn)為負(fù)責(zé)一本雜志的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)各是什么？

A：優(yōu)勢(shì)是可以廣泛地接觸到世界各地科研工作者所從事的研究工作。《現(xiàn)代光學(xué)期刊》是一本國際化期刊，我們會(huì)收到全世界各個(gè)國家從事光學(xué)研究者的投稿。挑戰(zhàn)就是對(duì)于有如此多的以英語為第二語言的貢獻(xiàn)者（作者和審稿人）如何保持高寫作標(biāo)準(zhǔn)。

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Q：您發(fā)表了95篇學(xué)術(shù)論文，出版了3本書籍，編輯了4卷光學(xué)百科全書。您有一篇論文在《光學(xué)快報(bào)》25周年發(fā)表的前10篇被引次數(shù)最多的論文榜中排名第6，作為一名期刊編輯和一名成功的論文寫作者，您在論文寫作方面對(duì)年輕科學(xué)家有什么建議？

A：我的建議是尋找尚未被證實(shí)的原創(chuàng)想法，避免純粹地追求在高影響力期刊上發(fā)表作品。我們關(guān)于圓柱矢量光束方面的工作在《光學(xué)快報(bào)》尚未具有高影響因子前就已發(fā)表。Strickland和Mourou的工作也發(fā)表在有著良好聲譽(yù)但不過分強(qiáng)調(diào)引用次數(shù)的期刊上。無論在哪發(fā)表，只要文章夠好，都會(huì)被閱讀和欣賞的。

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Q：您曾擔(dān)任多維顯微鏡年會(huì)（西部光電展）主席，您能夠給科研人員一些關(guān)于如何做好學(xué)術(shù)報(bào)告的建議嗎？

A：首先一定要花時(shí)間向你的聽眾解釋為什么這個(gè)話題對(duì)你或者對(duì)他來說很有趣。你可以在展示幻燈片時(shí)說：這很重要（或有趣），因?yàn)?.....，因?yàn)槿绻恢匾蛘邿o趣，可能你就不會(huì)將它列進(jìn)去。

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Q：您積極參與眾多國際學(xué)術(shù)組織，如：美國光學(xué)學(xué)會(huì)、國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)、材料研究學(xué)會(huì)、美國物理學(xué)會(huì)。您認(rèn)為參與這些組織收獲有哪些？

A：我的大部分工作都是與美國光學(xué)學(xué)會(huì)和國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)相關(guān)，這兩個(gè)學(xué)會(huì)在建立專業(yè)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和培養(yǎng)學(xué)生方面都是非常杰出的組織。他們有能力將從事光學(xué)領(lǐng)域不同子方向的科學(xué)家和工程師組織到一起，如果離開這兩個(gè)學(xué)會(huì)他們可能永遠(yuǎn)不會(huì)聚首。材料研究學(xué)會(huì)和美國物理學(xué)會(huì)在我的職業(yè)生涯早期也起了非常重要的作用。

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Q：您與高通、IBM、康寧公司、ABB Kent-Taylor、Amp等公司以及幾家律師事務(wù)所和許多光學(xué)研究所的工業(yè)協(xié)會(huì)都有技術(shù)合作。您認(rèn)為科研和產(chǎn)業(yè)化兩者是什么關(guān)系？

A：我認(rèn)為如何解決市場中的難題對(duì)于科研人員來說非常重要。解決前沿科學(xué)問題可以發(fā)表高質(zhì)量文章，但是對(duì)高品質(zhì)的商業(yè)和醫(yī)療技術(shù)貢獻(xiàn)最大的往往是那些極其簡單和巧妙的解決方案。

圖4：Brown教授率領(lǐng)羅切斯特代表團(tuán)前往華盛頓特區(qū)，參加光子學(xué)產(chǎn)業(yè)峰會(huì)

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Q：作為一名導(dǎo)師，您培養(yǎng)了很多學(xué)生。您最希望學(xué)生具備什么能力？

A：學(xué)生最重要的品質(zhì)是勤奮努力和愿意去學(xué)習(xí)除了其職業(yè)生涯下一步所必需以外的知識(shí)。20年前學(xué)的知識(shí)可能會(huì)在未來的工作中發(fā)揮重要的作用。

圖5：在Brown教授的光學(xué)入門課上，一個(gè)學(xué)生正在欣賞光學(xué)鏡片

圖6：Brown教授在教室

圖7：Brown教授在上課

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Q：您能和我們分享一些您職業(yè)生涯中令人難忘的困難時(shí)刻或挑戰(zhàn)嗎？您是如何克服它們的？

A：我做了一些科學(xué)研究是因?yàn)樗鼈兒苡腥ぃ?dāng)時(shí)似乎很多人對(duì)此并不感興趣。例如：我在寫博士論文時(shí)一直在尋找用晶體硅制造高效發(fā)光發(fā)射器的方法。這是Dennis Hall教授所負(fù)責(zé)的一個(gè)大團(tuán)隊(duì)的研究內(nèi)容，Dennis Hall教授相信在硅內(nèi)部或者表面上集成波導(dǎo)和器件（類似于微電子學(xué)）是非常合理的，這也許是集成光學(xué)/光電子/電子學(xué)的未來發(fā)展方向。當(dāng)時(shí)，除了羅切斯特大學(xué)外，很多人不認(rèn)同這個(gè)觀點(diǎn)，所以這并不是一個(gè)熱門的項(xiàng)目資助課題。在過去20年里，硅光子學(xué)非常受歡迎，吸引了來自世界范圍內(nèi)數(shù)十億美元的研究資助，政府和商業(yè)組織也成功地建立了工廠。三十多年后，晶體硅的高效光發(fā)射仍然是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)且很大程度上尚未解決的問題，但從整體上看，硅光子學(xué)的未來發(fā)展的確很有前景。

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Q：您為什么會(huì)選擇光學(xué)作為您的研究課題？如果沒有成為一名科學(xué)家，您想從事什么職業(yè)？

A：我最初對(duì)數(shù)學(xué)感興趣是在本科階段，但后來轉(zhuǎn)向了物理，這既是源于學(xué)校的高質(zhì)量指導(dǎo)和建議，也是因?yàn)槲蚁矚g關(guān)于數(shù)學(xué)的有趣應(yīng)用。在我讀本科期間，我的一位物理教授花了一個(gè)學(xué)期在貝爾實(shí)驗(yàn)室，研究新興的光纖領(lǐng)域。他回來后，教授我們梯度折射率光纖，這令我非常著迷。后來我被GTE實(shí)驗(yàn)室（馬薩諸塞州沃爾瑟姆）選入?yún)⒓右粋€(gè)暑期研究項(xiàng)目，這個(gè)研究小組致力于設(shè)計(jì)第一個(gè)實(shí)時(shí)交通光纖通信系統(tǒng)。后來我在這個(gè)小組全職工作，并意識(shí)到我想在光學(xué)領(lǐng)域發(fā)展自己的事業(yè)。這么多年過去了，我很難想象除了光學(xué)以外還有什么吸引著我，但是我想如果換個(gè)方向我也可能選擇去從事物理或者數(shù)學(xué)方面的研究。

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Q：您職業(yè)生涯中最大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是什么？

A：有幾個(gè)這樣的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。我記得，有一次當(dāng)我在匹茲堡機(jī)場轉(zhuǎn)機(jī)時(shí)，我在一張廢紙上草擬了一個(gè)方案，這個(gè)方案就是后來把普通的線偏振激光束變成徑向偏振或切向偏振的方法。我們能夠把它整合到共聚焦顯微鏡中。那是我進(jìn)入偏振領(lǐng)域的起點(diǎn)，這是一段美妙的經(jīng)歷。另一個(gè)是我重新進(jìn)入硅光子學(xué)領(lǐng)域，領(lǐng)導(dǎo)AIM光子學(xué)的測(cè)試、組裝和封裝工作，這個(gè)決定向我打開了多扇通往奇妙領(lǐng)域的大門，讓我能夠與世界各地的優(yōu)秀科研工作者一起工作。

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Q：在您的職業(yè)生涯中，誰對(duì)您產(chǎn)生過重大影響？是以何種方式？

A：我的導(dǎo)師，同時(shí)也是研究所前任所長Dennis Hall可能對(duì)我的影響最大，他是我學(xué)術(shù)上的榜樣，他耐心地培養(yǎng)我成為一名教師和研究者。

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Q：您是如何平衡工作和家庭生活的？

A：在我做教授的早期，我的孩子還小，每年我只參加幾次會(huì)議。我把和妻子共進(jìn)晚餐以及與孩子們的老師交流作為首要任務(wù)。我和妻子在家教了幾年孩子，我負(fù)責(zé)教孩子們數(shù)學(xué)和科學(xué)知識(shí)。

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Q：您的興趣愛好是什么？

A：我非常喜歡獨(dú)木舟和飛魚，喜歡戶外活動(dòng)，尤其是在緬因州。

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Q：對(duì)年輕的科研工作者您有什么建議或忠告？

A：努力工作，保持耐心，盡可能多地向老一輩學(xué)習(xí)。我們以前輩為榜樣，在個(gè)人能力和科研上不斷取得進(jìn)步。

| Light科學(xué)編輯 |

王卉，現(xiàn)任中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（長春光機(jī)所）國際合作處副處長，主要從事國際交流，科學(xué)傳播，國際人才合作等工作；曾任長春光機(jī)所與自然出版集團(tuán)合作期刊 Light: Science & Applications的創(chuàng)刊英文編輯，在《編輯學(xué)報(bào)》、《國際人才交流》、 Light: Science & Applications等期刊發(fā)表文章20余篇，并應(yīng)SPIE邀請(qǐng)?jiān)赟PIE Women in Optics發(fā)表文章。她是Rose in Science活動(dòng)發(fā)起人，也是iCANX Story（大師故事）欄目的共同發(fā)起人兼主播，曾采訪多位國際知名科學(xué)家，如諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Donna Strickland、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者Jean-Marie Lehn，德國物理學(xué)會(huì)第一任女主席Johanna Stachel，IEEE光子學(xué)協(xié)會(huì)主席Carmen Menoni，澳大利亞科學(xué)院院士Chennupati Jagadish，英國皇家工程院院士李琳，埃尼獎(jiǎng)首位華人獲獎(jiǎng)?wù)咄踔辛衷菏康取?/p>

| 翻譯 |

于存，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（長春光機(jī)所）國際合作處職員，主要負(fù)責(zé)中白國際創(chuàng)新中心外聯(lián)、俄烏白國際合作與交流等工作；在《國際人才交流》、 Light: Science & Applications雜志上發(fā)表多篇文章；中科院科技翻譯工作者協(xié)會(huì)會(huì)員。

姚東，博士研究生學(xué)歷，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所副研究員，碩士研究生導(dǎo)師。本科及碩士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，博士畢業(yè)于中國科學(xué)院大學(xué)。主要從事航空多維度目標(biāo)特性精確遙感研究，實(shí)現(xiàn)光譜視頻遙感技術(shù)和偏振超分辨技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并開展遙感目標(biāo)特性解譯方法研究；同時(shí)在高精密三維形貌測(cè)量領(lǐng)域探索新方法和新技術(shù)。迄今發(fā)表論文7篇，獲得授權(quán)專利10項(xiàng)；主持國家級(jí)和省部級(jí)科研項(xiàng)目7項(xiàng)。目前擔(dān)任 Applied Optics期刊審稿人，中國光學(xué)工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。

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