| 編者按 |

提起羅切斯特大學，您最先想到的是什么？作為美國三大光學中心之一，它在美國第一個開設光學教育課程，諾貝爾獎得主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著名的光學研究所現任所長Thomas G. Brown。

Brown教授有很多科研成就，包括提出了“圓柱矢量光束”這一術語來描述獨特和非常規的偏振態。他在科研和產業發展方面也有著非常豐富的經驗。他既是科研人員和年輕學生的導師，也是備受尊敬的學術期刊主編。

接下來，請跟隨“Light人物”，一起走進百年羅切斯特大學光學研究所，洞悉Thomas G. Brown對其未來的發展愿景，探尋他豐富多彩的人生軌跡，相信一定會給您帶來新的靈感與啟發。

Thomas G. Brown自1987年7月起就職于羅切斯特大學光學研究所，2008年擔任正教授，目前是光學研究所的主任和Mercer Brugler杰出教學教授。Brown教授是美國光學學會和國際光學工程學會的會士，《現代光學期刊》主編，并擔任多維顯微鏡年會（西部光電展）主席。他是羅伯特·霍普金斯光學設計與工程中心的創始主任，也是光學研究所光學工程課程的締造者，美國光學學會百年項目的聯合主席，美國光學學會羅切斯特地方分會的前主席和榮譽會員。
1978年，Brown教授在GTE實驗室擔任光纖系統設計師，由此開啟了他在光學和光電子學方面的研究工作。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、羅切斯特燃氣和電力公司、艾默生電氣公司，以及多家律師事務所和光學研究所的諸多工業協會開展咨詢和技術合作。
Brown教授經常在光學系統、光子學和基于光技術的制造應用領域也包括光子學在內的新興領域方面提供專家咨詢服務。

采訪嘉賓：Thomas G. Brown（美國羅切斯特大學）

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展？

A：我目前的研究方向有三個領域：1）應力工程光學（SEOs）以及它們如何用于顯微鏡、偏振測量和軌道角動量（OAM）光束的研究；2）光子集成電路的計量，特別是測量硅或氮化硅波導內的原位極化狀態；3）反射全息圖在自由曲面光學計量中的應用。

圖1：通過圓形偏光器觀察的受應力光學圖像。明亮的環對應于光渦旋。
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，這是一種全相關光束包含了所有可能的偏振狀態，您在分析徑向和方位角偏振光束的緊密聚焦特性時創造了術語“圓柱矢量光束”。這是一項重大成就，您能向我們簡要介紹一下嗎？目前這項技術的研究進展如何？它是如何被使用的？

A：2020年，我們選擇了術語“圓柱矢量光束”來區分徑向（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對稱性。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教授及其團隊研究的內容不期而遇。很快兩個小組都發現，在緊聚焦條件下，這些光束具有顯著的特性。與Lukas Novotny（當時在羅切斯特大學任教）一起，我們證明了這些光場可以在單分子熒光測量中識別分子方向。我們引入了應力工程光學（SEO）作為一種在難以獲得液晶光學元件或者其不可用的情況下產生不同偏振光束的方法。與此同時我們與Miguel Alonso教授一起發現了全龐加萊光束具有有趣的物理和數學特性。應力工程光學的使用還揭示了執行單次斯托克斯偏振測量的新方法。

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容

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Q：羅切斯特大學光學所不僅是美國第一個專門致力于光學研究和教學的教育項目，目前也是美國三大光學研究中心之一。作為如此著名的光學所負責人，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光學研究所的發源地？與亞利桑那大學光學科學學院和中佛羅里達大學光學與光子學學院相比，您認為羅切斯特大學獨特的魅力和特點是什么？此外，您能否介紹一下光學所未來的發展計劃？

A：羅切斯特大學光學所是美國最初致力于光學研究的學術項目和研究機構，它成立于1929年，是為了滿足美國本土培訓光學科學家和工程師的國家需求。令我們感到自豪的是，該研究所的畢業生在圖森建立光學科學中心上發揮了重要作用。該中心后來更名為詹姆斯·萬特（James C Wyant）光學科學學院。我們獨特的吸引力包括：盡管是一個相對較小的教育中心，卻能夠連接巨大的光學科學和工業活動網絡。因此，學生們可以很好地了解彼此和教授們，同時他們也能在我們更大的網絡中與其他人建立聯系。該網絡包括物理、化學和電子/計算機工程等其他學科部分、研發中心（例如激光能量學實驗室和視覺科學中心）的光學研究人員以及我們工業協會計劃的成員。我們的發展計劃包括擴大核心師資隊伍、擴大工業聯合項目，以及我們跨學科光學碩士教育（HOME）計劃的持續創新。

圖3：從Goergen大廳方向看羅切斯特大學光學所夜景

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Q：您是羅伯特·霍普金斯光學設計與工程中心的創始主任，您能簡要介紹一下該中心嗎？您如何看待中心目前的發展？未來您對它有什么期待？

A：霍普金斯中心是由光學工程師和企業家John Bruning慷慨捐贈建立的，以此紀念光學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代設計、制造和測試工具引入本科和碩士教育。之前由Bentley教授和Kruschwitz教授所執教的鏡片設計和鍍膜設計課程最具獨特性、也是世界最優秀的課程之一，現在該中心由Jannick Rolland教授領導，她是自由曲面光學領域的先驅，并在羅切斯特大學和北卡羅萊納大學夏洛特分校建立了自由曲面光學中心。

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Q：諾貝爾物理學獎獲得者Gérard Mourou與Donna Strickland都曾在羅切斯特大學學習或工作過，很多光學翹楚也都從該校畢業，您覺得羅切斯特大學為他們提供了哪些條件使其能夠獲得成功？

A：Donna Strickland獲得諾貝爾獎的工作是她在羅切斯特大學讀博期間完成的，當時她在激光能量學實驗室的Gérard Mourou研究小組工作。這項工作在很大程度上結合了Gérard Mourou和Donna Strickland的精力、創造力和辛勤工作，以及他們對經典光學、光學工程和物理光學的透徹理解。

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Q：您是《現代光學期刊》的主編，您認為負責一本雜志的優勢和挑戰各是什么？

A：優勢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。《現代光學期刊》是一本國際化期刊，我們會收到全世界各個國家從事光學研究者的投稿。挑戰就是對于有如此多的以英語為第二語言的貢獻者（作者和審稿人）如何保持高寫作標準。

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Q：您發表了95篇學術論文，出版了3本書籍，編輯了4卷光學百科全書。您有一篇論文在《光學快報》25周年發表的前10篇被引次數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年輕科學家有什么建議？

A：我的建議是尋找尚未被證實的原創想法，避免純粹地追求在高影響力期刊上發表作品。我們關于圓柱矢量光束方面的工作在《光學快報》尚未具有高影響因子前就已發表。Strickland和Mourou的工作也發表在有著良好聲譽但不過分強調引用次數的期刊上。無論在哪發表，只要文章夠好，都會被閱讀和欣賞的。

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Q：您曾擔任多維顯微鏡年會（西部光電展）主席，您能夠給科研人員一些關于如何做好學術報告的建議嗎？

A：首先一定要花時間向你的聽眾解釋為什么這個話題對你或者對他來說很有趣。你可以在展示幻燈片時說：這很重要（或有趣），因為......，因為如果它不重要或者無趣，可能你就不會將它列進去。

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Q：您積極參與眾多國際學術組織，如：美國光學學會、國際光學工程學會、材料研究學會、美國物理學會。您認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學會和國際光學工程學會相關，這兩個學會在建立專業關系網絡和培養學生方面都是非常杰出的組織。他們有能力將從事光學領域不同子方向的科學家和工程師組織到一起，如果離開這兩個學會他們可能永遠不會聚首。材料研究學會和美國物理學會在我的職業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所和許多光學研究所的工業協會都有技術合作。您認為科研和產業化兩者是什么關系？

A：我認為如何解決市場中的難題對于科研人員來說非常重要。解決前沿科學問題可以發表高質量文章，但是對高品質的商業和醫療技術貢獻最大的往往是那些極其簡單和巧妙的解決方案。

圖4：Brown教授率領羅切斯特代表團前往華盛頓特區，參加光子學產業峰會

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Q：作為一名導師，您培養了很多學生。您最希望學生具備什么能力？

A：學生最重要的品質是勤奮努力和愿意去學習除了其職業生涯下一步所必需以外的知識。20年前學的知識可能會在未來的工作中發揮重要的作用。

圖5：在Brown教授的光學入門課上，一個學生正在欣賞光學鏡片

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生涯中令人難忘的困難時刻或挑戰嗎？您是如何克服它們的？

A：我做了一些科學研究是因為它們很有趣，但當時似乎很多人對此并不感興趣。例如：我在寫博士論文時一直在尋找用晶體硅制造高效發光發射器的方法。這是Dennis Hall教授所負責的一個大團隊的研究內容，Dennis Hall教授相信在硅內部或者表面上集成波導和器件（類似于微電子學）是非常合理的，這也許是集成光學/光電子/電子學的未來發展方向。當時，除了羅切斯特大學外，很多人不認同這個觀點，所以這并不是一個熱門的項目資助課題。在過去20年里，硅光子學非常受歡迎，吸引了來自世界范圍內數十億美元的研究資助，政府和商業組織也成功地建立了工廠。三十多年后，晶體硅的高效光發射仍然是一個非常具有挑戰且很大程度上尚未解決的問題，但從整體上看，硅光子學的未來發展的確很有前景。

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Q：您為什么會選擇光學作為您的研究課題？如果沒有成為一名科學家，您想從事什么職業？

A：我最初對數學感興趣是在本科階段，但后來轉向了物理，這既是源于學校的高質量指導和建議，也是因為我喜歡關于數學的有趣應用。在我讀本科期間，我的一位物理教授花了一個學期在貝爾實驗室，研究新興的光纖領域。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實驗室（馬薩諸塞州沃爾瑟姆）選入參加一個暑期研究項目，這個研究小組致力于設計第一個實時交通光纖通信系統。后來我在這個小組全職工作，并意識到我想在光學領域發展自己的事業。這么多年過去了，我很難想象除了光學以外還有什么吸引著我，但是我想如果換個方向我也可能選擇去從事物理或者數學方面的研究。

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Q：您職業生涯中最大的轉折點是什么？

A：有幾個這樣的轉折點。我記得，有一次當我在匹茲堡機場轉機時，我在一張廢紙上草擬了一個方案，這個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。那是我進入偏振領域的起點，這是一段美妙的經歷。另一個是我重新進入硅光子學領域，領導AIM光子學的測試、組裝和封裝工作，這個決定向我打開了多扇通往奇妙領域的大門，讓我能夠與世界各地的優秀科研工作者一起工作。

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Q：在您的職業生涯中，誰對您產生過重大影響？是以何種方式？

A：我的導師，同時也是研究所前任所長Dennis Hall可能對我的影響最大，他是我學術上的榜樣，他耐心地培養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議。我把和妻子共進晚餐以及與孩子們的老師交流作為首要任務。我和妻子在家教了幾年孩子，我負責教孩子們數學和科學知識。

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Q：您的興趣愛好是什么？

A：我非常喜歡獨木舟和飛魚，喜歡戶外活動，尤其是在緬因州。

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Q：對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習。我們以前輩為榜樣，在個人能力和科研上不斷取得進步。

| Light科學編輯 |

王卉，現任中國科學院長春光學精密機械與物理研究所（長春光機所）國際合作處副處長，主要從事國際交流，科學傳播，國際人才合作等工作；曾任長春光機所與自然出版集團合作期刊 Light: Science & Applications的創刊英文編輯，在《編輯學報》、《國際人才交流》、 Light: Science & Applications等期刊發表文章20余篇，并應SPIE邀請在SPIE Women in Optics發表文章。她是Rose in Science活動發起人，也是iCANX Story（大師故事）欄目的共同發起人兼主播，曾采訪多位國際知名科學家，如諾貝爾物理學獎獲得者Donna Strickland、諾貝爾化學獎獲得者Jean-Marie Lehn，德國物理學會第一任女主席Johanna Stachel，IEEE光子學協會主席Carmen Menoni，澳大利亞科學院院士Chennupati Jagadish，英國皇家工程院院士李琳，埃尼獎首位華人獲獎者王中林院士等。

| 翻譯 |

于存，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所（長春光機所）國際合作處職員，主要負責中白國際創新中心外聯、俄烏白國際合作與交流等工作；在《國際人才交流》、 Light: Science & Applications雜志上發表多篇文章；中科院科技翻譯工作者協會會員。

姚東，博士研究生學歷，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所副研究員，碩士研究生導師。本科及碩士畢業于北京航空航天大學，博士畢業于中國科學院大學。主要從事航空多維度目標特性精確遙感研究，實現光譜視頻遙感技術和偏振超分辨技術的關鍵技術攻關，并開展遙感目標特性解譯方法研究；同時在高精密三維形貌測量領域探索新方法和新技術。迄今發表論文7篇，獲得授權專利10項；主持國家級和省部級科研項目7項。目前擔任 Applied Optics期刊審稿人，中國光學工程學會高級會員。

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