在被誉为世界工厂的珠三角地区，超快激光已经成为走向高端制造的重要手段之一。得益于超快激光的“超短脉冲”与“超高峰值功率”特性，在半导体领域，超快激光可对柔性电路板进行无损切割；在航空航天领域，涡轮叶片上的气膜冷却孔为提升散热性能，同样需要飞秒激光来实现微米级的加工精度。

而在科研领域，超快激光始终占据着光电科学的最前沿。得益于调Q、锁模及啁啾脉冲放大（CPA）等一系列革命性技术的诞生与演进，近年来，超快激光在时间尺度、峰值功率和探测分辨率等关键指标上屡破极限，实现了质的飞跃。

怀揣着对超快激光前沿技术的好奇与探索，我们特邀南方科技大学郭亮副教授进行了专访。作为超快光谱与激光加工领域的学者，郭老师深耕于飞秒激光加工、飞秒光谱检测等研究。本次访谈相约在麓邦位于鹏城深圳的办公室内，我们与郭老师面对面，开启了一场关于‘光’的深度对话。

 

 

机械、化学与光学的跨学科融合

麓邦：郭亮老师您好，感谢您接受我们的采访。首先，我们想从您的科研生涯早期开始聊起，您是清华大学机械工程与自动化系毕业，当初为什么会选择机械这一门学科呢？

郭亮：其实机械并非我的第一志愿，我原本小的时候一直想从事建筑专业，后来阴差阳错进了机械系。不过机械是一个涵盖范围广泛的学科，只要你把基础打牢了，很容易做到跨领域的研究。比如我们组的研发方向以超快激光作为手段，所以必然涉及光学。针对激光加工这类应用，那必然逃不开热学与力学。

 

图1 郭亮课题组的飞秒光谱系统 / 南方科技大学

 

很多学科的原理，最终也都是殊途同归的。在机械中，我们经常会分析机械振动，或者用电子学的一些手段去探测信号，要分析这个振动的频谱，势必就需要去做傅里叶分析和滤波。这和我们研究飞秒激光，分析频谱相位、幅值，包括用滤波器得到相对窄谱的光，其实道理都是一样的。

麓邦：博士后阶段，您曾在美国加州大学伯克利分校化学系从事研究工作，能和我们讲讲这段经历吗？

郭亮：这段经历对我现在的研究至关重要。加州大学伯克利分校化学系常年稳居世界第一，地位无可撼动。他们深耕于物理化学领域，擅长利用核磁、光谱等手段对物质进行多维度的表征。特别是在超快光谱方向，该系历史上不仅诞生了众多杰出的科学家，更拥有极深厚的高端技术积淀。

我当时的研究课题为二维半导体中激子的多体耦合作用，主要就是与飞秒光谱打交道。同时我也抱着将前沿科学工程化的思想，通过借鉴他们的一些技术手段和思维方式，从而帮助我进行未来科研方向的扩展。

麓邦：您分别在美国普渡大学和美国加州大学伯克利分校从事科研工作多年，您觉得国内和国外在学术研究上最大的差异是什么？您又是如何看待国外深造这条个人发展路径的呢？

郭亮：我个人感觉国外科研的“功利性”相对稍微会稍微弱一些，科研更多是靠兴趣和自由探索；国内因为科研人数众多，竞争激烈，所以往往需要更多地考虑应用、产业化或者政策导向。

国外因为完善的高等教育体系建立较早，所以在前沿科学上有所领先。但近些年，随着我们国家的高速发展，尤其是在大湾区等地区，这个差距正在飞快缩小。

无论是去国外攻读学位，还是去交流学习，我觉得现在并不存在哪个更好的说法，更重要的其实是换一个环境去体验不同的科研思维和文化。这对于开阔视野来说是有好处的，在国外确实能接触到不同课题组最前沿的研究方向，以及他们在应用角度上的一些探索。

麓邦：拥有多年美国科研生涯经验的您，选择在2018年全职加入了南方科技大学，当初为什么会想要回国，并加入这所院校呢？

 

图2 南方科技大学机械与能源工程系系徽 / 南方科技大学

 

郭亮：南方科技大学从立校之初的定位就比较有独创性，和传统国内高校不太一样。其次，南方科技大学地处深圳这个大湾区环境中，具备高新技术飞快发展的背景优势。当时国家也在加大科研投入，所以我感觉这是一个很好的时机，所以选择了回国加入南方科技大学。

 

超快激光研究的“硬件要求”

 

麓邦：说回您目前的研究方向，您的课题组目前在做哪些研究工作呢？

郭亮：我们组目前致力于两个方面的研究，一方面是借助飞秒超快光谱技术，研究微纳尺度的传热，比如声子输运，以及电子-声子耦合等，这些研究可以为半导体热物性测量、能源材料开发提供技术支撑。

另一方面是借助超快激光，做一些精密加工相关的研究，比如在柔性基底上制作图案化导电线路，在碳化硅内部诱导裂纹以辅助剥片等。

 

图3 基于飞秒激光改性制备的PDMS表面图案化铜线路（左）和皮秒激光诱导的4H-SiC内部裂纹（右） / 郭亮课题组

 

麓邦：据我了解，研究超快光谱和激光加工的课题组往往对实验设备有着较高的要求，请问老师您现在的课题组的实验配置是怎么样的？

郭亮：我们课题组现在拥有激光实验室和材料化学合成实验室，已经搭建好了飞秒光谱实验系统和激光加工实验系统。在飞秒光谱实验系统方面，目前有两台Light Conversion飞秒激光器、一台Spectra Physics飞秒激光器、一台安扬飞秒激光器，还有一台Spectra Physics纳秒紫外激光机器。此外，我们还有脉冲整形器、冷却腔、光谱仪等设备，可以满足飞秒光谱、激光加工、材料合成等相关实验的需求。

麓邦：除了这些大型仪器外，各种光机件也是光学实验不可或缺的一部分，请问老师您在实验过程中一般会用到哪些麓邦的产品呢？

郭亮：我们课题组经常用到麓邦的镜架、镜片等元件，尤其是同轴系统相关的产品。而且我们也注意到麓邦的产品种类一直在持续扩张和升级，也比较愿意虚心听取客户建议。我之前也和麓邦有过几次横向合作，参观过长沙麓邦的总部，能感受到麓邦对于研发资源的投入还是很大的。

 

图4 2020年郭亮课题组组织参观CIOE LBTEK展台（左1：郭亮） / 南方科技大学

 

麓邦：您觉得超快光谱、激光加工等方向，还存在哪些技术门槛和落地难点呢？

郭亮：目前超快光谱的技术门槛还是很高的，尤其是测量方面。比如测量脉宽、测量频谱相位、测试与材料作用过程中的损伤阈值，以及如何去调控光斑形貌、调控脉冲波形等，都需要专业的技术。

比如我们组在研究的光谱热测量方法——瞬态光栅光谱技术，相应产品在国内是有所欠缺的。尽管利用这一光谱技术做研究的课题组并不多，但我们还是希望国内公司去做一些前瞻性布局。

麓邦：随着超快激光的研究开始往阿秒等更短的极限发展，您是如何看待这一趋势的呢？

郭亮：对于阿秒激光的相关研究，由于成本和人力原因，目前还是更适合拥有大科学装置的国家级实验室开展研究，比如位于东莞的松山湖材料实验室。但随着国家的持续投入，相信会有越来越多的城市具备这样最前沿的实验条件。

 

逻辑思维和兴趣，跨学科研究的驱动力

麓邦：我知道郭老师的课题组目前也在持续招收博士和硕士研究生，针对咱们这样一个机械、材料、化学、光学多学科交叉的课题组而言，您对于学生的要求是什么呢？

 

图5 展示研究成果的郭亮课题组 / 南方科技大学

 

郭亮：相比学生原本的学科背景，我更看重的是他们的逻辑思维能力。如果具备良好的逻辑习惯，即便最初并非出身光学领域，也能迅速将已有知识融会贯通，并将其延展到新的研究方向。

麓邦：您是如何看待做学术与做工程之间区别的呢？

郭亮：对于做工程而言，追求的更多还是在量产产品的一致性，但对于学术科研而言，我们的目标往往是突破现有的边界，由各种天马行空的想法驱动，往往不必过多地考虑成本因素。

麓邦：其实不少工程学科的学生，都会有尽早就业还是继续考研深造这样的一个焦虑，尤其是像深圳这种激光加工企业林立、就业机会繁多的城市。您是如何看待学生对于个人发展方向的一个选择的？

郭亮：我认为，科研生涯能达到怎样的高度，归根结底取决于‘兴趣’这一核心驱动力。只有真正热爱，你才会因为掌握一项新技术、攻克一个新难题而获得纯粹的成就感——这种精神上的满足，足以让你超越对短期就业的焦虑。

这其实也是一种价值取向。我身边许多优秀的学者，如果投身企业，同样能成就一番事业。但他们依然选择坚守在实验室，正是为了那份探究未知的热爱。

我之所以投身超快激光领域，也是始于这份初心。光学的自由度极高，光与物质相互作用的机制更是千变万化。在这个领域，你总能遇见意想不到的现象，每一天都在探索新的未知，而非重复昨日的劳动，这就是它最大的魅力。

麓邦：对于仍有心在学术领域进行深造的后辈，您有什么经验是可以分享的吗？

郭亮：我认为，做科研最忌讳的就是急功近利。它与我们熟悉的考试截然不同，考试追求的是在短时间内给出一个标准答案，而科研则是一场漫长的探索，注定伴随着不断的试错、修正与迭代。我们需要做的，就是摒弃杂念，保持定力，聚焦于当下的课题，在日复一日的打磨中寻求突破。