科学家实现光学模式劈裂的精确控制，构建合成频率维度和频率镜子，为高维物理和拓扑物...

跑步时的“摄影师之眼”

研究伊始，他们主要以理论计算和仿真验证为主，后面则以芯片加工和实验验证为主。期间，他们设计了将近 500 种不同参数的齿轮结构，累计加工 1000 多个齿轮结构器件，并对它们进行测试。

依据大量实验数据，他们针对仿真模型、芯片设计和加工参数，进行了多次优化和迭代，最终得到了理想的仿真模型和实验结果。

期间，他们也曾尝试开展关于构建合成维度的实验。但是，其中很多机理和细节，他们并没有完全搞清楚。

“考虑到芯片设计的诸多细节以及加工难度，我认为这个实验不能速成，所以几次跟王老师说‘需要时间’‘做不了’。最终，我们决定把这个实验拆分出来，后续再做。”本次研究相关论文的第一作者张珂表示。

随后，在处理数据和完善实验结果的同时，他们开始针对已有成果写论文。

在论文投稿时，审稿人认可了本次成果的领先性，但也指出本次研究缺乏更多的应用内容，因此受众面窄、影响力不够，所以初审意见是一致拒稿。

张珂表示：“收到审稿意见之后，我和导师王骋教授以及论文共同一作陈逸堃博士生进行了讨论。我们一致认为需要做一些应用，来让这个成果更有说服力。”

考虑到在非线性光学、以及光频梳整形上，光子晶体环形谐振腔结构的应用已有先例，于是他们决定采用光子晶体环形谐振腔渐变结构，在各向异性材料上构建合成频率维度以及频率镜子。

这也和张珂的博士研究课题《基于纳米铌酸锂芯片的电光频率梳产生》有着高度相关性。然而，合成维度频率镜子的构建是一项异常艰巨的工作。

“这项实验本身太过于物理了（too physical），理论和实验都很难。目前有斯坦福大学 Shanhui Fan 教授团队和哈佛大学 Marko Lončar 教授（王骋教授博士生导师）团队实现过。”张珂说。

前人的这些工作都很棒，但是都无法实现频率镜子的精准控制。而本次研究中的基于光子晶体环形谐振腔结构的芯片方案，无论是在集成度上还是原理上，都更具有优越性。

幸运的是，他们仅用两个月就补完了实验，但是补实验的过程或许可以用煎熬来形容。

张珂说：“当时我们面临的困境是，合成维实验仍旧一头雾水，许多机理和细节仍然没搞清楚。而且芯片从设计到加工有许多变量，每个变量又有很多不用选择。”

这就导致最终方案有几百种，而他们只有两个月和几轮芯片加工的时间。这时，张珂必须从众多方案中做抉择。

当时，他做了几项调整：

首先，用三周时间来标定和调整芯片加工过程中的各项参数，同时只做一轮芯片进行前期参数验证。这看起来很奢侈而且是浪费时间，但事实证明这个决定为后来的实验“一遍过”奠定了基础。

其次，减少工作时间。那几周张珂用很多时间来打球、跑步以及独处思考，希望从纷繁复杂的参数和变量中找到关键因素。然而三周快过去了，他还是没有任何头绪。

事情的转机发生在第三周周末。那个下午他在学校边的公园一边慢跑一边看周围景色。花草、树木、建筑、夕阳。很美，但不够完美。但是当他跑到一个特殊位置时，这些不够完美的事物竟然组成了一幅非常和谐的画面。

“圈内人一般叫做‘摄影师之眼’。我停下来看了一会儿，突然意识到之前的实验环节我抓错了主要矛盾：太过于注重每个环节或者参数的完美而忽略了它们是一个整体。这其实就是钱学森钱老系统论的基本思想。”张珂说。

于是，当他又重新站到全局的角度来思考，很多事情就豁然开朗了。接下来的两周他们设计、加工、测试芯片，实验很顺利，也成功构建了基于新结构的合成维以及频率镜子。

“可以说那段时间的独处和思考给了我很多帮助，这和我前几天看的书《lead yourself first》中的很多观点不谋而合。”张珂表示。

对于新版本的论文，审稿人也非常满意，同意接收发表。日前，相关论文以《各向异性铌酸锂晶体中光学微谐振器的光谱工程》（Spectral Engineering of Optical Microresonators in Anisotropic Lithium Niobate Crystal）为题发在 Advanced Materials[1]，张珂博士是共同一作兼共同通讯，博士生陈逸堃是共同一作，王骋教授担任共同通讯。