心向科研 篤行致遠
——記上海理工大學光子芯片研究院副教授方心遠

蔡巧玉

習近平總書記曾說過：“青年是祖國的前途，民族的希望，是社會上最有朝氣、最富活力、最具創造性的群體。”為此，他曾提出一系列關愛青年科技人才的要求，目的就是要讓有理想、有情懷、有責任、有擔當的接班人永不斷檔。

作為上海理工大學光子芯片研究院的青年科研人才，1992年出生的方心遠從小就堅定了自己未來走向科研道路的決心。雖然年紀尚輕，但他通過在國內外科研院校的學習、積淀，在軌道角動量光束、全息、光學人工智能等研究領域建立了頗為寬廣的科研視野。“我們希望能夠集合在材料、光學、量子等方向有經驗的科研工作者，共同在光學與人工智能的交叉方向上，做出更多成績。”方心遠說。正是憑借這一信念，他在研究領域內探索不輟，發表了多篇具有影響力的文章，用實際行動在光學與人工智能研究領域發出了青年科技工作者的聲音。

順其自然的科研奮斗路

如今回顧起自己的科研之路，方心遠坦言自己一直都在竭盡全力、順勢而為。高中畢業后，他以優異的成績考入了南京大學，本意打算在金融學領域大展拳腳的他，被調劑到了材料物理專業，因此便在這一方向，開啟了自己全新的科研啟蒙之旅。

方心遠

“南京大學的材料物理專業比較特別，其使命是在新工科的背景下，為國家培養相應的科研人才。”方心遠說。大學本科的四載春秋，他在物理專業不斷打磨自己，這為他今后科研工作的開展奠定了堅實的基礎。

2013年9月，本科畢業后的方心遠順利進入南京大學固體微結構物理國家重點實驗室微納光學與超快光學實驗室繼續碩博連讀。這一階段，他師從肖敏教授、張勇教授，正式踏進了光學的世界，并于2018年12月獲得南京大學現代工程與應用科學學院光學工程工學博士學位。從本科對相關專業的基礎了解，到研究生對研究方向的深層認知，方心遠在科學研究中不斷成長。而一直以來，他最大的性格特點就是：只要發現了自己感興趣的科研方向，就會埋頭探索，沉浸其中。正是在這樣的性格驅使下，他關注到了軌道角動量光束這一具有極大發展前景的科研方向。

在方心遠的介紹下，記者了解到：在過去的幾十年中，帶有軌道角動量（O A M）的光束引起了越來越多的科研人員關注，在超高速光通信等領域顯示出廣泛的應用。而在踏入這一領域之后，他也希望能在這一方向研究中，形成屬于自己的科研特色。多年來，他在這一領域的奮斗之路從未止息。

一次契機下的科研成果創新

方心遠喜歡將科研視野放諸更廣闊的世界。在國內學習、探索多年，他內心最大的愿望就是走出去，接觸、了解一些領域內的更為先進的科研知識，而這一心愿終于在2018年得以實現。

彼時，還在讀博的方心遠在一次偶然的機會下看到了顧敏院士課題組在《科學》（Science）雜志發表的一篇前沿文章，就試著聯系顧敏院士，并順利取得了與世界頂級團隊短期交流的機會。2018年6月至2018年12月受國家留學基金委資助，方心遠赴澳大利亞墨爾本皇家理工大學，開始進行博士階段聯合培養學習，并受顧敏院士的指導開展研究工作。

加入團隊不久，顧院士便留給方心遠一個命題作業：螺旋光束能不能在全息場景下攜帶信息？方心遠想了兩周之后，告訴了老師自己的答案：“這是不可能的。”原來，這一課題按照現有的原理來推算的話，是根本不可能實現的一種假設，就好像是一道數學題，雖給出了“答案”卻根本沒有“推導過程”一樣。

“要不試試，讓布拉格衍射定律在傅里葉空間延伸？”一個月后，方心遠打破了自己的結論，有了新的靈感。過去，光的布拉格（Bragg）衍射和螺旋光束完全“不沾邊”，而由于傅里葉空間的軌道角動量偽色散關系，螺旋光成為了可操控的“同心圓”。通過科研探索，他們創造性地利用具有“螺旋”特性的軌道角動量光束作為光學全息過程中的信息載體，實現了世界上首個超寬帶的光學全息過程，為大數據信息時代提供了大容量全息術。他們研發的軌道角動量全息技術，不僅顛覆了全息影像的傳輸方式，更是為傳輸過程設置了“信息安全”的保護屏障，使得這樣酷炫的場景可以變為現實。

據方心遠介紹：“傳統全息顯示技術中，只能通過增加信號源的方法提升信息通道的數目以實現復雜的顯示效果，往往出現‘帶寬不夠’‘分辨率不高’等情況。而我們發現，‘螺旋程度’不同的軌道角動量光對應了同一信號源不同的信息通道，結合納米光子學技術，僅僅利用一個納米級的信號源便可以實現超寬帶的全息顯示效果。這就可以為大眾提供更優質的信息記錄手段和出色的視覺體驗。”在這一研究基礎之上，他們還將相關研究成果以長文形式發表在世界光學頂尖期刊《自然-光子學》（Nature Photonics）上。

柳暗花明的科研奮斗征程

在方心遠的心中，在《自然-光子學》上發表文章，是人生中一場開場即沖刺的中長跑，而“目的地”就是軌道角動量全息。在前人從未在這一方向中展開研究工作的背景下，他全身心投入到這一研究領域中，實現了這一領域從0到1的突破。

然而漫長的投稿過程，曾經讓方心遠身心俱疲。投稿一周后，S c i e n c e、Nature接連拒絕了稿件，兩周后，Nature Physics再次拒稿。在國外的每一天，方心遠都拼盡全力，在美麗的墨爾本，他甚至一天都沒有出去旅行過。一系列拒絕的結果，讓他備受打擊，甚至開始了自我懷疑。

然而轉機還是出現了，最終方心遠的文章被Nature Photonics成功接收，并以8個版面、無刪減的長文刊載了文章。雖然從投稿到被接收，歷經了7個月的修改與等待，但對于方心遠來說，一切都是值得的。最終，這位想要做“高水平科研”的年輕學者在只有9%命中率的頂尖科研雜志上寫下了他的名字。如今，回憶起這段人生中的難忘時刻，方心遠內心長舒一口氣，而他也用自己的實際行動證明了，只要堅持，所有的努力都是有回報的。

凡是過往，皆為序章。如今，方心遠把自己的視野放在了更長遠的未來。在他看來，要在研究領域有更加長足的發展，就要具備更加扎實深厚的專業知識和更加遠大的戰略格局。如今作為上海理工大學人工智能納米光子學實驗室特聘研究員，方心遠已經全職加入了顧敏院士的團隊。“我想要把軌道角動量全息這份‘作業’繼續做下去，在光學領域做深做實。”他說。

除此之外，在光子芯片領域，方心遠也展開了一系列探索。與傳統的微電子芯片相比，光學芯片速度更快、能耗更低，是業界看好的新一代主流芯片。為了推進高水平地方高校建設，打造世界一流的光學實驗室，上海理工大學正式成立了光子芯片研究院。如今作為上海理工大學光子芯片研究院助理院長，方心遠也希望能夠和團隊成員們一起打破學科壁壘，為光子芯片研究作出更多貢獻。

始于興趣，終于熱愛。因為父母都是老師，因此方心遠從小就選定了自己未來的道路：要努力學習考取博士，未來進入高校施展自己的科研抱負。雖然如今的方心遠已是領域內優秀的青年學者，但是他并沒有止步不前。“畢竟我還年輕，還要抱著學習的態度繼續往上走。”他說。科研之路漫漫，方心遠深知腳踏實地扎根在科研崗位上，全方位提升科研能力，一步一個腳印地走下去，才能成為一名更加成熟的科研工作者。縱然前路漫長，但他相信，對科研的熱愛會為他指引方向。