2021年12月2日，国际顶刊《Science》发布了一篇名为《Continuous-Wave Frequency Upconversion with a Molecular Optomechanical Nanocavity》（《基于分子光力纳腔的连续光频率上转换》）的论文，展示了如何在分子腔光力学这种新的机理下实现中红外到可见光的连续光相干频率上转换。

身为论文一作的陈文，在攻克同一项目的六大欧洲顶尖课题组中脱颖而出，率先拿出成果。这一成果不仅开创了纳米光子学的研究新方向，也为商用红外探测器的研发提供了新的思路。

虽然他当时就职博后的瑞士联邦理工学院（EPFL）尝试挽留，但陈文还是选择了回国，投身飞速发展的中国光学科研浪潮中，成为华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室的一名研究员，开启了对纳米光子学边界的新一轮探索。

在华东师范大学闵行校区的光学大楼里，我们见到了最近正在忙着新文章发布工作的陈文老师，深入了解了他的科研历程，并参观了他课题组所在的实验室。

 

凭直觉与光学结缘

麓邦：陈文老师您好，感谢您抽空接受麓邦的专访。相信不少读者都对您的光学科研之路的感兴趣，能否和我们讲讲，您是何时接触光学相关科研工作的？又是什么让您决心从事这方面的研究呢？

陈文：最早是本科做毕业设计时接触到光学，当时对物理学和科学的印象主要来自于教科书或讲义，我觉得光学是比其他方向更“酷”的一门学科。

 

图1 正在指导课题组学生的陈文老师（左） / 麓邦拍摄

 

因为光是一种我们大家都看得见，但是又很神秘的现象。它既能覆盖前沿的量子力学，也能在我们日常生活中接触到。当时导师选择也很多，我遵循了自己的兴趣，选择了光学方向。随着深入研究和导师的引领，我发现光学本身是一个庞大的领域，具有很多激动人心的研究方向。

目前我正基于此前纳米光子学的研究基础上，探索智能光子学等新方向，最近我们有一批阶段性成果，正在陆续准备投稿的阶段。

从瑞士EPFL到华东师大

麓邦：从武汉大学博士毕业后，您去了瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）从事博士后研究，EPFL作为全球顶尖的理工学府，在量子光学、超快光学和纳米光学这三个方向上，都是领先世界的，能跟我们说说在这里深造的经历吗？

陈文：博士毕业后，我开始寻找博士后职位，发现EPFL的一个导师的研究方向和我做的比较契合，在和他联系之后，就选择去瑞士深造了三年。

EPFL作为顶尖学府，确实令我开阔了眼界，每周都有来自MIT、哈佛、诺奖得主等各个领域全球顶尖科学家的报告，这些顶尖的学术交流活动，会让你对科研的认知有一个重新“校准”的过程。因为科研工作往往长时间内是没有即时正反馈的，所以需要一定的信息冲击，来让你感受到顶级的科研氛围是怎样的。

当时就学校背景而言，我并不属于顶尖的那一批，内心还是比较有压力的。不过后来我发现，不必为起跑线的差异感到焦虑，因为即便是在这样的顶尖高校，我也能发展自己的特色和优势。

据我在EPFL的导师所说，大家的状态都存在起伏，而我是组里少有的能将科研状态一直保持稳定高效的人。在EPFL深造的三年期间，我的科研成果有幸两度登上学校官网首页。

 

图2 陈文的科研成果登上学校官网首页 / EPFL

 

与此同时，我也发现很多顶尖学府科研者的思维并非遥不可及，真正天赋超群的人，比想象中要少得多。他们的做事态度和方法等确实给了我很多的参考和启发，最终决定成就的，是多个维度的综合表现，其中百折不挠的坚持是关键因数之一。

麓邦：您最后选择了回国，并加入了华东师范大学，能和我们说说这背后的学术原因或个人原因吗？

陈文：回国是出于各个方面的考量，其实EPFL因为我的个人成果，也曾挽留过，他们也都认为瑞士那边学术强、风景好，不理解我为什么要回去。但对我来说，在海外始终缺少一种心灵的归属感；与此相对，国内正处于快速发展的浪潮中，未来机会肯定是更多的。所以在我出国之前，我就已经下定决心最终是要回来的。

至于为什么会加入华东师范大学，首先我觉得上海这座城市的气候和生活节奏更适合我，而且作为国际化的中心城市之一，无论是生活还是接触世界前沿，这里都是最佳选择之一。

 

图3 精密光谱科学与技术国家重点实验室 / 华东师范大学

 

另一方面，我在出国之前就参观过华东师范大学的精密光谱科学与技术国家重点实验室。当时就觉得这个学校卧虎藏龙：在一个名字里带有“师范”的学府里，居然有一个专精于精密光学科研的光学大楼。

在我的博士生导师徐红星院士的推荐下，我最终选择了光学研究基础强的华东师范大学。

捅破分子腔光力学的窗户纸

麓邦：您2021年在Science上以一作身份发表了《Continuous-Wave Frequency Upconversion with a Molecular Optomechanical Nanocavity》（《基于分子光力纳腔的连续光频率上转换》）这篇论文，为分子腔光力学开辟了新的研究方向。您能跟我们讲讲这一成果从启发到成功的过程吗？

陈文：腔光力学主要研究光与机械振子之间的相互作用，过去这门学科已经在宏观腔、微腔上有了长足的发展，其中的一个关键应用就是相干频率转换。过去的前沿研究的主要集中在微波信号与可见光之间的转换，而更短波长的太赫兹到中红外波段的频率转换，则受限于机械振子的本征频率不够高。

而分子本身可以被看作是一种天然的超硬弹簧振子，其振动频率足以覆盖到中红外波段，因此能够用分子振动作为腔光力学频率转换，是一个当时未得到验证的设想。这一实验如果能成功，对红外光谱探测技术有着重要意义，将开辟许多新的应用。

 

图4 《分子光机械纳米腔的连续波频率上转换》/ Science[2]

 

这个理论设想最初源于我当时的合作导师，但在当时其理论的正确性和实验的可行性都是未知的，其项目风险高、技术链条长，因此当初项目是联合了欧洲顶尖的六个课题组合作攻关。科学家们往往面临的就是这种类型的难题，正如“原子弹最大的难度在于知道它是真的可以造出来”的说法。

在EPFL的3年里，我一直没有放弃这个课题，但前期的探索是漫漫长路，缺少正反馈。1年多以后，我都能感觉到合作导师不认为这个理论设想是实验可行的，建议我把精力用在其他课题上。

但我对这种意义重大的课题探索非常着迷，我觉得凡事应该有始有终，给自己的海外科研生涯一个交代。为了完成这个课题，我对纳腔制备、光学设计等多个方面进行了更系统的探索与积累。

最终我是幸运的，在3年之后的一天深夜，第一次测到了远超预期的清晰信号。在向合作导师还有项目合作者展示成果时，大家的反应和我那天深夜一样——带着激动和几分难以置信，我想这就是科研的魅力吧，它激励着大家不断挑战科研的高峰。

 

扩展纳米光子学的边界

麓邦：您目前主攻的是纳米光子学，能为我们介绍一下您和您的课题组目前着重发力哪几个研究方向吗？

陈文：我的研究主要涉及到两个方面，一方面是把过去纳米光子学，特别是纳米光腔的各方面性能做到极限。光学腔一直是光学领域发展的核心主线之一。在过去，宏观光腔和微腔都得到了深入而系统的发展，因而带来了众多重大科学与技术的突破。

但是纳腔这个方向的研究还是有所欠缺，因为纳腔就涉及到原子级的表面，而现如今人类对于原子级的操控能力还处于初级阶段。所以基于纳腔相关的应用还是可以继续向前发展，包括探索近年来兴起的，基于更小的皮腔的研究。

 

图5 原子皮腔的光动力学特性研究 / 陈文

 

另一方面我想做一些未来能对接潜在市场需求的研究，比如解决纳腔性能好但稳定性差的问题。比如通过将AI模型与高通量光学成像相结合，省去传统耗时费力的人工光谱表征流程，做到对纳米结构光学特性的即时预测、识别与筛选，从而构建更稳定、可靠的高性能纳米光子器件。

麓邦：从我们近期走访的一些课题组也发现，不少光学研究都开始在加快与AI的结合，比如您刚才提到的其中一个方向，您近期的项目是如何结合AI的？

陈文：我们的第一步是致力于解决我们这个研究领域存在的一些问题，比如纳腔样品性能差异大、筛选效率低，这些因素制约了我们这个领域迭代的效率。

 

图6 AI赋能纳米光子学 / 陈文

 

所以我们就搭建了一套全自动高通量测量系统，为AI提供数据基础，让AI去学习纳米光学内部的规律，从而训练出一个模型。另一方面，我们也在探索纳米光学器件在AI计算中的应用，比如构建新型计算单元系统等。

在我看来，目前大多数AI研究依赖于利用现有模型解决表面问题，大家很快就把容易的部分做完了，但尚未进入“深水区”。未来真正的挑战在于如何让AI与科学深度融合，引导研究范式的变革，而不仅仅是作为一种辅助工具。

工欲善其事，必先利其“器件”

麓邦：在每个科研项目中，选择合适的器件平台与选择课题方向、合作团队同样重要。那么您在科研项目中，是什么时候开始接触和使用麓邦的产品的，您觉得让您持续使用麓邦的产品的原因有哪些？

陈文：其实我在武汉大学读直博期间（2012年-2018年），就一直期待像麓邦这样的企业出现。因为那时候，我的选择要么就是到货慢、价格高的国外品牌，要么就是质量相对粗糙、设计不够丰富的国内品牌。

 

图7 陈文老师（右）带领参观实验室 / 麓邦拍摄

 

回国后，我就接触到了麓邦，发现产品性能各方面并不输国外品牌，甚至很多细节还会更好一点，价格也相对便宜。

基于我对显微光学仪器的研究和探索，我发现开发一个符合科研定制需求的光路系统，涉及到众多工程上的知识积累和技术技巧。要弄清楚其中每一个细节，对于广大光学研究者来说显然是沉重的精力负担。

而选择产品质量不好或不稳定的相关产品，会引入很多未知的负面变量，往往会在意想不到的地方极大拖慢实验进度。所以我选择麓邦的原因之一，就是我可以排除产品质量的问题，去专研其他的实验变量。当我追求一个系统的可靠性和性能有双重保障时，麓邦是我的第一选择。

 

图8 陈文老师课题组中的麓邦产品 / 麓邦拍摄

 

麓邦：您在国外深造期间，周边的同事们也会有器件选择上的困扰吗？

陈文：国外有不少类似的需求。我和外国同行们进行学术交流时，有不少人表示他们的光学系统是基于中国光学品牌的产品搭建的，性价比高，能够节省可观的经费去做更多的研究。

低头耕耘与抬头看路

麓邦：作为华东师范大学的研究员和博士生导师，同时也是国家重点研发计划项目的主持者，您对于想要在光学科研道路上精进的后来者，有何建议和寄语呢？

陈文：我觉得，低头耕耘和抬头看路都得做好。在博士和博后等前半程的科研训练过程中，确实要扎实练好各项能力，完成足够的科研积累，这是一场充满挑战的修行路，会筛选掉大量志不在此的人。但是，做到这一点也只是完成了基本功的建立。

而在另一方面，我们也要在更宏观的视角下选择和调整好自己的研究方向，深入思考自己所做的研究是否符合世界前沿、国家发展和市场需求的需要，避免用战术上的勤奋来逃避战略上的懒惰。这对独立开始做科研的工作者来说，更是应该重视的问题。

 

图9 接受麓邦专访中的陈文老师 / 麓邦拍摄

 

在过去若干年，因为历史红利等原因，纯粹按照自己的喜好埋头做自己的研究，也总会有足够的空白和相对较低的门槛来给你做开拓。而近几年中国在光学领域的发展取得了长足进步，这也使得各种赛道看起来变得越发拥挤和高门槛。

不过我们也应该看到新的机遇，那就是光学领域的发展越来越丰富和细分，科学前沿和市场需求也越来越精细化，因此，只要你在某个细分领域专研得更深一点，很可能就能迈入世界前沿。

发展至今，光学的很多领域也只是刚刚度过了粗犷发展期，未来是细致化的发展来服务逐渐成熟化的市场。无论是科研，还是产业，还有很大的机会。