会唱歌的人一定要唱自己的歌。

—— 王小波

感谢殷超老师的邀请，作为LLP的青年科研人员、LLP实验室的十年铁粉，谈谈自己的科研方向、学习心得。

十年前，2011年，也正是这三月份上海一年一度的慕尼黑光博会期间，那时我在中国工程物理研究院读研究生，带着课题组的任务来上海参加光博会，同时到LLP实验室找钱列加教授请教几个我们在实验中遇到的难题。从交大思源门沿着南洋南路走到实验室楼下，一路河岸郁郁芊芊，鸟声啁啾；至今记忆犹新。

来年，我来到LLP读博、工作。选择科研，喜悦有时，挫败更多；但科研工作的魅力在于，随着时间的积累，所有失败的尝试都能带来思维能力的又一次进阶，并最终内化为自身的科研“灵感”，成就好的科研工作。除了思维进阶能带来的本能喜悦，在LLP做科研，这里有高校从事强激光和强场物理研究的顶配实验条件和豪华导师团，跟着高手学习、工作；并在其中融入自己的智识，一起解决科学前沿的若干关键难题，怎不惹坚心？

本文分为两部分，第一部分简要介绍我的科研方向——强激光技术，期待更多的研究生加入强激光队伍，为我国的强激光装置发展贡献智识。第二部分，有感于正在攻读博士学位的学弟学妹们表达的一些困惑，以学姐的身份谈谈如何面对研究进展不顺时的情绪问题。

可摘星辰的强激光

强激光在国家安全、先进能源和重大科学前沿研究中均有着重要的应用价值。一方面基于“超强”的特性（峰值光强可达10²³ W/cm²），可以在实验室内创造前所未有的超高能量密度、超强电磁场的极端物理条件，推动了激光聚变、等离子体粒子加速、实验室天体物理、核物理等前沿科学研究与应用的发展；另一方面基于激光脉冲“超短”的特性（10^-15 秒），可以对原子、分子运动水平上的超快过程成像、诊断和操控，在化学、生物学及医学领域具有重大应用价值。

强激光装置的规模与性能已成为一个国家科研实力的集中体现和典型标志。目前，世界各科技强国积极部署的强激光装置主要分为三类。第一类是面向惯性约束聚变的高功率激光装置，典型代表是美国LLNL实验室的国家点火装置(National Ignition Facility, NIF)，法国在建的兆焦耳装置(Laser Mega Joule, LMJ)和已投入运行的中国神光系列装置。

第二类是以探索极端物质状态下科学未知为主要驱动的超短超强激光装置，借助于啁啾脉冲放大（Chirped-Pulse Amplifcation，简称CPA）技术，峰值功率相比上述窄带纳秒激光装置提升若干个数量级，已达十拍瓦(10¹⁶ W)；下一步的科学目标是实现激光峰值功率10¹⁸ W，聚焦光强10²³-10²⁴ W/cm², 揭开强场科学发现的新纪元。2018年度诺贝尔物理学奖的一半授予了法国科学家Gerald Mourou和加拿大科学家Donna Strickland，以表彰他们对激光强场物理的奠基性贡献。

第三类是以高重复频率为基本特征的高平均功率激光，这也是大国军事领域的竞争焦点之一。

我的研究方向为超短超强激光技术，并聚焦强激光的脉冲质量（脉冲信噪比）问题，研究噪声机理并探索降噪技术。啁啾脉冲放大CPA解决了飞秒激光的放大问题，使得单束激光有能力输出十拍瓦的峰值功率，但也带来了复杂的时域和频域噪声问题。要将未来的百拍瓦激光有效地应用于量子电动力学(QED)等前沿科学实验研究，仅仅有超高的激光峰值功率是不够的，还要求主脉冲前沿的噪声光场强度小于靶的电离阈值（~10¹¹ W/cm²），为此要求百拍瓦激光（峰值光强~10²³W/cm²）的脉冲信噪比（主脉冲与时域噪声的强度之比）达到10¹²量级, 这是对强激光技术的巨大挑战。

在噪声机理层面，架构于啁啾脉冲放大CPA技术的超短超强激光有着不同于传统激光的噪声产生机制。由于“啁啾”将信号激光的光谱(ω)“平铺”在时间轴(t)上，使得系统各类光学缺陷直接烙印在信号光谱上，产生了一类全新物理本质的寄生噪声，是制约当前超短超强激光应用效果的关键问题。目前国际上公认的5种寄生噪声，有4种由LLP实验室首次提出。

在降噪技术方面，LLP首次提出了带内滤波(In-band noise filtering)的概念，由此解决“超短超强激光有着与噪声光谱相当的超宽光谱范围，因此无法通过传统的光谱滤波技术滤除”的难题。实验构建了具有“空间(x)-光谱(ω)”二维滤波函数的光学带内滤波器，并将这一“带内滤波器”应用于强激光光参量啁啾脉冲放大系统，滤除了约40倍的带内噪声，首次实现了对超高信噪比（10¹¹）脉冲的低噪声放大。

浅谈读研困惑：Less is More

这一部分有感于正在攻读博士学位的小伙伴们表达的一些困惑，谈谈个人观点。

谁人年少不轻狂，谁人读博不抓狂。毕竟，没有标准答案的考试才是最变态的考试。笑言保持快乐的诀窍是：保持愚蠢，又不能知道自己有多蠢（搬自王小波）。而读研究生、读博，就是拿一张没有标准答案的试卷为难自己，让自己怀疑自己的智商（研究能力）、情商（表达能力）、逆商（持续无进展还要斗志昂扬）的过程；而且绝不轻易放过自己，一修炼就是四年，也可能是八年。而对于女博士，毕业时收获的不仅有博士学位证书，社会还附赠一张“灭绝师太”证书。这就是网络上大家乐意转发的“博士生存状态”。戏谑又不乏真实。

“难”的真实。除了几颗被上帝亲吻过的脑袋，实验得不到预想的结果，偏离理论预期的新问题层出不穷算是家常便饭；做完实验写不好文章，写了删，删了写，衣带渐宽人憔悴，下笔成文终不会。“隐秘的挫败感”和自我否定的情绪逐渐干扰学习节奏，当然也吓跑科研灵感。

实则，“难”是一种主动选择。求学容易，探索难。科研好比是个人思维能力进入到大自然物理规律腹地的“野外生存”活动，连“辨别方向”都非日积月累的经验不可达。我的个人观点是，带着这样的心理准备和科研的“难”和解；与此同时，认识部分负面情绪的“冗余”，一键清除冗余。Less is more.

我还记得当年大学期间在毕业季的一句狂言“我觉得，人生最好的年纪就是所有的行李一只旅行箱就能装下的年纪。” 现在35岁的我觉得这句话经得起时间检验，在此分享。珍惜可以专心致志不受打扰地学习/实验时间，在读文献、做实验、做模拟的过程中将基本能力具备完足，在此之前无‘挫败感’可言；在此之后科研灵感自会涌现。