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刘学静的光和梦

2023-01-07马梦珂

科学中国人 2022年20期
关键词:进动干涉仪纳克

马梦珂

刘学静

光,是地球生命的来源之一,是梦想与希望的代名词。对刘学静而言,更是如此。从本科踏入光学工程专业大门的那一刻起,刘学静就身体力行地追逐光、靠近光、成为光并发散光。

当刘学静开始认真思考未来要做什么时,她才忽然发现,不知何时起,身为大学教师的母亲已在她心底种下了一颗有关科学梦想的种子。带着些许憧憬、些许迷茫,刘学静叩响了光学殿堂的大门。在最迷茫、最无助的时刻,她曾一度怀疑自己的坚持是否正确——直到进入博士学习阶段,曾经横亘在刘学静与光学工程之间无形的隔膜悄然消逝了。她不再踌躇、不再怯懦,开始真正感受光学工程的魅力,并越发沉醉其中。

刘学静的博士阶段几乎都是在房建成院士的课题组中度过的,在她的印象里,课题组里的同伴们一个赛一个的优秀。“与大家的交流使我获益匪浅。”回想起那段忙碌而激情的日子,她不无感激地说,“房院士为大家创造了一个非常自由的科研环境,也是他让我接触到了脑磁测量这一光学领域的前沿方向。”刘学静的另一位恩师是博士生导师靳伟教授,虽然他所研究的方向与刘学静不同,但却是一位能够为指导学生而专程跑去实验室“补课”的导师。两位恩师的精神风貌始终激励着刘学静,令其以柔和又坚韧的态度影响着下一代的同学们。

当谈论起自己热爱的科研,刘学静一改先前的紧张,以放松且自信的语气向记者介绍着:“我们的大脑会产生脑电波,而有电就会有磁,只是这种磁场十分微弱,要观测这种信号需要非常特殊的环境,如果用光纤萨格纳克(Sagnac)干涉仪也许能让脑磁信号服务于更多的场景。”光纤萨格纳克(Sagnac)干涉仪具有互易性的光路,在小型化、高灵敏度和高稳定性方面具有独特优势,常用于制造卫星的定位导航系统,后来则被发现其不仅能够测量物体移动速度和实时位置,且能够测量温度、应力、磁场等。在生物医学领域,要想提前诊断出癫痫等脑部疾病,测量脑电波是最为有效的手段之一,但传统脑电波测量手段需要将特制的电极插入患者的皮肤中,往往会增加患者的痛苦。刘学静期望有朝一日能够实现B超、核磁共振这样的无接触式疾病诊断技术,在减轻医生工作量、降低患者看病成本的同时,免除患者不必要的痛苦。

这在理论上是可以做到的,前提是突破脑磁测量需要的高灵敏度和高分辨率磁强计阵列技术瓶颈,使无接触式脑磁测量取代接触式脑电波测量。攻读博士学位期间,刘学静曾在前人研究基础上,采用光纤萨格纳克(Sagnac)干涉仪测量原子自旋进动信号,并成功应用到无自旋交换弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free,SERF)原子磁强计中实现了磁场测量,证明了采用光纤萨格纳克(Sagnac)干涉仪具有比传统原子自旋进动检测方法更好的稳定性。如今,加入上海理工大学的刘学静在学校的支持下,进一步提出了原子自旋式全光纤磁强计及其超弱磁场测量方法,将碱金属原子引入光纤中,使原子在光纤气室中完成原子态的极化和在磁场中的进动,并利用光纤萨格纳克(Sagnac)干涉仪进行进动信号的检测。虽然这些都不是足以令人拍案叫绝的成果,但却是通往成功的道路上一次次可贵的尝试。

“使光纤萨格纳克(Sagnac)干涉仪能够测量极微弱的磁场,然后将这种技术应用到生物医疗领域”是刘学静的梦想,也是一条漫长而艰难的道路,许许多多科技工作者都在为这一目标奋斗着、拼搏着。她说:“我可能只是其中的普通一员,但无论怎样,这是我自己的目标和心愿,我希望能尽自己最大的努力向这一目标靠近。”

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