專家信息：

王海鳳， 男， 漢族，1971年10月生，江蘇人，中國科學院上海光機所光學博士，上海理工大學 光電信息與計算機工程學院教授，博士生導師，上海理工大學成像光學研究所所長，上海東方學者。

2001年底赴荷蘭代夫特理工大學做博士后研究，2003年轉到荷蘭阿姆斯特丹自由大學繼續作博士后研究。2005年1月被聘為新加坡科技局數據存儲研究所高級研究員，2008年升為項目主管，2010年升任研究科學家。2013年入選上海東方學者，回國后任上海理工大學光電信息與計算機工程學院特聘教授，博士生導師，成像光學研究所所長。現已在上海理工大學建立了超分辨納米光學成像實驗室和科研團隊（包括1位副教授、2位博士生和3位碩生），已開展多項具有國際前瞻性的研究，并在超分辨納米成像領域獲得重大突破。中國光學快報英文版(Chinese Optics Letters)編委，中科院上海光機所客座教授，美國光學學會會員。

教育經歷：

Optics, Optics, 1998-09至2001-08，中國科學院上海光學精密機械研究所，獲理學博士學位

Physics, Optics, 1995-09至1998-06，蘇州大學，獲光學碩士學位

Physics, Bachelor, 1991-08至1995-06，蘇州大學，獲物理學學士學位

工作經歷：

2013-03至現在， 上海理工大學教授,教學，科研

2005-01至2013-03，data storage institute，研究科學家.

2004-05至2004-12，中國科學院上海光學精密機械研究所，Guest.

2003-07至2004-05，Free University of Amsterdam，Physics and Astronomy, Postdoc.

2001-11至2003-06，Delft University of Technology，Applied Physics, Postdoc.

學術兼職及社會任職：

1.美國光學學會會員。

2.光學領域系列雜志的審稿人。

3.中國光學快報英文版(Chinese Optics Letters)編委（2014-2018）。

4.中科院上海光機所客座教授。

研究方向：

1.光的基本特性及其傳播和通信。

2.光學納米成像、表面等離子體納米光刻、光電池及傳感。

3.光束變換和光磁作用。

4.光與粒子及帶電粒子相互作用。

承擔科研項目情況：

主持新加坡數據存儲研究所重點攻關項目2項，參加歐盟項目和其他課題共5項。

資料更新中…… 

科研成果：

1.國際上率先從理論上提出了實現縱向偏振激光束的方案，為納米光學、非線性光學、激光加工等領域的發展提供了新的方法和動力。該理論文章已經發表在Nature Photonics上。受邀在laser & Photonics Reviews雜志發表了光學衍射極限問題的特邀評論文章。

2.國際上首次提出了利用光的偏振調制和位相調制實現接近λ/4的遠場聚焦方案，使得遠場分辨率極限達到λ/8。

3.受一區雜志 Laser & Photonics Reviews雜志主編的邀請，發表了題為 Fighting Against Diffraction 的突破衍射極限的特邀評論文章。

4.在國際上首次提出超分辨光學縱波的概念，發表在Nature Photonics 雜志上，并從實驗上產生和測量了光學縱波。長期從事超分辨光學納米成像研究，2010年受Laser & Photonics Reviews雜志邀請發表了克服光學系統分辨率極限、實現納米光學成像的特邀評論文章，并對納米熒光成像作了重點討論。

5.開辟了超分辨光針的研究方向，改變了人們對于光的認識，在基礎理論研究和應用研究領域都取得了重大突破。他發明的超分辨縱向偏振光針使得共焦掃描光學顯微鏡突破了100納米的可見光遠場成像理論極限限制。縱向偏振光概念的提出，實現了基礎理論上的突破，對納米光學、納米材料和器件的發展有著很大的推動作用。他建議把縱向偏振光束用于激光加工等，激起了人們對于不同偏振態光與物質相互作用的興趣，形成了新的研究方向。對超分辨成像進行了總結、歸納并指出了發展方向。 

發明專利：

[1]王海鳳,孟春麗,莊松林. 一種基于相位恢復的三維物體彩色再現方法[P]. CN110488590A,2019-11-22.

[2]王海鳳,林劍,莊松林. 測量任意偏振態小光束內部三維光強分布的方法[P]. CN106546324B,2018-06-29.

[3]王海鳳,林劍,莊松林. 基于表面等離子體直接測量縱向偏振光偏振態的方法[P]. CN106768345B,2018-04-06.

[4]王海鳳,林劍,莊松林. 基于表面等離子體直接測量縱向偏振光偏振態的方法[P]. CN106768345A,2017-05-31.

[5]王海鳳,林劍,莊松林. 測量任意偏振態小光束內部三維光強分布的方法[P]. CN106546324A,2017-03-29.

[6]王海鳳,朱厚飛,姜利平,劉玲玲. 一種基于切趾波帶片產生局域空心光束的方法[P]. CN105242404A,2016-01-13.

[7]王海鳳,姜利平,朱厚飛,劉玲玲. 一種超分辨光學管道的生成方法[P]. CN105242408A,2016-01-13.

[8]王海鳳,陳仲裕,干福熹. 位相型長焦深超分辨光闌[P]. CN1186674C,2005-01-26.

[9]王海鳳,陳仲裕,干福熹. 用于聚焦成像系統的透明光闌[P]. CN2452040,2001-10-03.

[10]王海鳳,陳仲裕,干福熹. 位相型長焦深超分辨光闌[P]. CN1293381,2001-05-02.

 

 

論文專著：

發表學術論文20余篇，其中一區論文3篇、SCI收錄17篇、EI收錄20余篇。合作出版國外專著兩部。

書籍章節:

[1] super-Resolution Optical Data Storage Using Binary Opitcs

Wang Haifeng*; Gan Fuxi

Data Storage at the Nanoscale Adwances and Applications, Gan Fuxi Wang Yang, Pan Stanford, 19-39, 2015.

[2] Optical Data Storage 

Yang Wang*; Yiqun Wu; Haifeng Wang; Mingju Huange; Yan Wan

Memory Mass Storage, Campardo,Giovanni;Tiziani,Federico;Iaculo,Massiom, Springer, 335-420, 2011-02-18.

代表性英文論文：

[1] Xie Fuming; Ni Yao; Wei Fang; Hai Feng Wang; Fuxing Gu*; Songlin Zhuang.Single-mode lasing via loss engineering in fiber-taper-coupled polymer bottle microresonators.Photonics Research, 2017, 5(6): B29-B33.

[2] Gu, Fuxing*; Cui, Hongbin; Liao, Feng; Lin, Xing; Wang, Haifeng; Zeng, Heping.Mode tailoring in subwavelength-dimensional semiconductor micro/nanowaveguides by coupling optical microfibers.Optics Express, 2016, 24(20): 23361-23367.

[3] Wang, Haifeng*; Lin, Jian; Zhang, Dawei; Wang, Yang; Gu, Min*; Urbach, H. P.; Gan, Fuxi; Zhuang, Songlin.Creation of an anti-imaging system using binary optics.Scientific Reports, 2016, 6: 33064.

[4] Xu, Jianghua; Jiang, Liping; Zhu, Houfei; Liu, Lingling; Hu, Jinbing; Wang, Haifeng*; Zhuang, Songlin.Experimental generation and observation of a super-resolution optical tube.Journal of Innovative Optical Health Sciences, 2016, 9(3): 1641002.

[5] Yikun Zha; Jinsong Wei*; Haifeng Wang; Fuxi Gan.Creation of an ultra-long depth of focus super-resolution longitudinally polarized beam with a ternary optical element.Journal of Optics A: Pure and Applied Optics , 2013, 15(7): 075703.

[6] Ye, Huapeng#*; Wang, Haifeng#; Yeo, Swee Ping; Qiu, Chengwei.FINITE-BOUNDARY BOWTIE APERTURE ANTENNA FOR TRAPPING NANOPARTICLES.Progress in Electromagnetics Research-Pier, 2013, 136: 17-27.

[7] Wang, Haifeng*; Sheppard, Colin J. R.; Ravi, Koustuban; Ho, Seng Tiong; Vienne, Guillaume.Fighting against diffraction: apodization and near field diffraction structures.Laser & Photonics Reviews, 2012, 6(3): 354-392.

[8] Novitsky, Andrey; Qiu, Cheng-Wei; Wang, Haifeng.Single Gradientless Light Beam Drags Particles as Tractor Beams.Physical Review Letters, 2011, 107(20): 203601.

[9] Wang Haifeng.Longitudinally polarized light and its applications in HAMR.STORAGE UNLIMITED, 2011, mica (p) no.: 094/08(JAN - MAY): 2-3.

[10] Lin, Jian*; Zheng, Wei; Wang, Haifeng; Huang, Zhiwei.Effects of scatterers' sizes on near-field coherent anti-Stokes Raman scattering under tightly focused radially and linearly polarized light excitation.Optics Express, 2010, 18(10): 10888-10895.

[11] Lin, Jian; Lu, Fake; Wang, Haifeng; Zheng, Wei; Sheppard, Colin J. R.; Huang, Zhiwei*.Improved contrast radially polarized coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy using annular aperture detection.Applied Physics Letters, 2009, 95(13): 1337031-1337033.

[12] Lin, Jian; Wang, Haifeng; Zheng, Wei; Lu, Fake; Sheppard, Colin; Huang, Zhiwei*.Numerical study of effects of light polarization, scatterer sizes and orientations on near-field coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy.Optics Express, 2009, 17(4): 2423-2434.

[13] Wang, Haifeng*; Shi, Luping; Lukyanchuk, Boris; Sheppard, Colin; Chong, Chong Tow.Creation of a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics.Nature Photonics, 2008, 2(8): 501-505.

[14] Wang, Haifeng*; Yuan, Gaoqiang; Tan, Weilian; Shi, Luping; Chong, Towchong.Spot size and depth of focus in optical data storage system.Optical Engineering, 2007, 46(6): 652011-652013.

[15] Wang, Haifeng*; Groen, F. H.; Pereira, S. F.; Braat, J. J. M..Micron-sized imaging system based on multimode waveguides.Optical Review, 2007, 14(1): 29-32.

[16] Wang, Haifeng*; Shi, Luping1; Yuan, Gaoqiang; Miao, X.S.; Tan, Weilian; Chong, Towchong.Subwavelength and super-resolution nondiffraction beam.Applied Physics Letters, 2006, 89(17): 171102.

[17] Yuan, Hong Xing*; Xu, Bao Xi; Wang, Hai Feng; Chong, Tow Chong.Roles and contributions of surface plasmons, evanescent modes and propagation modes for near-field enhancement of nano-slit.Japanese Journal of Applied Physics, 2006, 45(9A): 6974-6980.

[18] Yuan, HX*; Xu, BX; Wang, HF; Chong, TC.Field enhancement of nano-sized metal aperture with and without surrounding corrugations through resonant surface plasmons.Japanese Journal of Applied Physics, 2006, 45(2A): 787-791.

[19] Wang, HF*; Groen, FH; Pereira, SF; Braat, JJM.Optical waveguide focusing system with short free-working distance.Applied Physics Letters, 2003, 83(22): 4486-4487.

[20] Yin, JP*; Gao, WJ; Wang, HF; Long, Q.Generations of dark hollow beams and their applications in laser cooling of atoms and all optical-type Bose-Einstein condensation.Chinese Physics, 2002, 11(11): 1157-1169.

[21] Wang, HF*; Gan, FX.Phase-shifting apodizers for increasing focal depth.Applied Optics, 2002, 41(25): 5263-5266.

[22] Wang, HF*; Gan, FX.High focal depth with a pure-phase apodizer.Applied Optics, 2001, 40(31): 5658-5662.

[23] Wang, HF*; Chen, ZY; Gan, FX.Phase-shifting apodizer for next-generation digital versatile disk.Optical Engineering, 2001, 40(6): 991-994.

[24] Wang, HF*; Gan, FX.New approach to superresolution.Optical Engineering, 2001, 40(5): 851-855. 

中文期刊論文：

[1] 于穎,林大鈞,王海鳳.TIE和GS迭代算法用于生物細胞的相位恢復[J].光學儀器,2020,42(01):1-6.

[2] 劉忱,王海鳳.近場聚焦的納米散射結構研究[J].光學儀器,2019,41(05):47-52.

[3] 石鑫,王海鳳.法諾光柵的共振特性研究[J].光學儀器,2019,41(05):71-75.

[4] 劉韻杰,于穎,王海鳳.相位恢復算法在仿真與實驗上的研究[J].光學儀器,2019,41(04):42-47.

[5] 于穎,石鑫,劉忱,王海鳳.聲致發光技術進展與應用前景[J].光學儀器,2019,41(02):89-94.

[6] 張永軒,林劍,劉玲玲,王海鳳,莊松林.基于局域表面等離子體共振的近場偏振測量[J].光學儀器,2019,41(02):1-5.

[7] 孟春麗,王海鳳,劉韻杰,曾大奎.基于相位恢復的二維圖像彩色再現[J].上海理工大學學報,2019,41(02):143-148. 

[8] 蘇明生,張永軒,孟春麗,王海鳳.超分辨率納米聚焦系統設計[J].光學儀器,2018,40(06):61-64.

[9] 馬振新,王海鳳,劉仲之,朱厚飛.艾里光束的產生及對微小粒子的操作[J].光學儀器,2016,38(02):134-138+144.

[10] 朱厚飛,姜利平,劉玲玲,王海鳳.一種基于切趾波帶片產生局域空心光束的新方法[J].光學儀器,2016,38(02):149-153+166.

[11] 姜利平,劉玲玲,朱厚飛,王海鳳.實驗產生超分辨光學聚焦暗斑[J].光學儀器,2016,38(01):31-34+40.

[12] 朱厚飛,董祥美,馬振新,姜利平,王海鳳.三次相位調制參數對艾里光束的影響[J].光學儀器,2016,38(01):27-30.

[13] 林明超,王新,董祥美,王海鳳.基于手勢的自然用戶界面(NUI)在會議中的應用[J].光學儀器,2015,37(05):392-396.

[14] 陳仲裕,王海鳳.光盤系統中的光纖飛行頭應用[J].中國激光,2003(11):1041-1043.

[15] 王海鳳*; 陳仲裕; 干福熹; Wang Haifeng Chen Zhongyu Gan Fuxi (Shanghai Institute of.用相移光闌延長高密度數字化視頻光盤物鏡焦深的研究.光學學報, 2001, (10): 1260-1263.

[16] 李青會*; 孫潔林; 王海鳳; 干福熹.原子力顯微鏡對TeO_x薄膜中短波長靜態記錄點結構的分析.光學學報, 2001, (10): 1177-1181. 

[17] 王海鳳*; 干福熹; 陳仲裕; Wang Haifeng Gan Fuxi Chen Zhongyu (Shanghai Institute of.一種新型衍射超分辨光學器件.光學學報, 2001, (05): 593-596.

[18] 龔浩瀚; 劉誠; 陳大慶; 王海鳳; 姜錦虎; Gong haohan Liu Cheng Chen Daqing Wang Haifeng Jiang Jinhu (Physics Department, Institute of Science, Suzhou University, Suzhou 215006).激光散斑相關性和位移的關系研究.光學學報, 2001, (02): 211-214.

會議論文：

[1] Wang, Haifeng*; Chong, Chong Tow; Shi, Luping.Optical Antennas and Their Potential Applications to 10 Terabit/in(2) Recording.Topical Meeting on Optical Data Storage, United States, 2009 to 2009-05-13. 

[2] Xu, Baoxi*; Zhang, Qide; Yuan, Hongxing; Zhang, Jun; Ji, Rong; Chuah, Chong Wei; Daud, Sofinan Bin Muhamda; Lim, Yang Beng; Wang, Haifeng; Chong, Tow.Study of the thermal effect on slider in heat assisted magnetic recording.Optical Data Storage 2007, 2007-05-20 to 2007-05-23.

[3] Wang, HF*; Groen, FH; Pereira, SF.Parallel recording with optical waveguide array.Topical Meeting on Optical Data Storage, Netherlands, 2004 to 2004-04-21. 

[4] 姜錦虎; 沈永昭; 陳大慶; 王海鳳; 劉誠. 激光散斑相關性和位移關系的實驗研究.第九屆全國實驗力學學術會議, 中國,廣東省,廣州市, 2000-01-01. 

[5] 王海鳳*; 陳大慶; 謝蒙萌; 楊勇; 童青; 姜錦虎.跳動量的高精度測量技術研究.第九屆全國實驗力學學術會議, 中國,廣東省,廣州市, 2000.

[6] 姜錦虎; 王海鳳; 劉誠.數字散斑圖跟相關測量系統抗噪聲干擾能力關系的研究—提高相關測量精度途徑之一.第九屆全國實驗力學學術會議, 中國,廣東省,廣州市, 2000-01-01.

[7] 姜錦虎; 陳大慶; 王海鳳; 謝蒙萌; 陶智; 張熹.大錯位數字散斑干涉術.第九屆全國實驗力學學術會議, 中國,廣東省,廣州市, 2000-01-01.

[8] 陳大慶; 姜錦虎; 王海鳳; 楊勇.相關系統跟其抗噪聲干擾能力關系的研究—提高相關測量精度之二.第九屆全國實驗力學學術會議, 中國,廣東省,廣州市, 2000-01-01. 

榮譽獎勵：

1.2015年5月，被提名為科學中國人2014年度人物基礎研究領域候選人。

2.2012年，入選上海高校特聘教授（東方學者）。

 

 
超分辨成像之戰

——記上海理工大學成像光學研究所教授王海鳳 

看似偶然，三位光學超分辨成像領域的科學家摘取了2014年度諾貝爾化學獎。在這一領域的新原理、新技術還說不上“瓜熟蒂落”之時，諾貝爾獎評獎委員會就迅速做出了抉擇，著實出乎一般人的意料。

然而，同行學者都明白，突破光學衍射極限，解決了光學顯微成像長達一個半世紀之久的難題，這將為生命科學、納米科學等領域帶來根本性變革，科學意義非同一般。

于是，一個讓國人焦慮的問題隨之而來——在這塊剛剛進入公眾視野的科研“新大陸”上，要多久才能聽到中國的聲音？

事實上，早在多年之前，中國學者王海鳳的超分辨成像研究，就曾引起過國內外同行的集體矚目。 

追光溯源，是他永恒的信念 

1998年，王海鳳從蘇州大學物理系取得碩士學位，進入中科院上海光機所，師從干福熹院士，開始了光學超分辨領域的研究。之所以選擇這一領域，除了自身興趣，主要得益于導師的前瞻性判斷和引導。經過三年的埋頭鉆研，2001年，他與導師一起，首次提出了“應用位相型光闌實現長焦深超分辨無衍射激光光束”這一成果，發表在應用光學雜志上，解決了光學系統離焦球面像差的問題，確保物體離開物鏡焦點后，系統所成的像不再模糊。這既是科學問題，又是工程問題,為納米光學成像、光學相干層析顯微術和激光加工等領域提供了向縱深方向發展的新方法，目前已經被應用在相關領域。

博士畢業前夕，出于對前沿技術的渴慕，王海鳳主動聯系了歐洲荷蘭代爾夫特科技大學的布萊特教授。布萊特教授是歐洲光學領域的權威專家、歐盟光學協會的創始人之一，也是最早進行光盤系統、光學掃描系統成像的研究者之一。經過嚴格的面試，他接收王海鳳赴荷蘭進行博士后研究，參與歐洲第五框架下的大型項目。

在國內外頂尖專家的引領下，王海鳳博士的科技視野和專業技術得到了迅速提升。2014年末，他作為高級研究員被引進新加坡數據存儲研究所，并擔當了項目負責人和研究科學家。在新加坡，他申請了兩個基礎研究項目，仍然圍繞光學納米成像展開。而就是在這兩個基礎項目取得重大突破的同時，王海鳳的目光聚焦在了通過改變光的偏振態突破衍射極限上。經過研究室里廢寢忘食的日日夜夜，2013年，他終于帶著自己的研究成果和在國際同行中強大的學術影響力，翩然回國。 

尋求突破，沒有不可逾越的極限 

何謂衍射極限，突破它為什么有著至關重要的意義呢？

幾百年前，荷蘭科學家列文虎克利用自己搭建的顯微鏡發現了懸浮在水滴中的細小浮游微生物，從此打開了人類進入微觀世界的大門。隨著時代演進，依靠不斷進步的科學手段，面紗被一層層揭開，現代生物學和材料科學的發展對微觀結構的研究提出了越來越高的分辨率需求，我們寄希望于光學顯微無止境地“放大”下去，讓我們想看到多小就能看到多小，可以從分子水平揭示生命過程和材料性能的物理本質，也為此做出了種種嘗試，卻最終發現，在真理與表象之間，依然存在一道無法逾越的“墻”，這就是衍射極限。

從幾何光學的角度看，通過合理設計光學成像系統，光學顯微鏡具備實現任意放大倍率的能力。換言之，如果將光束的傳播軌跡看成幾何線條的話，利用光學顯微鏡可以將任意小的待觀測對象以無限的倍率放大，直到能夠被肉眼直接觀測為止。不幸的是，我們身處的世界在本質上是量子世界, 最終一切物質都必須用“波”的概念來描述，對光自然也不例外。

1873年，德國科學家阿貝提出了衍射極限理論：光是一種電磁波，由于存在衍射，一個被觀測的點經過光學系統成像后，得到的不是理想的點，而是一個衍射像，它是一個彌散的斑。如果有兩個點靠得很近，由這兩個點各自產生的彌散斑就疊加在一起，我們看到的就是一個彌撒斑。分辨率的極限大約為入射光波長的二分之一(d=λ/2)。可見光的波長通常在380～780納米之間，根據衍射極限公式，光學顯微鏡的分辨率極限就在200納米（0.2微米）左右。如果兩個物體的中心間距小于0.4微米，你看到的將是一個模糊的光斑。這就是很長一段時間內，光學顯微鏡的分辨極限。

此后，直到上世紀90年代，人們一直認為光學顯微鏡所能夠看清的物體的最小尺寸大約為光波長的一半左右，普通光學顯微鏡的橫向分辨率一般只能達到200nm,縱向分辨率約500nm。這對于研究亞細胞結構和分子結構已無能為力。在這樣的認識背景下，即便很多一流的光學科學家也認為，突破光學衍射極限在原理上是一件不可能的事情。雖然電子顯微鏡和原子力顯微鏡可以達到亞納米的分辨率,但是其只能對非活性離體細胞樣品進行觀測的缺點限制了其在生物領域的廣泛應用。如何利用光學方法突破傳統光學顯微鏡的分辨率極限進入納米觀測領域被稱之為“超分辨成像技術”，美國光學學會把它列為21世紀光學五大研究計劃之首，攻克它成為了光學顯微成像技術的一個重要挑戰和機遇。

王海鳳為我們介紹到“今年的諾貝爾化學獎所說的熒光超分辨率顯微技術，實際上是指借助于光與物質相互作用產生的奇特效應來突破光學衍射極限。利用熒光分子作為成像對象的標記物，熒光分子的特性是可以被一束波長較短的光束激發，然后發射出波長較長的熒光。正如我們覺得暗夜中穿著熒光衣的人特別顯眼，熒光標記使得我們感興趣的觀測對象在復雜的生物結構中脫穎而出。然而，使用熒光材料產生有效的納米尺度光源，只適用于生物成像，對于更廣泛的光學成像不適應，比如對工業CPU的納米尺度結構來說，集成電路很難進行熒光處理，像利用熒光材料和生物分子一樣的相互作用，在工業上進行實時分析更是做不到的。而我們的目標就是，開發出一套超分辨光學成像技術，適用于納米集成芯片的光學成像。” 

有的放矢，光學縱波“第一人” 

目標既已鎖定，剩下的就是全情投入戰斗了。

在新加坡做研究時，由于在西方的學術影響力，《激光與光電子評論》雜志邀請王海鳳寫了一篇評論文章，文章中，王海鳳博士對衍射現象及其在光學成像和光束傳播過程中的作用進行了分析，對當前的超分辨技術、納米成像技術和無衍射光束技術進行了分析、歸納和總結，指出了目前各種光學納米成像技術的不足點，為以后光學納米成像領域的發展提供了借鑒，預測了未來可能的發展方向，題目叫做《與衍射做斗爭》。這個題目，基本上就是他多年來科研經歷的真實寫照。

“研究光必須要研究其本質，光究竟是什么東西，這個東西一直困擾著我們，雖然在各個領域的應用非常多，但是光到底是什么物質，它的偏振態是怎么產生的，如何改變它，如何通過改變光的基本特性來實現更高分辨率的成像？這是我一直思考的問題，包括光的電場和磁場的分布和指向，如何去改變和利用？”

根據麥克斯韋方程的描述，光波的振動方向，即電場和磁場的振動方向都與傳播方向垂直,而在研究中，通過反復的計算和試驗，王海鳳逐漸確信，光束的偏振態可以轉換為與它的傳播方向一致。這個結論一經發布，馬上引起了巨大的震動。

首先，這是與傳統思維相悖的，而這個突破來自于對光、光線、光束的理解。人們認為光是沿直線傳播的，光的偏振方向即電場振動方向與它的傳播方向垂直。這在宏觀條件即平面波的條件下是正確的,而對于有限尺寸的光束，它的偏振狀態其實是各個方向偏振平面波的組合，通過改變組合的成分，包括振幅和位相，可以實現偏振態的旋轉，讓其與傳播方向保持一致。

其次，具備廣泛的社會價值。突破了衍射極限，意味著實現更高分辨的光學成像，這個提高直接影響成像的質量，我們可以把顯微鏡分辨率提高了，這個分辨率提高，對生物成像和一般的工業成像都有很大影響，可以讓我們實現更深層次的光學成像。

此外，王海鳳還為我們介紹到“這個工作不僅實現了分辨率的提高，而且實現了光束沿著傳播方向的延長，這樣，光束就可以像電子束一樣利用起來，一般來說，光聚焦之后，在焦點處很快就發散了，發散之后它的分辨率就會降低，這是光學成像尤其是掃描成像之中我們不希望看到的，它嚴重影響了掃描系統的分辨率，我的方法可以把光束聚焦到最高分辨率，并在一定范圍內保持不變。”

對比掃描成像系統中的光學掃描成像系統和電子束掃描成像系統，電子束分辨率都很高，而光束如果能做成像電子束那么細，又能在一定范圍內不變，就是很理想的光學超分辨成像系統。我想把遠場掃描顯微鏡的分辨率提高2倍，同時把焦深延長10倍以上，這樣不但分辨率提高，而且還提高了光學掃描系統的穩定性，科研價值顯而易見。

與此同時，王海鳳，成為從實驗上產生和測量了光學縱波的“第一人”。在國際上率先提出了縱波激光束的概念，并從理論上提出了用二元位相調制和偏振調制產生超分辨縱波激光束的方法，做出了模擬計算結果，理論工作一經發表在Nature Photonics雜志上，隨即被維基百科收錄。其中提出了利用光的偏振調制和位相調制來進一步提高共焦掃描成像的聚焦光斑分辨率的方法，實現了半波長的遠場聚焦，該方法最高可以實現大約0.36波長的遠場聚焦，使得遠場分辨率可以達到0.18波長，突破了0.25波長的遠場分辨率極限，為波矢量和偏振調控實現遠場超分辨聚焦提供了依據，證明了二元光學器件對縱向電磁波的增強效應。

由于麥克斯韋方程對人類認識的影響由來已久，因此縱波激光束的提出和實驗上的實現，不僅加深了人們對電磁波的認識，即：“電磁波束的電場振動方向可以與它的傳播方向一致”，而且開創了新的研究領域。

縱波激光束的概念被提出后，激起了人們對不同偏振態的光與物質相互作用研究的興趣,在飛秒激光加工領域，當用電場為切向偏振的飛秒激光在材料上加工光柵時，結果產生的光柵很不均勻，而且加工深度很淺；在同樣的條件下，當用電場為法向偏振的飛秒激光加工材料時，結果產生的光柵很均勻，加工的深度也較深，而這主要歸功于縱向電場分量的作用，當用切向偏振激光時，電場無縱向偏振分量。只有用法向偏振激光才有較強的縱向電場分量，而縱向電場的振動是垂直于材料表面的，所以它與材料的作用就有著類似挖掘機的效果，加工速度快，被加工表面光滑，這個特性也已經被利用在光子晶體的刻蝕上。

通過進一步研究，人們最近發現，飛秒激光與材料作用時，材料產生的裂紋方向總與激光的偏振方向垂直，這給許多需要避免裂紋的激光加工帶來困難，而利用縱波激光可以避免裂縫的產生，提高成品率。同時縱向電磁波也是等離子體波，表面等離子體波存在的重要形式，是納米光學天線和納米光子學中能量傳輸的主要形式；然而，目前的光能轉換成可以利用的表面等離子體的效率非常低，這主要是因為法向偏振激光中的縱波分量仍然較低，使得在耦合到表面等離子體的過程中，它的模式與表面等離子體模式匹配率非常低。因此光學縱波的產生對納米光學有著極其重要的意義，它使得光能量可以被高效地耦合成等離子體能和表面等離子體能，從而大大提高了納米光子學的能量效率，同時也為基于表面等離子體干涉的納米光刻技術奠定了能量基礎。

另外，作為縱波，它可以不受伴隨著橫向電磁波的光學衍射極限的限制，直接在納米范圍內激發表面等離子體并實現納米光學聚焦，為納米光刻和納米成像提供新方法。光學縱波還在諸如反斯托克斯拉曼成像、二次諧波的激發、帶電粒子加速、熒光成像等領域有著重要應用。特別是在縱向偏振光場用于電子和帶電粒子加速方面，最近兩年發展非常迅速，因為它允許利用非常安全而且超小型的激光裝置把電子加速到千兆電子伏量級以上，是一種高效率的激光電子加速方法。二元光學器件對縱向電磁波的增強效應的發現開辟了對激光偏振調控的新方法；實現了對激光縱向偏振態的調控，這一器件的發現具有重要的科學和工程意義。另外由于所產生的激光束是超分辨光束，為矢量和偏振調控實現超分辨光學聚焦提供了借鑒。

同時，王海鳳還提出“納米光學中，由于縱向電場的介入，在有吸收或金屬材料的情況下，不同光學器件之間形成了類似‘串聯高頻電路’的結構，光的縱向高頻電場作為激發源，如果要實現更好的光能傳輸，就要使這個‘電路’的諧振頻率接近激發光源的頻率。”這項研究成果體現在熱輔助磁存儲中的納米光學加熱頭的設計中，基本原理已于2011年發表在DSI雜志Storage Unlimited上。

這個方法的提出使得能量耦合到硬盤上納米范圍內的效率提高近一個數量級，為納米能量傳輸提供了新思路。將共振原理應用于納米光學中能量傳輸系統的設計，使得光能量被最大限度地傳輸到納米范圍的材料中并被高效率吸收，在熱磁存儲(Heat Assisted Magnetic Recording, HAMR)中，使能量耦合到40納米范圍內的效率達到10%，解決了硬盤中，在納米區域實現高溫光加熱問題。利用共振原理和縱波激光束的縱向電場實現光能量在納米范圍內的傳輸方法的提出，為納米光學系統的設計提供了優化和評價依據，提高了光能量在納米系統中的傳輸效率和能量被材料的吸收效率。 

搭建團隊，思想傳承是最好的管理工具 

2013年，王海鳳作為“東方學者”計劃中的一員，告別了新加坡這一花園城市，成為上海理工大學的教授。在此之前，他已經發表學術論文20余篇，合作出版國外專著兩部，獲國家發明專利1項，國際會議特邀報告8次。促使他下定決心的，除了一顆赤子之心，還有國內日趨扎實的科研氛圍、對莊松林院士等前輩的敬佩之情。

入職之后，王海鳳開始作為所長，組建成像光學研究所，截止目前，成像光學研究所已有20多個成員。王海鳳為研究所規劃了的明確的研究方向，正在積極發揮著引領作用。

他說“我的管理原則，就是給大家更多的自由度，不在行政上約束他們，而是讓每一個研究人員都有自己的空間。多以科研思想引導，輔以寬松化的管理，才能更好地推動創新。而對于學生，他們有問題，我會給他們提供思路和方法，讓他們自己去實踐和總結，提升他們的科研能力。”

至于自己的研究方向，他也有清晰的思路，首先就是開展波矢量和偏振控制在遠場實現納米光學聚焦研究:“我想開發一個遠場超分辨掃描納米光學成像系統，實現遠場50納米左右的光學分辨率。在實現遠場50納米光學分辨率方面，我的想法是結合波矢量調控技術和成像系統的信息通道調控技術，把遠場掃描成像系統的極限分辨率提高一倍，即達到1/8波長,這個理論模型我已經建好了,目前正在做實驗驗證。我們知道，一般的共焦掃描光學顯微鏡的分辨率是1/(4NA)波長，因此在最大數值孔徑接近1時，分辨率是0.25波長。通過偏振和位相調控，在焦點處可以實現大約0.4波長的光斑，也就是0.2波長的分辨率，這種方法最高可以獲得最高0.18波長的截止分辨率。我想基于對光學系統是信息通道的理解，通過信息通道調控的方法，來繼續提高成像系統的分辨率，目標是達到1/16波長即大約25納米的光學分辨率。”

征程萬里云鵬舉，敢立潮頭唱大風。正是王海鳳這樣的引領者，從實驗室走向科研戰場，我們才得以窺見納米量級的微觀世界。新知世界的大門向勤奮、堅韌與智慧打開，迎接他的，將是更廣闊的戰場與更榮耀的成功。

       來源：科學中國人  2015年第3期