2023-11-13 15:00:00

革命性超穎介面光學:跨足基礎物理與應用科學的突破

2023-11-13 15:00:00 | Share this post:

近期,成大光電系的吳品頡副教授在瞬間高光譜影像與非厄米超穎介面系統的任意偏振態控制這兩個領域取得的長足的進展,兩項研究成果接續發表在國際頂級學術期刊Nature Communications。品頡表示,這兩個研究工作都是跨團隊的合作,由衷感謝有志同道合的朋友與夥伴的一同努力與奮鬥。

 

光譜影像技術的新里程碑

首個成果是與成大電機系林家祥副教授的合作研究,他們結合超穎介面與小數據機器學習理論兩個不同領域的專業知識,成功實現了一瞬間的高光譜影像。傳統的光譜資料獲取方式需要逐一掃描,非常耗時,而且組成元件巨大,限制了實際的應用範圍。品頡與家祥合作開發了微型光譜影像技術,通過運用光線,能夠以2D圖像形式呈現物體的多種特性。不僅能提供空間信息,光譜影像還能在2D彩色圖像中引入額外維度,為科學和實際應用領域帶來更多深入的洞察。如微型衛星遙感,即使只使用4幅圖像作為輸入,該光譜影像技術也能將光譜通道的數量擴展到18個,實現高保真度的光譜影像重建。

品頡分享了他對家祥的尊敬和合作經歷,並強調跨領域合作的挑戰和克服這些挑戰的重要性。品頡表示:「2019年和家祥一起加入成大,還記得第一次聽家祥的演講,就覺得他研究能量超強超屌,台風也很穩健,不自覺的把家祥當作自己的偶像跟目標前進。」因緣際會下,同年就有機會和家祥一起進行第一個合作研究,非常感謝家祥這位合作夥伴願意一起努力。品頡亦提到:「跨領域合作真的不容易。因為知識背景的不同,光是雙方實驗室的磨合就花了半年多的時間。」這表明跨領域合作對於實現科學突破非常重要,儘管有知識背景的不同,但通過合作能夠充分發揮各自的專業知識和工作方式進而實現共同目標。

題目: Metasurface-empowered snapshot hyperspectral imaging with convex/deep (CODE) small-data learning theory

 

實現非厄米超穎介面中的任意偏振態控制

第二項研究成果則是在與法國CNRS的Patrice Genevet博士和中國清華大學深圳國際研究生院的Qinghua Song教授的三方合作下實現的。奇異點是非厄米性的特性,當系統具有能量增益和損失時,本徵值將從實數領域延伸到複數平面,並導致本徵狀態退化。這引起了科學家們對如何控制本徵狀態的不對稱性感興趣。這項研究提出了一種能夠在非厄米超穎介面系統中達到任意偏振態的方法,並突破了傳統奇異點的固有限制。

吳品頡表示:「跨國合作並不容易,特別是涉及時差問題,最困難的就是要找到三方都有空的時間進行線上討論。但由於疫情的關係,線上互動已變得更加普遍。」他還提到他在2015-2016年期間在新加坡做博士後研究時認識了Qinghua,當時Qinghua還是博士生,但已經展現出對研究的熱情和努力。

題目: Creating pairs of exceptional points for arbitrary polarization control: Asymmetric vectorial wavefront modulation

 

我不是萬能的神,唯有共同前行,多次往返,最終才能到達彼岸

吳品頡:「很感謝加入成大後一直有願意一起努力的研究夥伴加入實驗室,共同探討科學新知。」對於能夠順利完成這兩項合作研究成果,吳品頡表示要非常感謝實驗室研究團隊,特別是兩位博士生黃士修以及黃柏勝。品頡很驕傲的表示:「士修和柏勝真的非常優秀,除了積極努力,獨立思考與解決問題的能力也非常突出,對研究也有極高的熱忱。沒有他們以及實驗室的大家一起努力,不可能有好的研究成果可以呈現。」他強調,有研究團隊的合作和討論是實現這些科學突破的關鍵,並時常對團隊成員說:「我不是萬能的神,不可能知道所有事情的答案。進行研究工作一定需要大家一起合作跟討論,才能激盪出火花,多次往返,最終才能到達彼岸。」有了團隊的努力和協作,才能實現科學研究的成功。

學生黃士修也說,老師真的給學生很多空間去探索和規劃,從實驗室剛創立到現在,在實驗中時常經歷許多失敗和卡關,好在每次都可以和老師用很輕鬆愉快的方式去討論,即使學生有時會提出很天馬行空或腦洞的想法,老師也會認真去思考任何可能性。雙方經過多次的腦力激盪和實驗驗證,最終找到解決辦法和答案,這也是他一直開心地投入在研究中的原因。

學生黃柏勝則說,吳老師這裡給予我們學生們許多的研究空間與自由時間,可以很自由地運用時間而不用像朝九晚五的上班族一樣,睡到自然醒再去實驗室也可以。但很累與很忙的時候也會體會到要把一小時當三小時用,連續兩天沒睡,被一堆工作包圍體會到十面埋伏的感覺,甚至要在冰冷的量測室從五點待到五點(有可能是12小時,有可能是24小時)。即便如此,實驗室的大家也都過得很開心,老師年輕又帥又會打籃球肯定不會壓榨學生的!

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