| 編者按 |

自適應(yīng)光學(xué)（Adaptive optics, AO）是補(bǔ)償由大氣湍流或其他因素造成的成像過(guò)程中波前畸變的技術(shù)。這一技術(shù)最早由天文學(xué)家提出，旨在觀察遙遠(yuǎn)星空時(shí)用于矯正大氣層引入的光學(xué)相差。如今，該技術(shù)已開(kāi)始廣泛應(yīng)用于光學(xué)和光子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。

本期Light人物，我們榮幸的邀請(qǐng)到英國(guó)牛津大學(xué)的Martin Booth教授，他是最早將自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)引入光學(xué)顯微鏡研究的科學(xué)家之一，他帶領(lǐng)他的科研團(tuán)隊(duì)一直在不停探索，致力于將這種技術(shù)應(yīng)用于生物、材料科學(xué)等諸多領(lǐng)域。藉由本次采訪(fǎng)，希望我們的讀者可以從他的靈感，激情和奉獻(xiàn)中汲取養(yǎng)分。

Martin Booth教授一直致力于打破自適應(yīng)光學(xué)的應(yīng)用障礙，使它得到更廣泛的應(yīng)用。作為少數(shù)見(jiàn)證了自適應(yīng)光學(xué)在不同領(lǐng)域發(fā)展的學(xué)者，Martin Booth教授為我們介紹了自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用于不同領(lǐng)域的主要區(qū)別，現(xiàn)有挑戰(zhàn)以及未來(lái)發(fā)展。他談及了自適應(yīng)光學(xué)如何造福新興領(lǐng)域，以及在此過(guò)程中所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。此外，Martin Booth教授還分享了多年來(lái)在各類(lèi)教育和科研組織中擔(dān)任不同角色，積極參與各種活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，為年輕科學(xué)家提供了諸多在科研道路上取得成功的秘訣。

Martin Booth, 牛津大學(xué)工程系，教授、博士生導(dǎo)師，牛津大學(xué)工程系常務(wù)副主任。Martin Booth在自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域享有國(guó)際盛譽(yù), 主要從事有源和自適應(yīng)光學(xué)器件的應(yīng)用研究。研究?jī)?nèi)容包括自適應(yīng)光學(xué)在顯微學(xué)中的應(yīng)用；用于生物醫(yī)學(xué)成像和材料表征的高分辨率和超分辨率顯微鏡，包括STORM，STED和SIM；光子器件開(kāi)發(fā)的光學(xué)微加工和制造等。在 Nature Photonics、Cell、Nature Communications、Light: Science & Applications、Optica等期刊發(fā)表論文百余篇，SCI引用超過(guò)10000次。曾獲光學(xué)技術(shù)年輕研究員獎(jiǎng)，EPSRC高級(jí)研究員獎(jiǎng)，International Commission for Optics Prize等多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)，埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)高級(jí)光學(xué)技術(shù)學(xué)院客座教授；OSA、SPIE、IOP等國(guó)際組織的會(huì)士，英國(guó)皇家工程院會(huì)士。任 Light: Science & Applications（Nature）、International Journal of optmechatronic Technologies編委。

采訪(fǎng)嘉賓：Martin Booth（牛津大學(xué)）

采訪(fǎng)人：崔佳賀、何超、常唯

原文信息：Cui, J., He, C. & Chang, W. Light People: Professor Martin Booth spoke about adaptive optics and its applications. Light Sci Appl 11, 305 (2022). 

https://doi.org/10.1038/s41377-022-01001-5

—— 1 ——

Q：自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)可以說(shuō)非常強(qiáng)大，從天文望遠(yuǎn)鏡到超分辨顯微鏡，它在許多研究領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。您可以為我們講講自適應(yīng)光學(xué)在不同領(lǐng)域應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)，以及它們是如何繼承和發(fā)展的嗎？

A：自適應(yīng)光學(xué)的發(fā)展最早成名于對(duì)天文望遠(yuǎn)鏡的貢獻(xiàn)，此后才逐漸轉(zhuǎn)移到眼科學(xué)和顯微學(xué)應(yīng)用中。它們的主要區(qū)別在于應(yīng)用的規(guī)模。天文研究中，經(jīng)常會(huì)有一大筆經(jīng)費(fèi)去為某臺(tái)大型天文望遠(yuǎn)鏡搭建獨(dú)有的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。但是在其他領(lǐng)域，我們的目標(biāo)是用更少的經(jīng)費(fèi)搭建可以被多次復(fù)現(xiàn)的系統(tǒng)。這意味著即便我們可以從某個(gè)領(lǐng)域得到靈感，應(yīng)用到另一個(gè)領(lǐng)域時(shí)，實(shí)際的解決方案往往也會(huì)相差甚遠(yuǎn)。

圖1：Martin Booth教授與Yifei Ma在實(shí)驗(yàn)室中討論問(wèn)題

圖2：Martin Booth教授在Light Conference 2018上致辭

—— 2 ——

Q：您的團(tuán)隊(duì)一直在不斷探索有探測(cè)器和無(wú)探測(cè)器領(lǐng)域中的自適應(yīng)光學(xué)新技術(shù)。您可以談?wù)勊麄兊闹饕獏^(qū)別，以及實(shí)際應(yīng)用時(shí)的關(guān)鍵考量嗎？

A：我們?cè)陲@微領(lǐng)域的主要工作目標(biāo)是為更多可以從自適應(yīng)光學(xué)中獲益的顯微鏡模態(tài)提供解決方案。從這點(diǎn)考慮，無(wú)探測(cè)器自適應(yīng)光學(xué)的硬件要求更低，它可以應(yīng)用在難以安裝波前探測(cè)器的系統(tǒng)中，因而應(yīng)用更加廣泛。這種技術(shù)在未來(lái)的挑戰(zhàn)主要在于如何實(shí)現(xiàn)實(shí)際操作的規(guī)范化和常規(guī)化，使之更易轉(zhuǎn)化，從而應(yīng)用于不同的顯微鏡模態(tài)。

圖3：Martin Booth教授與他的圖書(shū)珍藏

—— 3 ——

Q：作為自適應(yīng)光學(xué)在顯微領(lǐng)域應(yīng)用的先驅(qū)之一，您認(rèn)為自適應(yīng)光學(xué)當(dāng)下面臨著哪些挑戰(zhàn)？它的未來(lái)發(fā)展又會(huì)有怎樣的趨勢(shì)？

A：自適應(yīng)光學(xué)對(duì)顯微領(lǐng)域的貢獻(xiàn)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中無(wú)數(shù)次被印證，當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)是如何將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際中。最終，自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)該嵌入到各種系統(tǒng)中，并可以在無(wú)人干預(yù)的情況下無(wú)縫工作。這需要器件尺寸和成本的大幅下降，同時(shí)軟件和控制系統(tǒng)也需要進(jìn)一步發(fā)展，以保障自動(dòng)化操作的安全可靠。

—— 4 ——

Q：您一直對(duì)自適應(yīng)光學(xué)在激光加工方面的應(yīng)用抱有高度熱情，并于近期在Light: Science & Applications (LSA) 上發(fā)表了文章 [On-chip beam rotators, polarizers, and adiabatic mode converters through low-loss waveguides with variable cross-sections] 。您可以為我們談一談自適應(yīng)光學(xué)在這一領(lǐng)域的重要性及其未來(lái)前景嗎？

A：近幾年，我們?cè)谧赃m應(yīng)光學(xué)應(yīng)用于三維高精度微米加工方面取得了諸多進(jìn)展。很多領(lǐng)域都需要將光在透明材料中精準(zhǔn)聚焦，而相差矯正對(duì)于克服材料表面折射帶來(lái)的焦點(diǎn)彌散和精度下降等影響至關(guān)重要。最近我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)波導(dǎo)研究中取得了一系列成果，這些成果可應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如在量子光學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)波導(dǎo)電路。

—— 5 ——

Q：我們知道，您的團(tuán)隊(duì)正嘗試將自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用于一些新領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)診療中的無(wú)標(biāo)記顯微鏡/微內(nèi)窺鏡成像。自適應(yīng)光學(xué)可以為這些領(lǐng)域帶來(lái)哪些潛在效益呢？您可以和我們分享一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)嗎？

A：自適應(yīng)光學(xué)的主要優(yōu)點(diǎn)在于提高系統(tǒng)信息采集的分辨率和信噪比。醫(yī)學(xué)診療中對(duì)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的捕捉可以為識(shí)別新的病理標(biāo)記物帶來(lái)更多可能性。信噪比的提高更為加快圖像采集速度奠定了基礎(chǔ)，使得實(shí)時(shí)跟蹤在很多醫(yī)學(xué)場(chǎng)景下從不可能變?yōu)榱丝赡堋?/p>

—— 6 ——

Q：自適應(yīng)光學(xué)專(zhuān)注于對(duì)相位的調(diào)制。然而很多光學(xué)系統(tǒng)，特別是超分辨顯微鏡中，偏振像差的作用更加明顯。錯(cuò)誤的偏振態(tài)會(huì)擾亂光在焦點(diǎn)處的干涉，從而降低圖像分辨率。您對(duì)偏振像差的自適應(yīng)矯正發(fā)展有哪些看法？它會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn)？

A：偏振和相位的共同調(diào)制，也就是矢量自適應(yīng)光學(xué)，是自適應(yīng)光學(xué)研究中的新興方向。多維度的調(diào)制會(huì)比單一相位調(diào)制更具挑戰(zhàn)性。與此同時(shí)，不同維度之間存在一定程度耦合。例如，我們無(wú)法在不考慮相位調(diào)制的情況下單獨(dú)矯正偏振態(tài)。這意味著我們需要新的方法來(lái)探測(cè)矢量信息，生成完備的矢量模態(tài)，并發(fā)掘新的像差矯正算法。

—— 7 ——

Q：您最近發(fā)表了一篇高影響力的綜述文章 [Polarisation optics for biomedical and clinical applications: a review] 。在您看來(lái)，自適應(yīng)光學(xué)可以為偏振技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用解決哪些關(guān)鍵問(wèn)題？您可以談一談它的潛在影響嗎？

A：偏振技術(shù)為生物醫(yī)學(xué)研究帶來(lái)了諸多新的可能，特別是提供無(wú)標(biāo)記對(duì)比。將這一技術(shù)和自適應(yīng)光學(xué)相結(jié)合可以加速它在三維樣品中的應(yīng)用。另外，利用變形器件我們可以簡(jiǎn)化偏振顯微鏡的構(gòu)造，使得它更便于投入實(shí)際應(yīng)用。

圖4：Martin Booth教授在Light Conference 2019上主持 ‘2019 Rising Stars of Light’ 決賽

—— 8 ——

Q：我們看到您和您的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)教程網(wǎng)站，以便推進(jìn)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，特別是為那些剛剛接觸自適應(yīng)光學(xué)的人提供幫助。您可以為我們講講這一網(wǎng)站的重點(diǎn)，以及內(nèi)容安排是如何為初學(xué)者考量的嗎？您對(duì)這一網(wǎng)站有哪些未來(lái)設(shè)想？

A：使用自適應(yīng)光學(xué)的主要障礙并非在技術(shù)層面，而在于實(shí)際操作。以往將自適應(yīng)光學(xué)融合到其他技術(shù)中成本很高。我們覺(jué)得可以將我們團(tuán)隊(duì)以往的經(jīng)驗(yàn)分享出來(lái)，通過(guò)提供教程的方式幫助其他科研人員掃除障礙，推進(jìn)這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，我們也開(kāi)始為想要使用自適應(yīng)光學(xué)的人提供咨詢(xún)和技術(shù)支持服務(wù)。希望這一服務(wù)可以為他們節(jié)省更多的時(shí)間和金錢(qián)成本。

—— 9 ——

Q：作為Optica（原OSA，美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)）、SPIE（國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)）、IOP（英國(guó)物理學(xué)會(huì)）和其他重要學(xué)協(xié)會(huì)的會(huì)員，您能否與我們分享一些在此類(lèi)學(xué)協(xié)會(huì)工作的經(jīng)驗(yàn)？

A：這些專(zhuān)業(yè)的學(xué)協(xié)會(huì)在光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域的交流中發(fā)揮著重要作用。我從博士階段起就一直是這些學(xué)協(xié)會(huì)的成員，他們通過(guò)舉辦學(xué)術(shù)會(huì)議，社交活動(dòng)等方式，提供了許多與同行互動(dòng)的機(jī)會(huì)。我鼓勵(lì)學(xué)生們多多參加這些組織，這將有助于他們事業(yè)的發(fā)展。

—— 10 ——

Q：作為L(zhǎng)SA的編委，您見(jiàn)證了它的誕生、成長(zhǎng)和發(fā)展。最近，它的姊妹刊Light: Advanced Manufacturing和eLight相繼創(chuàng)刊，也發(fā)表了一些非常出色的工作。您對(duì)他們未來(lái)的發(fā)展有什么看法和建議？

A：我認(rèn)為，對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，有知名期刊根據(jù)文章的質(zhì)量和對(duì)該領(lǐng)域的重要性來(lái)選擇文章，而不是依據(jù)其他標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)非常重要。我相信LSA始終遵循這一原則，這也使它得到了領(lǐng)域內(nèi)科研人員的尊重。我相信LSA和它的姊妹刊未來(lái)將繼續(xù)遵循這一標(biāo)準(zhǔn)為光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域的科研人員提供優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)。

圖5：曹健林主編為Martin Booth教授頒發(fā) Light: Science & Applications編委聘書(shū)

—— 11 ——

Q：據(jù)我們所知，除了顯微學(xué)之外，您在物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有出色的成果。您認(rèn)為自己是工程師、物理學(xué)家還是數(shù)學(xué)家？

A：我一直認(rèn)為自己是一名工程師，我們的工作是創(chuàng)造解決實(shí)際技術(shù)問(wèn)題的方案。然而，為了做到這一點(diǎn)，我們不得不涉足從光學(xué)基本理論到商業(yè)化應(yīng)用的各個(gè)方面。因此，我們的研究團(tuán)隊(duì)不但擁有工程、物理和數(shù)學(xué)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還擁有許多其他相關(guān)的技能。

—— 12 ——

Q：您一直是一位負(fù)責(zé)任的科學(xué)家和一位敬業(yè)的教育家。您認(rèn)為向不同的受眾傳遞科學(xué)知識(shí)有什么區(qū)別？在不同場(chǎng)合中，您一般會(huì)采取何種方法來(lái)達(dá)到最佳效果？

A：我認(rèn)為至關(guān)重要的一點(diǎn)是要記住聽(tīng)眾/觀眾和讀者才是最重要的人。我們應(yīng)該努力找到他們對(duì)主題理解的切入點(diǎn)，并確保我們從這個(gè)點(diǎn)開(kāi)始構(gòu)建我們的故事。另外，同樣重要的一點(diǎn)是，我們要清楚我們想向聽(tīng)眾傳達(dá)的是什么，如果無(wú)法在展示的過(guò)程中突出核心信息，我們很難確保受眾得到了他們真正需要的東西。

—— 13 ——

Q：您有一個(gè)龐大的學(xué)生和博士后團(tuán)隊(duì)。在面試時(shí)，您更看重什么樣的素質(zhì)和能力？

A：我認(rèn)為最重要的是擁有快速學(xué)習(xí)并主動(dòng)解決問(wèn)題的能力。技術(shù)方面的能力和經(jīng)驗(yàn)可以通過(guò)閱讀和實(shí)踐來(lái)獲取，因此能夠有效地閱讀和實(shí)踐很重要。當(dāng)然，更重要的是能夠創(chuàng)新的應(yīng)用這些知識(shí)。我認(rèn)為這對(duì)科研人員來(lái)說(shuō)是最重要的技能。

—— 14 ——

Q：您一直鼓勵(lì)年輕的研究人員站在科學(xué)研究的前沿，去追求他們所熱愛(ài)的，去成就一番出色的事業(yè)。您對(duì)年輕的科研人員有什么建議？

A：年輕的科研人員很容易過(guò)度規(guī)劃自己的職業(yè)發(fā)展。當(dāng)然，規(guī)劃未來(lái)并思考如何一步步實(shí)現(xiàn)很重要。但有時(shí)候可能會(huì)過(guò)多的糾結(jié)于細(xì)枝末節(jié)，而忽略了最重要的事情——開(kāi)展高質(zhì)量的研究。通常一些意想不到的結(jié)果會(huì)帶來(lái)最有趣和最有價(jià)值的項(xiàng)目，有時(shí)最重要的文章往往來(lái)自于計(jì)劃之外的研究。如果受限于傳統(tǒng)，世界將錯(cuò)失許多年輕科研人員的有價(jià)值的研究成果，這將是一種損失。

圖6：2018 Light Conference，Martin Booth教授和仇旻教授在茶歇期間交流。

—— 15 ——

Q：站在科學(xué)研究的前沿是非常具有挑戰(zhàn)性的。您能否與青年科研人員分享您是如何平衡生活和工作的呢？

A：這對(duì)于各行各業(yè)來(lái)說(shuō)均是一個(gè)挑戰(zhàn)。科研是一個(gè)具有創(chuàng)造性的過(guò)程。它需要努力工作，但也需要豐富的想象力。最好的想法往往在不關(guān)注細(xì)節(jié)的時(shí)候出現(xiàn)。因此離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室或辦公室是很重要的，偶爾換個(gè)環(huán)境會(huì)大有助益。

—— 16 ——

Q：您作為一名成功的科研工作者，有沒(méi)有人對(duì)您的職業(yè)生涯產(chǎn)生過(guò)重大影響？是以什么方式呢？

A：許多人對(duì)我?guī)椭艽?，難以用一兩個(gè)名字來(lái)概括。與許多優(yōu)秀人士的合作使我受益匪淺，這里面有剛剛?cè)雽W(xué)的本科生，也有一些年長(zhǎng)的優(yōu)秀同事?，F(xiàn)在回想起來(lái)——我在離開(kāi)學(xué)校很久后才意識(shí)到這一點(diǎn)——我很早就受到了高中英國(guó)文學(xué)老師的影響。他的課程很有趣，討論的話(huà)題很廣，但似乎很少涉及到英國(guó)文學(xué)。我現(xiàn)在意識(shí)到他真正教給我們的是批判性思維以及如何挑戰(zhàn)一些固有的觀念。這些技能不能算作某一門(mén)特定的學(xué)科，但是它們?cè)诳茖W(xué)研究中是至關(guān)重要的。

| Light特邀通訊員 |

崔佳賀，英國(guó)牛津大學(xué)工程系博士后研究員，Pembroke學(xué)院特別研究員。2018年本科畢業(yè)于北京理工大學(xué)光電學(xué)院，2022年博士畢業(yè)于牛津大學(xué)工程系。主要研究方向包括自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用，醫(yī)學(xué)診療成像，視網(wǎng)膜成像，視覺(jué)感知。在國(guó)際高水平SCI期刊上發(fā)表論文十余篇，美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)（Optica）會(huì)員，擔(dān)任 Light: Science & Applications, Small, Photonics Research, Optics Letters, Optics Communications, Chinese Optics Letters等國(guó)際高水平期刊審稿人，累計(jì)審稿十余次。

何超，牛津大學(xué)圣約翰學(xué)院（St John’s College）青年研究員、博士生導(dǎo)師。博士?jī)赡戤厴I(yè)于牛津大學(xué)工程系，現(xiàn)以首席研究員（Principal Investigator, PI）主持兩項(xiàng)研究課題。主要從事光子學(xué)與偏振光學(xué)領(lǐng)域中矢量光場(chǎng)調(diào)制、矢量自適應(yīng)光學(xué)、矢量成像等相關(guān)方向的研究。迄今以第一作者兼通訊作者在 Nature Communications, Light: Science & Applications, Optica, Advanced Photonics等國(guó)際期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文若干篇。曾擔(dān)任 Nature Photonics, Light: Science & Applications,  Optica等國(guó)際期刊審稿人。

| Light科學(xué)編輯 |

常唯， Light：Science & Applications主編助理。協(xié)助項(xiàng)目負(fù)責(zé)人成功申報(bào)卓越行動(dòng)計(jì)劃領(lǐng)軍期刊，中國(guó)科技期刊國(guó)際影響力提升項(xiàng)目A類(lèi)、C類(lèi)項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金應(yīng)急管理項(xiàng)目等。作為第一作者和通訊作者在《中國(guó)科技期刊研究》等刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文十余篇。2013年獲中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)和期刊出版領(lǐng)域引進(jìn)優(yōu)秀人才計(jì)劃擇優(yōu)支持。先后榮獲中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃優(yōu)秀編輯（2021）、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春分院 “巾幗建功” 先進(jìn)個(gè)人（2020）、長(zhǎng)春光機(jī)所首屆先進(jìn)個(gè)人（2018）等榮譽(yù)。

閱讀原文