编者按：
Kivshar教授是乌克兰人，但他一直强调自己是苏联科学家，而且是朗道学派的正宗传人。Kivshar教授目前就职于澳大利亚国立大学，工作异常勤奋，几乎是秒回邮件；他同时又很健谈，预定的30分钟采访结果持续了接近两个小时；他非常直率，在采访过程中慷慨分享了很多采访之外的学术趣事；他说自己来自于苏联，对中国有特殊的感情，跟国内很多课题组有合作；Kivshar教授研究领域涉猎很广，为了在科研上保持活跃状态，他每隔8-10年会换一个科研领域。
截止到采访时，Kivshar教授已经发表了950篇期刊文章，其中包括近100篇Physical Review Letters文章，他是物理学界名副其实的高产和高被引用学者，总引用超过60,000次，h指数大于110。Kivshar教授开玩笑说：我的一位澳大利亚国立大学同事号称是澳大利亚国内在Nano Letters上发表最多文章的学者，我为了超过他，于是才决定进入纳米光子学这个研究领域的。
近期，Kivshar教授接受了Advanced Photonics 特邀编辑中国科学院物理所常国庆研究员的专访，分享了他对孤子、光子晶体、超材料以及纳米光子学的独特见解。
英文采访已全文刊登于Advanced Photonics 2021年第1期，欢迎查看：
Guoqing Chang. Journey from solitons to nanophotonics: an interview with Professor Yuri Kivshar[J]. Advanced Photonics, 2021, 3(1): 010502
Yuri Kivshar，澳大利亚科学院院士，澳大利亚国立大学教授，物理与工程研究院非线性物理中心主任。国际学术界非线性光物理、凝聚态物理及超材料等领域的领军人物，全球知名高被引科学家之一。1984年于乌克兰哈尔科夫国立大学获博士学位，1989年离开苏联前往西班牙工作，随后作为洪堡学者前往德国，1993年加入澳大利亚国立大学。先后当选美国光学学会会士（OSA fellow）、美国物理学会会士（APS fellow）、国际光学工程学会会士（SPIE fellow）、英国物理学会会士（IOP fellow）。2007年获得澳大利亚科学院莱尔奖章；2013年获得乌克兰国家科学技术奖；2015年获得英国皇家物理学会The Harrie Massey Medal and Prize；2017年获得澳大利亚光学学会W.H. (Beattie) Steel Medal以及德国洪堡研究奖等。现任Photonics Research 编委。
A1: 我出生在乌克兰的第二大城市哈尔科夫市，本科就读于乌克兰哈尔科夫国立大学理论物理系，列夫·朗道（1908-1968）于1932-1937年间担任过该系的系主任。正是在此期间，朗道与自己的学生叶夫根尼·栗弗席兹（1915-1985）开始撰写《理论物理学教程》这套名著。叶夫根尼·栗弗席兹有个弟弟叫伊利亚·栗弗席兹（1917-1982），也是朗道的学生，在固体物理、金属的电子理论、无序体系和聚合物理论等方面做出了卓越贡献。我的博士生导师是苏联院士Arnold Kosevich（1928-2006），他是伊利亚·栗弗席兹的学生，有传闻说Kosevich是《理论物理学课程》第七卷《弹性理论》的主要撰写者。
我小时候喜欢数学，甚至考虑过当数学家。但当我发现真正的数学家必须证明定理时，就放弃了以数学为职业的想法。后来我发现物理更为有趣，因为物理学家研究的是真实的事物，其中理论物理学结合了数学和物理学，相比其他物理学科更能吸引我。从大学四年级开始，我便跟随Kosevich教授做研究。那时，他正在研究Frenkel-Kontorova模型，这是固体物理中最简单的晶体位错模型之一；这个模型可以进一步简化为Sine-Gordon方程，而Sine-Gordon方程具有孤子（soliton）解。而孤子是非线性偏微分方程的精确解析解，并且能够在实验中实现，它的种种性质让我十分着迷。
Q2: 您什么时候第一次听说非线性光学？
A2: 与我同级的学生大约有100名，分别在理论物理系和光学系学习。我当时在理论物理系学习，在我刚开始与Kosevich教授一起做研究时，我们从未讨论过光学，也根本不了解非线性光学。有一次我和光学系的一些同学一起吃午饭，其中一位告诉我，他对自己的光学研究很失望。我问他当初为什么选择去读光学方向，他的回答是本以为自己能从事非线性光学方面的研究。那是我第一次听说非线性光学。他告诉我：“非线性光学是研究各种光学非线性效应，比如产生新的光学频率。”我的第一反应是：“哇，这可能与孤子有关。”
Q3: 您是如何在非线性光学领域从事孤子研究的？
A3: 固体物理是一个非常难的学科，在研究中需要考虑热效应、各种噪声、不同类型的多声子激发以及大量的统计数据，很难形成清晰而简洁的理论，需要依赖大量的近似和复杂的方程，并且往往很难在理论计算和实验测量之间建立直接的联系。这些繁杂的问题让我觉得很无趣，我想要研究一些更令人兴奋的题目。而光学则与之形成鲜明对比，几乎所有的光学现象都可以用麦克斯韦方程来描述；在描述非线性光学现象时，可以使用由麦克斯韦方程推导出的非线性薛定谔方程。非线性薛定谔方程非常强大，即使它的简化形式也能很好地描述众多复杂的非线性光学现象。
1989年，我遇到了几位来自莫斯科的学者，他们与（现为）俄罗斯科学院普通物理研究所的Evgeni Dianov（1937-2019）教授一起研究光纤光学。经过讨论后，我们意识到我在孤子上的工作可能有助于理解光纤中的某些非线性光学现象，因此我们开始着手研究由非线性薛定谔方程描述的光孤子的各种性质。我也由此进入了非线性光学这一领域。
Q4: 大约每8到10年，您就进入一个新的研究领域。
A4: 我的理念是，如果想保持活跃的科研状态，则应该每8-10年更改一次研究领域，而不是一辈子只固守一个狭窄的领域。在研究生涯中，我大致遵循了这条道路，先后涉足四个研究领域：孤子、光子晶体、超材料以及现在的纳米光子学。
Q5: 那么您如何选择一个新的研究领域？
A5: 我每次换到另一个领域似乎都源于一些看似偶然的事件。我非常幸运，在自己的职业生涯中总是能够遇到一些异常优秀的学者，与他们的讨论或多或少影响到我的研究方向。我在乌克兰哈尔科夫国立大学获得博士学位后，在低温物理研究所工作了两年。1989年，我离开苏联前往西班牙，然后作为洪堡学者又从西班牙移居到德国。后来，我接受澳大利亚国立大学Allan Snyder的邀请，与他一起工作。Snyder正在研究空间孤子。那时我已经对光纤中的光孤子有很多了解，这种光孤子属于时域脉冲孤子；当脉冲孤子太短时，需要考虑更为复杂的效应，例如受激拉曼散射和高阶色散等。但是空间孤子则更为简单，在Snyder的建议下，我开始转为研究空间孤子。不久，我将空间孤子研究扩展到了离散系统和光学晶格中。
自1993年以来，我就一直在澳大利亚国立大学任职。有一次美国衣阿华州立大学的Costas Soukoulis到澳大利亚访问，向我介绍了光子晶体这一领域。我立即意识到光子晶体中的非线性光学现象非常值得研究，并且我在离散系统上的研究经验让我比较容易进入到这一研究领域，就这样我转向了非线性光子晶体的研究。
关于我如何进入超材料这一研究领域，背后也有一个非常有趣的故事。我每年会去美国开几次学术会议。大约15年前，在美国物理学会组织的三月会议上，我再次遇到了Costas Soukoulis。他告诉我，有人声称材料的折射率可以为负值，但他不相信。他在会场走廊上抓住我，让我跟他一起去听了美国杜克大学David Smith有关负折射率和超材料的报告，这也是我第一次听说超材料。我很兴奋，开始将我的研究扩展到这个领域。我广泛的研究背景非常有助于我进入新的研究领域。
Q6: 最近出现了一个新兴的科研领域，称为Mie-tronics，您做了很多重要工作，能否简要介绍一下该领域？
A6: Mie-tronics是利用Mie谐振器为基本光学单元实现对电磁波的调控。这些谐振器表现出巨大的介电常数（ε），可以支持磁偶极子谐振。传统的超材料依赖于等离子激元结构，在理论分析时通常采取场平均的手段。而Mie谐振器虽然尺寸大于等离子激元谐振器，但它同时具有电和磁两方面的响应，可以用来构建不同类型的辐射场，或者通过不同谐振器的耦合实现集体谐振。另外，传统等离子激元结构谐振器的Q因子较小，约为10；而Mie谐振粒子的Q因子可以高达200。由Mie谐振器制成的超材料，其辐射、透射和许多其他特性都可以灵活控制，理论分析也无需借助于场平均的手段。同时，由于Mie谐振器不使用金属，因此也可以避免超材料的吸收损耗。
Q7: 您是如何开展关于连续谱中束缚态（Bound state in the continuum）这一题目的研究的？
A7: 这一成果确实是出乎意料的，这来自于一个有趣的实验：我们试图研究由超材料到光子晶体之间的过渡过程。这非常困难，需要测量许多不同尺度的光学结构。我们与俄罗斯ITMO大学的合作者使用非常简单的结构进行了实验。我们在水管中倒水，用50个水管排列出一个周期性的结构。水的介电常数很大，并且会随温度的变化在70到90之间改变。因此，我们可以通过加热水轻松地对水的介电常数进行调节。实验完成后我们将结果发表在了Nature Communications上。
这是一个非常有趣的实验，我们使用简单的实验结构实际上建造了一个巨大的宏观光子晶体。在实验过程中，我们提出了另外一个问题：如果只有一个水管会发生什么？单个水管的行为类似于高折射率谐振器。在不同的实验中，一个学生非常偶然地采用了不同的注水方式，这导致管子中的水位不同，结果发现所对应的散射图样变得完全不同。我们将所有测量绘制在色散曲线上，从而发现了强耦合的特征。
这就是我们发现连续谱中束缚状态的过程，很偶然，也很好玩。在2019年，我们在Advanced Photonics上发表了一篇高被引的理论文章Bound states in the continuum and Fano resonances in the strong mode coupling regime，后来在Science上发表了在光学波段的实验结果。
Q8: Mie谐振器还会产生新型的非线性光学现象，对吗？
A8: 我们所研究的非线性光学领域不同于晶体或气体中的非线性光学。连续谱中的束缚态允许Mie谐振器在亚波长范围内聚集非常高的能量，因此能大大增强非线性效应。我们在实验中观察到的三次谐波产生的转换效率可以达到百分之几，这对于纳米光子学来说是难以置信的。相反，由等离激元结构产生的谐波而产生的转换效率要弱几个数量级，甚至学者们都不会去测量。亚波长Mie谐振器产生谐波的高效率来自于模式匹配和谐振，与相位匹配或准相位匹配无关。如此高的转换率完全改变了非线性纳米光子学的整个面貌。在硅Mie谐振器中，利用连续谱中的束缚态能够产生由自由电子参与的更高次的光学谐波。除了产生谐波外，我们还观察到了受激拉曼散射，还研究了Mie谐振器中的光激射现象，有望实现尺度在300纳米大小的亚波长激光器。
Q9: 超材料结构的设计和优化通常需要大量的计算工作。您如何设计这些结构以产生预期的结果？
A9: 我的兴趣基本上是基于谐振和耦合效应，通过深层物理学知识来理解和解释这些系统的特性。最近几年听说许多学者跨入机器学习和人工智能领域，但我不会使用这种设计和优化方法。机器学习是一种非常复杂的计算算法，我更依赖于物理直觉。从基础物理学知识出发，我们可以预测出许多数值计算后发现的结果。
Q10: 我的背景是电子工程，然后进入光学领域，因此我更关心应用。在您的研究领域中，哪些技术具有商业潜力？
A10: 我认为超表面具有很好的前景。目前有许多技术可以轻松制造超表面结构，并且可以对每个激元都可以精确控制。超表面器件有很多潜在应用，可望用于光计算、成像、传感等等。下一步是将超表面与二维材料结合起来，以利用各种谐振效应和可调谐性，进一步发挥超表面器件的潜力。
Q11: 您是以理论家的身份开始的学术生涯，现在您的课题组既从事理论研究又从事实验工作。您是如何进行这种转换的？
A11: 在博士期间，我通过了朗道的理论物理学最低考试。在移居澳大利亚之前，我一直从事理论研究。当进入光子晶体领域时，我决定应该而且可以做一些实验研究。当然，术业有专攻，这必须要找到动手能力强的人。我有一个非常优秀的学生，Ilya Shadrivov，现在他已经是我所在大学的教授。他来自于俄罗斯，刚加入我的课题组攻读博士学位时，我分配给他的任务主要是理论方面的工作。有一次他回俄罗斯休假，我和另一位同事因工作需要进入了他的办公室。在他的办公室里，我看到一个非常精美的硬木咖啡桌。我的同事告诉我，这个咖啡桌是Ilya自己利用业余时间做的。我意识到Ilya动手能力很强，当他从俄罗斯休假回来后，我告诉他应该转去做实验。在那之后，他开始做一些微波波段的实验，然后慢慢地从微波波段转向光波波段。
Q12: 目前您已经发表了950多篇期刊文章。这些学术成果里有很多是您与世界各地的合作者共同完成的。您是如何建立起这种广泛的学术合作？
A12: 科学建立在思想交流的开放性之上，在合作中最重要的事情是保持诚实和开放的态度。我非常愿意合作，非常高兴让合作者参与我的研究课题，这也为我提供了能够参与对方项目的可能性。有效的合作会产生一加一大于二的效果。
Q13: 在YouTube上发布的一次采访中，您说自己一直在工作，没有空闲时间。真是这样吗？
A13: 确实如此，我一直在工作，因为科研真的很有趣，让人痴迷。我非常喜欢与学生和合作者进行讨论和交流，我几乎每天都会发现一些有趣的东西，让人无比兴奋。
Q14: 在中国有很多年轻人在读研究生，您也曾指导过中国博士生，您对他们有什么建议吗？
A14:首先要选择合适的导师，导师对你将来的发展起到至关重要的作用。除此之外，我还有如下几条具体建议：（1）不要害怕问问题；（2）长期保持从事科研的动力；（3）要善于发现和利用机会；（4）学好英语尤其是英语写作；（5）在高水平刊物上发表研究成果；（6）在自己的领域内建立起知名度。
Q15: 在采访的最后，您还有什么话要对中国读者说吗？
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Andrey A. Bogdanov, Kirill L. Koshelev, Polina V. Kapitanova,et al. Bound states in the continuum and Fano resonances in the strong mode coupling regime[J]. Advanced Photonics, 2019, 1(1): 016001
作者简介：
常国庆，中科院物理所特聘研究员，博士生导师。在清华大学电子工程系先后获得学士和硕士学位。2006年在美国密歇根大学电子工程系获得博士学位。2007年在密歇根大学超快光科学中心从事博士后工作。2008-2011年在麻省理工学院电子工程系先从事博士后工作，后任研究员。2012-2017年，获聘Helmholtz研究员，在德国自由电子激光科学中心创建超快激光与相干成像实验室，担任实验室主任 (永久职位)。2017年加入物理所。现担任美国光学学会Optics Express编委、《光电产品与资讯》编委、中国激光杂志社青年编委。主要研究方向包括高功率高能量超快光纤激光技术、超快生医光子学、超快中红外激光技术等。
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