亚利桑那大学光学中心

亚利桑那大学（University of Arizona），简称UA，始建于1885年，是该州的旗舰公立大学和第一所综合大学，世界一流的研究型大学，负有盛名的美国“公立常青藤”大学之一。

亚利桑那大学每年从美国国家科学基金会获得接近7亿美元的科研经费，在美国大学中位列第33位，被卡内基教育基金会列为特高研究密集型大学。该校的光学研究中心（OSC）是美国三大光学中心之一，也是世界上优秀的光学中心之一。

起源

光学科学中心的概念起源于19世纪60年代初期，当时只有很少的人接受光学教育，被认为缺乏受过训练的光学科学家是全国性的危机。为了满足这一巨大需求，空军技术学院与美国光学学会的光学需求委员会以及亚利桑那大学管家天文台所长亚丁·梅内尔（Aden Meinel）起草了一项建立光学科学的提案。

1964年，在亚利桑那大学基金会的财政支持和美国空军许诺的研究合同的保证下，梅内尔在UA校园的临时租用空间内启动了光学科学中心。

在美国国家科学基金会（NSF）科学发展计划拨款的额外支持下，梅内尔得以聘请OSC的第一批教职员工，其中便包括珀金埃尔默（Perkin-Elmer）的Robert H. Noble、Roland V . Shack和Stephen F. Jacobs（Perkin-Elmer的校友，后于1965年与TRG，Inc.的Gordon Gould合作从事与激光工作）。

Aden Meinel（亚利桑那大学光学科学中心和基特峰国家天文台的创始主任）

在第一批教职员工的聘用完成后，梅内尔提出并建立了OSC未来十年的发展路线，在这一路线的带领下，Noble，Shack和Jacobs凭借其自身庞大的科学资历以及实践创新的经验，为OSC未来在尖端光学物理学、光学工程和学科结合等方面的成功奠定了良好的基础。

后续梅内尔又聘请了Itek的obert R. Shannon和霍尼韦尔（Honeywell）的威廉·沃尔夫（William Wolfe），也是这两人的协助，成功奠定了OSC在光学工程和量子光学领域的中心地位。

自此，OSC在响应美国需求的过程中不断发展壮大，现已包括一个世界一流的学院、一个国际学生团体、一个本科光学科学与工程学位课程以及提供研究生证书和硕士学位的远程学习班。且为响应强劲的工业需求，其教职员工也不断与政府和行业的研究人员紧密合作并开展联合研究项目，这也使得其实验室设施得到不断地更新和扩展，满足了最新领域研发的需求。

OSC的壮大之路

01

OSC的发展

OSC于1967年开始招生，其第一名毕业生是空军军官James W. Mayo，他于1968年获得硕士学位，实际上，该中心的前42名毕业生中有12名是空军军官。1969年，在薄膜先驱Arthur Francis Turner的悉心指导下，其学生Dean McKenney顺利完成了学业，获得了OSC的第一个博士学位。

随着OSC的不断发展，获得的资金支持也越来越多。在雄厚的资金支持下，Meinel于1970年建立了80000平方英尺的相关设施，其中包括办公室、实验室以及一座具有七层高的光学测试塔（它被用于制造和测试世界上最大的太阳天文台——Daniel K. Inouye太阳望远镜的4 m偏轴主镜）。

从建立之初至今，OSC的主要任务都是为亚利桑那州和美国提供光学及相关领域的教育、研究和推广，因此OSC历届领导人都非常重视杰出教师的聘请工作，这其中包括诺贝尔物理学奖获得者Nicolaas Bloembergen。

也正是基于这理念，使得OSC在2002年获得了美国首个光学方面的ABET认证之一（ABET是一家专注于技术教育的全球认证组织），尽管几乎每年都在减少国家资金，但OSC合同和补助金却增长了数倍，学校得以增加师资，其学生人数几乎增加了三倍。

02

杰出教师

Aden Meinel

Aden Meinel于1922年11月25日出生于加利福尼亚州的帕塞迪纳，他从小就在机械方面表现出独特的天赋，并在开始上学时就进入了高级班。1940年，在帕萨迪纳初级学院的11年级加速数学课程中，他开始与一位年轻天文学家Marjorie Pettit约会（亦使其后期的合著者、编辑和生活伴侣），在她的建议下，Aden将大学专业由航空工程更改为天文学，并自愿在附近的加州理工学院物理系工作，与研究生一起研究维纳斯的大气气候，并于威尔逊山天文台当眼镜学徒。

Aden于1941年以二年级的身份考入加州理工学院，并于1942年春季加入了V-12海军学院训练计划，在此计划下，他在未来的诺贝尔奖获得者威廉·阿尔弗雷德·福勒（William Alfred Fowler）的指导下工作。

1946年，Aden成功返回伯克利大学，并于次年成功获得学士学位。后仅用两年时间完成了研究生学习，获得了博士学位，在他的论文中设计了世界上第一个固体施密特光谱仪，且通过该仪器观察了夜空中的化学发光现象。

伯克利（Berkeley）之后，梅内尔（Meinel）家族北移。1953年，他被任命为耶克斯（Yerkes）和麦当劳天文台的副主任，担任该职位三年。在Yerkes工作期间，他记录、分析和解释了夜空中的羟基发射带（现称为Meinel带）。

1957年，Aden被美国国家科学基金会（National Science Foundation）聘用，为了寻找一个合适的国家光学天文台站点，他来到了亚利桑那州南部，并选择了6800英尺的基特峰（Kitt Peak）作为其站点，他也被任命为天文台的创始主任。到1961年，Aden正式进入亚利桑那大学，并被聘请为天文学教授和管理天文台的第三任主任。

Aden Meinel在亚利桑那大学光学科学学院的正式肖像

1964年，美国光学需求委员会一致决定除了纽约罗切斯特大学外，还需要另一个光学中心。Aden决定先采取行动，并利用6个星期的时间向该委员会提出了一项提案，即亚利桑那大学光学科学中心（OSC），这一提案也在后续被美国空军所批准。

1973年，Aden辞去了OSC的董事一职，并与Marjorie一起将目标投向了探索太阳能等新项目中，1976年，他们出版了《Applied Solar Energy: An Introduction》，该书描述了太阳能的基本原理和相关技术。

OSC的第一届毕业生James Mayo认为他“是一个真正的科学天才，超凡的精力和组织能力的人，远远超出了我的想象。”

Nicolaas Bloembergen

尼古拉·布隆伯根（Nicolaas Bloembergen）取得了三项重大成就，其中任何一项都可以证明他足以获得诺贝尔物理学奖。他即是诺贝尔奖中提到的核磁共振（NMR）和非线性光学以及激光领域的先驱。

他于1920年出生在荷兰多德雷赫特（Dordrecht），曾在荷兰乌得勒支大学学习物理学，但是当纳粹当局关闭该大学时，他的教育遭到了中断。1946年1月，他登上了前往美国的船，前往马萨诸塞州剑桥的哈佛大学与爱德华·珀塞尔（Edward Purcell）进行研究生学习。而在此五周前，珀塞尔（Purcell）发现了NMR，即原子核可以在磁场存在下吸收射频电磁辐射的概念。随后进行了18个月的紧张实验工作，Bloembergen提出了核磁弛豫的物理学：如何通过其质子的射频响应，利用NMR感测例如水分子的运动。

这构成了他博士学位的基础，也因其对新技术有突破性的指导意义，导致很快便有数百种未经授权的影印本出现在世面之中，他的论文最终以《Nuclear Magnetic Relaxation》为题于1948年重新发布，且该书畅销达到了数十年。

毕业后，Bloembergen在荷兰的莱顿大学（Leiden University）呆了一年，然后回到哈佛，于1951年成为哈佛大学的副教授。

1961年，Bloembergen与其研究团队研究了超高强度的光如何改变与之相互作用的材料并与特性，并获得众多有意义的研究成果：（a）探讨了折射率与光强度的函数关系，即当前称为非线性光学的现象，且于1962~1964年在Physical Review上发表了三篇长论文，以探讨该概念的现象学和基本原理；（b）研究了非线性磁化率的概念，即照明材料的光学响应，他们发现非线性磁化率将影响材料中的自由能（自由能取决于输入和输出频率），因此得出非线性磁化率总是存在一个额外的频率的结论；（c）其研究团队明确指出，许多看似截然不同的物理效应（包括二次谐波的产生以及电场引起的折射率变化）都源自同一物理过程。

这些非线性影响的重要理论对现在数据中心的网络通信和海底光通信电缆的发展至关重要。

布隆伯格根（Bloembergen）在1990年从哈佛退休后，在图森的亚利桑那大学担任访问科学家，并于2001年接受教授职位。

03

光学科学学院

到2005年，光学科学中心的规模和地位得到了充分的发展，Wyant担任第一任院长，成为光学科学学院。目前，OSC主要分为四大研究方向，分别是：光学物理学、光学工程、光子学和图像科学。

光学物理学

OSC的光学物理学方向已经有47年的历史了，它拥有诺贝尔奖得主，这也是该学院的历史优势之一。主要从事各种理论研究项目，包括玻色-爱因斯坦凝聚物中量子湍流的实验和理论研究、复杂多态原子系统的量子操纵和控制、强耦合物理以及光学纳米腔和等离子体系统中的赛尔增强、用于极紫外精确光谱的高谐波生成和频率梳、新型激光束的传播、通过大气的极端非线性传播、半导体中的基本多体理论以及电磁和光学物理学的一般理论等。

光学工程

光学工程方向团队是OSC人数最多的团队，也是OSC的历史基石之一。在这里，研究人员开发并使用计算机辅助设计和经典光学技术来创建新颖的光学元件、系统和仪器。

该团队还使用OSC和Steward天文台镜实验室的世界一流设施来研磨、抛光、对准和测量复杂的精密光学器件，并生成复杂的光机械组件。学生们经常与教师和经验丰富的专业人员并肩工作，其研究内容包括望远镜系统、传感器和防御系统、新型3D和头戴式显示器系统、高级光刻系统、生物医学光学和眼科光学等。

光子学

光子学研究团队中包括一个用于集成接入网络（CIAN）、耗资4000万美元、为期十年的NSF工程研究中心，该研究中心与八所大学共同合作，是美国唯一专注于推进光学技术的研究中心，其研究范围包括纳米光子和半导体光子集成电路（PIC）及其系统架构、可以在真实的网络环境中评估新的微机电和全息交换子系统或PIC的测试平台。

光子学研究团队还拥有内部专用的光纤制造设施，用于传感器、生物医学应用和防御系统中使用的独特的中红外激光源以及开发新型光学产品，例如用于生物学研究的紧凑型多光子显微镜。

研究团队的项目还包括硅光子学和聚合物导波材料和器件、新型半导体激光技术、偏振相机、光学数据存储、太阳能和3D显示器等创新技术。

影像科学

影像科学研究团队主要专注于临床医学、遥感和天文学等应用方向，其研究不仅推动了信息提取算法以及电磁波硬件的创新，还增加了诊断和科学。

影像科学研究团队主要包括压缩和计算成像等图像处理方向，其目的是在硬件设计过程中可以考虑对采集到的图像进行后续处理，以达到优化性能以及减少尺寸、重量和成本等。

该小组开发的方法已经应用于环境和国土安全感测、X射线系统的远程极化大气感测、甚至核武器监测等领域当中。

行业伙伴关系

自OSC建立之初，就非常关心教育与工业领域的结合，并且众多具有相关行业经验的教师也促进了领域结合的发展。

1980年，OSC的副总监Jack Gaskill创立了“Industrial Affiliates”（工业会员）计划，该计划将教育与工业完美的结合在一起，一方面推进了对学生的教育培训，另一方面也填补了准备应付产业机遇和增长的杰出新人才的渠道。该计划的优势在于公司与学生以及教职员工的互动，不仅促进了OSC研究成果的工业化，也为公司提供了光学和光子学领域的最新人才。

现如今，已经有将近50个领先的公司和企业集团积极参与了OSC的“工业会员计划”。并且该计划还催生了超过35家衍生公司，其中包括Wyko Corporation、ILX Lightwave、Zemax、4D Technology、Breault Research Organization、NP Photonics、Phase Shift Technology和Picolight。

文章来源

[1] https://doi.org/10.1038/550458a

[2] Waller K . Aden Meinel:Astronomer, Optical Scientist, Founder and Scholar[J]. Aden Meinel: Astronomer, Optical Scientist, Founder and Scholar, 2012.

[3] Koch T . OSC Turns 50[J]. Optics & Photonics News, 2014, 25(10):50-57.

[4] ARIZONA OPTICS:A TARGETED INDUSTRY SUMMARY REPORT

[5] https://www.optics.arizona.edu/about/history

END