自20世紀60年代問世以來，激光已在工業、醫學、軍事等眾多領域廣泛應用。近年，超短脈沖激光即超快激光成為激光領域的先端發展趨勢。脈沖越短，激光的精度越高、釋放的能量越大。在實驗室，激光脈沖已短到飛秒級別（1飛秒等于千萬億分之一秒）。超快激光投入應用，將成為人類工具史上的又一“利器”。然而，近乎極限的“稍縱即逝”、超強的能量釋放，使得可控、穩定、測量成為駕馭飛秒激光的世界性難題。
近年來，南開大學現代光學研究所教授劉偉偉帶領科研團隊結合信息光學、分子光譜學和等離子科學的前沿研究進展，圍繞如何駕馭超快激光展開了深入研究，并取得一系列重要成果。團隊研發的“全光纖近紅外光譜儀”成功解決了“天宮一號”在軌航天器有害氣體檢測難題，為宇航員艙內活動安全及航天科學任務的開展保駕護航。今年5月，劉偉偉入選全國首屆“最美青年科技工作者”。
劉偉偉，江蘇淮安人，1994年考入南開大學物理學院學習應用光學。本科畢業后留校工作，其后前往加拿大拉瓦爾大學攻讀超快強激光領域博士學位，獲得首批“國家優秀自費留學生獎學金”。2007年，作為引進人才加入南開大學現代光學研究所工作。系南開大學超快激光科學與應用研究領域青年學術帶頭人。
劉偉偉工作于超快光子學與太赫茲科學、分子光譜學、等離子科學的前沿交叉研究領域。超快光子學是滿足科學技術發展對于極短時間極限追求的主要途徑。但是它強度極高，過程稍縱即逝，掌控超快激光非常困難。
“時間極短，就好比我們需要在地球上控制月球上一個人的運動。任意一個實驗條件的稍微變化都會引起結果的極大差異。另外，超快激光比太陽光強10的15次方倍。你可以想象千萬億個太陽同時照射是個什么強度，任何測量儀器放那兒一下就打壞了。”劉偉偉說。
圍繞這些問題，劉偉偉深入研究超快激光與物質相互作用的物理機制和非線性動力學過程，發展關鍵物理參數的準確表征方法、建立有效抑制調制不穩定性的相干調控原理和探索突破時空尺度極限的創新性應用。
劉偉偉研究的表征方法以非接觸式原位測量為主要創新突破口，取得了超高光強的準確測量，解決了超高光強擊穿任何探測儀器的實驗困難，為理論模型的建立和驗證提供準確實驗依據。他實現公里量級上對于超快過程、超高光強調控，為推動遠程大氣污染探測、遠程激光通訊等實際應用提供了物理基礎。他的另一重要研究成果實現了分辨率為1/40波長的太赫茲超分辨成像技術，其實現難度就好像將一頭大象裝進了一個火柴盒。
“做科研沒有興趣、沒有成就感，那就根本做不出成績來。”劉偉偉說，他的成就感來自于解決一個又一個難題，更來自于看到自己的成果轉化應用。他說，自工作以來，最有成就感事莫過于參與了我國首個空間實驗室——“天宮一號”的科研工作。
載人航天最重要的一項指標是保障航天員的艙內安全，其中有害氣體的檢測極為關鍵。“比如電線外皮材料受熱，動力燃料、制冷劑等的泄漏都會導致艙內有害氣體增加，直接威脅艙內人員的生命安全。這一直是國際宇航界的難題。”劉偉偉說。
2009年，現代光學所為了拿到“天宮一號”的這一項目，集全所力量精心制作了數套方案。在與國內同行的幾輪激烈競爭后，最終獲得立項。劉偉偉清楚地記得，項目評審通過后，時任所長母國光院士和課題組老師難抑喜悅之情，在北京找了個小酒館，一起喝了酒慶祝。
隨后的兩年里，劉偉偉帶領著團隊沒日沒夜地投入研發。“幾乎是從零開始。那兩年，除了春節休兩三天，可以說整個團隊一天都沒有歇過。因為整個載人航天的進度是不等你的。我們用了兩年的時間，完成了以往7到8年的研發任務。其中的艱苦，常人難以想象。”劉偉偉說。
劉偉偉團隊創造性地提出基于微納結構新型材料的光譜檢測技術，成功解決了在軌有害氣體檢測多組分、高靈敏度的在線測量性能需求與體積小、重量輕、功耗低的苛刻空間環境適應性要求之間的矛盾。該成果使我國在該領域的技術水平超越美俄等航天科技發達國家，位于國際領先，為我國載人航天工程自主創新做出了重要貢獻。
裝置經過中國空間技術研究院驗收通過后，劉偉偉沒來得及慶祝就住進了醫院。連續兩年的高強度工作，令他患上了多種腰椎疾病，嚴重時腿部沒有知覺。與成果驗收通過獲得喜悅相比，劉偉偉覺得這點病痛微不足道。
截至目前，劉偉偉已承擔國家和省部級科研項目10余項，入選教育部“新世紀優秀人才支持計劃”，受到霍英東教育基金會資助；已在重要國際學術刊物發表SCI收錄論文80多篇，引用次數2600多次，H因子達到26；獲邀在近30次國際學術會議作特邀報告；2011年獲“王大珩光學獎——中青年科技人員光學獎”、“金國藩青年學子獎”；2014年入選南開大學“百名青年學科帶頭人培養計劃”；2015年獲第一屆全國太赫茲科學技術學術年會“大會優秀青年學者獎”。
南開大學現代光學研究所是全國高校中最早具有光學和光學工程兩個學科博士學位授予權的單位之一，其中光學工程是國家重點一級學科。依托于光學工程國家重點一級學科，建立了光學工程博士后流動站和“光學信息技術科學教育部重點實驗室”。作為所長，劉偉偉深感責任重大。
“未來更加著力于光學所的發展，希望引進更多優秀人才，優化隊伍。希望學科能夠沖到全國前三。科研方面，更加重視成果轉化，為使整個經濟社會發展享受到高校科研成果帶來的創新紅利做出貢獻，作為科技工作者，責無旁貸。”劉偉偉說。
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