陈英礼–40年来的上海交大光学学科

40年来的上海交大光学学科

陈英礼

我校激光技术的研究始于1965年。自1960年在国际上发明第一台激光器(红宝石激光器)以后,国内外学术界和工业界都在探究激光的应用。时任上海交大副校长的朱物华院士是一位著名的水声学家,他一直在考虑是否可以利用激光高亮度的特点,发展水下激光探测技术,以弥补声纳的不足。1964年9月,他找了刚从复旦进修回校的青年教师汤荣身(现名汤一兵),谈了想法。并要求汤一兵进行激光及其水下应用的调研工作。当时中科院上海光机所刚成立不久,他们在激光方面已经做了大量工作。朱校长带了秘书和汤一兵参观位于嘉定的上海光机所。光机所副所长,著名的微波量子电子学专家黄武汉非常热情地带领他们参观了激光材料、激光器件以及激光核聚变等实验室,并作了详细介绍。调研工作结束后,汤一兵写了“激光在水下应用的进展与建议”报告上报朱校长。1965年5月朱校长找了基础部主任于骏民和汤一兵,要求立刻从物理教研室抽调人员成立“水下激光探测与显示”课题组,并要求将进展情况和存在问题定期向他报告。以后朱校长又提出了十六字:“先赶后超,赶中有超,逐步积累,(达到)国际先进”作为课题组开展工作的指导方针。

 

课题组成立后,组长是于骏民,副组长是汤一兵,程守洙教授是学术指导人。组员有陈英礼,范忠浩(电气),公丕莲(玻璃工),还有化学教研组调来的姚中栋,黄雍实等人。为了加强力量,又按朱校长指示,从工程物理系调来了政治业务俱佳的两位青年学生:谢绳武和张松祥,他们先在程先生指导下结合科研进行毕业论文,以后就留校参加课题组工作。一群年轻人,除了汤一兵以外,谁也没有见过激光,虽然经常为某一问题争论得面红耳赤,但大家相处很是愉快,工作也抓得很紧。当时的思路是:在交大开展水下激光探测技术分几步走。第一阶段是“练兵”,通过建立两台最简单的激光器:红宝石激光器和氦-氖激光器来熟悉激光;第二阶段是建立水光学传输特性实验装置,对我国不同海域的海水进行吸收散射等传输特性研究,找出适宜于水下传输的工作波长;第三阶段是建立相应波段的激光器;第四阶段是发展水下激光探测技术。作为第一阶段,我们着手把当时物理实验室的一台上海曙光厂早期生产的镀膜机加以改装,建立了气体激光管充气系统和布儒斯特角窗口封接装置,设计加工了光学支架等等。但我们很快知道,中科院上海光机所和上海硅酸盐研究所,上海灯泡一厂等已经成功地研制出有关的激光元器件,主要供他们自己使用。于是我们就根据自己进行的计算和设计,提出参数,请他们支援。我们先后从光机所得到了介质膜,从硅酸盐所张绶庆研究员那里得到了红宝石,从上灯一厂得到了He-Ne气体放电管和闪光灯。汤一兵设计了反射镜调节支架,谢绳武设计了聚光腔。范忠浩设计并制造了两台激光电源。我们把这些元器件装配起来,并摸索出了一套调整光路的方法。前后大概花了半年时间,获得了两种激光输出。当时学校要在1966年4月8日校庆举办科研成果展览,上海市领导也要来参观。我们的成果在送展之列。科研处提出,最好能表演一下,加深领导印象。范忠浩很聪明地提出:水下通信和陆上通信的区别是一个在水下,一个在水上,道理差不多,无非换个光源而已,可以先表演陆上通信。他并且表示可以把音频信号加载到He-Ne管的射频电极上(内调制)。这一想法得到了大家一致赞同。当时已是傍晚时分,我马上从家里拿来刚买的电唱机和唱片,范忠浩连夜就把它改装成调制信号源。展览会上,一曲歌剧“江姐”中的“红梅赞”歌声随着红色激光束从展厅一头传到另一头。很多参观者只听说过激光,从来没有看见过,更没有看到过激光传输信号。这一成果在展览会上成为热点,颇得大家好评。会后校党委书记余仁表扬了课题组,并指示要总结经验,立即转向水下激光研制。但不幸的是,随着文化大革命的开始,科研工作全部停了下来,仪器设备全部封存,全体人员从本部科学馆转到法华镇路基础部参加文革运动,以后又去奉贤钱桥乡接受贫下中农再教育。

 

1969年底,随着“抓革命促生产”号召的贯彻,科研工作又开始逐步恢复。1970年,汤一兵向当时负责学校教育科研工作的军宣队李明远队长汇报工作时,提出要把工作重点转移到筹建激光研究室,继续开展水下应用研究。李队长表示同意,要汤一兵尽快写出筹建计划及长远规划。三天后汤一兵完成报告上报。李队长很快就告知汤一兵,学校同意成立激光研究室,并已把二万元打入激光研究室的账号,作为启动经费。激光研究室以彩色电视会战小组和原物理教研室激光课题小组为基础,再吸收了基础部其他教研室的同志。后经六机部正式批准成立。当时校内实行军事化建制,每个系都是一个大队,激光研究室编为五大队五连,连长是汤一兵,下辖五个班:二班(班长徐高钺,张松祥),从事激光应用研究,重点是水下应用。他们直接承担水下激光设备的研制任务。三班(班长徐家齐,梁文彪)研究激光新材料,进行原料提纯和晶体生长。当时是用引上法拉制掺钕钇铝石镏石晶体。四班(班长蒋秀明)研制用于水下激光的激光器。五班(班长谢绳武,丁士豪)承担光学元器件设计和加工,如水下电视扫描镜鼓,晶体加工和测试,以及各种膜片(黄木贞)等。一班原指参加彩电会战还未回校的那些同志。以后成立了机加工车间,就称为一班(班长任秀英)。

 

当时我在四班,成员除我之外,还有赵家驹,应燕平,郭嘉荣,秦树艺,周修宗,王文珍,陆莲芬,景毓章,刘建华等。参加我们研制工作的还有中科院光机所凌君达副研究员。她是40年代交大毕业的校友,有长期从事微波量子放大器和激光研究的经验。在“文革”中她的丈夫,我国著名微波量子电子学专家黄武汉遭迫害致死,她自己也被隔离审查。刚从“牛棚”出来,就参加了我们的工作。她平时就住在交大集体宿舍,生活极其朴素。她教给我不少激光方面的知识,和她讨论问题常可产生不少新的想法。改革开放后,她到美国马里兰大学去工作,现已退休,定居美国。

 

当时根据国际上报道,水下激光窗口已经比较明确,绿光有较长的传输距离。产生绿光有多种激光器,其中掺钕钇铝石镏石倍频激光器可能是最有效的方法。我们四班的任务很明确:研制一台瓦级输出的倍频绿光激光器。具体分工是:蒋秀明总负责以及与整机的协调,赵家驹负责红外,陈英礼负责倍频,郭嘉荣,应燕平,秦树艺负责电源,周修宗负责机械。五班的黄苏伦加工激光晶体,王佩筠加工倍频晶体,黄木贞负责供应介质膜片。在设计以前,我们对器件的主要参数,如椭圆聚光器的几何参数(半轴和偏心率)对聚光效率的影响,灯和晶体棒以及冷却水套几何尺寸的匹配,YAG 棒的增益和损耗,不同输出耦合对红外输出功率的影响,倍频晶体相位匹配条件,倍频晶体厚度与最佳聚焦斑点大小对倍频效率的影响等物理参量,都经过计算或估算,有的还进行了分体试验,最后确定了各个部件的基本参数。当时我们的工作有两个特点。其一是参加研究工作的人员物理图像非常清楚,他们对自己要做什么以及该如何做是很明确的。蒋秀明经常组织会议,稍作政治“务虚”以后,就进行学术讨论。由凌君达、陈英礼、赵家驹等轮流做文献阅读报告,并介绍自己的体会和工作进展,报告后讨论,气氛很热烈,对于搞清楚物理图像很有帮助。最后由蒋秀明总结,布置下一步工作。这种工作方式在现在看来不足为奇,但在“文化大革命”中,“读书无用”、“知识愈多愈愚蠢”思潮泛滥,要坚持这样做是需要勇气的。这种做法对于推动工作的迅速进展起了很大作用。另一点是知识分子脑力与体力劳动相结合。图纸完成以后,教师自己到车间和工人师傅一起讨论,往往由于部件特殊,要和师傅一起定工艺,有时还要修改图纸。加工部件要经过若干道工序,教师从木模车间到翻砂车间,拿了二、三十斤重的铸件,再到动力车间借刨床刨平面,再拿到自己小车间车铣钻孔装配,直到拿到实验室做光学实验,都是自己亲自动手。郭嘉荣是当时组内为数不多的讲师之一(其他绝大多数人都是助教),身为高级知识分子,但经常蹲在地上检查线路。有一次从地下站起,头部不慎与导轨尖角相撞,顿时血流如注。另一件事,当时大家对于激光防护不是很注意,不习惯用防护镜,也常常一人单独调光路。有一天中午大家在办公室休息,赵家驹单独调试光路,不慎触动电源,以致视网膜穿孔,影响视力终身,大家都感到很内疚。赵家驹是一位非常值得我尊敬的同事,现定居美国,在迈阿密大学工作。他不但在科研方面作出了很大成绩,在教学方面也贡献良多。他开设的《光学原理》和《高等光学》课程,内容全面,讲课时以启发性的问题引导学生思考,把概念阐述得非常清楚,很受学生欢迎。历来是得到学生欢迎的一门课程。不少当年听过他的课,现在国外的校友,回国时都向我谈起过这门课对他们的影响。他们说,现今工作上的成就,颇多得益于当年打下的基础。

 

工作中经历了很多次失败。最初遇到的是泵浦灯(氪灯)的点燃问题。氪灯是上灯一厂特地为我们试制的,由我们研制电源。电源是一种高压触发的强电流工作的弧光灯电源。刚开始时上灯一厂与我们都没有经验,灯管的工作参数与电源不匹配,使用时不是点不亮,就是灯管爆炸。灯管炸了几十支,每炸一次灯,负责电源同志就总结讨论,其他同志就忙着重新磨光聚光腔,拿出去镀银,要忙乎一阵子。经过大家努力,最后终于使氪灯平稳地处于正常工作状态。另一个难点是倍频晶体的防潮介问题。当时采用的是碘酸锂、磷酸二氢钾一类水溶晶体,极易潮介。王佩筠当年刚从学校出来,她钻研技术,摸索出了一套加工工艺,完成了晶体加工。于1972年五一劳动节前夕获得连续YAG 器件的1.06微米振荡输出。接着同年党的生日前夕获得连续倍频0.53微米输出(当时都是赶在节日前献礼,所以节日前是日夜工作)。第一次获得红外激光时,没有用光电探测装置。先前的每次试验,都在激光器前放了一张蓝色复写纸,但总是不见动静。到底有没有输出,争论不休,于是考虑建立光电探测装置。但有一次打开激光器后,起初复写纸没有反应,习以为常,也不在其意,过了一会儿,有人发现复写纸上蜡熔化了,接着烧了一个洞,才知道已经得到红外激光输出,大家兴奋不已。做倍频光时,开始也是一个芝麻大小的绿光小点,直到一年以后才获得几十毫瓦的输出。无论是1.06微米或是0.53微米连续输出,我们都是中国第一家。

 

除了为二班提供绿光器件工作以外,我们还做了一些激光应用其他方面的工作。70年代中期,当时上海第二医学院生物物理教研室许松林向我们提出,建立一台输出功率数十瓦的连续掺钕钇铝石镏石激光器,用以探索1.06微米激光束与人体组织的相互作用以及可能的临床应用。这一装置由陈英礼和王琳为主(导光光纤由华东化工学院提供)完成,后送交二医,以后又在二医附属九院用于治疗血管瘤,效果极好。记得有一位从广州来的解放军病员,舌部患大面积血管瘤,说话饮食都很困难,广州的医生建议外科手术切除。他由人介绍来到二医,照射几次后,舌头恢复原状,而且表面平滑,说话饮食如常,病员极为感激。在中国,掺钕钇铝石镏石激光器用于临床,我们是首家,在全国影响很大。自此以后,基于掺钕钇铝石镏石激光器的各种医学激光仪器不断涌现,现已成为激光医学的主要设备。不过遗憾的是,中国目前绝大多数钇铝石镏石医用激光设备都是从国外进口的,而在国内市场推销这些设备的主力大都是我国高校光电子专业毕业的高材生。

 

在倍频晶体方面,早期所用的倍频晶体都是单轴晶体,相匹配计算比较简单。但随后大量新的非线性晶体出现,这些晶体大多是双轴晶体,计算远比单轴晶体复杂得多。人们对于如何有效地使用这些晶体不甚了解。谢绳武把全部晶类,根据其点群对称性计算了双轴晶体多波相互作用的最佳相匹配,为合理使用双轴晶提供了理论依据,对于推动我国非线性晶体的生长和使用起了重要作用。大量非线性晶体生长和应用的研究工作,如中科院福州物质结构研究所,山东大学,天津大学等单位都利用他的计算结果,在全国有很大影响。

 

二班的工作主要是建立水下激光观察设备。先后有徐高钺、张松祥、殷琢豫、顾祖翰、蒋玫玲、华伟亢、顾振达、方书淦、郭宪明、胡齐丰、谢绳武、奚碧瑾、施家良、董明达、朱亚军、梁文彪、胡宝礼等人参加,他们分别承担了方案论证,总体设计,光机电分体设计与制备,安装调试等工作。在开展激光水下传输特性研究的基础上,围绕激光水下探测技术,进行了各种水下目标显示方案(包括距离选通技术)的比较。比较了克服激光后向散射以及提高信噪比能力方面,各种方案的优缺点,并考虑了实现方案的现实性。经过多次论证和实验比较,最后采用了激光扫描和几何分离原理相结合克服后向散射的方案。

 

在研制过程中,当时的海军驻交大军宣队孙公飞政委对我们鼓励很大。在交大游泳池进行了第一次水下试验,观察目标距离是5米。虽然观察距离只有5米,但孙政委很高兴,鼓励大家说:第一架飞机刚发明时,高度只有几米。但只要能够离开地面,就是飞机了。他希望大家好好干下去。他的话的确给大家鼓舞很大。以后进行了不断改进,先后研制了三代样机:原理样机,实验样机和使用样机,利用样机进行了阶段性成果推广。如东北小丰满水电站和密云水库水下拼件部分的检测,黄河上游龙羊峡水库、浙江小水库水坝的水下观察。南京长江大桥桥墩因船舶碰撞而受损,此事引起国务院高度重视,经我们用水下电视系统检查,判断无严重受损。我们的系统还参加了二次大战期间沉没于我国东海海域日舰阿波罗号的打捞,都取得了较好效果。该项目获全国科技大会重大科研成果奖。但遗憾的是,这一成果最终未应用于海军艇。系统安装在艇上进行实地调试后,终因设备的可靠性和图像质量等未能达到实战要求,而未被采用。

 

除开展激光在水下的应用外,二班还开展了激光高分辨率图像记录仪(胡齐丰等),激光多普勒测速仪(胡齐丰等),激光船模轨迹仪(徐高钺等)等研制。但以后随着人员的变动和其他种种原因,激光技术应用的项目没有能够继续下去,这是非常可惜的。

 

物理系复系之后,方俊鑫教授来交大工作,开拓了光学学科新的研究方向。方俊鑫教授是国内一位著名的固体物理学家,但对光学也有很深的造诣。早年在交大工作时,研制成功了国内第一个X射线管,打破了外国的禁运。他来交大后提出:交大办光学专业,应该有自己的特色。他认为交大的光学学科要与凝聚态物理密切结合,他建议的研究方向是光与物质,特别是光与凝聚态物质的相互作用。具体地讲,就是导波光学与集成光学。他在长时期的思索中形成了一个想法,他认为:光在介质中的传播,特别是在光波导中传播时,是有别于真空。光与固体元激发相互作用的结果产生了Poariton。他称之为杂交光子,即既非光子又非元激发,但又同时具有这两者的性质。他希望凝聚态和光学两个学科结合起来,能对他的这一想法在理论上和实验上得到进一步阐明。另一方面,自70年代初高琨博士提出低损耗光纤概念以后,1976年美国第一个光纤通讯系统投入运行,光纤通讯在国际上成为热点。在中国,中科院福州物构所和上海硅酸盐所已成功地在国内研制出光纤,上海建立了第一条光通讯系统。当时认为,70年代初由集成光学之父田炳耕博士提出的集成光学代表着未来光通讯中光器件的方向。未来光通讯中光器件将以波导形式出现,而且有源器件和无源器件有可能集成在一块波导上。集成光学在国际上已经取得了不少进展,而在国内尚在起步阶段。方教授认为交大应不失时机地开展集成光学研究工作。导波光学和集成光学互为依存,互相促进,既有理论,又有实验。经过长期努力,就能形成交大光学学科的特色。

 

为了开展集成光学研究,当务之急是要把集成光学实验室建立起来。当时陈益新作为物理系建系骨干,刚从电机系调入,他勇敢地将此重任挑了起来。在“文革”中交大曾经建立了一个集成电路实验室,在科学馆,叫元件车间。他把它接收过来,包括房屋、设备,技术骨干赵小林、戴庆元,管理人员翁秀珍,工人戴培兴、李美、缪洁华等12人也一起调入,朱美华调入该室担任党支部书记。他们组织人力,将里面的净化室、涂膜机、扩散护、光刻等设备一一予以修复,建立了固态电子学实验室。方教授看了以后,表示满意,认为初具规模,可以开展工作了。作为第一步,他希望在交大实验室里先做成一块介电晶体的光波导(方教授一直不主张交大搞半导体有源波导,这一想法的影响一直延续至今), 能够做到使光束在波导中传播几个厘米,就可以进一步开展光波导器件和导波光学的研究工作。当时方教授把这一任务交给了陈益新和陈英礼。我们这几个人,包括方教授在内,除了文献中照片之外,谁也没有见过实际的光波导,(后来我们知道中科院长春物理所于荣金小组已于70年代中期制备成了中国第一块铌酸锂光波导,我们只能算第二家)。由陈益新负责光波导制备,陈英礼负责光的耦合和测试。采用的是真空蒸镀钛膜,然后扩散的方法制备波导,利用棱镜耦合实现光的传输。这在今天,是很普通的技术,而在当时做起来也颇费周折。当时并不知道何处可以得到金红石棱镜材料。于是去硅所找唐元汾,他记得曾为一家单位制备过金红石晶体,但不是为集成光学用的。他慷慨地打开抽屉让我找,在他放满了各式各样晶体的抽屉里,找到了几片用剩的金红石边角料。正好我们实验室有一台丹东生产的X-射线衍射仪,于是就到材料系,查到金红石不同晶面X-射线衍射的数据,利用X-射线衍射方法来精确地判断晶面方向。光学加工由谷正太负责。当时光学加工车间在北二楼,X-射线衍射在教三楼,谷正太不厌其烦地一日数次奔走其间。他磨好以后,我在衍射仪上测方向,再决定那个地方需要再磨掉一些,如此反复,终于做成了耦合棱镜。又请长春光机学院来的于国英做了一个耦合支架,经过一个多月的紧张工作,陈益新也做好了波导,我们两个人就在激光实验室里做实验,当棱镜转到计算的角度,把螺丝拧紧,突然看到了m-线,两人非常兴奋。请方教授也来看了,确认光已经在波导中传播。交大的集成光学,有了一个开头。

 

不久陈益新去美国圣地亚哥加州大学张慎四教授处当访问学者,他不时把看到的先进的东西写信回来。而国内的研究工作则由陈英礼、许政权和李劬继续进行。一年以后陈益新回国,作为学术带头人,他带回了国际上的最新信息。此时学校得到世界银行贷款,物理系对集成光学很支持,用相当数目的经费支持集成光学,添置了反应离子刻蚀、扫描电镜电子束写入、表面轮廓仪、射频溅射仪等设备。稍后又在日本大阪大学的帮助下,使扫描电镜增加了电子束制版功能,这些设备当时在国内是最先进的。而集成光学实验室的人员也在不断扩大,有教师和实验人员30人。先后培养了研究生近百人,承担了一批863和

其他重要项目。这些项目有:空间光调制器(陈益新,陈雷)、4×4铌酸锂波导光开关(龚小成,沈启舜)、波导AD 转换器(李保贞,阮丽贞,沈荣桂)、声光波导器件(徐敬舆)、频谱分析仪与程差透镜(许政权)、光波导调制器(金国良)、离子交换玻璃光波导(方三摩)等。项目总经费达到每年200多万,一个学科有如此多项目,这在当时各高校光学学科中是不多见的。当时交大的集成光学研究,在国内外学术界有相当的影响,这一领域的国际著名学者,如田炳耕、蔡振水、张慎四、Tada、Namba、Nishihara 及Sasaki等多次访问交大,并建立了密切联系,进行了学术合作和交流。陈益新多次应邀作为集成光学国际学术会议节目委员会成员,或作为发起人主持会议。在国内,他是中国光学学会集成光学专业委员会发起人之一,并担任副主任委员至今。可以这样说,交大的集成光学对中国集成光学的发展,起了开拓和推动作用,亦培养了大量集成光学人才。

 

在导波光学方面,光学学科也开展了一些有意义的工作。导波光学是光纤技术和光波导器件的理论基础,是70年代刚兴起的一门新学科,当时国内对它了解甚少。方俊鑫教授于1978年首先在国内举办导波光学讲习班,学员除本校师生外,还有国内各兄弟院校、研究所和工业界的技术骨干,对于普及导波光学,推动光通讯和光器件的发展起了重要作用。以后杨傅子、曹庄琪在方教授讲义的基础上,出版了《光波导技术的物理基础》一书,现是国内各高校相关专业的重要教材。

 

在研究工作方面,杨傅子、曹庄琪在方教授和盛虞琴指导下,开展了金属覆盖介质波导研究。在众多的光波导器件中,有相当一部分具有金属覆盖形式(如电光器件,半导体激光器件),人们对多层介质波导中光的传输研究比较透彻,而对于金属包覆形式下的传输认识不很充分。当时普遍认为,表面等离子波只能存在于介电系数符号相反的材料中,但杨傅子、曹庄琪经过分析,认为这一结论在强吸收介质中可能不再成立。限于当时国内计算机和实验条件,这一想法没有得到证实。不久杨傅子到英国Exeter大学当访问学者,向导师谈了想法,导师也将信将疑。杨傅子利用该校实验室的计算机进行了计算,在输入相关数据后他离开了实验室,第二天上班得到的结果证明了这一想法,以后他又在强吸收介质中用实验证实了这一结论。这一工作在国际导波光学学术界有较大影响,人们称这种情况下的表面等离子波为“傅子模”。在国内,曹庄琪根据国内已有条件,也开展了不少有意义的工作,取得了重要结果。

 

在波导中的非线性光学方面,李劬、陈英礼和他们的学生华一敏、陈险峰等对各种不同材料,不同结构的光纤和平面波导中的各种非线性效应进行了详细的研究。光纤和波导包括:单模和大芯径石英光纤,稀土掺杂光纤,氟化物长波长光纤,液芯光纤以及聚合物薄膜等。研究的非线性光学效应有:自组织二次谐波振荡及频率上转换,受激喇曼散射和超连续谱的产生,受激四光子混合和自诱导相位匹配,三阶非线性与光开关,光极化等,这些研究结果丰富了人们对光纤和波导中非线性光学现象的认识。

 

上述时期,上海交大的光学学科在全国有很大的影响。到我们实验室参观者络绎不绝,有的甚至模仿我们的技术路线,购买仪器设备清单也照单全抄。有一个笑话:有一次我遇到美国一家著名激光仪器公司负责亚洲地区销售的副总裁,他说感谢对他们公司产品的推荐。我说我并没有向任何人推荐过你们的产品。他说刚接到中国一所大学要求报价的信,信中不但设备型号和全部附件与交大相同,而且把交大购买仪器的出厂编号都写上了。

 

这一情况不久就发生了变化。到90年代,学科的发展遇到了严重的困难,原因是多方面的。上海交大的激光技术和集成光学研究之所以在全国一度领先,有它的历史原因。由于朱物华院士和方俊鑫教授敏锐的学术洞察力,很早就提出了学术方向和工作目标。我们的研究工作在全国起步早,得到成果也早,当然学术影响也比较大。到了后期,竞争非常激烈。在信息时代,又有哪个高校不搞光学?可以说是:到处激光,遍地光纤。我曾经和清华大学周炳琨院士聊天。我说,北方有些单位得到国家几千万的支持,也没见到对国家光电子产业有什么重要的贡献,光器件几乎都是国外公司的天下。他回答说,我们搞激光

的都知道,不到阈值,激光器是出不了激光的。清华尚且如此,何况我们?研究集成光学和光器件需要大量的投资,根据我们的财力,要想深入研究,已经是难以为继了。

 

另一个原因是人员的变化。方教授的去世的确给我们带来了很大损失。激光研究室主任徐高钺英年早逝,以后该室的很多人员相继调动工作或出国,以至不得不取消建制,上海交大的激光应用方面研究也因此基本停止。集成光学学术领头人陈益新奉调筹建磁记录介质信息存储中心(121工程),并带走了一批青年技术骨干。继后,由于美国硅谷光子产业的迅速发展,吸引了光学学科大量优秀青年出国。这一时期,光学学科青年教师出国学习并定居国外的人数不下二三十人。毫无疑问,他们在国外都很有成就,但对我们学科的发展影响却是相当大的。

 

根据光学学科当时的情况,谢绳武副校长决定将光学学科各教研室和实验室进行整合,打破室与室之间的界限,成立研究所,集中力量,力争在一两个方面有所突破,并任命本人为光学学科首席责任教授兼研究所所长。受命之初,我深感责任重大。当务之急,是要制止滑坡。我虽从事激光研究工作多年,但学术上并无重大建树,也没有在国外留学或工作的经历。然而我对光学学科感情很深,和教授们共事多年,我了解他们。他们在学术上都已成熟,知道自己该怎么做,用不着对他们说三道四。作为学科负责人,实际上就是做好两件事。其一是根据国际发展的动向和我们自己的能力去认定学术方向,组织教授们分别去做,做好协调工作;另一件事就是千方百计去打通渠道,争取经费。这两件事做好了,有一个宽松的学术环境,教授们觉得愉悦,学术上做出成果,自是顺理成章的事。

 

90年代中期,由于光通信技术的推动,国际上提出了光子学的概念。光子作为电子以外的另一种信息载体,有它不可替代的优点。但人们更想知道,有什么好的方法去克服它的不足。光子学中一个重要的内容就是如何去控制光,而且作为一门技术,希望找到低廉成本控制光功能的新型光子器件。很多情况下,光的控制是可以通过材料中的非线性光学现象实现的。出于以上考虑,我提出我们学科在一个相当长时期的研究方向是“基于非线性光学中新现象,新构思,新材料的新型光子器件”。这一方向既符合今后若干年国际上的发展,又考虑到我们学科原有的基础,也有理工结合的特点。这一想法得到了教授们的支持。当时李劬刚从意大利回来,在意大利期间,他参加了欧共体支持的一个项目,做了有机聚合物光开关的研究。曹庄琪对有机聚合物光波导已经思考了很久。一些有机聚合物是一种潜在的新型非线性光学材料,国内还不太有人注意。而且在初始阶段,开展研究,花钱不会太多。我们决定以此为切入口。在科研处邵传芳副处长的帮助下,我们取得了上海市科委的支持,开始了这一领域的研究。令人高兴的是,在教授们的努力下,目前我们光学学科在这个领域不断地取得成果,已在全国光学界取得了公认的领先地位。

 

关于经费,这是任何一个学术负责人都会感到烦恼的问题。建所之初,谢绳武副校长特批20万元作为实验室改装费用,使我们彻底告别了用导轨和橡皮泥做光学实验的时代。以后通过211和985工程项目,学校累计投资700余万元,购置了基本的仪器设备。实验室建设由夏宇兴具体负责,他对实验室建设有丰富的经验,在他主持下,带领一批年轻人,很快使实验室改变了面貌。教学实验室则仍由黄维实负责,每年要开出一批实验,工作很是辛苦。我的主要精力则在了解研究国际前沿发展动态,争取科研经费。不断地写项目建议书,申请表,接受评审,阶段小结,课题总结,申请专利,验收鉴定等等,特别重要的是要与经费管理部门沟通,这其中辛酸苦辣相信每个学术负责人都遇到过,这里也不必多言。不过我要特别感谢两位同行的支持。一位是上海市科委前总工程师徐国华先生,另一位是复旦大学信息学院院长陈良尧教授。徐国华对我们交大光学学科很是信任,不断地支持我们(当然,我们都是按质按期完成项目),并且帮助我们沟通与国家有关管理部门的联系,甚至还自己陪我们去北京汇报项目。陈良尧是一位纯粹的学者,他没有门户之见,他希望上海的光学界联合起来,发挥各自的优势,争取国家级的重大项目,真正为我国光电子工业做出贡献。由复旦物理系发起,在上海市科委支持下,成立了上海市应用物理中心,各高校和研究所都派代表参加,组成学术委员会,我代表交大参加了学术委员会。市科委每年立项的有关物理部分基础性研究项目就委托应用物理中心学术委员会评审。同时应用物理中心还组织了一些核心单位,主要是复旦,交大,光机所,技术物理所,冶金所等向国家科技部申报国家级的重大项目,如“攀登”,“973”项目等。我们每年都可以从这些渠道取得一定的支持。此外,我们和国家自然基金会也保持着良好的合作关系,我们的教授们信誉都很好,也比较容易得到支持。我们学科评为上海市重点学科以后,也可以从上海市教委得到为期五年的支持。另外,从“863”,国防科工委等也可以得到一些经费。总之,自从研究所成立以来,在大家的努力下,经费缺乏的局面已经有所改观。

 

光学与光子学研究所建所已经10年,我于2000年离任,由夏宇兴接任所长。他在研究所管理方面很有经验,在全国光学界也有较大影响。自他加盟交大以后,我们一直合作很好,配合默契。我们两人主持研究所工作以来,由于各位教授的支持和努力工作,交大的光学学科取得了很多进展,例如曹庄琪在导波光学转移矩阵理论和等离子表面波方面的工作,他和沈启舜合作,研制成功很多新的有机聚合物光波导器件,如反射型电光调制器,超窄带滤波器,梳状滤波器,高灵敏度的气体吸收传感器,高灵敏度振荡波传感器等,这些新型光子器件都不是别人发明的简单模仿,而具有自主知识产权。他和沈启舜发明的θ-2θ光波导参数测试仪现已为国内十多所高校采用。其他教授的工作也很出色。如李劬关于有机聚合物光极化机理的研究以及光纤中几何相因子的研究;夏宇兴的用于我国“神光”装置光脉冲整形与光谱均匀化技术的研究,陈险峰的关于任意畴反转结构中准相位匹配非线性光学现象研究以及纳米磁流体的光学性质及光子器件研究,金国良的关于高速光调制器和光开关的研究,王辉和钟晓霞在纳米光电子学光控自旋阀,纳米生物功能材料方面的研究,都是很有特色的工作。特别是我学科在导波光学方面研究,在国内仍保持很大影响,居领先地位,这与曹庄琪等一批教授的努力是分不开的。

 

回忆往事,引起不少思考。40年前,一群年轻人,胸怀报国之志,在艰苦的条件下,不计报酬,尽管生活清苦,却日以继夜,全身心地投入工作。他们为光学学科的建设,贡献了青春,奠定了光学学科的基础,这是可以引以自豪的。但是由于环境条件以及学术水平和认识上的限制,很多事情想做而没有做成。一些很好的项目,起步甚早,但却半途放弃,而其他单位却在我们基础上,做出了成果。在知识创新和成果转化方面,特别是为我国光电子产业作出贡献,留下了不少遗憾。所幸的是,近年来随着学校投入的不断加大和教授们的努力,光学学科的确在不断进步。在李家明院士和夏宇兴教授的领导和培养下,新的人才不断涌现,如陈险峰,詹黎,王辉,钟晓霞,罗售余,王长顺,陈玉萍等年轻人都是很有希望的人才,足以挑起光学学科建设的重担。相信总有一天,我校光学学科会成为具有一流水平的学科。

 

选自 《上海交大百年物理》, 上海交通大学出版社, 2006

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5 Responses to 陈英礼–40年来的上海交大光学学科

  1. 马红孺 says:

    陈英礼先生见证了上海交大光学学科的兴起,发展,衰落,触底反弹的全过程。

  2. zhangxinlei says:

    陈老师您好,我是中国激光微信公众号的内容编辑,中国激光微信公众号是一个聚焦于光学领域,及时发布前沿成果、行业资讯、优秀论文推荐以及人物采访等内容的平台,我们面向的都是光学领域的专业用户。同事在浏览网页时看到了您写的这篇回忆上海交大光学学科40周年的内容,我们觉得很适合在中国激光微信平台发布。所以,我留言想征求您的意见,是否愿意将本文的内容授权给我们使用,我们可能会对文本做一些整理编辑,但不会改变原意,文章发布前我们会把修改后的内容发给您进行确认。期待您的回复。

  3. zhangxinlei says:

    我的联系邮箱:zhangxinlei@siom.ac.cn

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