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冬至、圣诞及其它

(下面的一段文字2016年12月26日发在本人的一个公众号里,今天下午,收到一个通知,说是违反了相关法规和政策,被删了。花了很大的力气,终于找到了这篇文字,发在这里。查了一下,本文共被阅读27次。特别佩服腾讯,时隔6年还能查出违规,也特别感激腾讯,让一篇违规的文章存活了六年。)   由于地球的自转轴与公转平面不垂直,在地球绕太阳公转一圈的365天,就有了四季。每年的夏至和冬至两天,是北半球面向太阳时间最长和最短的两天。夏至的日照时间最长,冬至的日照时间最短。而春分和秋分对应的是一天中白天和晚上一样长(应该是说日照和无日照时间一样长)的两天。 地球的温度与日照时间有关,日照时间长了,地球得到的热量多,也自然就暖和一些,但由于地球大气,海洋等的储热作用,地球温度的变化就有了一个推迟效应。于是,冬至并不是最冷的一天,而大致是开始变冷的一天,经过20多天后,才会达到最冷;同样,夏至也不是最热的一天,经过20多天后,才达到最热。除了日照时间,温度也与阳光的入射角度有关,夏天直射的时间多,传递到地球上的热量也多。前两天冬至,现在开始的20多天,天继续变冷,但日照的时间开始逐日增加了。 昨天是圣诞节,据说是耶稣的生日。耶稣据说是上帝派来的,是上帝的使者。不过,这只限于基督教。而伊斯兰教的穆斯林则认为穆哈默德才是上帝的使者。犹太教还在等待上帝的使者的到来。信仰上帝的宗教,其上帝都是一样的,而不同之处,只是所认可的上帝的使者不同。由于基督教的广泛传播和基督教为主的西方国家影响,全世界都在过圣诞节,只是很多人根本不知道圣诞的来历。另一方面,12月25日是在耶稣死了很多年后才定下来的纪念耶稣诞生的日子,并不是耶稣的生日,耶稣的生日在圣经上没有记载,所以也就不知道了。犹太教好像是最古老的,后来,有了耶稣,号称是上帝的使者,说了一些话,做了一些事,被人记录下来,似乎就是圣经的新约了。伊斯兰教则要晚几百年,由号称为上帝的最终使者的穆哈默德创立,穆哈默德传达了一些号称是上帝的话,也说了一些话,这些话被记录下来,就成了古兰经和圣训。在此之后,不断有号称上帝使者出现,但都没有成为大气候,或者在早期就被当作邪教给处理了。现在留下来的信上帝的,也就是这三个宗教了。 今天,也算是圣诞节,记得上小学二年级时,有一天到学校后,发现李老师带着几个高年级同学敲锣打鼓,很是热闹。一打听,才知是在为毛主席庆贺生日。从此就记住了12月26日这个特别的日子。有很长一段时间,毛被当成了神,是和上帝一个级别的,其诞辰,那才是不折不扣的圣诞日。

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开课了

这学期应邀为云南大学物理专业的新生上《力学》课。因事先对于该校学生的状况缺乏了解,对于能否上好课相当担心。 1988年到上海交通大学应用物理系任职,第一次本科生教学是给许挺成老师的《大学物理》担任助教,主要职责是批改大约120余本作业,上习题课和刻印测验考卷,以及在许老师出差时,代了几次课。学生来自动力系,这个系后来与机械系合并,成为机械与动力工程学院。我退休前,被仗时任校长张杰之势的恶霸系主任季向东所迫,离开物理系,在机械与动力工程学院流亡8年并得到了极好的照顾,或许冥冥之中早有安排。 此后,主讲过非物理专业的《大学物理》,少年班和强化班的《大学物理》。再后来,开设并主讲物理专业的《计算物理》。大概在2000年左右开始,开始主讲物理专业的《力学》十余年,同时还讲过《量子力学》, 《热力学统计物理》若干次。物理专业的课程,人数最多时大概60左右,少时不足40。 除本科生课程外,基本上每学期都教研究生课程,研究生课的学生人数较少,大多数时候都是10人左右。按课时算,教过的研究生课时大于本科生课时,但在本科生教学中的付出远大于研究生课。 最早上《力学》课时,用的教材是漆安慎和杜婵英的《力学》,因师生均感觉这本书的习题相对比较容易,两年后改用赵凯华和罗蔚茵的《新概念物理教程:力学》作为教材。数年后,因发现同学们的作业做的越来越漂亮,感觉学生中或许有一套可以参考的习题解答,遂改用郑永令和方小敏的《力学》作为教材。三本书各有特色,都是很好的力学教材。特别是后两种,在深度和习题的难度上,与上海交通大学物理专业学生的程度比较切合。当然,也有少数同学很难跟上。2013年和2014年,在华东师范大学上过两次《力学》,分别用的是舒幼生的《力学》和张汉壮的《力学》做教材,两本教材与学生程度之间都不是很贴合。 这次在云南大学上课,安排使用的教材是漆安慎和杜婵英的《力学》的第三版,新版与当年使用的大概是第一版相比,似乎没有太大变化。这本教材好像出版了配套的习题解答,而且网上也有大量的这本教材的习题解答,所以,我打算在上课过程中,自己找一些习题给学生做。国内外各种力学教材上有大量的习题可以选择,找题并不难,只是要花点时间自己先做一遍。 班上有60余位同学,没有助教,更不可能有18位导师组成的超豪华助教团。没有召开过关于课程设计的研讨会,只有自己一个人在十余年教学经验的基础上,苦思冥想了十余天,按照学时数设计了课程。本课程的目的主要还是传授知识,同时也希望在学习知识的同时,潜移默化地培养学生的科学素养和思维方法,为后续课程的学习和未来的职业生涯打下坚实的基础。 前两次课的课堂状况非常好,同学们的学习主动性很强,课堂气氛很好,讨论和提问很积极,大大超过我的预料。第一次作业下周才能看到,我估计也会非常优秀。好的开端是成功的一半, 我对上好这次云南大学的力学课有了很大的信心。

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(这是今年5月8日的一个记录,一直放在草稿中,改了几个错别字,今天发出来。) ​ 昨天(5月7日)晚上做了一个奇怪的梦。这一年多来,每天晚上都是恶梦不断,感觉是身体不舒服所致,醒着时也是感觉不好,但也没有查出什么大毛病。这些恶梦,都很模糊,每次从恶梦中醒来,上趟厕所,随即又入睡了。早晨醒来,基本上已经忘记了。但昨天的一个梦非常清晰,醒来上完厕所,难以入睡,醒了大约半小时左右。当时整个梦境栩栩如生,不过早晨再醒来,能记得的,已经不多了。有几个画面还很清晰。 梦见蔡老师了,是在和蔡老师共同上一次课,蔡老师讲一段,我讲一段。蔡老师的样子是他50岁左右时的样子,非常精神和潇洒。我和蔡老师从来都没有过共同上课的经历,不知为何会有这样的梦境。今天突然意识到,蔡老师已经去世31年了,再过几天,5月13日,是老师的忌日。那一年,老师只有59岁。今年的九月二十四日是蔡老师90诞辰,希望老师的《热学》能在此时面世。

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评《大学物理》2021年(第40卷)第6期

最近,在厦门大学上了一个多月的《大学物理》课之后,我又开始注意与大学物理教学相关的东西。恰逢微信推送了《大学物理》 最新一期(2021年第6期)的目录,于是点开链接,浏览了一遍这期的文章,对其中的三篇文章有点看法,记录在此,主要是给自己留个记录。 第一篇是《“电动力学”课程思政建设的思考》。从题目看,此文似乎应该是一篇应景文字,但读下去,发现文章有些实质内容。认真读完,在略去若干套话之后,有所收获。整篇文章的结构,文字都经过了仔细加工,完全对得起读者。唯一发现的问题是摘要中一个关键的地方显然丢了一个字,不知是作者故意不“作”了,还是被编辑给“作”了。 与第一篇的摘要中丢了一字相比,第二篇的问题就要严重一点。这篇文章的题目是《中子星的形成机理在固体物理教学中的应用》,文章似乎是要说明可以把中子星的形成机理放在固体物理中讲授,但没有告诉我们作者自己是否放了?课时如何安排?教学效果如何?作者只是把非相对论极限下和极端相对论极限下态密度的计算写了出来。这些内容,都已经写在教科书上了,再把这些内容拿来, 放在一篇教学研究的论文中发表,完全没有必要。另外,这篇文章的文字水平太差,多处语句不通,可读性极差。文中还有一个低级错误,如图所示(自己找亮点)。 第三篇是问题最大的一篇,题目是《狭义相对论中质量与速度关系的特色推导方法》。这是一篇典型的逻辑混乱之作。作者在引言中,首先指责舒幼生的《力学》,赵凯华、罗蔚茵(在参考文献中被改写为 罗麓菌,罗老师找谁说理去!)的《新概念物理教程:力学》,朱荣华的《基础物理学》以及张三慧的《大学物理学:力学》中关于质量与速度关系的推导是循环论证,接着又指责其他的推导方法也是循环论证。又说这样的逻辑处理过程,初学者理解有很大困难。见下图。 舒幼生的书和赵凯华、罗蔚茵的书我都仔细读过,两本书在相对论动力学问题(包括所谓质速关系)的处理上,在初等水平上,没有任何问题。在建立了狭义相对论的时空之后,按照相对性原理,动力学方程必须在洛伦兹变换下不变。 以动量守恒和能量守恒为基本假定,并假定动量与速度方向一致,通过碰撞过程来确定动量与速度的关系,然后再以动量的时间变化率来定义力,得到动力学方程。这是一个前提明确,逻辑清楚的推理过程,完全不存在所谓循环论证的问题。当然,所建立的方程,最终要由实验来检验其正确性。另外两本书,我没有读过,按照作者的指责,这两本书的处理方法与前两本书的处理方法类似,应该也不存在所谓循环论证的问题。至于作者所说的“其它的推导方法”,没有引文,仅有作者的转述,我无法判断。不过,根据前一个不成立的指责来推断,这个指责不成立的概率应该接近于10 赵凯华老师对于我国基础物理学的教学做出了杰出贡献,是我们非常尊敬的前辈。他与合作者编写的多本基础物理教材,特别是《新概念物理教程》,在国内毫无疑问是进入最好教材之列的,这些教材,是我国几代物理学工作者的案头必备书。我学电磁学时,用的教材是赵凯华和陈熙谋老师的《电磁学》;我教力学时,用的教材是赵凯华和罗蔚茵老师的《力学》。几十年来, 赵老师和合作者编写的几本教材,我读过多次,每读一次, 都有新的收获。赵老师是《大学物理》杂志的创刊主编,在《大学物理》上发表的文章中,无端指责赵凯华老师的教材,实在难以接受。  在引言之后,作者用了很长的篇幅,通过胡克定律和点电荷的电场,论证在运动方向上的力在洛伦兹变换下不变。首先,这在逻辑上完全不通,因为作者还没有定义相对论中的力。 其次, 作者的论证过程存在诸多漏洞,这里无需一一指出,只要看一下原文就能发现。再次,论证的结果,是一个特殊情况下的结论,但被上升成为了一般结论。作者的结论是:在参照系相互运动的方向上,力在洛伦兹变换下不变。这个结论显然是错误的。狭义相对论力学中力的变换关系,在作者所引的第一和第二两本教材中均有详细推导。只有在受力的质点在其中一个坐标系中静止时,参考系运动方向上的力才在两个参考系中相同。另外,作者把点电荷之间的相互作用力称为静电力, 可是,当电荷运动时,电荷之间的相互作用力已经不是静电力了,作者似乎完全没有意识到这一点。 在没有给出力的定义的情况下,作者号称得到了关于参考系运动方向上力的变换关系(即不变)后,又说,“根据力的定义”写出了力等于   的时间导数,然后依据两个参考系的力相等得出了质速关系。此处,作者的论证逻辑完全错误,既然把    的时间导数定义为力,那么,力的变换关系就应该从这个定义出发去求得,而不应该把从胡克定律那里得到的关系用到此处。 如果作者确实按照这个完全没有逻辑的方式讲授,对学生来说,肯定是有害无益的,这里,既没有物理思想,也没有逻辑推理,只有拖泥带水的推导和不讲逻辑的论证。作者最后声称其推导没有假设,这显然不能成立。仅仅从洛伦兹变换出发,不做假设,不可能得到动力学关系。洛伦兹不变性仅仅对动力学方程的形式做了限制,而不能确定动力学方程。这里还要提及一点,作者在摘要中说的是“直接利用牛顿第二定律推导出质量与速度的关系”,在结尾处又说“没有假设”,自相矛盾。而实际上通篇做了多个假设,如假设胡克定律在所有惯性系成立,假设弹性系数是不变量等等。 如果作者确实按照这个完全没有逻辑的方式讲授狭义相对论,对学生来说,肯定有害无益。这种讲授方式,既没有物理思想,也没有逻辑推理,只有拖泥带水的推导和不讲逻辑的论证。作者最后声称其推导没有假设,这显然不能成立。仅仅从洛伦兹变换出发,不做假设,不可能得到包括所谓质速关系在内的动力学关系。洛伦兹不变性仅仅对动力学方程的形式做了限制,而不能确定动力学方程。我们知道,动量守恒定律和能量守恒定律是空间和时间平移不变性的结果,以此作为建立动力学关系的基本假设,是最合理的做法之一,也是大多数教材采用的方法。例如郑永令、贾起民和方小敏的《力学》,C. Kittel的《伯克利物理教程:力学》,D. Kleppner和R. J. Kolenkow的《力学引论》等教材都是这样处理的。 这里还要提及一点,作者在摘要中说的是“直接利用牛顿第二定律推导出质量与速度的关系”,在结尾处又说“没有假设”,自相矛盾。而实际上通篇做了多个假设,如假设胡克定律在所有惯性系成立,假设弹性系数是不变量等等。 作者最后声称“推导方法符合现在大学生的认知规律”,我完全不能接受这个结论。在我教过的大学生中,绝大多数都思路清楚,逻辑严密。另外,这篇文章的文字水平很差,多处用词不当,语句不通。 从三篇文章,可以看出《大学物理》杂志还有比较大的上升空间,希望主编,编委和编辑部的老师们把好关,多发优秀稿件,少发和不发问题稿件。 本文已在本人的微信公众号发表,链接在此。https://mp.weixin.qq.com/s/kkHh7_4IrFb8dVcbwQ20fw

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由李政道物理班的一篇发了两次的公号文所想到的

2021年6月21日和22日,上海交通大学的物理与天文学院的公众号以同一题目两次发了一篇文章,在发表了第二次后,第一次的就被删除了。有一个叫做CUSPEA之家的公众号转发了第一次所发,这样,就让我们暂时还能同时看到这篇文章的先后两个版本。这篇文章的标题是“李政道先生为交大“李政道物理班”题词”,说的是上海交通大学要办一个“李政道物理班”,李政道先生为这个班题写了班名,而且题字“志存高远,勇攀高峰”。这10来年,上海交通大学把李政道先生这个品牌使用的极好,先后有”李政道图书馆“和”李政道研究所“,现在又要办一个”李政道物理班“,接下来,还可以办个“李政道科学艺术中心”等等。 很久很久以前,李政道先生在与自己有渊源的浙江大学办了一个理论物理中心,但浙大随后的几十年显然不给力,没能发扬光大;后来,李先生在同样是与自己有渊源的北京大学办了一个研究中心,可惜还是没有能够发展起来。最后,是与李先生完全没有渊源的上海交通大学,成为了李先生的手稿,收集以及名字的最终落脚之处。 在过去的几十年,李政道先生对于中国物理学的发展尽心尽力,做了很多事。特别著名的,一是 CUSPEA, 把中国近千名最聪明的年轻人送到美国培养,虽然其中的绝大多数没有回国,但对于提高中国学生在美国大学的地位有很大作用,极少数回国的,也都成为国内物理学的核心力量。二是推动建立博士后流动站,本意是为CUSPEA学生学成回国建立一个过渡平台,实际上切实解决了国内毕业的博士对分配的单位非常不满时的落脚之处。博士后流动站刚刚建立时的相对优惠条件,虽然对于CUSPEA们没有什么吸引力,但对于国内的博士,已经是好到无法想象(当时,正教授的工资大约300元–400元,有些教授的住房还没有解决。博士后的待遇是:月薪2000元,配二室一厅住房,本人和配偶落户,给配偶安排临时工作,其他福利待遇一律与在职人员相同)。三是推动北京正负电子对撞机的建设,不仅在这个对撞机上做出了若干不错的研究,更重要的是培养了一批加速器的人才。四是在北京建立了中国高等科学技术中心(CCAST), 这个中心一方面组织了大量的研讨会,为提高中国物理学的研究水平起到了实实在在的作用,另一方面通过发表文章署名付费方式,以每篇论文50 — 100美元的稿酬,大大改善了当时的物理学工人的生活。李先生还为中国的物理做过很多其他工作,如科大少年班等等,不再一一列举了。 现在回到这篇公众号文章。第一次发的在这里(也许在某个时刻之后就看不到了): https://mp.weixin.qq.com/s/4JtNw48i9RwdUNxvg0hNHw , 文章中的第一张照片是李政道先生在上世纪80年代中期访问上海交通大学时在交大校园。图中注明是“1985年物理系教授与李政道先生在交大校园内”。 这个图注,相当违背事实, 1985年还没有物理系,那时是应用物理系。与李政道先生交谈的,是时任副校长兼研究生院院长,船舶及海洋工程系的盛振邦教授。李政道先生的另一边,是应用物理系蔡建华教授。盛振邦教授边上拎包的,没认出来,不过查一下应该也可以搞清楚。显然,与李政道在交大校园内的, 一位是校领导盛振邦教授,一位是应用物理系蔡建华教授。 接下来的一句”李政道先生与上海交通大学渊源深厚,早在1987年,李先生就受聘于上海交通大学名誉教授,多年来和学校一直保持着友好学术往来。” 也完全不是事实。 李政道先生与上海交通大学实际上没有什么渊源,在李政道图书馆开建之时,就有国内物理界的学者对此很不理解。上海交通大学与李先生之间,唯一能够扯上关系的,大概就是上海。李先生是上海人, 上海交通大学在上海。 李先生在1987年受聘为上海交通大学名誉教授,在很大程度上应该 与蔡建华教授有关。蔡建华教授在1980年就是CUSPEA委员会的委员,在委员会主任严济慈先生的领导下,参加了第一届CUSPEA及此后几届的选拔工作。 蔡建华教授也是李先生的CCAST的最早成员,而且是最高级别的成员,非常积极地参与了CCAST的早期工作。1990年蔡建华教授因病去世后,李政道先生在此后的近20年似乎与交大没有往来。 在交大与李先生没有往来的这段时间,杨振宁先生受聘交大,并被授予荣誉博士学位。这一方面是因为杨先生的弟媳妇谭茀芸女士(杨振汉妻)当时任上海交通大学顾问教授,对交大的发展和进步很上心,另一方面是因为杨先生与交大应用物理系的许伯威教授有学术往来。杨振宁先生在此期间访问交大数次 ,对交大的发展和交大物理的发展多有帮助。我印象比较深的一次大概是2000年,杨振宁先生访问交大,在徐汇校区的老图书馆一楼会议室开了一个小型座谈会,参加的有部分校领导和应用物理系的几位领导和老师。当时,我和几位老师在积极推动把应用物理系改名为物理系,但来自老师和同学的阻力较大,主要的担心是改名后招生和就业会受到较大影响,领导们一直拿不定主意。在这个座谈会上,校领导请教关于应用物理系改名物理系之事,杨先生表示强烈支持。随后不久,学校决定应用物理系改名为物理系。 李先生再次与交大发生关联,大概是2009年左右了, 这一年,李先生访问了上海交通大学。这便是 这篇公号文章第二次发出时的第一张照片。这是第二次发出的文章 https://mp.weixin.qq.com/s/umSsiJN-luhwG9fKt5RdtA 。 除了换掉第一张照片,其他部分大概没有做任何改动。新换上的照片是李先生2009年访问上海交通大学时,与时任校长张杰的照片。换照片的动机,我猜不出来。也许是因为盛振邦教授和蔡建华教授不够资格放在那个位置,或者是要特别突出张杰,也许或者有别的原因。这次访问之后,便是李政道图书馆的建设和建成,李政道研究所的成立, 现在进行中的李政道物理班, 以及未来可能会有的李政道科学艺术中心, … …。 杨先生此后再没有和交大有过学术的和非学术的往来。 李先生2009年那次访问,还有一个很好玩的,与本人有关的插曲。在留园接待李先生的宴会,我也参加了(按照当时的状况,我应该必须参加),但显然事先没有列入名单。到了宴会厅入座后, 发现李先生给每个参加的人都准备了一份礼物, 而这个礼物,应该是李先生到达上海前就准备好的,已经签好了名。季向东的秘书赵海鹰也是正式参加者,而校办的秘书们则跑前跑后地在做安排。显然,在李先生到上海之前,就已经有了一份名单, 这个名单,大概肯定是季向东提供的。 李先生的反应很快,在互相介绍问候后,立刻关照随行人员准备了一套与其他人不同的礼品,并题字签名。然后,在宴会正式开始前,亲自送礼品给每个人。其他人拿到的,是同样的礼物 … Continue reading

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在上海交通大学的30年

1988年1月,结束了南京大学10年的学习生活,办好了离校手续,得知上海交通大学的新教师报到是3月份,于是就把10个纸箱子的书和一些笔记,草稿纸,一点简单的行李暂时存放在南大,回家过春节了。 过完节,到了南京,托运好行李,告别了系里的老师们,到了上海交大报到。   报到后,安排住法华镇路校区,三位青年教师住一个宿舍,半年后,在闵行分到了房子,终于安顿下来了。   关于到交大工作和住房,有一个插曲,也值得一提。在进入博士研究生之后,蔡建华老师已经到上海交通大学工作,也希望我在毕业后到交大,我当时基本上有这个考虑。在读期间,我在上海交大住了一年,做论文,住在交大的研究生宿舍,先是7舍(?),然后搬到东北头的高楼。当时交大的博士生都住在一层楼,比较活跃的博士生有陈大跃,糜振星等。在交大的一年,对上海的印象很不好,因为不会讲上海话,在商店,特别是小店购物时,很受冷遇,往往对着营业员叫半天师傅,也不会理睬。因为是来此做论文的,属于借读,尽管在蔡建华老师和应用物理系领导的沟通下安排了住宿,可以购买饭菜票,洗澡等等,已经非常优惠,但另一方面,具体的管理人员则常常表现出排斥的态度,感觉上不太好。所以,一年后,我就决定回到南大继续做论文,通过写信的方式以及利用蔡老师大概每月一次去南京大学的机会探讨一些问题。   因为这一年的经历,我向蔡老师表示毕业后不想去交大工作,蔡老师也表示了理解。接下去,蔡老师开始建议我的师弟庞根弟到交大工作。庞根弟是本科79级的学生,人很聪明,也非常努力,尽管比我晚一年半,但论文做的很顺利,在我之前半年就答辩提前毕业了。庞根弟基本上同意到交大工作。毕业前夕,庞根弟到交大的闵行校区考察了一次。当时,交大在徐家汇校区已经完全没有教工宿舍,集体宿舍也很紧张,分配住房只可能在闵行校区。从徐家汇到闵行,坐徐闵线要近二个小时,下车后还要步行大约20分钟才能到学校。那时候闵行校区刚刚建成,校园里只有教学大楼和学生宿舍,没有围墙,当地农民经常在校院里放羊,或开一片地种菜。周围也全是稻田,比较荒凉。考察回来后,庞根弟改变主意,决定不去交大了,在蔡老师推荐下,去了北京,在物理所蒲富恪老师的组里做博士后。蒲老师和蔡老师是很要好的朋友,庞根弟到蒲老师组后,工作做得非常出色,博士后出站后,留所工作了,当时在物理所很有名,大约1990年后,庞根弟到美国,加拿大等地短期访问,然后在加拿大长期留了下来。这样,蔡老师又回头继续建议我到交大工作。我对于偏远的闵行其实并没有不好的印象,但当时觉得住房是一个很大的问题,后来蔡老师找到学校领导,由负责后勤的陆中庸副书记亲笔签名,保证如果我到交大工作,就会在闵行校区分配一套二室一厅的住房。这个二室一厅的住房的吸引力还是很大的,当时,南京大学物理系也希望我留校工作,但关于住房,则基本上没有希望。比较之下,加上蔡老师的特别期望,我最终决定到交大工作。后来发现,博士学位的青年教师在闵行校区分配到二室一厅的住房其实很容易,主要是当时具有分房资格的老师都不愿意到闵行,还在徐家汇坚守等待,闵行的房子并不紧张,基本上全部都是新调来或新分配来的老师。另外,有些老师在市区的住房非常小,在闵行可以增配。随着时间推移和周边环境改善,闵行的住房也开始有些紧张了。   我到上海交大时,上海交通大学应用物理系正处于其发展最好的时期。应用物理系的办公室在新上院二楼北部西边, 把一个教室隔成了若干间办公室。总支书记蒋秀明老师和系主任谢绳武老师合用一间, 好像教务副主任庞乾骏老师和教务员合用一间,负责学生工作的系领导和辅导员等有一间, 财务有一间, 其他办公室人员在一个大办公室内,还有一个复印室,不仅复印,而且有蜡纸印刷机。 系图书室占了比较大的一块。从二楼北头,可以下到1.5楼的一个房间,是应用物理系的计算机房,当时有一台Micro Vax 机器,带着6个终端。这在当时应该是非常先进的机器。在南京大学时,蔡建华老师的课题组有一台IBM-PC微机,我们都是排队使用的。现在的Micro Vax 机器则可以免费随时使用。   我所在的是理论物理教研室, 在大礼堂后面的西大楼的四楼西头,记得是409(或419)房间, 大约有40平方米左右,每个老师有一个办公桌。每个周三下午,所有老师都会集中在这里开会学习,通常都是坐在一起聊聊天,交流一周的一些信息和见闻等等。有时候,会有布置学习报纸的文章,读文件等等。同在西大楼的还有普通物理教研室。后来知道,理论物理教研室是从普通物理教研室分出来的,在应用物理系恢复后,朱泳春教授考虑到本系的教学和面向全校的非物理专业的物理教学有较大差别,教研活动应分别进行,从而成立了理论物理教研室。两个教研室只有一个党支部。理论物理教研室成立之后,孙和璧,王友棠,胡嘉桢,许伯威等老师先后从外校加入,原有人员梁子松,叶青,傅信镛,唐坤发等, 以及从台湾来的黄慧慈。秘书是戴根妹, 戴根妹开始是为黄慧慈专门配的秘书,后来就成为整个教研室的秘书了。教研室主要负责全系的物理课程教学。   当时,应用物理系最大的应该是光学相关的教研室和实验室,以及固体物理相关的实验室等。但这些实验室分散在学校的各个楼内,平时很少接触到,大部分实验室我都从没有去过。开过几次全系教师大会,印象中人很多,但基本上不认识。当时,因为延续国防院校时的管理,每个系,每个老的教研室都有代号,应用物理系是九系,实验室的代号是9开头的两位数。   到上海交大后,蔡先生要求我先过教学关,要把教学放在头等重要的位置。我在报到后,手续还没有办完,就开始上课了。在交大的第一学期安排讲授研究生课程高等统计物理,这其实在半年前就安排好了。蔡建华老师为了提高研究生和本科生的培养质量,对每门课程的安排都亲自过问,这门课也是蔡老师安排的。后来得知,这也是交大应用物理系第一次以上课的方式开设这门课,此前基本上都是自学加辅导的形式。当时上课的同学大概有7、 8个人,还有来听课的。现在清华大学的张广铭教授曾经说起当时也听了我的课,不过我没有任何印象了。我当时参考北京大学章立源老师等写的量子统计物理学一书,认真做了一份备课讲义, 关于迈厄展开的一般理论,参照李政道先生的书做了处理,还增加了一点图论的一般知识,关于相变和临界现象的部分,则参考了马上庚先生的书和郝柏林、于录的统计物理进展一书,比章老师的书增加了较多内容。当时的学生非常优秀,学习非常主动,至少有两位同学完全搞懂了所有的授课内容,其他同学也能掌握大部分内容。那两位最优秀的同学,后来都去了美国,好像也都拿到了物理的博士学位,但是否继续做物理,就不知道了。同样的课程,在十几年之后再开时,删去很多内容后,学生仍然感觉无法理解和接受。 1988年夏天拿到了住房,当时完全没有经济能力装修,向蔡老师借了二千元钱,买了几件旧家具,以及锅碗瓢盆,就住进去了。住进去后才发现水泥地面灰很大,先考虑用油漆漆一下,因为系办公室和教室的地面就是刷的油漆。后来看到有塑料地毯卖,价钱并不高,就铺了塑料地毯。下半年开学后,我担任了普通物理的助教,主讲老师是许挺成老师。上课地点在闵行校区,这对于我是比较方便的。基本上每周三去一次徐家汇校区,其他时间都在闵行。对于助教工作,我同样投入很多精力,当时用的是程江第三版《普通物理学》,我基本上认真做了书上的所有习题,听了许老师的每一节课,批改三个班大约120本作业,上了几次习题课,也在许老师出差时代了几次课。许老师讲课条理非常清楚,板书特别整齐有序。但因为声音比较小,对讲课效果有点影响。我的嗓门比较大,所以代的几次课和习题课似乎更受学生欢迎。第一次习题课下课时,获得了学生的掌声,非常感动。我们上的这个班是动力工程学院的,学生的整体情况大致属于中等,大多数学生都不认识,但有一位同学印象很深,是一位女同学,好像姓姚,作业做的非常认真,也经常提问,而且会在课后指出那些地方讲的不够清楚等。   这一学期,我的很大的一部分精力是担任蔡建华老师组织的超晶格与量子阱物理国际会议的秘书,会议10月份召开,此前邮寄通知,与参会人员沟通等,几乎每隔两三天就要寄几封邮件。那时候的联系,基本上还是靠写信,有些与国外联络比较急的事情,就到学校去发电传(Telex).  开会的几天,有若干国内的参会者因为买不到车票等原因没有到会或晚到, 就只好不停的调整日程,国外来的参会者对此很有意见。这次会议,一大批国际国内一流学者参加,包括当时在这个领域非常著名的张立纲教授,以及Styles,Bastart,Sakaki等国外学者和黄昆教授,冯端教授以及王迅,夏建白,雷啸霖,朱邦芬等国内学者。这次会议得到了意大利国际理论物理中心的一万美元的资助,所以整个会议的财务安排很轻松。会议取得了重大成功,此后又和董金平老师一起协助蔡老师编辑了会议文集,在新加坡的世界图书公司出版。   1989年初,大年三十,在闵行没有装修过的房子里,烧着煤球炉,正在准备过年的食物时,当时的校党委书记何友声教授前来看望。何老师没有任何人陪同,看望慰问了住在闵行的每一位老师。站在门口,与何老师聊了几分钟。何老师知道了我是应用物理系的新近教师后,讨论了一会关于玻耳兹曼方程的一个问题。这件事当时十分感动,一个刚刚参加工作的青年教师,得到学校最高领导的登门慰问,感觉是不可思议之事。这件事,也成为我后来多年坚守在交大的强力支撑。这也是工作30年来唯一一次享受到校领导的春节慰问,此后,总是在新闻中看到校领导在一群人的陪同下看望院士,或者看到校领导在秘书陪同下去邻居家慰问,我的家门,再未见到过领导。   大约是1988年秋,收到在美国读书的同学王江(现在是上海交通大学金融学院院长)的来信,告知美国特拉华大学徐少达教授希望在中国招收一位博士后,我可以申请,并告知了联系地址。紧接着又收到了徐少达教授的来信,告知他那里有一个博士后的位置,问我有无兴趣前往。我立刻开始了申请程序。后来得知,这个推荐过程很有意思,因为当时中国学生学者的刻苦努力给美国学者留下很好印象,而很多华人学者也特别希望帮助中国训练科研人员,在来自香港的徐少达教授有了一个博士后名额后,想在中国找一位博士后,于是请当时在埃克森石油公司工作的,曾经在中国访问过的沈平教授推荐。当时来自南京大学的仇霞同学恰在沈平处做实验,而仇霞同学又和王江很熟,沈平教授访问南京大学时,我和另外两位同学和沈平有过比较深入的交流和讨论,这样的一个交集,经过王江同学,仇霞同学的建议,沈平教授推荐我给徐少达教授。 … Continue reading

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陈益新-集成光学与上海交大的渊源

集成光学与上海交大的渊源 陈益新 集成光学学科的建立及其发展对上海交大在1978年以后重建应用物理系起着如何在传统学科基础上开创新学科的先驱和示范作用。同时上海交大集成光学学科的成就也对我国集成光学、光电子学以及光纤通讯科学与技术以及产业的发展有着积极的推动作用,并在国际学术界产生了公认的影响。   集成光学是一门实验性强的应用学科,在理论方面不仅离不开一般的近代光学基础,也需要新近发展起来的导波光学理论。在实验上当然要建立在传统光学的实验原理和技巧上,同时更需要与现代的微加工技术紧密结合,创新地将已成为应用于集成电路器件的设计和工艺来实现完全新型的光波导器件,从而构成具有各种功能的集成光路器件甚至是集成光路的系统。方俊鑫教授从1979年开始在上海交大并面向上海市先后开讲了高等光学和导波光学,并招收了二十余名硕士研究生,这无疑为上海交大开展集成光学研究奠定了坚实的理论基础和提供了优秀的人才。例如,后来为交大集成光学发展并在国外作出成就的徐敬舆和景星亮等,都是这个班的学生。   上海交大从70年代初也开始投入集成电路微电子技术的研究,建立了一个工艺实验基地,当时称元件车间,也曾为上海地区集成电路产业的发展作出一定的贡献。但后来由于缺乏理论和设计的研究人员,并投入太小,不适应开展规模更大的集成电路的研究,没有形成学科,其进一步发展成了问题。可是这对开展集成光学的实验研究却是天赐良机。如果当年没有这样一个基地,要从零开始建立起一个微加工实验室,经费、时间和人员培训都是要困难得多。   70年代末期,我国开始进入改革开放的新时期,上海交大如何在新时期图新发展,创建新学科应是一个重要途径,但是什么样的学科具有强的生命力和广阔前景,并适合我们的基础和条件,这不是随手可得的,需要大量和及时的信息。适逢我国改革开放政策开始推行,那期间许多美籍校友和华人学者纷纷来华和来校访问和讲学,给我们挑选新学科提供了重要的信息和中肯的建议。其中我感到帮助最大的是田炳耕和张慎四两位。   1979年学校为了重建理科,我从电机系调到了刚开始筹建的应用物理系。但具体创建什么新学科并不明确。那年夏天我有机会去武汉参加了我校校友田炳耕博士有关集成光学的系列讲座。这是一次给我印象很深的启蒙。并与我自1956年以来在交大教学和科研实践中积累起来的学术思想产生了共鸣。我在多年的电气绝缘和电介质物理的教学和科研中已开始觉察到,要对绝缘材料的介电性能深刻了解和更有效地利用。例如对介质击穿的研究,最终就涉及探索材料性能与物质结构之间的内在联系。同时,由于半导体在微电子方面应用的巨大成功,国际上有一些学者和著作中已提出了分子设计和分子器件的构想。但由于当时理论上和实验上的限制,这些设想没有得到迅速实现。我感到集成光学概念和器件的提出,是继集成电路后又一个重大的新技术。因为从微电子器件到光子和光电子器件,在某种意义上看是一种质的超越。因此,虽然集成光学在当时刚起步阶段,对许多具体问题尚不十分清楚,但我相信它是一个有广阔发展空间并具有重大影响的新兴应用科学。值得我们去从事。   不久,在集成光学方面已享有盛名的美籍华人张慎四教授应邀来上海交大讲学,并欣然同意我校的林宗琦与我一起去美国加州圣地亚哥大学他的实验室作为访问学者从事集成光学的研究。我的课题是离子交换和质子交换铌酸锂光波导特性及制备方法,这是当时不少科学家感兴趣的新热点之一,因为这样的光波导可设计成多种光波导器件和集成器件,例如光调制器,光开关和光可调滤波器等。由于那时张慎四教授刚从圣路易斯的华盛顿大学转到加大圣地亚哥分校,实验室要重新建设。这对我却是一个好机会能直接参与新实验装置的建立。我不仅设计了离子交换的加热炉和排风装置,还亲自在机械工场进行加工、装配和调试,直到光波导样品制备和测试。虽然这已是二十年前的事了,但至今回忆起来还历历在目,这样的经验对我后来回交大的教学、科研和实验室建设工作帮助极大。   给我留下深刻印象的一件事是如何坚持和自信地克服研究中的困难。由于我的访问学者时间不长,开始时,我计划先重复一下别人已取得的实验结果,然后在这基础上设计和制备一种新的光波导器件。不料我的实验结果和贝尔实验室发表的结果不同。最初,我总认为在实验中有什么差错,可是经过了近三个月时间日以继夜的反复改变不同实验参数进行核对,但始终表明我的实验结果是重复的没有错。这才使我悟到也许铌酸锂晶体在硝酸铊中进行离子交换的结果可能不是唯一的。这就要求对波导样品进行化学成分和结构的分析。由于我们实验室没有这样的大型分析仪器,只有到洛杉矶附近的加州理工学院去测试,在该实验室帮助下终于发现,我制备的铌酸锂光波导样品中并没有像以往文献中报道的那样有铊离子交换进去,却是锂离子的外扩散。后来这结果发表在美国“应用科学通信”杂志上。在这之前,我往往满足于能重复别人发表的成果,特别在实验方面。所以我常常以这例子告诉学生们,要他们在自己的工作中努力去创新。   1981年以后,我校集成光学教师队伍和学科建设迅速发展和壮大,同时连续在两个五年中承担了多项国家“863”高技术项目,上海市地方科技项目,以及国防科工委攻关项目。其中较有代表性的如集成光学频谱分析器,由于它具有能实时获得许多不同频率的无线电信号,成为新一代电子对抗中的关键器件,又如二维空间光调制器和波导光开关阵列等,这些都是光信号处理系统和光通信系统中不可或缺的重要器件。当时在应用物理系中所占的科研项目,科研经费和成果鉴定都名列前茅。在此同时,也培养了大批的大学本科生、硕士和博士研究生,其中不少毕业生在国内外不同的岗位上做出了优秀成绩。   最后值得一提的是我系举办的与集成光学有关的全国培训班和主持的国内和国际学术会议,对学科的发展和贡献产生积极影响。其中较重要的如:受国家教委委托而举办的“全国集成光学短训班”,受中国电子学会委托举办的“全国毫微加工技术和应用”培训班,受中国光学学会纤维光学和集成光学分会委托主持了两届全国集成光学学术会议。2002年受中国光学学会和美国SPIE学会等委托而承办的”亚太光电子会议”(APOC); 2003年受OECC国际执行委员会委托承办的”光电子与光通信国际会议”(OECC-2003); 2005年又参与了由我校光纤所等四个上海单位承办的第五届APOC-2005会议。这一系列学术交流活动,不仅使我们从中获得及时的信息和动态,而且也扩大了我校在集成光学及光纤通信在国内和国际上的影响。我在美国时,不止一次有人问我:”陈老师,你还记得我吗?” 我真一时记不起来,原来他们都曾是我们集成光学全国短训班的学员,作为教育者这是多么大的欣慰啊。 选自 《上海交大百年物理》, 上海交通大学出版社, 2006

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陶爱珠-建系初期应用物理系的老师们

建系初期应用物理系的老师们 陶爱珠 1978年,粉碎“四人帮”刚刚不久,百废待兴,高等教育迎来了发展的春天。上海交通大学决定恢复理科系,应用物理系于1978年9月正式成立。我有幸成为物理系的党总支书记,参与了筹建物理系的工作。建系之初,一切从零开始,正如有些老师形容的当时物理系几乎处于“四无”状态,即“无明确发展方向、无专业师资、无教材、无实验室”,真是困难重重。然而物理系的领导班子开始了义无反顾的艰苦创业。在以后的日子里,应用物理系三年一个台阶,五年上一层楼,十年在全国工科院校的物理系中占有了应有的地位,在几代人的努力下,应用物理系有了今天的成功。   我和物理系的教职工共同走进了创业开始的七年。今天回忆起来,许多往事历历在目,许多生动的故事如电影一般浮现眼前,仿佛就在昨天。最难忘的是为恢复应用物理系付出辛勤劳动的老师们!   1.千方百计引进学科领航人–方俊鑫教授、蔡建华教授 提到应用物理系,首先想到的是方俊鑫教授和蔡建华教授。可以毫不夸张地说,没有方先生,蔡先生,就没有物理系今天的成功。可惜他们两位都已离我们而去,今天当我追忆他们的时候,依然心酸、心痛,眼泪夺眶而出。   应用物理系刚刚挂牌,1946年–1952年曾在交通大学任教的方俊鑫先生以极大的热忱表示愿为母校的物理系恢复出力。当时他是复旦大学物理系的著名教师,在电介质物理、非线性光学研究上已有建树,复旦大学当然舍不得方先生调来交大任教。   为此我们一次次到复旦大学,从方先生所在的教研室主任到系党政领导、再到学校组织部、人事处请求他们给予我们支持。尽管有时他们讲了一些不好听的话,但为了物理系的发展,我们可以说“都忍了”。同时我们又一次次地拜访方先生,请教他对物理系的学科方向、布局、实验室建设,方先生都一一给予指点。由于暂时无法办理调入手续,我们请方先生当顾问,他立即答应每周来交大工作一天。此事让学校党委书记邓旭初同志知道了,他表示可以用自己的小车接送方俊鑫教授,使方先生大为感动。在方先生做顾问的一年多时间里,他根据物理系原有基础,看准物理界未来发展前景,又考虑交大强大的工科背景,确定了固体光学为应用物理系新的发展方向。还在此基础上开辟导波光学,集成光学领域的研究,建立了实验室。并且制定了激光、固体物理、理论物理、晶体物理大的布局,对于如何处理量大面广的普通物理教学和发展专业物理的关系发表了精辟的见解。更为可贵的是1979年他未正式调来交大,大胆而有预见地一次招收22名学生的研究生班,由于成绩突出,校领导破格同意整个班作为硕士研究生培养。这批学生后来大多数成了物理系的骨干,并出了几任系领导。   从每周一天的顾问,到每周两天来交大实质性工作,直至1980年方先生正式调入上海交大应用物理系,我们为之锲而不舍的努力,虽然十分辛苦,现在回想起来是十分值得的。方俊鑫先生进交大后更加加倍地投入工作,为了系的建设他可谓呕心沥血,忘我工作。在科研上不断开辟新的领域,在教学上满腔热情培养扶持年轻一代,他是应用物理系公认的学科领航人。   我眼中的方俊鑫先生,是长辈,是老师,更是挚友。他和我谈工作,谈生活,谈人生,谈爱好。有时他来办公室交流,有时我到他家去串门,当然谈得最多的还是物理系的发展,学校的发展。方先生曾多次对学校存在的矛盾直面呈书,受到学校领导的高度重视和赞扬,并将此建议转发全校,号召全校教职工学习他的主人翁精神。   方先生对应用物理系的另外一大功劳是,推荐并帮助物理系引进另一位学科带头人蔡建华教授。在方先生的精心策划和安排下,当时已是南京大学教授,年富力强的蔡建华来到母校交大,并与党委书记邓旭初同志见面。为了引进蔡建华教授,我们物理系总支往返于上海南京之间,一次次拜见、请求,一来二往几乎与蔡先生所在的教研室、系领导交上了朋友。我们还为蔡先生的调入从家庭、住房到生活细节都作了贴心的安排。我们的真诚取得了南京大学物理系和南大校领导的理解、支持,蔡建华教授终于引入了上海交大。   来校后,蔡先生满怀振兴母校应用物理系的热忱,立意亲自逐门讲授系的全部课程,从教材到教学方法进行更新和改革,带头讲授热学、原子物理等基础课程,为名教授上基础课树立了榜样。   蔡建华教授才华横溢、思维敏捷、勇于开拓。是中国超导物理研究的开拓者之一,进入交大后他以更大热情投入高温超导研究,取得突出成果,并在全国掀起高温超导研究的热潮。他还开拓了金属超晶格新的研究领域以及涉及平衡及非平衡态统计物理等前沿。   蔡先生对物理系另一重大贡献是推进物理系国内外合作交流。他多次在交大主持全国性的讲习班及国际学术会议,多次应邀出访欧、美、日、澳等国家,将一批青年学者带出交大,走出中国,走向世界。   蔡先生同样是我十分尊敬的教授,又是一位知心朋友。他一生坎坷,十年动乱中几乎丧生。调入交大以后,对于他过去受的伤害,无论政治上、生活上我们都给予深入关心,与他及他的家人我们都能十分坦诚地交换意见,将他们该解决的困难一一落到实处。我们工作最好的回报就是蔡先生对事业发展的投入,对物理系发展的热忱。1988年11月他住院手术后,还从医院多次赶到学校参加学生论文答辩,在病床上批阅学生毕业论文。在生命处于垂危时刻,他想到的还是物理系的发展,含着热泪向前来探望的交大领导推荐中国科技大学的一位博士生导师来校工作。   方先生和蔡先生对应用物理系的贡献将永远记在我们心中。   2.认认真真办实事,发挥广大教师积极性 应用物理系建系于1978年,到1981年物理系已有119人,其中中高级知识分子85人中有66人有各种需要解决的问题。包括夫妻分居、业务不对口、住房困难、“文革”中被冲击的遗留问题等等。平心而论,系总支是学校的一个基层组织,手上很少有实质的资源,再说“十年动乱”刚刚结束,学校资源总的也十分匮乏。面对这些问题,我系党总支、党支部和广大党员满腔热情,细致认真地做了大量过细的工作。除了平时和老师们交朋友、促膝谈心、了解情况外,每年寒暑假走访教师家,送上一份问候,成了我们系的一项传统节目。以诚相待、相互关心成为物理系的一种文化,一种无形的凝聚力。连续几年我们系的骨干走访工作延续到大年夜,感动了许多教师及他们的家庭。对于教师们存在的困难,能解决的尽快解决,一时不能解决的一方面向学校有关部门做专题汇报,争取支持,另一方面向老师说明情况,得到他们的谅解。功夫不负有心人,经过三年努力,我系先后解决夫妻分居19人,住房得到改善44户,“文革”中受冲击遗留的问题基本都得到解决,解除了老师的“后顾之忧”,大大激发了教师的积极性。   首先表现在广大教师发扬了主人翁精神,经常为系及教研室的建设“出谋划策”。1981年底,方俊鑫教授给党总支写了一封信,对系的学科建设、师资培养提出许多积极建议,一石激起千层浪,全系有一半以上教职工通过各种形式对系的建设提出意见。如普物教研室梁子松教师连着给党总支写了三封信,对培养高质量的学生提出了要解决的六个问题,对正确处理教学和科研关系提出六点看法。激光研究室胡齐丰老师在春节期间三次到系领导家中,为研究室和系的学科方向献计献策。   同时,出现了许多为物理系拼搏的感人的人和事。   常务副系主任陈益新老师离开绝缘专业主动加盟物理系。建系之初有大量的日常行政工作,同时他还兼任固态电子学研究室主任,承担繁重的教学科研任务。仅1980~1981年就担任“电介质物理”和“专业外语”两门课,指导研究生3名,主持集成光学、频谱仪及等离子刻蚀等三项科研项目,参加二次全国性学术会议,接待美国访问学者多人。时间不够用,开辟第三单元,甚至“第四单元”,一年中几乎每天晚上都在办公室、实验室,晚上十点半以后才回家,把星期天当星期七。没有暑假、寒假,春节休息几天也作为家访时间。创业阶段的系、教研室的一批骨干,大多数都和陈老师一样超常规地付出,因为有此,物理系才有超常规的发展。   更值得一提是普通物理教研室的广大教师。因为77级、78级两届学生入学时间只差半年,所以造成1979年上半年两届物理课重叠,等于在半年中承担了双份教学任务。1980年学校要求物理课提前10周开课,又出现了1980年下半年两届学生的重叠。1981年学校又要求试行物理课在一年级第一学期开始上课,而且先补18学时的微积分,因而从1979年至1981年普通物理教研室的老师每年有新的任务,每年有新改革。绝大多数老师用加倍的时间备课,翻阅各种参考书,圆满完成学校交给的任务。1982年物理教研室老师又开始筹建开放实验室,自己做演示教具,搞实验录像,花的时间比原来教学多上一倍,但只要对提高教学质量有好处,他们不惜花时间去做。“普通物理”这门老交大的“霸王课”,在恢复物理系的前三年,教学改革取得可喜成果,得到学校肯定。作为品牌课、名牌课的传统一直延续至今。   … Continue reading

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胡盘新–历经40余载长盛不衰的程江版《普通物理学》

历经40余载长盛不衰的程江版《普通物理学》 胡盘新 提起程守洙、江之永主编的《普通物理学》教材,教大学物理的老师恐怕没有人不知道,相当多的国内的工科院校都在使用,或曾经使用过这套教材作为大学物理课程的主讲教材。这是我国第一套有广泛影响的面向工科各专业的大学物理教材,是我国现行的使用时间最长、使用范围最广、发行量最大、培养人才最多的物理教材。本书自1961年第 一版问世以来,已历经5版,长盛不衰。教材现正在修订中。程、江教材是一本为广大师生所喜爱的融先进性、科学性、教学适用性为一体的优秀教材。那么程、江《普通物理学》是怎样诞生的,为什么能长盛不衰呢?下面回顾一下程、江教材的历程。   新中国成立前后,一般所使用的物理教材有萨本栋的《普通物理学》、严济慈的《普通物理学》以及Duff、Sears等英美教材。新中国成立后,为适应恢复和发展国民经济的需要,国家十分重视高等教育事业的恢复和发展,也及时确定了教材工作的基本方针。当时高等教育正在全面学习苏联,因此排斥乃至否定原来选用的英美教材。那时苏联专家杜伯夫为东北老区编写了《物理讲义》,但内容浅而陈旧,而翻译出版的福里斯的《普通物理学》,原为物理专业使用,篇幅又过大,对工科院校不尽适用,于是由交大殷大钧、赵富鑫教授组织交通大学、同济大学、华东化工学院、华东纺织工学院四校教师,合编了一本教材,定名为《物理学讲义》,于1953年完稿、专供四校本科一年级学生使用,并不对外发行。经一年使用后,将书中单位制由C.G.S制改为M.K.S制,修订为第二稿,这是新中国成立后,作为解决各校缺乏使用教材的应急的全国第一本普通物理教材,也开创了兄弟院校联合编写教材的先河,也为今后上海以及全国联合编写教材奠定了基础。   1954年夏,高教部在大连召开会议,审定了教学大纲,(216学时和175学时),又于1955年2月成立了“高等工业学校物理学编写组”,在苏联物理专家巴巴诺夫指导下,编写了《物理学》(初稿),于1956年由高等教育出版社出版。参加全书编写工作的有王谟显(浙江大学)、江之永(同济大学)、殷大钧(交通大学)三位教授,参加部分编写工作的有王志符(大连工学院)、孙瑞蕃(中国矿业学院)两人。这是第一本公开出版的高等工科院校物理教学用书,成为全国工科各校的通用教材。   1958年,中央提出了社会主义建设总路线,号召大跃进目标赶超英国。又提出了“教育必须为无产阶级政治服务,教育必须与生产劳动相结合”的教育方针。学校大办工厂,教师下放劳动,高校“普通物理”课程遭受了第一次冲击。有的学校物理课程取消,有的则与后继课程合并。当时对物理课的指责是“内容陈旧,理论脱离实际,与中学的内容 重复,对问题的阐述蜻蜓点水不深不透、贯彻辩证唯物主义不够”等等。但是物理学作为一门科学,作为工科院校的重要基础的地位是难以动摇的。1959年,上海市高教局出来收拾这“大动乱”的残局,在副局长曹未风教授亲自领导和主持下,召集了上海交通大学、同济大学、华东化工学院、华东纺织工学院以及上海水产学院,成立“上海市高等工业学校物理学编写组”,编写新教材,积极提高物理课程的教学质量。参加编写工作的有程守洙、朱泳春、胡盘新、陈英礼、庄秉贞(交大),江之永、魏墨”(同济大学),周昌寿、秦宝通、黄德昭(化工),陈光清、汤毓骏(华纺)以及水产学院的同志共20余人。经讨论,明确了物理学在高等工业学校课程中的地位和作用,认为它是一门重要基础课,但也要适当满足专业发展的需要,在不影响物理学本身的科学性、系统性、完整性的前提下适当结合专业。经过两个多月的努力工作,以“高等工业学校物理学编写组”的《物理学》为蓝本,结合当时的形势要求,编写了《普通物理学(初稿)》,分上、下两册,于1959年9月由上海教育出版社出版。此书出版后,许多院校教师感到该书在内容和编写方面有一定的优点,但还有许多不足之处,特别在统计物理、固体物理、核物理、量子力学等部分理论较浅,面也不够广。接着,在1959年12月,教育部颁布了“高等工业学校普通物理学教学大纲”(220学时,五年制)。1960年上海市高等工业学校物理学编写组在程守洙、江之永两位教授的主持下,在1959年出版的《普通物理学(初稿)》的基础上,结合1959年部颁教学大纲,吸取了兄弟院校的宝贵经验,采用了兄弟院校教材中的部分内容,于1961年4月修改交稿,同年8月由人民教育出版社出版了《普通物理学》上,下两册,这就是程守洙、江之永主编的《普通物理学》的第一版。这套教材又增加了一些新的内容,如引力场、势能曲线、玻尔兹曼分布,固体物理、基本粒子等。并将物理量的单位,改为M.K.S单位制,电磁学部分也改为M.K.S有理化实用单位制。由于内容加之又加,造成庞杂臃肿,这就是当时所说的“超产书”。   1961年以后,为了纠正“大跃进”时期存在的问题,稳定高等学校的教学秩序,搞好教材建设,教育部提出了“调整、巩固、充实、提高”八字方针。1962年教育部又组织成立了“高等工业学校基础课程教材编审委员会”,程守洙教授担任了工科物理教材编审委员会主任委员,江之永教授等为编审委员会委员。1962年2月,物理编委会在上海召开第一次会议,在1954年及1959年大纲的基础上拟订了物理教学大纲的初步草案,同年5月,教育部在北京召开了高等工业学校教学工作会议,会上复审定稿了“高等工业学校本科五年制各类专业适用的普通物理学教学大纲(试行草案)”。与此同时,编审委员会分别委托浙大王谟显教授对1956年出版的《物理学》进行改编,委托程守洙、江之永教授对1961年出版的《普通物理学》进行改编。后者按1962年审定的试用的大纲进行改编,对基础理论作了加强,对旧版中某些要求过高或偏重具体技术应用的部分内容做了压缩或删减,全书的篇幅较旧版缩减了三分之一。这一版教材由编审委员会全体委员通过会议的形式讨论审定。这就是程守洙、江之永主编的《普通物理学(第二版)》教材。于1964年由人民教育出版社分三册出版。这套教材出版后,对全国物理 教学影响很大,被誉为“这是我国建国以来第一本切合我国国情、具有独特风格的自编通用教材,对稳定教学秩序起了重要作用”。“成为影响面广、质量高的理工科物理教材,成为全国最畅销的科技图书之一”,这套教材所以取得如此的声誉,这与程守洙、江之永两位教授的治学严谨、一丝不苟的工作态度分不开的。   当时出版的工科普通物理教材,都和苏联教材一样,书后不附习题,造成教学上的困难。程守洙教授就组织上海交通大学等十校合编了《普通物理学习题集》。此习题集于1961年由人民教育出版社出版。文化大革命期间,中国教育受到极大的破坏,大学的“物理”也难以幸免,不少学校把物理课停开了,物理教研室拆散了,物理实验设备瓜分了或当废品卖掉了,物理教师也改行了。   粉碎“四人帮”后,百废待兴,教育事业迎来了春天,学校恢复了正常的教育秩序,教材成了燃眉之急。1977年11月教育部在北京清河召开“高等学校工科基础课教材座谈会”,修订几个典型的教学计划,确定了绝大多数院校的学制为四年,并确定了工科普通物理的教学时数为200学时。会上,上海市高教局接受教育部的要求,要上海编写组承担编写新教材的任务。同年12月教育部在西安召开工科数学、物理教材编写规划会议,确定了几个学校负责编写几种类型的教材。要求上海编写组在程、江二版的基础上结合当时的形势修改成第三版。由于当时程守洙、江之永两位教授年事已高,遂在他们的指导下,重新成立编写组,参加编写工作的有胡盘新、朱泳春、吴锡龙、秦树艺(上海交大),周涵可、宋开欣(同济),陈光清、汤毓骏(纺大),华寿荪、高守双(化工),骆加锋(机院),钟季康(铁道),马连生、张关荣(上海科大)以及盛克敏(西南交大)等同志。这套教材既加强了基础理论,又反映了现代科学技术领域的新成就,尽量满足四个现代化的要求。这是文革后出版的第一套新教材。此书出版后,普遍反映:内容广泛,要求较高,撰写精炼,例题习题丰富,为全国许多高等工业学校中物理教师所欢迎。1979年第一次印刷,印数达30万套。   1979年,教育部恢复了各门课程的教材编审委员会的活动,并增补了一批年轻的委员。编委会在教育部领导下,于1980年6月在哈尔滨召开了工科物理教材编审委员会扩大会,审订了高等工业学校普通物理学教学大纲(草案)。(四年制试用)(200学时)。根据编审委员会1980~1985教材规划,由于当时仍有部分学校在使用1964年出版的程、江二版教材,但内容稍嫌陈旧,并且书上没有习题,所以委托朱泳春、王志符教授参考1980年教学大纲进行修改,以适应一般院校使用,于1982年出版了修订本(即第四版),本书修订时注意打好基础、精选内容、逐步更新、利于教学等几个方面,并且适当控制了篇幅,该书获得1987年国家优秀教材奖。这样,程守洙、江之永主编的《普通物理学》分成两个版本同时出版,以后也分成两个版本分别修订出版,在国内图书出版界是罕见的。   1985年,国家教委根据《中央教育体制改革的决定》的有关精神,在课程建设方面,不再组织编写和审订高等学校工科本科基础课程的教学大纲,而委托课程教学指导委员会(即原教材编审委员会改名的)制定有关课程的教学基本要求。1987年国家教委颁布了《高等工业学校物理课程教学基本要求》。1992年12月,课委会在广州召开“物理教材修订会议”,要求把第三版和1982修订版两套教材根据《基本要求》分别进一步修订。将第三版修订成为第五版,将第四版修订成为第六版。 参加第五版修订工作的有胡盘新、宋开欣和汤毓骏三人。根据1995年国家教委颁布的工科物理课程教学基本要求,结合读者多年来使用此书的意见和建议,以及当前国内外的物理教材改革的动态修订而成的。此次修订保留了第三版的体系、风格和特色,改写了部分内容,调整了个别章节,增加了阅读材料,充实了应用类题目,在内容现代化、加强应用性、扩大知识面以及提高科学素养方面均有进一步的增强。该书于1997年由高教出版社出版。获得了1999年上海普通高校优秀教材一等奖,并为2000年度中国高校科学技术进步奖科技教材提名书目。第六版修订工作由朱泳春担任,现正在进行中。   为满足教学的需要,我们还编写出版了《普通物理学简明教程》、《普通物理学(第五版)习题分析与解答》、《普通物理学(第五版)思考题分析与拓展》、《普通物理学(第五版)学习指导》以及《普通物理学(第五版)电子教案》等配套教材。此系列教材列入2003年高等教育百门精品课程教材建设计划。同时被评为2004年国家精品课程上海交通大学项目成果之一。   2005年初教育部召开了第二次全国普通高等学校本科教育工作会议,下发了2005年1号文件。文件中指出:“在规模持续发展的同时,把提高质量放在突出的位置。”文件中对教材工作提出:“加强教材建设,确保高质量教材进课堂,要大力锤炼精品教材,并把精品教材作为教材选用的主要目标。”同时,课指委于2004年制定了新的大学物理教学基本要求已报教育部审批。程守洙、江之永主编的《普通物理学》(第五版)(含其配套教材)修改为第七版也已纳入高等教育百门精品课程教材建设计划,为大学物理课程教学服务系统建设项目(该计划作出整体已列入新闻出版总署“十五”国家重点图书出版规划)。第七版现正在修订中,预计2006年出版。   程守洙、江之永两位先生虽然已经离我们而去了,但是他们的教材仍然被众多院校选用,成为跨世纪的经典之作,传世之作。我们后辈将继承两位先生的治学精神,发扬教材的特点,与时俱进,编写教材,一版一版传承下去,做到传承经典,再创辉煌,获国家精品,育世纪新人。   选自 《上海交大百年物理》, 上海交通大学出版社, 2006

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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。   … Continue reading

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