科研“頂天立地”，創(chuàng)新薪火相傳

彭硯淼 宋文芳

2018年5月28日，習(xí)近平總書記在中國科學(xué)院第十九次院士大會(huì)、中國工程院第十四次院士大會(huì)上的講話中談道：

“兩院院士是國家的財(cái)富、人民的驕傲、民族的光榮。長期以來，一代又一代科學(xué)家懷著深厚的愛國主義情懷，憑借深厚的學(xué)術(shù)造詣、寬廣的科學(xué)視角，為祖國和人民作出了彪炳史冊(cè)的重大貢獻(xiàn)。祖國大地上一座座科技創(chuàng)新的豐碑，凝結(jié)著廣大院士的心血和汗水?！?/p>

中國科學(xué)院院士姚建銓是著名激光與光電子科學(xué)家，1965年研究生畢業(yè)于天津大學(xué)精儀系，留校任教，歷任講師、副教授、教授、博士生導(dǎo)師，1997年當(dāng)選為中科院院士。姚建銓院士現(xiàn)任中國光學(xué)學(xué)會(huì)理事、中國光學(xué)學(xué)會(huì)激光專業(yè)委員會(huì)副主任、中國電子學(xué)會(huì)物聯(lián)網(wǎng)專家委員會(huì)副主任、天津市激光學(xué)會(huì)理事長、中國礦業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)研究中心名譽(yù)主任，同時(shí)任美國光學(xué)學(xué)會(huì)及SPIE會(huì)員、南加州大學(xué)激光中心客座高級(jí)研究員等職。

姚建銓院士多年從事激光與非線性光學(xué)頻率變換研究，提出非線性雙軸晶體最佳相位匹配精確計(jì)算的理論及方法，得到國際學(xué)術(shù)界的確認(rèn)；提出了激光諧振腔“類高斯分布理論”；發(fā)展了高轉(zhuǎn)換效率下倍頻理論及準(zhǔn)連續(xù)泵浦倍頻新方法；實(shí)現(xiàn)了輸出功率34W的內(nèi)腔倍頻YAG激光器；并以此為光源，完成了激光三維掃描系統(tǒng)；首次采用準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的綠光光源泵浦染料及鈦寶石可調(diào)諧激光器，從理論到器件技術(shù)建立了一個(gè)新的“準(zhǔn)連續(xù)泵浦激光調(diào)諧系統(tǒng)”技術(shù)體系，為我國新型固體激光及調(diào)諧技術(shù)作出了貢獻(xiàn)。

科研“頂天立地”

1980至1982年，姚建銓在美國斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)等世界頂尖名校做訪問學(xué)者，曾應(yīng)邀在普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、南加州大學(xué)講學(xué)合作研究，后謝絕挽留，毅然回國投身祖國科研事業(yè)。30多年前這段海外工作的經(jīng)歷，讓他對(duì)兩院院士大會(huì)習(xí)近平總書記講話中關(guān)于發(fā)展關(guān)鍵核心技術(shù)的內(nèi)容深有感觸。

正如講話中指出，關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的。中國要努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，把創(chuàng)新主動(dòng)權(quán)、發(fā)展主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在自己手中。

姚建銓說：“中國是世界第二大經(jīng)濟(jì)體，但人均產(chǎn)值并不高。過去，我們借助勞動(dòng)密集型優(yōu)勢(shì)，做世界工廠可以大量輸出初、中級(jí)檔次產(chǎn)品，賺取外匯。但高檔次的產(chǎn)品我們就很少，甚至在國際上‘輪不上，所以關(guān)鍵核心技術(shù)你只能‘要。但現(xiàn)在中國已經(jīng)發(fā)展得越來越好，再要繼續(xù)往前走，要買最新最好的技術(shù)，人家就不賣給你?！?/p>

一方面要矢志不移自主創(chuàng)新，堅(jiān)定創(chuàng)新信心，著力增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力；一方面要把滿足人民對(duì)美好生活的向往作為科技創(chuàng)新的落腳點(diǎn)，把惠民、利民、富民、改善民生作為科技創(chuàng)新的重要方向。

正因如此，姚建銓院士確立了自己未來工作的重點(diǎn)——“頂天立地”，并預(yù)計(jì)落地雄安新區(qū)。設(shè)立雄安新區(qū)，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央作出的一項(xiàng)重大的歷史性戰(zhàn)略選擇，是繼深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)和上海浦東新區(qū)之后又一具有全國意義的新區(qū)，是千年大計(jì)、國家大事。對(duì)于集中疏解北京非首都功能，探索人口經(jīng)濟(jì)密集地區(qū)優(yōu)化開發(fā)新模式，調(diào)整優(yōu)化京津冀城市布局和空間結(jié)構(gòu)，培育創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展新引擎，具有重大現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)歷史意義。

那么，何謂“頂天立地”？

“‘頂天，就是要搞出具有國際水平的，能夠在世界上都站得住腳的高水平科研成果，以后逐步轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)；‘立地，就是根據(jù)現(xiàn)在政策，我的某些科研成果能夠比較快地產(chǎn)業(yè)化，直接用于國計(jì)民生，改變老百姓的生活?！彼@樣描述道。

姚建銓院士介紹：“我們團(tuán)隊(duì)‘頂天的項(xiàng)目由三部分組成：一是海下激光下行通信技術(shù)，二是太赫茲技術(shù)，三是微納光電子材料及技術(shù)?！?/p>

以激光致聲空-?？缃缑嫦滦型ㄐ叛芯繛槔?/p>

海洋是國家戰(zhàn)略資源的重要基地。提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，維護(hù)國家海洋權(quán)益，關(guān)系到我國的經(jīng)濟(jì)和國土安全。對(duì)于落實(shí)習(xí)近平總書記“經(jīng)略海洋”的指示、擴(kuò)大對(duì)外開放、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展及實(shí)施海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略具有十分重要的意義。

空-海跨界面通信一直是現(xiàn)代海洋通信中一個(gè)難以突破的技術(shù)難點(diǎn)。傳統(tǒng)的空對(duì)海的通信主要依靠超長波無線電通信、聲吶通信和藍(lán)綠激光通信技術(shù)，但是傳統(tǒng)手段在傳播距離、穿透深度、界面轉(zhuǎn)換及裝備復(fù)雜度等方面都面臨巨大問題。姚建銓院士在2015年提出“空-天-地-海一體化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架”的概念后，帶領(lǐng)課題組團(tuán)隊(duì)深入研究激光和聲各自在大氣和海水中的優(yōu)勢(shì)，提出了激光致聲空-?？缃缑嫦滦型ㄐ偶夹g(shù)及總體方案。

激光致聲通信利用機(jī)載激光對(duì)水的作用完成光波到聲波的非線性轉(zhuǎn)換，在空-海開放信道中可滿足數(shù)字信息的有效傳送，為海洋通信提供新的技術(shù)途徑。姚建銓-張雅婷團(tuán)隊(duì)經(jīng)過一年的努力，論證了空-海跨界面激光-聲通信的總體方案；提出并驗(yàn)證了激光-聲跨空-海界面的安全、隱蔽的下行通信技術(shù)方案；從理論上對(duì)激光致聲通信的大氣信道、海洋信道特別是光-聲轉(zhuǎn)換界面進(jìn)行了深入研究，發(fā)展了激光在海面產(chǎn)生非線性效應(yīng)的物理機(jī)理；研究了激光致聲空-?？缃缑娴南滦型ㄐ抨P(guān)鍵技術(shù)；并進(jìn)行了激光致聲空-?？缃缑嫦滦袉蜗蛲ㄐ诺膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過驗(yàn)證分析，激光致聲下行通信傳輸距離能夠達(dá)到公里量級(jí)，為空-海跨界面通信開辟了-條新的技術(shù)途徑。

該技術(shù)難度大，創(chuàng)新性強(qiáng)，總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，為激光致聲通信關(guān)鍵技術(shù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。激光致聲通信由于其獨(dú)特的空對(duì)海模式，所以該技術(shù)還可以在機(jī)載平臺(tái)以及船載平臺(tái)上的空對(duì)海的探測(cè)成像、定位測(cè)距以及喚醒等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

“我們團(tuán)隊(duì)的‘立地項(xiàng)目也包含三個(gè)組成部分：高端激光智能制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)、智慧養(yǎng)老和大健康技術(shù)及產(chǎn)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市?！?/p>

為何要把高端激光智能制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)放在“立地”的首位呢？姚建銓院士說：“以激光清洗為例，我研究中的絕大部分——甚至可以說90%，都是面向高精尖的，而恰恰就是這10%，可以和百姓的生活直接關(guān)聯(lián)?！⒌仨?xiàng)目可以迅速落地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)，惠及民生，深受當(dāng)?shù)卣С??！?/p>

作為高端激光智能制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的一部分，激光清洗技術(shù)在美國、法國已有公司將之產(chǎn)業(yè)化，并進(jìn)入中國市場(chǎng)?！罢蛉绱耍透惹行枰覀兏愠鲎约旱漠a(chǎn)品來進(jìn)行國產(chǎn)替代。先不論我們未來的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，如果國內(nèi)沒有同類產(chǎn)品，進(jìn)口產(chǎn)品占據(jù)‘獨(dú)有地位，價(jià)格就永遠(yuǎn)不會(huì)下降。我們的團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)中，已經(jīng)有所成果，以后會(huì)往量產(chǎn)邁進(jìn)?！?/p>

姚建銓介紹，激光清洗也是分領(lǐng)域的。輪船清洗、飛機(jī)蒙皮清洗、高鐵部件清洗……不同對(duì)象的清洗，用的激光器其實(shí)是差不多的。但在不同領(lǐng)域里，做激光清洗的機(jī)制卻不一樣。以管道清洗為例，激光打進(jìn)管道中，要以螺旋形一邊掃一邊后退，這樣才能清洗干凈。同樣用一個(gè)激光器，對(duì)象設(shè)備不同，適應(yīng)的地方也不同，這叫應(yīng)用領(lǐng)域。譬如飛機(jī)、輪船、高鐵，它們的應(yīng)用領(lǐng)域是不一樣的?！跋袷请娨曀趹敉馊諘裼炅?，水泥上‘長了很多東西，有些地方夠不著就沒法清洗。還有一些高層建筑的玻璃，保潔人員出去刷玻璃也是非常危險(xiǎn)的。這些情況下，都可以用激光清洗?！?/p>

在激光清洗領(lǐng)域，結(jié)合人工智能，姚建銓提出了一個(gè)創(chuàng)新的理念——隨機(jī)清洗。

“隨機(jī)清洗是什么意思？比如一塊金屬，過去用激光清洗它，要來來回回掃。隨機(jī)清洗可以用兩個(gè)激光頭同時(shí)掃，一個(gè)是檢測(cè)頭，一個(gè)是激光清洗頭。檢測(cè)頭可以檢測(cè)清洗對(duì)象的污染物是什么種類，將其成分和厚度測(cè)出。檢測(cè)頭一邊掃一邊測(cè)，把測(cè)出的數(shù)據(jù)反饋回來做機(jī)器學(xué)習(xí)。通過結(jié)合人工智能，可以‘告訴激光清洗頭很多信息。比如走到某處的時(shí)候污染物比較厚，清洗的功率要大一點(diǎn)?！?/p>

激光清洗不僅可以和人工智能結(jié)合，能更“聰明”地工作，還對(duì)環(huán)境友好，既不會(huì)和酸洗一樣污染環(huán)境，也不像超聲波清洗會(huì)消耗大量的水資源。

創(chuàng)新薪火相傳

青年是祖國的前途、民族的希望、創(chuàng)新的未來。青年一代有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)，科技就有前途，創(chuàng)新就有希望。習(xí)總書記在講話中提出，希望廣大院士關(guān)心和愛護(hù)青年人才，把發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)青年人才作為一項(xiàng)重要責(zé)任，為青年人才施展才干提供更多機(jī)會(huì)和更大舞臺(tái)。

2018年，是姚建銓院士執(zhí)教的第53個(gè)年頭。半個(gè)多世紀(jì)盛開的桃李芬芳，他粗粗統(tǒng)計(jì)，自己門下光是畢業(yè)的博士生就有180多位。

姚院士風(fēng)趣地說：“在培養(yǎng)學(xué)生方面，我大概是和別人家的導(dǎo)師稍微不一樣吧。我不會(huì)天天耳提面命地規(guī)定學(xué)生該幾點(diǎn)幾分來，幾點(diǎn)幾分走，單靠‘摳是‘摳不出名堂的。我更看重長期，如果你長時(shí)間沒有做出成果來，就說明你心有旁騖，沒有好好搞研究?！?/p>

姚建銓對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還著力于從方法上引導(dǎo)。

“我在教學(xué)中以給學(xué)生啟示為主，也會(huì)分派他們?nèi)プ鼍唧w的工作。每個(gè)學(xué)生既要有團(tuán)隊(duì)精神，也要有自己的研究成果和創(chuàng)造性想法。我們經(jīng)常交流，開‘頭腦風(fēng)暴式的小組討論會(huì)，大家圍繞著幾個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行討論，暢所欲言。思想一碰撞，往往就能迸發(fā)新的火花?！?/p>

姚建銓院士的啟發(fā)式教育有一個(gè)突出的特點(diǎn)，就是不會(huì)為他的學(xué)生制造思維“桎梏”。他不希望學(xué)生死記硬背，或是沒有自己的思考，僅僅機(jī)械性地按照老師教的去做，更不希望學(xué)生們的頭腦被條條框框局限住。如果學(xué)生因?yàn)槟芰徒?jīng)驗(yàn)不足走進(jìn)“死胡同”，他會(huì)適時(shí)給予具體指導(dǎo)，啟發(fā)式教學(xué)。

“我比較擅長于啟發(fā)學(xué)生的思路，不會(huì)規(guī)定非要第一步怎么做，第二步怎么做。培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和自主創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)他們?cè)谧鹬乜茖W(xué)規(guī)律的前提下，創(chuàng)新地去工作，放開思維去想。對(duì)于學(xué)生來說，比起單純積累知識(shí)，培養(yǎng)能力更重要?！?/p>

姚建銓院士相信，中國的青年一代科技工作者必定會(huì)青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。他同樣堅(jiān)信，在以習(xí)近平總書記為核心的黨中央的領(lǐng)導(dǎo)下，國家會(huì)走出一條中華民族自己的發(fā)展之路。在未來的科技發(fā)展領(lǐng)域，也將同樣實(shí)現(xiàn)中國夢(mèng)。

他說：“我一直秉持一個(gè)觀點(diǎn)，就是要腳踏實(shí)地，一步一個(gè)腳印去工作，不能好高騖遠(yuǎn)。既要有雄心壯志，有為了國家富強(qiáng)而奮斗的精神、氣魄，也要有一點(diǎn)一滴學(xué)習(xí)的勁頭。我相信中國大有希望，也充滿了前進(jìn)的信心。”