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    姜文漢院士訪談錄

    2021-09-03 08:13:16
    中國(guó)光學(xué) 2021年4期
    關(guān)鍵詞:光學(xué)校正

    人物小傳

    姜文漢,1936 年5 月9 日生于浙江平湖。光電工程專家。1958 年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)鑄造工藝與設(shè)備專業(yè)。1995 年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。

    中國(guó)自適應(yīng)光學(xué)的開(kāi)拓者和奠基人。在自適應(yīng)光學(xué)和光束控制兩方面均作出了重要貢獻(xiàn)。1979 年在中國(guó)開(kāi)辟自適應(yīng)光學(xué)研究方向,建立整套基礎(chǔ)技術(shù)并主持研制多代具有國(guó)際先進(jìn)水平的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),成功應(yīng)用于高分辨力天文觀測(cè)、激光核聚變光束控制、光波大氣傳輸校正、活體人眼視網(wǎng)膜細(xì)胞超高分辨力成像等領(lǐng)域,使中國(guó)在自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域的研究水平躍居世界先進(jìn)行列。

    一 求學(xué)之路

    1 母親啟蒙我愛(ài)上科學(xué)

    1936 年5 月,我出生在浙江省平湖縣。平湖是杭嘉湖平原上靠近上海的一個(gè)小縣城,地處杭州灣出??诒卑?,緊鄰當(dāng)時(shí)的江蘇省金山(現(xiàn)屬上海市),是平原上的水網(wǎng)地帶,也是十分豐饒富足的魚(yú)米之鄉(xiāng)。江南曾經(jīng)廣泛流傳一首民謠:“金平湖、銀嘉善、銅嘉興、鐵海鹽……”平湖能夠被冠以“金”字排名首位,其自然條件和富庶程度顯然是得到了大眾的認(rèn)可。

    然而,在我一歲時(shí),這里的美好面貌就因戰(zhàn)火而全然不再。

    1937 年7 月,日本侵華戰(zhàn)爭(zhēng)全面爆發(fā)。11 月,日軍從平湖縣最東邊的小鎮(zhèn)“金絲娘橋”登陸,向上海和南京方向進(jìn)攻。中國(guó)守軍雖奮起抵抗,仍是損失慘重,金絲娘橋等地也相繼失守。我外婆家在附近的新豐鎮(zhèn),整個(gè)鎮(zhèn)子都被日軍燒成了廢墟,大火燒了整整三天三夜。

    故土一片狼藉,我們?nèi)冶黄乳_(kāi)始了逃難生活。先是乘小船逃到湖州附近,而后輾轉(zhuǎn)來(lái)到上海租界,與舅舅一家合租了一套小房子,終于算是有了落腳的地方。然而,居住、醫(yī)療等條件都非常惡劣,我的一個(gè)哥哥和一個(gè)姐姐都患上了麻疹,在幾天之內(nèi)先后去世。

    這一切,讓我在孩童時(shí)期就深深嘗到了家破人亡的滋味,也在我幼小的心靈中刻下了深深的烙印。它時(shí)刻警醒著我:“唯有國(guó)家強(qiáng)大,才能不受欺負(fù)?!?945 年日本投降,我雖僅有九歲,也是倍感歡欣鼓舞,喜悅之情至今難忘。

    我的母親自小家境殷實(shí),是一個(gè)大家閨秀,為人溫婉大方,在杭州進(jìn)入學(xué)堂接受過(guò)新式教育,還在安慶等地當(dāng)過(guò)教師,對(duì)教育方式有自己的獨(dú)到理解,是民國(guó)最早的一批知識(shí)女性之一。

    母親中年得子,38 歲生下了我。哥哥姐姐的去世,給母親帶來(lái)了難以釋?xiě)训膫?,但為了我,她還是堅(jiān)強(qiáng)的承受下來(lái)。在那個(gè)戰(zhàn)火紛飛的年代,母親竭盡全力呵護(hù)我成長(zhǎng),甚至在最惡劣的條件下,她也沒(méi)有放松對(duì)我的教育。到我6 歲時(shí),母親已經(jīng)教我學(xué)完了小學(xué)一、二年級(jí)的課程,所以我能夠直接跳入三年級(jí)學(xué)習(xí)并且游刃有余。

    母親一直教育我要學(xué)好功課,成為有用之才,在我上初中時(shí)即開(kāi)始培養(yǎng)我對(duì)科學(xué)的興趣。平湖縣雖然靠近上海,但交通非常閉塞,到上海只能依靠小火輪,往返需要一天一夜。所以想要看到課外讀物相當(dāng)困難,但母親還是千方百計(jì)地為我弄到了《中學(xué)生》《開(kāi)明少年》等中學(xué)生讀物。每次拿到這些難得的課外讀物,我就會(huì)貪婪地閱讀起來(lái),完全沉浸其中。雖然對(duì)內(nèi)容似懂非懂,但大自然的奧秘已經(jīng)觸動(dòng)了我幼小的心靈。

    兒時(shí)的情景仍然記憶猶新。夏天與母親在院落里乘涼時(shí),一起對(duì)照書(shū)上的介紹識(shí)別天上的星座,數(shù)數(shù)滿天的繁星,時(shí)光平靜而又溫馨。母親的啟蒙教育在我心中埋下了探索真理的熾熱火種,成為了我一生科學(xué)追求的不竭源泉。同時(shí)母親堅(jiān)強(qiáng)的性格以及豁達(dá)的生活態(tài)度也對(duì)我產(chǎn)生了潛移默化的影響,使我能夠在遭遇苦難與挫折時(shí)坦然面對(duì)。

    2 在復(fù)旦中學(xué)打下良好數(shù)理基礎(chǔ)

    1949 年7 月,我從平湖中學(xué)初中畢業(yè)。由于當(dāng)?shù)剡€沒(méi)有高中,我乘坐小火輪來(lái)到了上海就讀,進(jìn)入了向往已久的復(fù)旦中學(xué)。這所中學(xué)與復(fù)旦大學(xué)同時(shí)創(chuàng)立,歷史悠久且文化厚重。我在感到眼界大開(kāi)的同時(shí),也深刻體會(huì)到了城鄉(xiāng)教育水平之間的差距。我的初中階段,正處于政局動(dòng)蕩時(shí)期,教學(xué)質(zhì)量難以保證,所以并沒(méi)有受到扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)教育。高中一年級(jí)時(shí),我的學(xué)業(yè)比同班同學(xué)差很多,尤其是數(shù)學(xué)和英語(yǔ)。慶幸的是復(fù)旦中學(xué)有很好的老師,同學(xué)們也很熱情,學(xué)習(xí)風(fēng)氣也很好,我并沒(méi)有感到彷徨無(wú)助。

    班上有一批同學(xué)不僅成績(jī)優(yōu)異,而且樂(lè)于助人。我和大家共同學(xué)習(xí)、一起鍛煉,相處得十分融洽。在這樣良好的氛圍里,我下定決心奮發(fā)努力、迎頭趕上。利用幾個(gè)寒暑假,我把當(dāng)時(shí)能找到的幾本知名數(shù)學(xué)教科書(shū)的習(xí)題都做了一遍。盡管有題海戰(zhàn)術(shù)之嫌,但借此打下的扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)卻讓我終生受用。此外,我始終沒(méi)有放松對(duì)課外知識(shí)的學(xué)習(xí)。當(dāng)時(shí)最大的樂(lè)趣是到上海幾條舊書(shū)店集中的街上去看書(shū),一看就是半天。最吸引我的是《科學(xué)畫(huà)報(bào)》,銅版紙精印的刊物,圖文并茂。

    1952 年夏天我參加了高考。發(fā)榜時(shí),我和班上幾名成績(jī)優(yōu)異的同學(xué)被另榜公布。我們被錄取到了北京俄文專修學(xué)校,也就是當(dāng)時(shí)的留蘇預(yù)備部。

    回顧三年的高中生涯,幫我打下了良好的數(shù)理基礎(chǔ)。盡管高中學(xué)的都是最初等的知識(shí),但學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)的思維方法分析問(wèn)題,是這一階段非常大的收獲。以致后來(lái)參加工作遇到大量實(shí)際的工程問(wèn)題,我都能很好的適應(yīng)并加以解決。

    3 在哈工大打好工程技術(shù)基礎(chǔ)

    1952 年秋天,我滿懷憧憬的來(lái)到了留蘇預(yù)備部。能夠去蘇聯(lián)學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)是包括我在內(nèi)無(wú)數(shù)青年人的夢(mèng)想,我為之不斷地努力著、奮斗著。一年的學(xué)習(xí)時(shí)間很快過(guò)去了,結(jié)果卻是我始料未及的。我被通知由于家庭出身問(wèn)題政治審查沒(méi)有通過(guò),不能去蘇聯(lián)留學(xué)。

    當(dāng)時(shí)滿心的期待落了空,很是失望。不過(guò)好在因?yàn)槲页煽?jī)優(yōu)異,學(xué)校允許我可以申請(qǐng)到國(guó)內(nèi)任何一所大學(xué)學(xué)習(xí)。回顧這一年,雖然結(jié)果難以令人滿意,但是過(guò)程仍然彌足珍貴。我既開(kāi)拓了眼界,也更堅(jiān)定了逐夢(mèng)科學(xué)的信念。

    1953 年,正值中國(guó)“全面學(xué)習(xí)蘇聯(lián)”浪潮的高峰時(shí)期。哈爾濱工業(yè)大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱哈工大)被確定為全國(guó)學(xué)習(xí)蘇聯(lián)高等教育辦學(xué)模式的兩所樣板大學(xué)之一,一切傳承蘇聯(lián)的教學(xué)體系。為了彌補(bǔ)心中的遺憾,我毫不猶豫地選擇了哈工大,選擇繼續(xù)北上,來(lái)到千里冰封、萬(wàn)里雪飄的北國(guó)冰城哈爾濱。由此開(kāi)啟了為期五年的大學(xué)求學(xué)生涯。

    哈工大以工科為主,被譽(yù)為“工程師的搖籃”。專業(yè)設(shè)置完全仿效蘇聯(lián)模式,根據(jù)實(shí)際的崗位需求針對(duì)性的設(shè)置專業(yè)。畢業(yè)生能夠?qū)崿F(xiàn)按專業(yè)對(duì)口分配,到崗后可以比較快的適應(yīng)工作要求。分配專業(yè)時(shí),我響應(yīng)號(hào)召選擇了最艱苦的鑄造工藝與設(shè)備,學(xué)習(xí)又臟又累的翻砂專業(yè)。

    在辦學(xué)、治學(xué)的過(guò)程中,哈工大逐步形成了“規(guī)格嚴(yán)格,功夫到家”的優(yōu)良傳統(tǒng),在教學(xué)上始終比較嚴(yán)苛。以繪圖課為例,只要繪圖規(guī)范性稍差一點(diǎn)兒就必須重做。教學(xué)內(nèi)容上包括大量的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐訓(xùn)練,促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用,使學(xué)生在走出校門(mén)時(shí)已經(jīng)具備很好的工程實(shí)踐能力。課程的考核也很嚴(yán)苛,主要課程通常采取口試的方式。學(xué)生進(jìn)入考場(chǎng)抽取一張考卷,題目通常為兩三道,但涉及范圍很廣??忌?jīng)過(guò)半個(gè)小時(shí)的準(zhǔn)備,需要向主考老師陳述答案并接受質(zhì)詢。老師根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)答辯情況直接評(píng)分,有時(shí)為更全面了解考生的知識(shí)掌握程度還會(huì)提問(wèn)考題以外的內(nèi)容。這種考試方式需要學(xué)生掌握所學(xué)內(nèi)容的物理本質(zhì),對(duì)物理概念有清晰的把握并且能夠融會(huì)貫通。掌握物理本質(zhì)由此成為了我?guī)资旯ぷ髦械囊粋€(gè)重要原則。

    大學(xué)時(shí)期是我打好工程技術(shù)基礎(chǔ)的階段。雖然在以后的工作中經(jīng)歷了幾次專業(yè)的改變,離原來(lái)的鑄造已經(jīng)很遠(yuǎn)了,但仍然感到大學(xué)里學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和技能還是很受用的。

    二 主動(dòng)適應(yīng)國(guó)家需要,多次改變專業(yè)

    1 從“鑄造”到“高精度加工”

    1958 年我從哈工大畢業(yè)后,被分配到中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春機(jī)械研究所工作,從事壓力鑄造工藝和設(shè)備研究。我承擔(dān)的第一項(xiàng)工作是到北京汽車廠與廠方合作設(shè)計(jì)1200 噸大型壓鑄機(jī)。在兩位老同志的指導(dǎo)下,我和另一位也是剛從大學(xué)畢業(yè)的同志一起承擔(dān)具體設(shè)計(jì)任務(wù)。在3 個(gè)月時(shí)間里,我們兩人加班加點(diǎn)居然完成了這一臺(tái)大型壓鑄機(jī)主機(jī)全部的設(shè)計(jì)圖紙。這不能不歸功于大學(xué)中受到的工程實(shí)際訓(xùn)練。當(dāng)然由于兩人都是第一次做這么大的工程設(shè)計(jì),問(wèn)題一定不少。后來(lái)由于客觀原因,設(shè)計(jì)完成的圖紙沒(méi)有投入試制,沒(méi)有得到真正的生產(chǎn)考驗(yàn)。

    1959 年春節(jié)后回到長(zhǎng)春,又投入到黑色金屬壓鑄的研究。壓力鑄造生產(chǎn)的鑄件由于精度高,后續(xù)加工量少,有很大實(shí)際意義,但一般只限于熔點(diǎn)比較低的有色金屬。直接壓鑄鋼鐵的黑色金屬,由于金屬熔點(diǎn)高,對(duì)模具和工藝都要從頭摸索。我們?cè)诶贤镜膸ьI(lǐng)下幾乎每天晚上都在高頻爐旁加班進(jìn)行壓鑄實(shí)驗(yàn)。我的具體工作是測(cè)量鋼水溫度,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的練習(xí),我已能測(cè)量得非常準(zhǔn)確,滿足了試驗(yàn)的要求。雖然我們壓鑄出了手槍本體的毛坯,但由于模具損耗過(guò)大而未能投入使用。

    1960 年,中蘇關(guān)系破裂,中國(guó)下決心自主開(kāi)展尖端科技研究。為集中力量,中國(guó)科學(xué)院決定將在長(zhǎng)春的機(jī)械研究所和光學(xué)精密機(jī)械儀器研究所合并,組建長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所(簡(jiǎn)稱長(zhǎng)春光機(jī)所)。我進(jìn)入長(zhǎng)春光機(jī)所的第一個(gè)任務(wù)是研制陀螺儀的寶石軸承。這是一種非常小的精密軸承,精度要達(dá)到1 μm。這是我第一次改變專業(yè),從原來(lái)研究的金屬熔化、澆鑄、凝固和成型轉(zhuǎn)為亞微米精度的加工和測(cè)量。原來(lái)接觸的是將金屬熔液轉(zhuǎn)化為零件毛坯,精度達(dá)到1 mm 就不錯(cuò)了,現(xiàn)在要研制出精度高于1 μm 的精密產(chǎn)品,唯有努力學(xué)習(xí)才能勝任。

    為此我自學(xué)了精密加工工藝和精密測(cè)量,很快就掌握了研制寶石軸承的全過(guò)程。還提出了測(cè)量1 mm直徑小孔內(nèi)壁表面光潔度的新方法,完成了研制任務(wù)。在工作中學(xué)習(xí)是效率最高的。

    2 從“精密機(jī)械”到“光學(xué)機(jī)械”

    1962 年,長(zhǎng)春光機(jī)所承擔(dān)了研制中國(guó)第一臺(tái)大型電影經(jīng)緯儀的任務(wù)。這是一臺(tái)口徑達(dá)600 mm、重達(dá)幾噸的精密儀器,而且要“一竿子到底”,就是要研制成產(chǎn)品直接交付用戶使用。全所上下都沒(méi)有經(jīng)驗(yàn),所里調(diào)我去參加設(shè)計(jì)任務(wù),擔(dān)任機(jī)械組負(fù)責(zé)人之一,具體負(fù)責(zé)方位轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)。這是我第二次改變專業(yè),從精密機(jī)械轉(zhuǎn)到了光學(xué)機(jī)械。

    為此我又自學(xué)了應(yīng)用光學(xué)、精度理論和概率論等基礎(chǔ)知識(shí)。直徑達(dá)幾米的轉(zhuǎn)臺(tái)要求非常平穩(wěn),在高速和低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不能有抖動(dòng)。傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)都不能滿足要求,而且當(dāng)時(shí)也沒(méi)有加工機(jī)械傳動(dòng)用的大型精密齒輪的能力。時(shí)任所長(zhǎng)王大珩先生提出了采用摩擦傳動(dòng)的設(shè)想。但當(dāng)時(shí)誰(shuí)也不知道只靠摩擦力能否將重達(dá)幾噸的經(jīng)緯儀平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),并且不能有間隙。我接到任務(wù)之后設(shè)計(jì)了一臺(tái)試驗(yàn)裝置,通過(guò)試驗(yàn)證明了摩擦傳動(dòng)存在一定的轉(zhuǎn)差率,即主動(dòng)輪和被動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比不是常數(shù)。另外也證明了轉(zhuǎn)差率的變化與驅(qū)動(dòng)力成正比,在傳動(dòng)力小于極限負(fù)載力時(shí)不會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。通過(guò)試驗(yàn)消除了疑慮,摩擦傳動(dòng)在設(shè)計(jì)中得到了正式采用并且經(jīng)受住了實(shí)際考驗(yàn)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)國(guó)外以后研制的許多大型天文望遠(yuǎn)鏡也使用摩擦傳動(dòng)。

    方位轉(zhuǎn)臺(tái)的軸系精度是整臺(tái)儀器精度的基礎(chǔ),要求旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)軸的晃動(dòng)小于1 角秒。方位止推軸承是保證整臺(tái)設(shè)備精度的基礎(chǔ),但制造誤差和變形對(duì)軸系精度的影響是尚未解決的問(wèn)題。我經(jīng)過(guò)分析提出了精度分析方法,設(shè)計(jì)了一套試驗(yàn)裝置,用干涉方法測(cè)量了軸系晃動(dòng)和零件制造精度的關(guān)系,并驗(yàn)證了分析結(jié)果。直徑1 m 多的方位止推軸承表面的不平度要小于1 μm,如何測(cè)量加工后軸承表面的不平度是一個(gè)難題。一般來(lái)講,測(cè)量一個(gè)零件的不平度,需要用一個(gè)同樣大小但精度更高的基準(zhǔn)平面,但如何測(cè)量這個(gè)精度更高的基準(zhǔn)的平面度,又是個(gè)更大的難題。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析,我提出了一種自為基準(zhǔn)的三點(diǎn)測(cè)量方法,不需要任何高精度的基準(zhǔn),很好地解決了平面度測(cè)量的難題,這種方法沿用至今。

    1971 年,由于三線建設(shè)的需要,我來(lái)到四川大邑縣深山溝里,參與建設(shè)新的研究所(即光電技術(shù)研究所的前身)。經(jīng)過(guò)幾年脫離科技工作的生活之后,重新有了工作的機(jī)會(huì),我以滿腔的熱情投入新所的建設(shè)。最初,從事的多是與專業(yè)無(wú)關(guān)的基建工作,每周還有一天背土運(yùn)磚的勞動(dòng),但是大家的熱情都很高。兩年多工夫就把新所建成,并且于1973 年投產(chǎn)了。

    到了光電所以后,陸續(xù)承擔(dān)了兩種關(guān)鍵光學(xué)設(shè)備的研制。第一種是彈道相機(jī)。這是光電所承擔(dān)的第一項(xiàng)獨(dú)立研制任務(wù)。彈道相機(jī)是一種固定式、大視場(chǎng)的飛行彈道測(cè)量設(shè)備,為國(guó)內(nèi)首次研制。所里把設(shè)計(jì)任務(wù)交給我負(fù)責(zé),這也是我第一次獨(dú)立負(fù)責(zé)整機(jī)設(shè)備的研制。作為負(fù)責(zé)人必須把握總體性能、協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)的關(guān)系,這對(duì)我又是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

    我找到一份國(guó)外類似設(shè)備的詳細(xì)研制報(bào)告,下決心將全文翻譯出來(lái)。我與所里的一位同志合作,利用晚上業(yè)余時(shí)間進(jìn)行翻譯。歷時(shí)1 個(gè)多月,我們翻譯了20 余萬(wàn)字的資料。通過(guò)學(xué)習(xí),對(duì)如何分析光學(xué)設(shè)備的總體性能有了比較深入的認(rèn)識(shí)。后來(lái)進(jìn)入設(shè)計(jì)階段,常常需要工作到深夜,我就索性住在了辦公室,畫(huà)圖設(shè)計(jì)到深夜,就在辦公桌上攤開(kāi)被褥睡覺(jué)。經(jīng)過(guò)兩年多的潛心攻關(guān),研制成功了我國(guó)第一臺(tái)固定式彈道測(cè)量設(shè)備并裝備了部隊(duì)。后來(lái)又陸續(xù)研制成功了兩種不同規(guī)格的設(shè)備,成為光電所的第一批系列產(chǎn)品。

    第二種是光刻機(jī)。1978 年全國(guó)科學(xué)大會(huì)勝利召開(kāi),中國(guó)迎來(lái)了科學(xué)的春天,為改變我國(guó)集成電路制造的落后局面,黨中央提出開(kāi)展大規(guī)模集成電路的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。中國(guó)科學(xué)院安排光電所研制國(guó)內(nèi)第一臺(tái)光刻機(jī)——接近/接觸式光刻機(jī),我在第一臺(tái)彈道相機(jī)剛剛研制完成后,就接到了新的任務(wù)。所里安排我負(fù)責(zé)這臺(tái)光刻機(jī)的研制工作。這一次又要從頭學(xué)起,從原來(lái)的彈道測(cè)量設(shè)備轉(zhuǎn)而研制精度要求很高的生產(chǎn)設(shè)備。我和同事們通過(guò)兩年時(shí)間的攻關(guān),研制出第一臺(tái)光刻機(jī),圓滿完成了任務(wù)。

    我一次次面臨巨大的挑戰(zhàn),每次都能夠勇于接受、敢于嘗試,最終戰(zhàn)勝了困難。

    三 開(kāi)拓與發(fā)展我國(guó)自適應(yīng)光學(xué)事業(yè)

    1 從“光學(xué)工程”到“自適應(yīng)光學(xué)”

    1977 年,中國(guó)科學(xué)院組織制定科技發(fā)展規(guī)劃,我也有幸參加了規(guī)劃的討論。當(dāng)時(shí)國(guó)外光學(xué)界剛剛出現(xiàn)一個(gè)新的學(xué)科——自適應(yīng)光學(xué),我在規(guī)劃會(huì)上提出了這個(gè)新的研究領(lǐng)域,并列入了規(guī)劃。

    光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法克服動(dòng)態(tài)干擾的影響,是幾百年來(lái)沒(méi)有解決的難題。尤其是大型望遠(yuǎn)鏡,其性能受限于大氣湍流的動(dòng)態(tài)干擾問(wèn)題更為突出,這是困擾光學(xué)界和天文界幾百年的老問(wèn)題。自適應(yīng)光學(xué)是實(shí)時(shí)測(cè)量——控制——校正光學(xué)誤差的方法,可以克服動(dòng)態(tài)干擾對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響,使光學(xué)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)干擾的環(huán)境下始終保持良好性能。由于光學(xué)波長(zhǎng)短,光學(xué)干擾變化速度快,自適應(yīng)光學(xué)無(wú)論在精度和速度方面都有嚴(yán)格的要求,難度很大。事實(shí)上自適應(yīng)光學(xué)的概念早在二十世紀(jì)五十年代就已經(jīng)由一位天文學(xué)家提出了,但由于缺乏技術(shù)基礎(chǔ),二十多年沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展,直到七十年代中期才開(kāi)始付諸實(shí)現(xiàn)。

    雖然自適應(yīng)光學(xué)已經(jīng)列入1977 年制定的規(guī)劃,但之后的兩三年中,沒(méi)有人開(kāi)展這方面的工作。1979 年我在結(jié)束光刻機(jī)的研制后,就想是否可以開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究。但是自適應(yīng)光學(xué)是綜合光、機(jī)、電、計(jì)算、材料等多學(xué)科的新技術(shù),與我原來(lái)從事的工作有很大差異,不僅國(guó)內(nèi)沒(méi)有人搞過(guò),國(guó)際上也只剛剛有幾篇文獻(xiàn)報(bào)道。做這樣難度很大的基礎(chǔ)性工作,很可能長(zhǎng)期出不了成果而坐“冷板凳”,因而有一些猶豫。這時(shí)我得到愛(ài)人凌寧的堅(jiān)定支持,她給我分析說(shuō):“你知識(shí)面廣,接受能力強(qiáng),又肯下工夫,一定能夠很快適應(yīng)工作。盡管短時(shí)期內(nèi)出不了成果,但是國(guó)家肯定是需要的,雖然有風(fēng)險(xiǎn),為國(guó)家開(kāi)辟一個(gè)新學(xué)科,冒這種風(fēng)險(xiǎn)也是值得的?!痹谒墓膭?lì)下,我下定了決心。組織了幾位同志,在所里支持下白手起家,正式開(kāi)始進(jìn)行自適應(yīng)光學(xué)的研究。

    1979 年,我們組建了“自適應(yīng)光學(xué)課題組”。成立之初,課題組除了我只有四個(gè)組員。但是成立當(dāng)年,我們課題組就構(gòu)建了第一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)試驗(yàn)裝置。第二年,光電所成立了第八研究室,也就是我國(guó)的第一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室。由于光電所建在山溝里,工作條件很差,當(dāng)時(shí)所里開(kāi)始在成都郊區(qū)雙流的牧馬山建立新址,計(jì)劃分批搬遷。由于我們是開(kāi)展新的工作,所里決定讓我們先期搬到牧馬山。當(dāng)時(shí)的牧馬山是一片工地,原來(lái)這里是省軍區(qū)的“五七干?!?,只有一些用作養(yǎng)蠶、養(yǎng)雞的平房。所里剛剛蓋起三棟宿舍,道路是泥土路,一下雨就一片泥濘,只能穿高筒雨靴行走。我們自己動(dòng)手把原來(lái)養(yǎng)蠶的平房進(jìn)行改造,在墻上貼墻紙,地上鋪一層塑料地板,沒(méi)有光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就找一塊厚鋼板,下面墊上沙子做減震,中國(guó)第一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室就這樣開(kāi)始運(yùn)行了。

    2 成功應(yīng)用于激光核聚變裝置和天文望遠(yuǎn)鏡

    自適應(yīng)光學(xué)在國(guó)內(nèi)沒(méi)人研究過(guò),國(guó)外也只在起步階段,我們?nèi)绾伟资制鸺??我確定兩條原則:一是堅(jiān)持建立基礎(chǔ)技術(shù),由簡(jiǎn)單到復(fù)雜認(rèn)真解決單元技術(shù);二是盡量尋找應(yīng)用目標(biāo),因?yàn)榧夹g(shù)只有在實(shí)際使用中經(jīng)受考驗(yàn),方能通過(guò)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題得以改進(jìn),進(jìn)而在使用中體現(xiàn)其價(jià)值。經(jīng)過(guò)兩年的努力,我們的7 單元線列系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)校正。這是中國(guó)的第一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),盡管非常簡(jiǎn)單,但是演示了自適應(yīng)光學(xué)波前校正的基本原理。

    當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所正在構(gòu)建“LF12”激光核聚變系統(tǒng)。這是一套龐大的激光系統(tǒng),激光經(jīng)過(guò)上百米的光路,將激光功率放大到1012W,聚焦于充滿氘和氚的小丸,引發(fā)核聚變。系統(tǒng)中幾十個(gè)鏡面的制造誤差,以及累計(jì)總長(zhǎng)達(dá)幾米的光學(xué)材料的不均勻可以積累很大的靜態(tài)光學(xué)誤差,導(dǎo)致聚焦面上光能發(fā)散,影響用激光觸發(fā)核聚變的效能。1983 年,上海光機(jī)所的幾位專家得悉我們?cè)谧鲎赃m應(yīng)光學(xué),就希望我們用自適應(yīng)光學(xué)來(lái)校正“LF12”激光核聚變系統(tǒng)的波前誤差。我們就把原來(lái)研制的線列變形鏡改為研制面陣變形鏡,并研制出19 單元的變形鏡。因?yàn)樾U膶?duì)象是靜態(tài)誤差,我們提出將通過(guò)焦面上針孔的激光能量作為波前校正的指標(biāo),采用高頻振動(dòng)爬山法控制原理進(jìn)行閉環(huán)校正的思路。

    經(jīng)過(guò)兩年努力,1986 年這套校正系統(tǒng)與“LF12”裝置進(jìn)行聯(lián)機(jī),實(shí)現(xiàn)了對(duì)這套龐大激光系統(tǒng)的波前誤差校正,校正后的焦斑能量集中度提高為校正前的3 倍,這是全世界在激光核聚變系統(tǒng)中第一次采用的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。七年以后,美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室在國(guó)際會(huì)議上報(bào)道,他們的Beamlet 激光核聚變系統(tǒng)中也使用了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),并在報(bào)告中說(shuō)這是中國(guó)裝置首先使用的“中國(guó)方法”。

    與此同時(shí),為實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)天文目標(biāo)的高分辨力成像觀測(cè),我們積極開(kāi)展大氣湍流造成的動(dòng)態(tài)波前誤差的校正技術(shù)研究。而校正動(dòng)態(tài)誤差的技術(shù)要求很高;一是自適應(yīng)光學(xué)校正系統(tǒng)的空間和時(shí)間尺度要與動(dòng)態(tài)干擾(湍流)的空間——時(shí)間尺度匹配,即波前校正器和波前探測(cè)器的單元尺度不能大于湍流的空間尺度,校正系統(tǒng)的帶寬要大于湍流的特征頻率,校正精度要達(dá)到十分之一波長(zhǎng),對(duì)可見(jiàn)光就是50 nm,時(shí)空頻率要求極高;二是探測(cè)從星體目標(biāo)來(lái)的光學(xué)波前所能用的光能又非常有限,要達(dá)到光子計(jì)數(shù)的水平。所以校正大氣湍流的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),實(shí)際上就是一個(gè)幾十到幾百單元、幾百赫茲帶寬,以數(shù)光子的方法,探測(cè)和校正波前誤差精度達(dá)到幾十納米的多路并行高速光學(xué)波前控制系統(tǒng)。

    我們從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)開(kāi)始,先建立一套21 單元自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。采用動(dòng)態(tài)剪切干涉儀做波前傳感器,用一臺(tái)口徑300 mm 的望遠(yuǎn)鏡在所區(qū)幾百米的室外光路進(jìn)行大氣湍流校正實(shí)驗(yàn),1987 年成功實(shí)現(xiàn)大氣湍流校正。這是中國(guó)第一次實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)波前誤差的實(shí)時(shí)校正,1988 年這一工作在《光學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表后,美國(guó)武裝部隊(duì)技術(shù)情報(bào)局將其全文翻譯為AD 報(bào)告。

    1983 年,中國(guó)科學(xué)院為了支持新技術(shù)的研究,經(jīng)過(guò)專家組評(píng)議,決定給予我們自適應(yīng)光學(xué)100 萬(wàn)元的重點(diǎn)課題支持,我們就靠這一支持維持了六七年的研究。

    3 在“863”計(jì)劃的支持下蓬勃發(fā)展

    1986 年3 月到4 月,我在北京參加了“863”計(jì)劃的專家討論,參與了“863”計(jì)劃發(fā)展綱要的制定。在國(guó)家“863”計(jì)劃中,我最初擔(dān)任信息獲取和處理主題專家組成員,以后又陸續(xù)擔(dān)任領(lǐng)域?qū)<椅瘑T會(huì)的成員和顧問(wèn),參與發(fā)展規(guī)劃籌劃和具體組織實(shí)施。此外還就發(fā)展戰(zhàn)略、研究方向等向上級(jí)機(jī)關(guān)多次提出建議,得到有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的重視和采納。在“863”計(jì)劃實(shí)施中,有多個(gè)主題都對(duì)自適應(yīng)光學(xué)提出需求,由于我們前期打下的基礎(chǔ),都獲得了支持。從此我們的工作在“863”計(jì)劃的支持下得到蓬勃發(fā)展。

    1990 年,我們研制的21 單元大氣湍流校正自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),在云南天文臺(tái)的1.2 m 望遠(yuǎn)鏡上實(shí)現(xiàn)了對(duì)天文目標(biāo)的自適應(yīng)光學(xué)校正,這使我國(guó)成為第三個(gè)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的國(guó)家。之后我們對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)行改造,在當(dāng)時(shí)東亞最大的北京天文臺(tái)2.16 m 望遠(yuǎn)鏡上,對(duì)星體目標(biāo)在紅外2.2 μm 波段實(shí)現(xiàn)了接近衍射極限的成像校正,將該望遠(yuǎn)鏡的分辨力提高近一個(gè)量級(jí)。

    上述系統(tǒng)的波前傳感器都是旋轉(zhuǎn)光柵剪切干涉儀,與之配套的波前處理計(jì)算機(jī)是模擬網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。剪切干涉儀的缺點(diǎn)是有高速運(yùn)動(dòng)部件,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為此我們開(kāi)展了另一類波前傳感器夏克-哈特曼傳感器的研究。在解決了傳感器中的孔徑分割器件——微透鏡陣列之后,面臨的一個(gè)問(wèn)題是如何將哈特曼傳感器測(cè)量得到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為變形反射鏡驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。原有的算法是先根據(jù)波前傳感器測(cè)量得到的波前斜率信號(hào)后算出波前誤差,再解算出變形鏡驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)。我們經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),沒(méi)有必要先算出波前誤差,可以根據(jù)波前傳感器測(cè)量的波前斜率直接解算出變形鏡驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào),從而提出了一種新的算法——直接斜率法。此法1990 年4 月在國(guó)際會(huì)議上發(fā)表,此后得到普遍應(yīng)用。測(cè)量大氣湍流動(dòng)態(tài)誤差的哈特曼傳感器需要每秒對(duì)波前誤差測(cè)量上千次,每次測(cè)量都要在下一次測(cè)量的周期內(nèi)進(jìn)行處理,因此要求波前處理機(jī)具有很高的運(yùn)算速度,通用的計(jì)算機(jī)不能完成計(jì)算任務(wù),要根據(jù)所用的算法研制專用的高速數(shù)字處理機(jī)。在解決了哈特曼波前傳感器和配套的數(shù)字波前處理機(jī)等難題之后,我們研制了新一代的天文目標(biāo)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),獲得了分辨能力更高的天文目標(biāo)圖像,并進(jìn)一步研制了專門(mén)的自適應(yīng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,陸續(xù)有多臺(tái)投入使用。隨著望遠(yuǎn)鏡口徑越來(lái)越大,所需要的變形反射鏡的單元數(shù)也越來(lái)越多,后續(xù)研制了1000 單元級(jí)的變形反射鏡。

    在激光核聚變光束控制方面,隨著中國(guó)激光核聚變系統(tǒng)的發(fā)展,我們研制了多種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),并且校正對(duì)象從靜態(tài)誤差擴(kuò)展到激光系統(tǒng)在工作時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)誤差。2011 年,針對(duì)我國(guó)新一代激光核聚變系統(tǒng),我們研制成功了口徑達(dá)390×390 mm 的可拆卸維修的變形鏡和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。為我國(guó)大科學(xué)工程和新型高效潔凈能源的探索作出了貢獻(xiàn)。

    4 將自適應(yīng)光學(xué)拓展到醫(yī)療領(lǐng)域

    1997 年,我們團(tuán)隊(duì)研制出一臺(tái)校正人眼高階像差并獲取視網(wǎng)膜高分辨力圖像的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。這是全世界第二個(gè)實(shí)現(xiàn)人眼視細(xì)胞級(jí)高分辨力成像的系統(tǒng),設(shè)備體積僅相當(dāng)于美國(guó)同類產(chǎn)品的十分之一,國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)了人眼高分辨成像設(shè)備的小型化。經(jīng)過(guò)幾年努力,我們還研制了自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像儀(AORC)、自適應(yīng)光學(xué)視力訓(xùn)練儀(AOVC)、雙眼自適應(yīng)光學(xué)視覺(jué)仿真器(MAOVS)、人眼自適應(yīng)光學(xué)-光學(xué)相干層析成像儀(AO-OCT)、人眼自適應(yīng)光學(xué)-活體視細(xì)胞共焦掃描儀(AO-CSLO)等系列裝置。上述成果的深入應(yīng)用,為新視覺(jué)科學(xué)研究提供了嶄新工具,同時(shí)為視網(wǎng)膜疾病和全身性相關(guān)疾病的超早期診斷提供了全新手段。

    如今,我們的自適應(yīng)光學(xué)研究正向兩個(gè)方向前進(jìn),一是適應(yīng)國(guó)家大型光學(xué)工程的需要研制更大規(guī)模的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)。這就要研制單元數(shù)更多的變形反射鏡和波前傳感器,運(yùn)算速度更高的波前處理機(jī),以實(shí)現(xiàn)更高的分辨力和探測(cè)能力。二是適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和民生的需要,研究小型化和低成本化的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),擴(kuò)大自適應(yīng)光學(xué)在醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用。

    四 成就和榮譽(yù)中有你的一半

    1 克服重重阻力走到一起

    我的妻子凌寧是江蘇武進(jìn)人,與浙江平湖相隔不遠(yuǎn),算得上是江南同鄉(xiāng)??箲?zhàn)勝利后她隨母親一起投奔了在鞍山的姐姐。到東北后,凌寧先在大連大學(xué)預(yù)科乙班學(xué)習(xí)高中課程,后來(lái)進(jìn)入哈工大預(yù)科初級(jí)班從頭學(xué)習(xí)高中課程,通過(guò)刻苦努力,三年后從哈工大預(yù)科班畢業(yè)。1953 年,以全5 分的成績(jī)升入哈工大本科學(xué)習(xí)。分專業(yè)時(shí),同樣響應(yīng)系里號(hào)召,報(bào)了最艱苦的鑄造工藝與設(shè)備專業(yè),我們就此成為了同班同學(xué)。由于專業(yè)課學(xué)習(xí)、工廠實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)等比較繁重,我們各自忙于學(xué)業(yè),沒(méi)有太深的交集。

    1958 年,我們從哈工大畢業(yè),一起分配到了長(zhǎng)春光機(jī)所,在同一個(gè)研究室工作。我們?cè)诠ぷ髦兄饾u產(chǎn)生了感情,她認(rèn)為我工作積極努力,能力很強(qiáng),為人老實(shí)正派,值得信賴。但那時(shí)是講究出身成分的年代,她的哥哥和姐姐很早就參加革命,哥哥犧牲在新四軍抗日的戰(zhàn)斗中,姐姐和姐夫是黨的高級(jí)干部,她在上大學(xué)時(shí)就已經(jīng)入黨。而我家庭出身不好,在我們要確定關(guān)系的時(shí)候,遭到了領(lǐng)導(dǎo)和凌寧家人的一致反對(duì)。所里幾位黨員干部,都找她談話要求與我劃清界限。但她始終堅(jiān)持自己的選擇,把想法向兩位黨總支書(shū)記和委員進(jìn)行了匯報(bào),由他們請(qǐng)示黨委書(shū)記,最終獲得了批準(zhǔn)。然后她把情況告訴了家里,之前一直反對(duì)的家人也終于同意。

    在1961 年五一國(guó)際勞動(dòng)節(jié)前夕,她頂著很大的政治壓力與我步入了婚姻的殿堂。婚后不久,就遇到了“社教”運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)中她以階級(jí)立場(chǎng)不穩(wěn),成為被重點(diǎn)批判的對(duì)象。當(dāng)時(shí)她正懷著孩子,反反復(fù)復(fù)寫(xiě)檢查就是不能通過(guò),直到孩子早產(chǎn),在休產(chǎn)假期間仍需要接受批評(píng)。

    2 渡過(guò)文革時(shí)期的艱難歲月

    “社教”運(yùn)動(dòng)尚未結(jié)束,“文化大革命”接踵而至。“造反派”用殘酷的逼供手段,把長(zhǎng)春光機(jī)所的幾百人莫名其妙的打成特務(wù)。凌寧也未能幸免,同樣被當(dāng)成“特務(wù)”審查。將近一年時(shí)間,遭受多種非人折磨。她懷著對(duì)黨的信念和對(duì)我的摯愛(ài)和牽掛,最終堅(jiān)強(qiáng)地挺了過(guò)來(lái)。1976 年后,王大珩先生向小平同志反映了光機(jī)所的這場(chǎng)“災(zāi)難”,在小平同志關(guān)心下,長(zhǎng)春光機(jī)所的這批冤案得到徹底平反。

    1968 年,帶著“事出有因,查無(wú)實(shí)據(jù)”的搪塞性結(jié)論,她終于可以回家了。緊接著我被下放到黑龍江北大荒農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行“勞動(dòng)鍛煉”,家人再次分離。之后又接到了新的通知,全家“上山下鄉(xiāng)”。1969 年底,我和凌寧帶著兩個(gè)老人和兩個(gè)孩子,冒著東北三九時(shí)節(jié)的隆冬嚴(yán)寒,來(lái)到了吉林省長(zhǎng)嶺縣的農(nóng)村。住在老鄉(xiāng)當(dāng)年新打的又經(jīng)過(guò)半個(gè)冬天已經(jīng)凍透的土坯房里,條件雖然艱苦,但一家人終于團(tuán)聚了。她以很大的熱情投入到“向貧下中農(nóng)學(xué)習(xí)”的活動(dòng),帶著渾身疼痛,積極參加各種農(nóng)事活動(dòng),為生產(chǎn)隊(duì)出謀劃策,盡力想辦法改變農(nóng)村貧困的面貌。每天清晨挑著糞桶,挨家挨戶收集肥料。盡管那時(shí)政治運(yùn)動(dòng)仍然不斷,由于我們?cè)谵r(nóng)村這個(gè)“世外桃源”,總算也過(guò)了兩年相對(duì)平靜的生活。

    3 攻克自適應(yīng)光學(xué)核心器件——“魔鏡”

    我的妻子不僅從生活上給我關(guān)愛(ài),思想上給我鼓勵(lì)和支持,而且用她的實(shí)際貢獻(xiàn)——波前校正器技術(shù)為我的工作打下了牢固的基礎(chǔ)。正如在2007 年科學(xué)院杰出成果獎(jiǎng)評(píng)獎(jiǎng)會(huì)上專家所說(shuō):“自適應(yīng)光學(xué)的原理大家都知道,但正因?yàn)樗麄冋莆樟岁P(guān)鍵器件——波前校正器,所以他們能夠獲得這么多成果”。

    自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)包括波前傳感、波前控制和波前校正三個(gè)主要部分。其中波前校正器有變形反射鏡和高速傾斜鏡兩類。這種新型反射鏡,一反傳統(tǒng)光學(xué)鏡面追求穩(wěn)定不變保持高精度的傳統(tǒng),要在外加電壓控制下能動(dòng)可控地改變面形,而且精度要達(dá)到幾十納米,反應(yīng)時(shí)間要小于毫秒。這是非常富有挑戰(zhàn)性的任務(wù),國(guó)際上把這種鏡子稱為“魔鏡”。當(dāng)時(shí)也只有一兩家單位能生產(chǎn),而且從產(chǎn)品到技術(shù)對(duì)我國(guó)嚴(yán)格封鎖。我們的隊(duì)伍組織起來(lái)半年后,還沒(méi)有人敢于挑戰(zhàn)。而要搞自適應(yīng)光學(xué),沒(méi)有這種關(guān)鍵器件只能是紙上談兵。

    這時(shí)我動(dòng)員凌寧來(lái)挑此重?fù)?dān)。這與她原來(lái)的經(jīng)歷相差很大,她在學(xué)校里學(xué)的是鑄造工藝和設(shè)備,工作后主要搞機(jī)械設(shè)計(jì),對(duì)她來(lái)說(shuō)研究波前校正器是全新的工作,一切都要從頭開(kāi)始。她理解我為缺少這一關(guān)鍵技術(shù)而著急的心情,毅然答應(yīng)了我的要求,開(kāi)始了艱苦研制波前校正器的工作。壓電陶瓷是波前校正器的主要驅(qū)動(dòng)材料,她從頭開(kāi)始學(xué)習(xí)壓電陶瓷的知識(shí),建立壓電陶瓷性能測(cè)量設(shè)備,從眾多的壓電陶瓷型號(hào)中篩選出適用的型號(hào)。膠結(jié)也是必需的工藝,她深入鉆研,做了大量試驗(yàn),得到了合適的膠結(jié)劑配方。她學(xué)習(xí)光學(xué)測(cè)量知識(shí),搭建了波前校正器性能測(cè)量設(shè)備。最終,她與同志們一起,經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索,建立起制作波前校正器的全套工藝和設(shè)備。

    在研制過(guò)程中,我們遇到了許多難點(diǎn),包括材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝和檢測(cè)技術(shù)等許多方面。特別是在使用過(guò)程中更暴露出許多難以預(yù)想的新問(wèn)題,她全身心地投入去解決這些問(wèn)題,執(zhí)著地思索,吃飯、散步甚至睡覺(jué)時(shí)都在想問(wèn)題,尋找解決的方法。有的“點(diǎn)子”就是在早晨還沒(méi)有完全醒來(lái),處在似睡非睡的朦朧狀態(tài)下突然冒出來(lái)的。她頑強(qiáng)地做試驗(yàn),失敗了就改進(jìn),然后再做......經(jīng)過(guò)苦苦探索,反復(fù)試驗(yàn),終于解決了問(wèn)題。遇到難題久攻不下而后取得突破時(shí)的喜悅心情是難以言表的,她說(shuō)這是人生的最大樂(lè)趣。經(jīng)過(guò)幾年的努力,終于研制出我國(guó)第一塊變形反射鏡和高速傾斜鏡,并且在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中閉環(huán)成功,取得波前校正的效果。

    此外,為滿足自適應(yīng)光學(xué)新應(yīng)用提出的新要求,凌寧在成功面前沒(méi)有停止創(chuàng)新的步伐,不斷地改進(jìn)技術(shù)。隨著自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展,波前校正器技術(shù)也在不斷上新臺(tái)階。1998 年,她發(fā)明了一種小型變形反射鏡。正是有了這種小型的變形反射鏡,才可以將國(guó)外放置在整個(gè)3 m×1.5 m 光學(xué)平臺(tái)的系統(tǒng),縮小到可以放在普通的計(jì)算機(jī)桌子上,為實(shí)現(xiàn)這種醫(yī)學(xué)新技術(shù)的儀器化鋪平了道路。

    可以說(shuō),我在自適應(yīng)光學(xué)研究方面的成就,一半應(yīng)當(dāng)歸功于她。真的是“成就和榮譽(yù)中,有我的一半,也有你的一半”。

    五 培養(yǎng)自適應(yīng)光學(xué)后繼人才,實(shí)現(xiàn)代際交接

    1 帶領(lǐng)自適應(yīng)光學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)展

    我經(jīng)歷了自適應(yīng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室從零起步到艱苦創(chuàng)業(yè)再到蓬勃發(fā)展的階段,見(jiàn)證了最初四五個(gè)人的課題組發(fā)展成為中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的艱難過(guò)程。我們實(shí)驗(yàn)室掌握自適應(yīng)光學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)之全面,應(yīng)用領(lǐng)域之廣,在國(guó)內(nèi)外所僅見(jiàn),被國(guó)外同行專家稱為“世界規(guī)模最大的自適應(yīng)光學(xué)研究群體”。自適應(yīng)光學(xué)取得的成果背后是科研團(tuán)隊(duì)不斷的磨礪成長(zhǎng)。我作為團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人,和團(tuán)隊(duì)成員同心協(xié)力跨過(guò)了諸多科技難關(guān)。盡管一個(gè)個(gè)難題常常讓我廢寢忘食,但經(jīng)過(guò)苦苦思索、日夜攻關(guān)之后終于豁然開(kāi)朗的喜悅,比起任何物質(zhì)的享受都要舒坦安然。

    我特別注重營(yíng)造開(kāi)放的學(xué)術(shù)氛圍以激發(fā)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新活力,給大家充分發(fā)表想法和施展才能的空間。討論的時(shí)候,我會(huì)認(rèn)真的聆聽(tīng),慢慢形成了一種開(kāi)放的討論氛圍。討論的范圍涉及的學(xué)術(shù)面很廣,碰撞出了很多創(chuàng)新的火花,我會(huì)鼓勵(lì)大家大膽去實(shí)踐和論證。

    在二十世紀(jì)九十年代初,雖然自適應(yīng)光學(xué)科研任務(wù)飽滿,但是受體制約束,科研人員待遇普遍不高。而當(dāng)時(shí)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展,下海經(jīng)商“錢途”更好,我們的幾位年輕骨干也是躍躍欲試,還好及時(shí)將他們挽留了下來(lái)。這引發(fā)了我對(duì)人才培養(yǎng)的深入思考,此后出臺(tái)了自適應(yīng)研究室的“人才培養(yǎng)計(jì)劃”,注重對(duì)核心人才的針對(duì)性培養(yǎng),注重各個(gè)專業(yè)人才的均衡發(fā)展,注重對(duì)人才苗子的挖掘與培養(yǎng)等。從此提高了大家的工作積極性。

    工作是要靠集體的努力來(lái)完成的,特別是我們這樣工程性很強(qiáng)的研究工作。自適應(yīng)光學(xué)是多學(xué)科的綜合,包括光學(xué)、精密機(jī)械、材料、測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等許多學(xué)科,沒(méi)有不同專業(yè)人員的默契配合和交叉融合不可能實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破。因此我們?cè)诠ぷ髦刑岢珗F(tuán)隊(duì)精神,要求互相配合,反對(duì)以鄰為壑、互相封鎖的作風(fēng)。我們這些成績(jī)的取得,無(wú)一不是集體努力的結(jié)果。

    2 將事業(yè)交接給年輕人

    工作要發(fā)展,人才是關(guān)鍵。只有培養(yǎng)一批人才,才能后繼有人,持續(xù)發(fā)展。我認(rèn)為,培養(yǎng)人才主要有兩點(diǎn):一是要有一個(gè)適合人才成長(zhǎng)的氣氛,作為帶頭人首先不能嫉賢妒能,要形成平等討論的學(xué)術(shù)氣氛;二是人才主要在工作中培養(yǎng),通過(guò)壓擔(dān)子使年輕人及早承擔(dān)更大的責(zé)任。

    我在培養(yǎng)年輕人時(shí),會(huì)結(jié)合自身多年的科研經(jīng)歷,與他們分享自己的心得體會(huì):

    (1)創(chuàng)新是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的源泉。我們剛開(kāi)始自適應(yīng)光學(xué)研究時(shí),有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)告誡我們說(shuō)這項(xiàng)工作短期內(nèi)看不到成果,而且可能應(yīng)用面也不廣(當(dāng)時(shí)能想到的只是天文應(yīng)用,而天文研究本身是基礎(chǔ)研究,在當(dāng)時(shí)的中國(guó)不可能有大的支持),因此這是冷板凳的工作。我們也是做好了坐冷板凳的思想準(zhǔn)備。但是我們經(jīng)過(guò)幾年不懈的努力取得了突破,而且很快就找到了應(yīng)用。尤其是國(guó)家“863”計(jì)劃啟動(dòng)后,幾個(gè)主題都提出需求,并都取得了成果。充分顯示了自適應(yīng)光學(xué)在大型光學(xué)工程、先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備等方面的巨大應(yīng)用前景,并且對(duì)全所工作也有很大推動(dòng),一時(shí)冷板凳變成了熱餑餑。我們發(fā)展自適應(yīng)光學(xué)的歷程,是一個(gè)獨(dú)立自主發(fā)展高技術(shù)的過(guò)程。1967 年美國(guó)首批公布的自適應(yīng)光學(xué)文獻(xiàn),只有其原理性的討論,完全沒(méi)有解決工程技術(shù)問(wèn)題的Know-how。我們這些完全沒(méi)有留洋經(jīng)歷的“土包子”一點(diǎn)一滴地逐步攻克其關(guān)鍵技術(shù),終于建立起具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全套技術(shù),并取得實(shí)際應(yīng)用?,F(xiàn)在我國(guó)還有若干關(guān)鍵技術(shù)受制于人,成為“卡脖子”的大問(wèn)題。通過(guò)我們的這段經(jīng)歷更加堅(jiān)定和增強(qiáng)了獨(dú)立自主攻克“卡脖子”問(wèn)題的決心和信心。我認(rèn)為:我們有集中力量辦大事的制度優(yōu)勢(shì),又有中國(guó)人吃苦耐勞的特點(diǎn),只要適當(dāng)?shù)亟M織起來(lái),充分發(fā)揮科技人員的聰明才智,凡是人類可以做出來(lái)的,中國(guó)人一定也可以做出來(lái),而且還可以完成別人沒(méi)有的創(chuàng)造。

    (2)主動(dòng)適應(yīng)國(guó)家和社會(huì)的需要,方能充分發(fā)揮個(gè)人的才能。我在參加工作之后,改了三次專業(yè)。從鑄造到精密機(jī)械,到光學(xué)工程再到自適應(yīng)光學(xué),每次都取得了成功。我認(rèn)為我改變專業(yè)的過(guò)程就是不斷適應(yīng)國(guó)家和社會(huì)需要,調(diào)整自己工作方向的過(guò)程。國(guó)家和社會(huì)的需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力。一個(gè)人要想有所作為,必須適應(yīng)這一需要,也只有這樣才能獲得必要的支持,才能有明確的目標(biāo),使自己的聰明才智有用武之地。這不是說(shuō)不要個(gè)人志愿,而是要把個(gè)人志愿與國(guó)家和社會(huì)需求緊密地結(jié)合起來(lái)。從全社會(huì)來(lái)說(shuō),各種專業(yè)都是需要的,但每個(gè)人所處的環(huán)境或所能爭(zhēng)取到的條件是有限的,是具體的而不是抽象的,關(guān)鍵是如何把自己的專業(yè)和能力在這樣一個(gè)具體環(huán)境中最大限度地發(fā)揮出來(lái)。人們常說(shuō)一個(gè)人的成功,一是靠勤奮,二是靠機(jī)遇。我想所謂機(jī)遇就是國(guó)家和社會(huì)的需求。關(guān)鍵是如何抓住這個(gè)機(jī)遇,如何使自己的才能在具體的、現(xiàn)實(shí)的需求中找到用武之地。如果具有很好的才能而不去主動(dòng)適應(yīng)因形勢(shì)變化而出現(xiàn)的新情況,只希望社會(huì)來(lái)適應(yīng)自己而不是自己適應(yīng)社會(huì),那么成功的機(jī)會(huì)是很有限的。如果只是埋怨環(huán)境不給你發(fā)揮才干的機(jī)會(huì),一肚子“懷才不遇"的牢騷而讓時(shí)光白白流逝,到頭來(lái)必將一事無(wú)成。所以選擇個(gè)人才能和社會(huì)需求之間的最佳契合點(diǎn),使自己主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)的需求,這是一個(gè)人成功的重要條件。

    (3)不斷學(xué)習(xí),敏銳吸取科技新進(jìn)展,才能跟上科技發(fā)展的步伐。要想能勝任工作,對(duì)于幾度改變專業(yè)的我來(lái)說(shuō),必須付出加倍的努力。每次改變專業(yè)都要學(xué)習(xí)新的知識(shí),這就要不怕辛苦,善于在實(shí)踐中學(xué)習(xí)。在實(shí)踐中提出問(wèn)題,帶著問(wèn)題去鉆研學(xué)習(xí),比按部就班學(xué)習(xí)效率高得多。如果不是帶著問(wèn)題學(xué)習(xí),學(xué)了常常不知所云,而帶著問(wèn)題學(xué)習(xí),就能很快掌握其精髓。當(dāng)然學(xué)習(xí)中也要注意系統(tǒng)性,突破一點(diǎn)之后就要擴(kuò)大學(xué)習(xí)內(nèi)容,努力掌握這門(mén)學(xué)科的概貌以及和其他學(xué)科的關(guān)系。

    (4)對(duì)于一個(gè)科技人員,必須以敏銳的眼光,根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷更新知識(shí)。一個(gè)人如果墨守已經(jīng)掌握的知識(shí),不去更新和充實(shí)自己,已有的知識(shí)會(huì)很快老化,跟不上科技發(fā)展的步伐。一個(gè)人如果用同一項(xiàng)技術(shù)幾年之久,沒(méi)有用新技術(shù)來(lái)充實(shí)自己,這些技術(shù)肯定是落后的,也就失去了競(jìng)爭(zhēng)力。這就要求科技人員要有廣闊的視野和敏銳的洞察力。當(dāng)年在閉塞的山溝里,我還堅(jiān)持閱讀新的科技期刊,看到美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊以專輯形式發(fā)布的第一批自適應(yīng)光學(xué)文章,我就感到這是一個(gè)重要的新方向,可以解決幾百年來(lái)一直困擾光學(xué)和天文界的動(dòng)態(tài)干擾問(wèn)題。本質(zhì)上是光學(xué)和電子學(xué)的結(jié)合,正符合光電所的大方向,我就提出將此方向列入規(guī)劃,才有了今天的發(fā)展。

    現(xiàn)在,自適應(yīng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)形成老中青結(jié)合、以中年骨干為主的科技隊(duì)伍。2000 年以來(lái),年輕人承擔(dān)了科研和發(fā)展的重?fù)?dān),所有課題的負(fù)責(zé)人都由中青年骨干擔(dān)任。鑒于這個(gè)團(tuán)隊(duì)新人輩出,年輕人已經(jīng)挑起大梁,發(fā)展形勢(shì)很好,為了使年輕同志充分發(fā)揮作用,我決定主動(dòng)退居二線。2014 年5 月,我宣布下列四條:不再在任何課題中掛名、不再在任何獎(jiǎng)項(xiàng)中掛名、不再在不是自己寫(xiě)的文章上署名、不再招研究生。我這樣做的目的,是主動(dòng)給年輕人創(chuàng)造發(fā)揮才能的條件,促進(jìn)完成代際交接。我深信,充滿智慧和拼搏奉獻(xiàn)精神的年輕一代,一定會(huì)將開(kāi)創(chuàng)的事業(yè)繼續(xù)發(fā)展下去,取得更加輝煌的成績(jī)。

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