“中國(guó)太赫茲之父”
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□ 本刊記者 任光莉

“寸心未泯，猶老驥伏櫪不停歇?？茖W(xué)原屬勤奮人，愿終生相托！”這是一位耄耋老人的抒懷填詞，更是他數(shù)十年科研工作的最好寫照。深耕物理電子領(lǐng)域70 余載，他被稱為“國(guó)際太赫茲先驅(qū)”“中國(guó)太赫茲之父”，在電子回旋脈塞、自由電子激光與高功率微波、微波電子學(xué)及微波等離子體電子學(xué)等領(lǐng)域做出開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，影響著世界物理電子研究的發(fā)展。他就是中國(guó)科學(xué)院院士、我國(guó)著名物理電子學(xué)家劉盛綱。

一

1933 年，劉盛綱出生于安徽肥東。抗日戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，年幼的他跟著家人走上了逃難之路。一路顛沛流離，他看到同胞遭遇敵機(jī)轟炸的慘狀，目睹了祖國(guó)大地的滿目瘡痍。正是那段苦難的歲月，讓劉盛綱懂得了“家國(guó)”的意義：大家不穩(wěn)哪有小家的安穩(wěn)，民族不強(qiáng)哪有個(gè)人的幸福？那時(shí)的他，在心中默默許下了畢生的心愿：好好念書，走科學(xué)救國(guó)的道路。

抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利后，劉盛綱回到家鄉(xiāng)，進(jìn)入學(xué)校學(xué)習(xí)。飽嘗戰(zhàn)爭(zhēng)之苦的他分外珍惜這來之不易的機(jī)會(huì)，他勤奮刻苦，成績(jī)一直名列前茅。1951年，他以優(yōu)異的成績(jī)考入浙江大學(xué)電機(jī)系，由此步入物理學(xué)的殿堂。

由于國(guó)家高等院校院系調(diào)整，1955 年劉盛綱從南京工學(xué)院無線電系畢業(yè)，留校擔(dān)任助教。沒過多久，他便接到一個(gè)任務(wù)：去北京接待蘇聯(lián)專家列別捷夫，擔(dān)任他的專業(yè)翻譯。列別捷夫是蘇聯(lián)著名的物理學(xué)家，前來中國(guó)協(xié)助高等院校發(fā)展高頻電子學(xué)，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)缺少這個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)翻譯，年僅22 歲的劉盛綱臨危受命。毫無俄語(yǔ)基礎(chǔ)的他，僅用5個(gè)月時(shí)間就自學(xué)掌握了俄語(yǔ)，成為列別捷夫的得力助手。

1956 年，劉盛綱跟隨列別捷夫來到剛剛組建的成都電訊工程學(xué)院即今天的電子科技大學(xué)。他一邊擔(dān)任專業(yè)翻譯，一邊攻讀列別捷夫的研究生，兩年后順利通過副博士學(xué)位的論文答辯。“如果說本科階段讓我結(jié)緣電子學(xué)并學(xué)習(xí)了一些基礎(chǔ)知識(shí)，那么研究生階段則把我引入了電子學(xué)更專更深的領(lǐng)域，尤其是蘇聯(lián)專家的治學(xué)精神和研究方法給了我極大的影響，為我后來專門從事電子學(xué)研究與教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！碧崞疬@段經(jīng)歷，劉盛綱如是說。

二

1958 年，列別捷夫回國(guó)了，劉盛綱留在成都電訊工程學(xué)院任教，兩年后擔(dān)任微波電子學(xué)研究室主任，在超高頻電真空等領(lǐng)域開展了一系列研究。

當(dāng)時(shí)，我國(guó)在這方面還是一片空白，沒有參考技術(shù)，沒有核心器件，一切只能摸索前行。為了突破這片空白，劉盛綱和同事們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里不斷實(shí)驗(yàn)、反復(fù)論證，有時(shí)候一個(gè)實(shí)驗(yàn)需要幾十個(gè)小時(shí)，他們就輪流盯著，度過無數(shù)個(gè)長(zhǎng)夜。新中國(guó)物理電子學(xué)的基石，就在這無數(shù)個(gè)漫漫長(zhǎng)夜中一步步奠定。

在劉盛綱的帶領(lǐng)下，他們?cè)谖⒉娮訉W(xué)、相對(duì)論電子學(xué)、電子回旋脈塞、自由電子激光等方面取得一系列突破：提出一種新的復(fù)合式靜電強(qiáng)流電子光學(xué)系統(tǒng)并進(jìn)行嚴(yán)格的理論分析；建立了廣義的強(qiáng)流電子軌跡方程和以電子回旋中心坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的電子回旋脈塞的動(dòng)力學(xué)理論體系；提出并建立了靜電電子回旋脈塞的概念與線性及非線性理論，在此基礎(chǔ)上提出和發(fā)展了靜電自由電子激光的新概念及其理論……這些研究成果在我國(guó)國(guó)防科技領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

1978 年，劉盛綱晉升為教授。次年12 月，他率中國(guó)物理電子科學(xué)代表團(tuán)赴美國(guó)參加紅外與毫米波國(guó)際會(huì)議。這是劉盛綱第一次走出國(guó)門，原本想睜眼看世界的他，卻讓世界看到了中國(guó)。

會(huì)上，他宣讀了論文《電子回旋脈塞動(dòng)力學(xué)理論》，他提出的以電子回旋中心坐標(biāo)系中場(chǎng)的局部展開為基礎(chǔ)的方法，比美國(guó)科學(xué)家提出的在波導(dǎo)軸坐標(biāo)系中進(jìn)行積分的方法更為簡(jiǎn)捷，更具有明確的物理意義，而且在平衡分布函數(shù)的選擇上可以自然地導(dǎo)出適合的空間分布。劉盛綱的論文，引起與會(huì)學(xué)者的廣泛關(guān)注，他的研究站在了世界物理電子學(xué)科發(fā)展的前沿，為國(guó)際高能物理學(xué)界貢獻(xiàn)了一個(gè)新的理論體系。

由于他在電子研究領(lǐng)域做出的突出貢獻(xiàn)，1980 年劉盛綱當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員。此時(shí)的他，感覺自己肩上的擔(dān)子更重了。

三

早在1979 年，劉盛綱就在成都電訊工程學(xué)院組建了高能電子學(xué)研究所，開始微電子領(lǐng)域新的機(jī)理探索和高能電子學(xué)的研究。在這里，他和同事們一起研制出我國(guó)第一支回旋管，打破國(guó)外相關(guān)技術(shù)封鎖，極大地滿足了國(guó)防重要需求。此后，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)致力于發(fā)展各個(gè)頻段、各種類型的回旋器件，從回旋振蕩器到回旋放大器，頻率和輸出功率不斷提升，各種大功率毫米波源器件的性能達(dá)到甚至超越國(guó)際先進(jìn)水平，為國(guó)家安全做出重大貢獻(xiàn)。

作為我國(guó)自主培養(yǎng)的第一代物理電子學(xué)家，劉盛綱始終以祖國(guó)的強(qiáng)大為己任。他曾3 次向國(guó)家提出重大科學(xué)技術(shù)發(fā)展建議：第一次是1980 年，建議發(fā)展自由電子激光研究工作；第二次是1988 年，建議發(fā)展高功率微波研究工作；第三次是上世紀(jì)90 年代，四處奔走建議大力發(fā)展太赫茲領(lǐng)域的研究。

太赫茲波是一種處于特殊頻率范圍的波段，可以用在寬帶移動(dòng)通信、高分辨、反隱身雷達(dá)、反恐檢測(cè)、無損工業(yè)檢測(cè)、食品安全檢測(cè)、醫(yī)療和生物成像等眾多領(lǐng)域。早在百年前，人們就在天文學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)了這一波段，但由于技術(shù)原因，這一領(lǐng)域的研究長(zhǎng)期處于停滯階段。直到上世紀(jì)90 年代，隨著一系列新技術(shù)的興起，圍繞太赫茲的研究才得以進(jìn)一步開展。

1991 年，時(shí)任電子科技大學(xué)校長(zhǎng)的劉盛綱應(yīng)邀到德國(guó)訪問，他注意到漢堡-哈爾堡大學(xué)正在討論開展太赫茲研究的工作，此后他又應(yīng)邀參加了在歐洲舉辦的第一屆太赫茲國(guó)際會(huì)議籌備會(huì)。會(huì)上，劉盛綱對(duì)太赫茲科學(xué)與技術(shù)的重要性有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，他意識(shí)到太赫茲將是新一代產(chǎn)業(yè)的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。回國(guó)后，他多次給相關(guān)部門寫信，提出在我國(guó)開展太赫茲研究的必要性和緊迫性。每逢參加一些重要會(huì)議，他也必講太赫茲，以增進(jìn)國(guó)內(nèi)學(xué)界對(duì)太赫茲的了解。與此同時(shí)，他還在電子科技大學(xué)率先開設(shè)太赫茲研究中心。

很快，一場(chǎng)以太赫茲為靶向的研究熱潮席卷全球。2004 年，太赫茲被美國(guó)評(píng)為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一；2005 年1 月，日本宣布將太赫茲技術(shù)列為“國(guó)家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”之首，舉全國(guó)之力進(jìn)行研發(fā)。同年11 月，受國(guó)家多個(gè)部門委托，劉盛綱在北京主持召開了第270 次香山科學(xué)會(huì)議，制定了我國(guó)太赫茲科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃，推動(dòng)我國(guó)對(duì)太赫茲的研究走向縱深。

在此后的日子里，年過古稀的劉盛綱始終堅(jiān)守在實(shí)驗(yàn)一線，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷攻關(guān)，做出了一系列具有原創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。

四

一直以來，太赫茲輻射源都是制約學(xué)科發(fā)展的瓶頸問題，歐美國(guó)家耗費(fèi)了大量精力進(jìn)行研究，仍難有較大突破。

2012 年，劉盛綱團(tuán)隊(duì)發(fā)表在世界頂尖物理期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上的一篇文章，在國(guó)際上引發(fā)巨大反響。他們發(fā)現(xiàn)，利用物質(zhì)的表面等離子體激元可以實(shí)現(xiàn)把電子學(xué)和光子學(xué)結(jié)合起來產(chǎn)生電磁輻射的新機(jī)理。對(duì)這一重要成果，英國(guó)《自然·物理》雜志在其專欄刊出文章，指出該研究“揭示了一種全新的切倫科夫輻射現(xiàn)象”“這是一個(gè)十分令人驚訝的成果，這種物理現(xiàn)象對(duì)于發(fā)展輻射源、探測(cè)器十分重要”。

2014 年，劉盛綱團(tuán)隊(duì)又通過利用二維材料石墨烯的表面等離子體波，得到了覆蓋整個(gè)太赫茲頻段的新型輻射源，這大大推動(dòng)了太赫茲的發(fā)展，使國(guó)際太赫茲研究向前邁進(jìn)了一大步。劉盛綱也因此被國(guó)際太赫茲領(lǐng)域的專家稱為“國(guó)際太赫茲先驅(qū)”和“中國(guó)太赫茲之父”。

從上世紀(jì)50 年代開始研究物理電子學(xué)，劉盛綱攀登一個(gè)又一個(gè)科學(xué)高峰，逐漸引領(lǐng)他所研究的領(lǐng)域在國(guó)際上保持先進(jìn)水平。他發(fā)表學(xué)術(shù)論文 300 余篇，被國(guó)內(nèi)外同行廣為引用，30 多次被特邀在國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上做報(bào)告，兩次受邀為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)提名，先后榮獲國(guó)家級(jí)及省部級(jí)科技獎(jiǎng)30 余項(xiàng)，1999 年獲得陳嘉庚信息技術(shù)科學(xué)獎(jiǎng)，2003 年被授予毫米波紅外線領(lǐng)域的國(guó)際最高獎(jiǎng)——K.J. BUTTON 獎(jiǎng)，成為我國(guó)首位獲此殊榮的科學(xué)家。2016 年，他獲得在領(lǐng)域內(nèi)有“諾貝爾獎(jiǎng)”之稱、由國(guó)際紅外毫米波太赫茲學(xué)會(huì)頒發(fā)的“杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”，成為當(dāng)時(shí)國(guó)際上獲得該獎(jiǎng)的第三人、中國(guó)第一人。

面對(duì)諸多榮譽(yù)，劉盛綱卻說：“各種獎(jiǎng)項(xiàng)并不重要，我想的是還能繼續(xù)為國(guó)家做多少事。”如今雖已90高齡，劉盛綱依然對(duì)所熱愛的物理電子領(lǐng)域飽含熱情，他勉勵(lì)年輕一代：“核心技術(shù)要掌握在自己手里，要為祖國(guó)服務(wù)，踏踏實(shí)實(shí)做好本職工作，同心協(xié)力，國(guó)家才會(huì)強(qiáng)盛！”