晶體人生丨黃朝恩:從研發(fā)到成果轉(zhuǎn)化的非線性“晶”彩人生

陳建榮,張 杰,師瑞澤,石爽爽,楊志奇

(中材人工晶體研究院有限公司,北京 100018)

黃朝恩(1940—),教授級高工,享受首批國務(wù)院政府特殊津貼,斯坦福大學(xué)訪問學(xué)者,澳大利亞西澳大學(xué)客座教授。1963年從武漢大學(xué)畢業(yè),進(jìn)入當(dāng)時建筑材料工業(yè)部非金屬礦研究所(現(xiàn)中材人工晶體研究院有限公司,以下簡稱晶體院)工作。作為訪問學(xué)者赴美國斯坦福大學(xué)材料研究中心學(xué)習(xí)、交流,師從曾連續(xù)多年擔(dān)任國際晶體生長學(xué)會主席的R.S.Feigeson教授。曾與美國、俄羅斯、以色列、德國、烏克蘭、澳大利亞等國合作進(jìn)行研發(fā),相關(guān)晶體及產(chǎn)品在國際上得到廣泛認(rèn)可。先后主持國家項目數(shù)十項,致力于科研成果落地推廣轉(zhuǎn)化及應(yīng)用,在非線性晶體、閃爍晶體的研發(fā)與生產(chǎn)方面取得豐碩成果;在國際上最早利用“有限元”晶體生長模型控制和改善晶體生長,獲晶體領(lǐng)域廣泛認(rèn)可。是“有突出貢獻(xiàn)的回國留學(xué)人員”、全國行業(yè)勞動模范,曾任中國共產(chǎn)黨第十四次全國代表大會代表,獲國家科技進(jìn)步一等獎、建材行業(yè)部級科技進(jìn)步一等獎和杜邦科技創(chuàng)新獎等多項獎勵。

問:您作為我國人工晶體領(lǐng)域的頂尖專家,從大學(xué)畢業(yè)進(jìn)入晶體院從事人工晶體生長和研究開發(fā)工作50余年,獲得晶體界諸多榮譽,也獲得過“慶祝中華人民共和國成立70周年”紀(jì)念章、“有突出貢獻(xiàn)的回國留學(xué)人員”等榮譽,把畢生精力奉獻(xiàn)給了人工晶體事業(yè),為非線性晶體行業(yè)的發(fā)展作出了杰出貢獻(xiàn)。聽說您的英語和俄語水平都不錯,請談?wù)勀膶W(xué)習(xí)成長經(jīng)歷。最初您在晶體院是做云母的,后來為何轉(zhuǎn)向并堅定從事非線性晶體這個行業(yè)的呢?獲得關(guān)鍵研發(fā)突破的契機是什么?

答:我1940年出生于廣東,1958年考入武漢大學(xué)化學(xué)系,努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時刻苦學(xué)習(xí)俄語,這使我很快就能順暢地閱讀俄文專業(yè)文獻(xiàn),大學(xué)時期便可以在不使用詞典的情況下閱讀《真理報》《消息報》等蘇聯(lián)報刊。后來我逐漸意識到,英語是了解外面世界更好的工具,恰好當(dāng)時有一名非常要好的老鄉(xiāng)是武漢大學(xué)英語系學(xué)生,于是我便抓住機會,在課余時間拜這位同學(xué)為師,自學(xué)了英語,大學(xué)畢業(yè)時已經(jīng)有了較好的英語基礎(chǔ)。

1963年,我從武漢大學(xué)化學(xué)系畢業(yè)分配到建筑材料工業(yè)部非金屬礦研究所,后更名為國家建材局人工晶體研究所,現(xiàn)為中材人工晶體研究院。剛參加工作不久,我就翻譯了一冊俄文和兩冊英文專業(yè)書籍。1978年,改革開放拉開了中國第三次留學(xué)潮的序幕,我因英語成績突出,被直接推薦參加建材部在北京管莊舉辦的英語培訓(xùn)班,后又被派往中山大學(xué)廣州英語培訓(xùn)中心(GELC)全脫產(chǎn)學(xué)習(xí)英語一年。1981年初,晶體院派我以訪問學(xué)者的身份出國學(xué)習(xí),我收到了美國幾所大學(xué)的邀請,最終選擇了斯坦福材料研究中心(CMR)。斯坦福是全球一流大學(xué),且研究方向與我的專業(yè)非常對口,我的導(dǎo)師R.S.Feigelson教授曾連續(xù)多年任職國際晶體生長學(xué)會主席。

較好的外文基礎(chǔ),使我在國門緊閉的年代,推開了一扇面向世界的窗戶,了解了外面世界的科技動態(tài),并對我選擇研究領(lǐng)域和規(guī)劃人生起到了重要的作用。

進(jìn)入晶體行業(yè)具有偶然性,我大學(xué)學(xué)習(xí)的是有機化學(xué),與無機晶體材料聯(lián)系不太大,但能夠?qū)ι鐣杏檬俏易非蟮哪繕?biāo)。我大學(xué)畢業(yè)實習(xí)是在上海有機化學(xué)所,當(dāng)時科研人員正在進(jìn)行合成牛胰島素的項目。牛胰島素由兩百多個氨基酸組成,需要把各個氨基酸連接起來,空間結(jié)構(gòu)和順序需與天然的一樣。任務(wù)分成兩鏈,上海和北京各做一百多個氨基酸。從實習(xí)經(jīng)歷中,我學(xué)到了科研團隊的組織、配合,以及科研項目的研究、選題、組織攻關(guān)等方法,對之后的工作起到很大的作用。

來到晶體院后我最先從事的是天然云母制作云母絕緣紙,后來是人工合成云母,這可以算是從事晶體研究的開端,再后來就轉(zhuǎn)到非線性晶體研究上了,這是一個很自然的過渡。

我始終覺得研發(fā)的東西一定要對社會有用,這是每一位科技工作者都應(yīng)秉持的信念。當(dāng)時國際上有很多科研團隊在開展非線性晶體的研究工作,比如美國杜邦公司,他們用水熱法生長KTP并已取得一定成果,于是我們將熔鹽法KTP晶體生長作為研究目標(biāo)并努力實現(xiàn)實用化。

晶體院作為工業(yè)研究所,不能只搞理論工作,更重要的是將理論應(yīng)用到實踐,并最終實現(xiàn)科研成果實用化,把握住這一點,就能夠想出突破點把事情做好。

問:20世紀(jì)80年代初,世界各國加快了對人工晶體的研究與開發(fā)進(jìn)程,您作為訪問學(xué)者從美國斯坦福大學(xué)載譽歸來,開始了助熔劑法非線性晶體KTP、LBO晶體及坩堝下降法氟化物單晶的生長,可以分享您的經(jīng)歷嗎?您特別重視對年輕人的培養(yǎng),利用自己的渠道推薦許多年輕科技工作者到國外進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流,對此您是怎么考慮的?

答:科技進(jìn)步是人類智慧的結(jié)晶,科學(xué)研究從來不是某個國家單獨的事情,我們不能跟國外隔離開,要參與到國際研究與交流中去,這樣才能取得更大進(jìn)步。經(jīng)我送到國外去學(xué)習(xí)的年輕科技工作者不少,我認(rèn)為這是非常自然的結(jié)果。

我很重視這種交流,在斯坦福時我的工作之一是利用激光加熱晶體纖維生長裝置對人工晶體進(jìn)行性能鑒定,快速發(fā)現(xiàn)其中有用的新晶體,同時我也在斯坦福計算中心做一些研究工作。不去斯坦福我根本不知道計算中心是什么樣子,(當(dāng)然)那時的計算中心現(xiàn)在看也不算什么,計算機是電子管的,一臺就占幾間實驗室,在美國也只有幾臺,其他大學(xué)都還沒有,更別提國內(nèi)了。利用計算機進(jìn)行數(shù)值模擬并應(yīng)用到晶體生長中,如何保持界面穩(wěn)定及合理,減少應(yīng)力,以長出更好的晶體,沒經(jīng)過計算中心的工作是不知道的。

我利用“有限元”方法建立了晶體生長熱分布及應(yīng)力分布的數(shù)學(xué)模型,研究了晶體生長界面及應(yīng)力大小的分布與邊界條件的關(guān)系。如果沒有交流,這些內(nèi)容單靠想是想不出來的。計算中心本不在我學(xué)習(xí)的范圍內(nèi),只是聽說有機會,可以去看一看就連CMR的導(dǎo)師都沒有用過的計算中心。我充分利用計算機助力自己的研究,自學(xué)了“有限元”方法,結(jié)合熱傳導(dǎo)和應(yīng)力成因的原理,建立了晶體生長熱分布及應(yīng)力分布的數(shù)學(xué)模型,用來研究晶體生長界面及應(yīng)力大小的分布與邊界條件的關(guān)系,為控制和改善晶體生長條件提供幫助。研究成果寫成了三篇論文發(fā)表在JournalofCrystalGrowth等期刊,導(dǎo)師為此非常高興,我在斯坦福訪學(xué)期間發(fā)表了多篇文章,但這三篇他們最為看重。通過計算改善晶體生長條件,優(yōu)化晶體質(zhì)量,這種理論指導(dǎo)對他(導(dǎo)師)而言非常重要,而且這些工作他沒做過,所以一直到現(xiàn)在我們都保持良好通信,經(jīng)常交流。

后來R.S.Feigelson教授來到中國,到山東大學(xué)、中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所、南京大學(xué)、晶體院交流講課,一套幻燈片到處講,我陪同并當(dāng)翻譯,講了幾次后他開玩笑說,黃,你是我的引路人,你上去講就行,可見我跟他關(guān)系處得很好。

我覺得與國外溝通非常重要,當(dāng)時咱們采用熔鹽法生長KTP,而美國杜邦公司采用水熱法生長。如今KTP晶體生長得不錯,(得益于)控溫條件很好。而在那個年代,買溫控表都很困難,(即使買到了)還不是自動恒溫的。我主動聯(lián)系了杜邦公司,向他們介紹我們晶體生長的情況和結(jié)果,交流的結(jié)果是他們覺得熔鹽法并不比水熱法差,愿意無償資助十萬美元給我們做研究,相當(dāng)于差不多一百萬人民幣。我當(dāng)時拿到的國家項目經(jīng)費是二十五萬元,(在當(dāng)時)就已不算少。面對一百萬元(十萬美元)巨額資金,領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)心有陷阱,最終考慮了一天才簽字同意。

到國外去學(xué)習(xí)考察也很重要,我和德國漢諾威大學(xué)、瑞典皇家理工學(xué)院、澳大利亞西澳大學(xué)、美國多家公司和大學(xué)、以色列的公司都有比較密切的聯(lián)系。以色列的公司先后三次派專人來參觀KTP晶體生產(chǎn)線,他們產(chǎn)品的成功離不開我們研究所的技術(shù)支持。用產(chǎn)品跟國外直接交流,從而了解需求適應(yīng)需求,不斷提高晶體質(zhì)量,形成良性循環(huán),產(chǎn)品越做越好,客戶也成為在PPKTP領(lǐng)域獨樹一幟的公司。

俗話說“禮尚往來”,我們到國外去學(xué)習(xí),同時邀請國外專家學(xué)者來國內(nèi)訪問,通過交流開闊眼界,探討發(fā)展方向,這對如何選題、發(fā)現(xiàn)新晶體都很有幫助?？傊?學(xué)習(xí)和研究要有計劃、有想法,才能盡快突破,加快研發(fā)進(jìn)程。

問:您在共事的中青年科技工作者中威信很高,請問您是如何與他們建立感情和培養(yǎng)他們的?

答:20世紀(jì)80年代,晶體院已是全國百強科研院所中一顆璀璨的明珠。1990年前后,分別有中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所、南京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、山東大學(xué)等一批高校學(xué)子慕名而來。

我看到每一位學(xué)子都十分親切,因為他們不僅名校畢業(yè),聰明能干,而且有事業(yè)心,想干事,是晶體院的未來,精心培養(yǎng)他們無疑是我神圣的責(zé)任。

經(jīng)過幾年的培養(yǎng)和磨煉,他們都成為了晶體院公認(rèn)的“小專家”。我總是鼓勵和創(chuàng)造條件讓這批“小專家”積極向國際學(xué)術(shù)會議投遞論文,參與國際交流,這不僅有利于他們開闊眼界增長知識,更有利于我們培養(yǎng)國際化人才。我還幫他們積極聯(lián)系出國進(jìn)修,如20世紀(jì)90年代初,經(jīng)我聯(lián)系,晶體院與澳大利亞建立了科技合作項目,我分別推薦了方珍意、閆澤武等青年科技人員赴澳大利亞進(jìn)修,為他們成為國際化人才奠定了基礎(chǔ)。

在科研上如果遇到分歧,我從不以領(lǐng)導(dǎo)的身份壓制他們,而是尊重他們的見解,鼓勵他們勇提建議,我以科學(xué)的理論和實驗的結(jié)果引導(dǎo)他們,共同探討,達(dá)成共識。

如今,這批“小專家”在各自的領(lǐng)域中大都成為了領(lǐng)軍人物,但他們永遠(yuǎn)把晶體院當(dāng)作自己的家,還常回家看望我,暢談彼此間的思念和近期的工作收獲,回顧當(dāng)年一起拼搏的激情歲月。特別是我80歲生日那天,他們?yōu)槲遗e辦了生日慶祝會,這勝似家人的師徒情讓我感動萬分!

看著他們的進(jìn)步,我十分欣慰,我衷心祝愿當(dāng)年的“小專家”們,再接再厲,都成為國家的棟梁之材,實現(xiàn)他們心中的夢想!

問:除了從事非線性晶體研發(fā),您還進(jìn)行了成果轉(zhuǎn)化,創(chuàng)辦了特晶廠,后來又把閃爍晶體推向全世界。晶體院轉(zhuǎn)為企業(yè)以后國家也要求做好成果轉(zhuǎn)化,尤其是對于工業(yè)性的研究所,成果轉(zhuǎn)化的節(jié)奏越來越快,您當(dāng)時是怎么考慮的,可以分享經(jīng)驗嗎?

答:20世紀(jì)90年代初,晶體院成立了以非線性光學(xué)晶體KTP為拳頭產(chǎn)品的特晶廠,由我擔(dān)任總經(jīng)理。我和我的團隊邊搞科研邊抓生產(chǎn),以科研促生產(chǎn),以生產(chǎn)推科研,形成優(yōu)勢互補、良性循環(huán),讓公司不僅成為了晶體院創(chuàng)收的主要實體,也為國家創(chuàng)匯做出了積極的貢獻(xiàn),探索出了一條科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的成功賽道,被《科技日報》等新聞媒體報道。

1993年2月,時任國務(wù)院總理李鵬邀請科技界10名代表在中南海舉行座談,聽取他們對《政府工作報告》(科技部分)的建議和意見,晶體院所長應(yīng)邀參加座談會并重點匯報了我們團隊“以科研促生產(chǎn),以生產(chǎn)推科研,將科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力”的創(chuàng)新經(jīng)驗。同年3月,晶體院獲得對外經(jīng)營權(quán),是對外經(jīng)濟貿(mào)易部授予的首批百強創(chuàng)匯科研院所之一。

我當(dāng)時的想法比較單純,只一心想把科研生產(chǎn)工作做好,多給國家做貢獻(xiàn)。那個年代出國,多數(shù)人都不回來,我選擇回來,別人覺得不可思議,國外隨便就能找月薪兩三千美元的工作,回來一個月百八十塊人民幣。我的觀念里學(xué)習(xí)完了就應(yīng)該回來,抓住機會努力為單位、為國家做出貢獻(xiàn),沒有這種信念和努力,想要創(chuàng)造好的效益就很難。在此信念支撐下,特晶廠規(guī)模越來越大,成為了晶體院創(chuàng)收的主要實體。

研究單位成果轉(zhuǎn)化既要考慮規(guī)模,又要考慮利潤率,得研判趨勢,抓住重點,判斷哪些值得下苦功夫。非線性晶體種類非常多,結(jié)合當(dāng)時國際非線性晶體研究趨勢和晶體院的科研條件,我們只選擇了KTP和LBO晶體,體現(xiàn)了有所為有所不為。

今天我看到的非線性晶體發(fā)展的情況比我那時要好得多,在軍工、測距、量子通信甚至獲得諾貝爾獎的阿秒激光上都有應(yīng)用。要拓寬市場,就需要了解更多需求,市場和研發(fā)要互相促進(jìn),最好是相關(guān)人員在晶體生長和銷售方面都有發(fā)言權(quán),或者協(xié)調(diào)關(guān)系,互相通氣,科技領(lǐng)域這種機制沒有建立起來就有可能要落后。

問:中國在非線性晶體生長、研究和市場經(jīng)營方面依然占據(jù)著重要地位,但隨著半導(dǎo)體激光器快速發(fā)展,以KTP為變頻器件的紅綠光激光器部分被取代。您對此怎么看?

答:技術(shù)發(fā)展的車輪在不斷向前滾動,我們必須支持和適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的趨勢。KTP晶體倍頻應(yīng)用的激光器被半導(dǎo)體激光器取代是不可避免的。二極管本身就能發(fā)綠光,簡單又省錢,效率還高,非線性晶體卻需要先有紅外激光再進(jìn)行倍頻,且倍頻角度溫度更敏感,而半導(dǎo)體可以直接出光,簡單快捷。正如以前KTP取代尿素,如今KTP被取代也在情理之中。如果不能在量子效應(yīng)、電光效應(yīng)等方面有新的有前景的用途的話,可能這個產(chǎn)品就消失了。你不能跟它作對,和技術(shù)進(jìn)步作對是沒用的,要順應(yīng)科學(xué)發(fā)展的規(guī)律和趨勢,不應(yīng)該墨守成規(guī)。

問:隨著中國科技力量不斷發(fā)展壯大,許多高學(xué)歷、高技術(shù)人才投身到我國晶體事業(yè)中。作為行業(yè)先驅(qū)、非線性晶體開拓者,您有什么指導(dǎo)、建議或期望?

答:長晶體要耐得住寂寞,也需要有遠(yuǎn)見和判斷。這個行業(yè)表面上看比較乏味,缺少激情,往往要踏踏實實、默默無聞工作多年才能見成效。

長晶體普遍周期比較長,影響因素很多,比如溫度、溫度分布,還有溫梯大小等。溫度梯度對,溫度高了長不好;溫度對,溫梯不對長不好;溫度、溫梯都對,降溫速度不對長不好。影響因素太多,很可能一年兩年都白干了,但是自暴自棄那是不行的。雖然白干對人的打擊很大,可是要知道這是正常的,還是要努力堅持下去。研發(fā)新的晶體這種情況時常會發(fā)生,新生代要有思想準(zhǔn)備,耐不住寂寞不適合干這行。

我國科技力量正在不斷發(fā)展壯大,有許多高學(xué)歷、高技術(shù)人才已經(jīng)投身到了晶體事業(yè)發(fā)展中,他們具備高的科學(xué)素養(yǎng)、扎實的專業(yè)知識,如果能理論結(jié)合實踐,注重基礎(chǔ)實驗,沉得住氣,耐得住寂寞,我相信他們定能擔(dān)負(fù)起科技發(fā)展重?fù)?dān),為國家發(fā)展做貢獻(xiàn)。

問:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新的晶體不斷出現(xiàn),表征手段和技術(shù)有很大的進(jìn)步。以非線性為例,國內(nèi)多家研究機構(gòu)從結(jié)構(gòu)化學(xué)離子基團角度設(shè)計計算非線性、折射率、透過寬度,合成了上百種硼酸鹽紫外、深紫外的非線性晶體,體系也都比較復(fù)雜,性能參數(shù)也不錯,國家和行業(yè)投入很大,一些突破性的成果也獲得了不少獎項,但到目前還沒有一個在工業(yè)領(lǐng)域獲得成功,性能不如KTP、LBO、BBO等傳統(tǒng)非線性晶體,您覺得原因是什么?我們應(yīng)該如何走出這個困境?

答:這個問題很難回答,做研究工作,不是做了就一定能夠成功,得有個過程,還需要一些運氣。注意新的苗頭,提升知識水平和敏感度,研判趨勢,有前途的項目加入開始做,肩并肩走,還是有機會成功的,不能夠忽視,也不要全心全意跟在后面走,會走很多彎路。

舉個例子,LBO晶體是陳創(chuàng)天團隊發(fā)明的,陰離子基團理論推測其可能是性能優(yōu)異的非線性晶體。當(dāng)時我們就接受了這種論點,很快就長得比他(陳創(chuàng)天)的還要大。后來“863”爭項目,陳創(chuàng)天講陰離子基團理論,三年晶體尺寸目標(biāo),既有理論又有測試,有絕對優(yōu)勢。講完后我上去講,我說陳教授準(zhǔn)備三年長到2 cm×2 cm×3 cm,我也注意到這個晶體,已經(jīng)長成4 cm×4 cm×6 cm,而且是全透明的,評委看了一下子就“目瞪口呆”了,新晶體怎么就能比發(fā)明人還長得好,所以我們也拿到了項目,后來長得也不錯。從另外一個角度去做,促進(jìn)技術(shù)共同進(jìn)步,也是給國家做貢獻(xiàn)。

對于新晶體的研發(fā),有精力有條件的話應(yīng)想辦法加入研發(fā)行列,但不能單純地照搬照做,優(yōu)選題目嘗試性研發(fā)。某些研究型的單位發(fā)表文章,以文章的數(shù)量和發(fā)表刊物衡量水平,在實用性的應(yīng)用研究所里是走不通的,必須以創(chuàng)造經(jīng)濟效益為主,能發(fā)文章就更好了,錦上添花。

問:今年正值晶體院建院六十周年,您經(jīng)歷了晶體院的誕生與發(fā)展,您對晶體院有什么建議,有哪些話想說?

答:我是1963年進(jìn)院的,六十年前,晶體院只有一棟辦公樓,辦公、科研、住宿都在這棟大樓里,另外就是一棟在建的四層宿舍樓,晶體院的四周是用鐵絲網(wǎng)圍成的,周邊是一片片農(nóng)田,方圓十幾千米沒有一棟二層建筑。中國的人工晶體研究從此在這里起航,經(jīng)過幾代晶體人的奮力與拼搏,如今晶體院的科研條件得到了很大的改善,僅晶體院家屬區(qū)就建起了11棟大樓。我是晶體院六十年變遷的見證者,深深地愛著晶體院的一草一木,這里有幾代晶體人奮斗的足跡和光輝的歷程!

隨著社會的進(jìn)步和時代的發(fā)展,晶體院也面臨著新的挑戰(zhàn)!正如院慶標(biāo)語“六十載薪火相傳初心不改,一甲子踔厲奮斗春華秋實”所言,我衷心祝愿晶體院開辟新天地,再創(chuàng)輝煌!

采訪編委:陳建榮(1973—),教授級高工,兼任《人工晶體學(xué)報》編委、全國人工晶體標(biāo)準(zhǔn)化委員會秘書長,作為項目/課題負(fù)責(zé)人承擔(dān)科技部、國防科工局、國家發(fā)改委和北京市、中關(guān)村等科研與產(chǎn)業(yè)化項目30多項。獲中國建材集團科技進(jìn)步獎二等獎、國資委關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)“突出貢獻(xiàn)個人”榮譽。

序言：

金剛石被譽為“終極材料”,在過去幾十年中對我國的工業(yè)技術(shù)發(fā)展起到了不可磨滅的作用,未來在電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)等諸多功能性金剛石領(lǐng)域有巨大發(fā)展?jié)摿扒熬?。六十年?中材人工晶體研究院有限公司(簡稱晶體院)在金剛石制備與應(yīng)用方面做了大量的有益探索與開創(chuàng)性工作,彰顯了晶體院極強的創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化能力。

衷心希望晶體院在之后的科研及產(chǎn)業(yè)道路上緊跟國內(nèi)外技術(shù)前沿,提高裝備水平,繼續(xù)創(chuàng)造在金剛石制備與應(yīng)用技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)的輝煌,為我國金剛石材料的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

——候 立