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许祖彦:孜孜“追光”六十年

作者:来源: 2022-06-16 11:19

 许祖彦:物理学家,激光技术专家,中国工程院院士。他发明多种激光波长的调控技术,实现了从深紫外到中红外波段宽调谐激光输出;'...

 

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  许祖彦:物理学家,激光技术专家,中国工程院院士。他发明多种激光波长的调控技术,实现了从深紫外到中红外波段宽调谐激光输出;成功合作研制出深紫外固态激光源前沿装备,使我国成为世界上唯一能够研制实用化、精密化深紫外全固态激光源的国家,开拓了深紫外波段先进科学仪器的新领域;他领导团队在国内率先实现红、绿、蓝三基色全固态激光投影显示,推动了我国大色域显示技术的发展。

  

  北京冬奥会闭幕式上,“折柳寄情”的场面至今令人记忆犹新:一棵由激光组成的“参天大树”在舞台中央拔地而起,无数条光束透过主火炬台,穿云破雾、直达天际。这棵“大树”应用的是我国自主研发的“真激光”技术,其背后凝结的是一位82岁的激光技术专家孜孜“追光”60年的奋斗成果。他就是中国工程院院士、中国科学院理化技术研究所(以下简称理化所)研究员许祖彦。

  “激光就是一项支撑技术,困难再大,我们也要自己做”

  许祖彦的办公室陈设简单,最显眼的就数墙上写得满满的白板和角落里的那台激光电视了,“这边是基础,那边是应用。”许祖彦轻触遥控器按键,激光电视清晰的画面便投射到墙壁上。它看上去要比普通家用投影仪大一些,即使在正午强烈自然光的照射下,画面的色彩也没受太大影响。

  许祖彦解释,激光显示是以红、绿、蓝三基色激光为光源,通过调控三色激光强度比、总强度和强度时空分布进行显示的。它能够精准控制在人眼的“最佳视觉感知区”,“看久了眼睛也不会有明显的疲劳感。”许祖彦让记者坐到激光电视前的沙发上,自己却拉来一把小椅子。许祖彦说,自己习惯坐硬板凳。而研究激光的这条“硬板凳”,他一坐就是60年……

  在组成物质的原子中,有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上,在高能级上的粒子受到某种光子的激发,会从高能级跳(跃迁)到低能级上,辐射出与激发它的光相同性质的光。在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就是“受激辐射的光放大”,简称激光。

  上世纪60年代初,许祖彦进入中国科学院物理研究所(以下简称物理所)陈春先研究小组工作。当时,国际上对激光的研究刚兴起,物理所也着手开展激光研究。

  1964年,许祖彦在刚建成的50万焦耳闪光灯泵浦固体激光实验室内,使用两根1米长的红宝石晶体,在液氮温度下的自由震荡运转,产生了3000焦耳的激光脉冲,击穿了1厘米厚的钢板;此后不久,他们又使用隐花菁染料对红宝石激光调Q(一种实现激光“脉冲输出”的手段),实现了500兆瓦巨脉冲输出,用5厘米透镜聚焦电离击穿空气,产生等离子体线。

  “起初,我们的工作条件很差。”许祖彦回忆,没有合适的闪光灯电源,他就用8千瓦的废旧高频感应炉改装。“我从没见过这么大功率的电器,也找不到图纸。”许祖彦在实验室的板凳上睡了3个月,数清一条条高频炉电线,画出电路图,又用了1个月改造出50万焦耳闪光灯电容器充电电源。为了防止强放电击穿电容器导致爆炸,他还研发了特种保险丝。“一间300平方米的平房,就是我们的实验室,里面堆满了一人高的大电容器。”许祖彦说,“实验室里夏热冬冷,白天听鸟鸣,夜晚蛐蛐唱,但在这里取得的成果,为后来的许多应用打下了坚实的基础。”

  上世纪80年代末开始,许祖彦发明了多种激光波长的调控技术,实现从深紫外到中红外波段宽调谐激光输出。后来,他带领团队研制出世界第一台多波长光参量激光器,还带领研究组与陈创天院士研究组合作,成功研制出深紫外固态激光源前沿装备,使我国成为世界上唯一能够研制实用化、精密化深紫外全固态激光源的国家,开拓了深紫外波段先进科学仪器的新领域。在此基础上,我国科学家在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体等研究中获得了一系列重要结果。

  许祖彦说,“硬板凳”之所以坐起来舒服,是因为人的腰部有支撑,“激光就是一项支撑技术,困难再大,我们也要自己做。”

  “我们努力做出来了,并且做得很好,为产业化发展建立了信心”

  上世纪60年代中期,国际上关于激光显示的研究刚刚起步。不久后,许祖彦和团队就在国内率先开展了激光全息照相研究,并不断思考激光大色域显示和3D显示的发展前景。1996年,他提出发展大屏幕激光全色显示的设想,“发展高技术产业,还是要做出个规模来才有意义。”许祖彦说。

  许祖彦提出多项专利技术,研制出多种大功率红、绿、蓝三基色DPL(全固态激光器),合成20瓦以上的白光激光。他和团队成员又与国内多家科研单位联合攻关,2003年,他们终于在国内首次实现了激光全色投影显示;接下来,他们又相继完成了60英寸、80英寸、140英寸、200英寸等系列激光显示原理样机的研发。

  “我们的努力证明,激光显示是可行的。”许祖彦说,“自激光发明以来,人们就想用它做显示,理论上激光全色显示色域广,显示的图像应当很好看,我们努力做出来了,并且做得很好,为产业化发展建立了信心。”

  为了实现产业化目标,许祖彦和很多人打过交道。有的说,成果很好,还是等形成规模我们再支持;有的说,我们需要的成果,得一落地就能赚钱。许祖彦没有气馁……他和团队不断提升技术水平,终于等来了激光显示产业化的时机。

  2015年5月,杭州中科极光科技有限公司成立。作为理化所的技术成果转移转化企业,这家公司掌握的“真激光”显示技术,能够全面达到BT.2020超高清显示国际标准,建成了6000平方米的自动化光源及整机生产线,公司在工程投影、家庭影院、数字化放映等多个方面实现量产。

  “当年许院士做激光显示的时候,遇到的都是前所未见的难题。中科极光开始的新一轮产业化探索,同样没有现成的经验。”师从许祖彦的理化所应用激光研究室主任毕勇说,“我们不仅要继承老一辈科研人员的技术积累,更要学习他们孜孜以求的精神。”

  “战略科学家既要知道任务总体,还要知道其中的关键技术”

  从事激光研究60年,许祖彦当了40多年的研究组组长,同事开玩笑说他是“研究组长之最”。如今虽已年逾八旬,从战略研究到实验技术细节,他都尽心尽力。“有新当选的院士问我‘院士怎么当’?我说‘院士不好当’。原来是教授、总工程师,当了院士、成了工程科学家了,更要争当战略科学家。”许祖彦说。

  什么是战略科学家?在许祖彦看来,一是能找到战略方向,二是知道怎么去实现这个战略方向。“战略科学家既要知道任务总体,还要知道其中的关键技术,在某些特定领域要‘知道全部’。”

  在激光领域,从上游的基础研究、应用基础研究,到下游的产业化,许祖彦全都“做了一遍”。“我做激光60年,我的党龄也是60年,一定要做点对国家有用的东西。我没什么了不起,是赶上了好时代,遇到了好机会。”许祖彦说。

  许祖彦尤其重视培养人才。他是中国科学技术大学第一届毕业生,老师中不少都是科学泰斗和杰出的科学家。老师们的言传身教让许祖彦受益匪浅,他也希望自己能够“发光发亮”,薪火传承。

  “我们需要一批具有学术引领能力和产业发展带动能力的领军型科研人才。”许祖彦说,要鼓励青年科研人员“为创新找路子”,不能有“吃老本”“过小日子”的想法。他呼吁体制机制创新,为具备潜质的中青年人才打通成长渠道;他喜欢举办学术沙龙,喜欢给学生讲故事,因为“故事能启发人的悟性”;学术夏令营请他去给学生们作报告,他不愿只站在讲台上,而是要坐到学生中间,平等对话……

  生活中的许祖彦喜欢做菜,对于自己拿手菜的每个操作步骤都如数家珍,甚至还用上了科学术语,比如“做凉拌萝卜丝的诀窍是用‘饱和糖水’”。他说做菜的过程“既有程序又有认识”,“要一边改变‘参数’一边调优”,跟科研是相通的。“我不主张一天24小时都花在一个问题上,那样效率会很低。人的注意力也需要切换。但无论做什么事,关键是做的时候要保持专注。”许祖彦说。

  

  记者手记

  以时间刻度标注创新高度

  82岁高龄,60年的科研生涯,但许祖彦说自己最缺的就是时间,最不愿浪费的也是时间。60年来,以许祖彦为代表的几代“追光者”,正是以只争朝夕的紧迫感、水滴石穿的耐心、一以贯之的专注,换来了我国在激光技术领域跻身世界前列、激光显示产业“从原理可行、技术可行,到产业可行”的成就。

  科技革命日新月异,产业变革飞速发展。我国的科技事业既要紧跟前沿,更要立足长远。尤其对一些周期长、见效慢的基础研究、支撑技术研发来说,更要保持足够的耐心,摒弃“短平快”思维,脚踏实地、久久为功。希望更多肩负自主创新使命的“追光者”,以时间刻度标注创新高度,蹚开天高海阔的创新之路,成就意义不凡的奋斗人生!

 

  《 人民日报 》( 2022年06月16日 10 版)

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