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、中國工程院第十四次院士大會上的講話中談道:
“兩院院士是國家的財富、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。”
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)會理事、中國光學(xué)學(xué)會激光專業(yè)委員會副主任、中國電子學(xué)會物聯(lián)網(wǎng)專家委員會副主任、天津市激光學(xué)會理事長、中國礦業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)研究中心名譽(yù)主任,同時任美國光學(xué)學(xué)會及SPIE會員、南加州大學(xué)激光中心客座高級研究員等職。
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,讓他對兩院院士大會習(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。中國要努力實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控,把創(chuàng)新主動權(quán)、發(fā)展主動權(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,我們借助勞動密集型優(yōu)勢,做世界工廠可以大量輸出初、中級檔次產(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美好生活的向往作為科技創(chuàng)新的落腳點,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——“頂天立地”,并預(yù)計落地雄安新區(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、國家大事。對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)動發(fā)展新引擎,具有重大現(xiàn)實意義和深遠(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‘頂天的項目由三部分組成: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?。
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。對于落實習(xí)近平總書記“經(jīng)略海洋”的指示、擴(kuò)大對外開放、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展及實施海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略具有十分重要的意義。
空-??缃缑嫱ㄐ乓恢笔乾F(xiàn)代海洋通信中一個難以突破的技術(shù)難點。傳統(tǒng)的空對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)隊深入研究激光和聲各自在大氣和海水中的優(yōu)勢,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)隊經(jīng)過一年的努力,論證了空-??缃缑婕す?聲通信的總體方案;提出并驗證了激光-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诺膶嶒烌炞C。經(jīng)過驗證分析,激光致聲下行通信傳輸距離能夠達(dá)到公里量級,為空-??缃缑嫱ㄐ砰_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)研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。激光致聲通信由于其獨特的空對海模式,所以該技術(shù)還可以在機(jī)載平臺以及船載平臺上的空對海的探測成像、定位測距以及喚醒等方面具有重要的應(yīng)用價值。
“我們團(tuán)隊的‘立地項目也包含三個組成部分: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仨椖靠梢匝杆俾涞剞D(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?!罢蛉绱?,就更迫切需要我們搞出自己的產(chǎn)品來進(jìn)行國產(chǎn)替代。先不論我們未來的價格優(yōu)勢,如果國內(nèi)沒有同類產(chǎn)品,進(jìn)口產(chǎn)品占據(jù)‘獨有地位,價格就永遠(yuǎn)不會下降。我們的團(tuán)隊正在研發(fā)中,已經(jīng)有所成果,以后會往量產(chǎn)邁進(jìn)。”
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……不同對象的清洗,用的激光器其實是差不多的。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。同樣用一個激光器,對象設(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。“像是電視塔,它在戶外日曬雨淋,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)清洗可以用兩個激光頭同時掃,一個是檢測頭,一個是激光清洗頭。檢測頭可以檢測清洗對象的污染物是什么種類,將其成分和厚度測出。檢測頭一邊掃一邊測,把測出的數(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。比如走到某處的時候污染物比較厚,清洗的功率要大一點?!?/p>
激光清洗不僅可以和人工智能結(jié)合,能更“聰明”地工作,還對環(huán)境友好,既不會和酸洗一樣污染環(huán)境,也不像超聲波清洗會消耗大量的水資源。
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)青年人才作為一項重要責(zé)任,為青年人才施展才干提供更多機(jī)會和更大舞臺。
2018年,是姚建銓院士執(zhí)教的第53個年頭。半個多世紀(jì)盛開的桃李芬芳,他粗粗統(tǒng)計,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。我不會天天耳提面命地規(guī)定學(xué)生該幾點幾分來,幾點幾分走,單靠‘摳是‘摳不出名堂的。我更看重長期,如果你長時間沒有做出成果來,就說明你心有旁騖,沒有好好搞研究。”
姚建銓對學(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,也會分派他們?nèi)プ鼍唧w的工作。每個學(xué)生既要有團(tuán)隊精神,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,大家圍繞著幾個關(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)式教育有一個突出的特點,就是不會為他的學(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)生因為能力和經(jīng)驗不足走進(jìn)“死胡同”,他會適時給予具體指導(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,鼓勵他們在尊重科學(xué)規(guī)律的前提下,創(chuàng)新地去工作,放開思維去想。對于學(xué)生來說,比起單純積累知識,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青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。他同樣堅信,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,也將同樣實現(xiàn)中國夢。
他說:“我一直秉持一個觀點,就是要腳踏實地,一步一個腳印去工作,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?!?/p>