逝世周年

逝世周年（精选十篇）

逝世周年 篇1

以往,人们一般只知道孙存周先生的武艺绝高(《近世拳师谱》称,其艺绝尘时下),而对他的精神、思想和学识却知道的不多。实际上,孙存周先生不仅武艺绝高,更是一位精神独立、思想自由、学识宏深、性格非常刚强的人,具有高贵的人格气质,其境界非一般人可以企及。当年那些与他交往的人,越是学识高卓、武艺精深者,对他越是敬服。近几年,随着我对孙存周先生资料的不断整理,以及我自己在认识上的逐渐深入,才多少领悟出一些孙存周先生的精神境界,孙存周先生中年后所追求的境界早已不是青年时期的访游江湖、打得天下第一的美名,而是对自我性德的发现、完善与发挥,是人格精神的至善。诚然孙存周先生是位武艺家,而非道德学家,孙存周先生正是通过他所打造并驾驶的武艺之舟到达精神自由的彼岸,这里无需文字,皆是身证。其风神,诚如其弟子刘树林先生所说:“若没有亲眼见过,那是无法想象的。”唯立象以尽意。虽然其风神如今已不可想见,但孙存周先生的这种超卓的精神,则充分地彰显在其武学思想中。对于孙存周先生的武学思想,以前曾做过一些探讨,但仅为管窥蠡测而已。如今作为一点补充,我以为特别值得关注的还有以下五点。

第一,就是孙氏武学的宗旨在于修身复性而完德,并表现为“志之所期,力足赴之”,乃至“全知全能”这种精神与能力。用现代语境讲,修习孙氏武学,在于认识自我,实现自我,其哲学意义是对自我意识与自由意志的觉悟。因此,武学的意义不仅仅在于能够打败几个人,更在于对自己精神、意志、能力的不断提升,乃至到达精神自由的境界。因此,孙氏武学是使自己不断觉悟的渡己之舟。这是在孙氏武学中所蕴涵的人人可为的大德,故武有大德焉。

第二,就是孙氏武学所修为的不仅仅是拳劲与身劲的完备,更是心劲的升华,是一种精神力,是那种舍我其谁的超拔的气质。孙存周先生形容为:“武能舍身临阵,文能素手发科。”张烈先生常说:“困难面前有我们,我们面前无困难。”二者都是体现为一种在危难时敢于担当、不畏牺牲的气概与能力,故武有大勇焉。

第三,就是孙氏武学所增益的不仅仅是人的身体,还有人的头脑。拳通于道,能助益人们不断地开启心智,获得智慧,使人的心智融通无碍,深周无漏,能不断丰富并完善人的内心感悟图式,提升人的学习能力和创新能力。孙存周先生说:“无论谁家的东西(指武艺),只要让我看见,就成我的了。”此外,孙存周先生非常强调在技击技术与实战中对想象力的培养,而想象力正是创新能力之源。所以,孙氏武学无论是其功法、技法还是打法都卓然不群,能不断翻古出新,其特质之一,就是不断启发人的创造力。故武有大智焉。

第四,就是孙氏武学虽是格斗技击之艺,还能使人独雅清逸,其人其艺,不仅给人以美的观感,更能给自己以美的自信,因为此美不仅仅是表象之态,更是发自神形贯通的理性之美。庄子言:判天地之美,析万物之理。讲的是美与理的统一,这正是孙氏武学的又一特质。年届古稀的孙存周先生,在其弟子张烈先生的印象中,用张烈先生的话讲,那就是“帅极了!”这不仅仅是来自外表的潇洒,更是源自一种精神上的超越。受其影响,他的弟子们大多思想独立,气质超凡。绝非故作姿态,或刻意效仿者所能企及的,故武有大美焉。

第五,就是孙氏武学既是技击制胜的至高技艺,又是提升人格气质的煅造之炉。当年陈微明先生与孙禄堂先生相处一久,深感孙禄堂先生的人品之高,道术之深,为士大夫所不能及。同样,孙存周先生和孙剑云老师也都具有不同凡响的人格魅力。这种人格体现的就是贵族精神。何为贵族精神?贵族精神所不可缺者有五,即独立之精神,完备之性德,舍身之气概,超群之能力,高越之审美。这正是孙氏武学所培养的人格特质。因此,得孙氏武学精神者,无论在权势面前,还是在富豪当中,虽只是一介布衣,然举止自然,从容自信,不卑不亢,散发着一种超拔气质。这是真正的贵族气质,与金钱权势无关。故武有大贵焉。

大德、大勇、大智、大美、大贵,这五个方面既是孙氏武学的特质,更是中华武学的核心价值,这是孙存周先生武学思想的重要组成部分。同时,这五个方面在孙存周先生身上得到了完美的体现。孙氏武学的宗旨是修身,培育的人格具有一种贵族精神,这种贵族精神是人类自我救赎的门径。因此,孙氏武学精神是中华民族奉献给全人类最珍贵的文化遗产。

逝世周年 篇2

一是大公无私的精神。孙中山先生一生为国为民，大公无私让人敬仰。尤其是他辞让临时大总统，更是显示了他大公无私的伟大情怀。虽然对于辞让临时大总统有不同的历史评论观点，但是，就一个政治家的为国情怀来说，笔者认为，达到了极致。这种大公无私的精神值得我们所有人学习，一个人为官的宗旨就是一切为了人民，为了历史的前进，孙中山先生是所有官员学习的榜样。

二是不怕失败的精神。孙中山先生革命一生，经历了无数次革命，经历了许多次失败，但是，面对失败，他不气馁，不妥协，都能从失败中坚强站起，这种不怕失败的精神表现了中华将民族不屈不挠的坚强精神，是我们中华民族的宝贵财富。只要我们具备了这种精神，我们就不怕任何失败，我们就能在实现中华民族伟大复兴的道路上扬帆远航。世界上从来没有一帆风顺的道路，只有具备不怕失败的精神，才能冲破各种艰难险阻到达胜利的彼岸。失败是成功之母，从失败中站起是走向胜利的第一步。

三是开拓进取的精神。孙中山先生胸怀博大，目光远大，具有开拓进取精神。他的三民主义是西方思想与东方智慧融合的结果。他的新三民主义更是与时俱进的成果。孙中山先生的开拓进取精神为我们中华儿女富国强民树立了典范，唯有不断进取，不断改革，不断创新，我们才能勇往直前，不断取得新的胜利。今天，我们建设全面小康社会，实现中国梦，需要的就是这种开拓进取精神，唯有开拓进取，才能与世界同步，才能走上引领世界发展的前沿。

纪念多尼采蒂逝世160周年 篇3

加埃塔诺·多尼采蒂于1797年11月生于意大利贝加莫市伦巴第区一户贫民家庭，父亲是一名保安，母亲是织布工。早年多尼采蒂在当地的西蒙·梅伊尔音乐学校学习和声学和对位法。梅伊尔（1763-1845）原籍德国雷根斯堡，1781年学了神学后当了神甫，1789年迁居意大利贝加莫，从教堂乐长学音乐。1791年他从事作曲活动，所作歌剧多达七十余部，成了意大利和德国知名作曲家，1805年在贝加莫开办音乐学校，多尼采蒂就学于该校，梅伊尔对多尼采蒂的音乐启蒙教育，使他受益终生。1815至1817年他进入博洛尼亚音乐学校，师从作曲家、乐队指挥马特伊（1750-1825）学习作曲，在学期间初露锋芒写了弦乐四重奏、独幕歌剧《皮格马利翁》、《阿喀琉斯之怒》与《奥林匹亚》，但这些作品均未能演出。1818年，歌剧《勃艮第伯爵恩里科》在威尼斯上演，获得成功，这是多尼采蒂第一部上演成功的歌剧。1818至1830年，青年作曲家以惊人的创作热情写下了多达27部歌剧，最多的一年竟达6部之巨。这些作品在音乐成就上虽然评价不一，但足以表明作曲家拥有无穷尽的创作天赋，因此他被称为“天生的作曲家”。19世纪20年代，多尼采蒂的作品都是在罗西尼的影响下完成的。到了30年代，他摆脱了这种影响，他的创作有了自己独特的风格。1830年的《安娜·博莱娜》、1832年的《巴黎伯爵乌戈》和《爱情妙药》、1833年的《卢克雷齐娅·博尔贾》、1835年的《拉美莫尔的露契亚》和《玛丽亚·斯图阿尔达》、1836年《加莱之围》、1837年的《埃塞克斯伯爵》、1838年的《鲁登兹的玛丽亚》等，都是有其独特风格的作品。这里需特别介绍一下作于1835年的悲歌剧《拉美莫尔的露契亚》，这是多尼采蒂最优秀的作品，也是他的成名杰作。剧情取自英国作家司各特（1771-1832）的小说《拉美莫尔的新娘》。故事发生在18世纪初苏格兰的拉美莫尔郡，郡主亨利·阿斯通爵士之妹露契亚与青年埃德加相爱，亨利却别有用心，趁埃德加出使法国，将妹许配给富有的布克罗勋爵以解决自己的经济困难。埃德加从国外给露契亚的信都被亨利截获，更伪造埃德加的信使露契亚阅后认为埃德加另有新欢，姑娘在万分悲愤中同意嫁给布克罗，正当婚礼进行时，埃德加突然闯入，指责露契亚负心。当晚可怜的姑娘精神失常刺杀了新郎，自己也昏厥身亡。埃德加闻讯后始悟姑娘的忠心，立即拔剑自刎。此剧脚本作者是意大利诗人、剧作家，歌剧剧本作家卡马·拉诺（1801-1852），1835年起即为多尼采蒂合作者，1841年起还为威尔第写剧本。卡马·拉诺善于将剧情写得紧张扣人心弦，而且文字优秀，富有表现力。

19世纪30年代是多尼采蒂事业有成的年代，除写了不少歌剧外，1835年还担任那不勒斯音乐学院教授，1837年起又担任学院院长。然而不幸的是这年5月和他共同生活了14年的爱妻去世，心灵的创伤尚未愈合，新的打击又降临到他身上：1839年，他的一部歌剧《波利乌托》遭到禁演。郁郁寡欢的多尼采蒂来到巴黎，翌年演出了他的歌剧《军中女郎》和《宠姬》等几部歌剧。随后他出访了欧洲一些国家的首都，1842年获奥地利宫廷作曲家称号。

1841至1844年间，多尼采蒂为意大利写了歌剧《阿黛丽娅或射手之女》，为维也纳写了《夏莫尼的琳达》、《罗安的玛丽亚》，为巴黎写了《堂帕斯夸莱》和《唐塞巴斯蒂亚诺》等。他最后的一部歌剧《卡杰琳娜·科尔娜罗》于1844年在那不勒斯“圣卡洛”剧院上演后因精神病而停止创作活动，1847年合并中风症，翌年去世。

多尼采蒂是罗西尼创立的意大利浪漫主义歌剧流派的代表，美声艺术大师。他的歌剧体裁多样，代表作有闹剧《晚钟》、喜歌剧《爱情妙药》、《唐帕斯夸莱》，有类似法国喜歌剧风格带对白的喜歌剧《军中女郎》、《丽塔》，有社会心理情节剧《夏莫尼的林达》，浪漫主义风格的历史英雄主义歌剧《玛丽亚·斯图阿尔达》、《加莱之围》、《玛丽诺·法丽埃罗》，有抒情剧《拉美莫尔的露契亚》、《宠姬》、《罗安的玛丽亚》，有悲剧情节剧《卢克雷齐娅·博尔贾》、《安娜·博莱娜》。多尼采蒂的社会心理情节剧也如罗西尼的《喜鹊小偷》、贝里尼的《梦游女》一样对后起之秀威尔第的创作，如《路易丝·米勒》、《失足者》（现名《茶花女》）都有很大的影响。

多尼采蒂的许多作品都取材于法国文豪雨果、大仲马，英国著名诗人、作家司各特和大诗人拜伦以及其他一些浪漫主义作家的作品，因此他的作品也洋溢着炽热的浪漫主义气息，他本人也与罗西尼、威尔第、普契尼被誉为19世纪意大利4位最优秀的浪漫主义歌剧作曲家。

多尼采蒂的歌剧旋律丰富多彩、乐剧形式多种多样，且以富有鲜明的戏剧性广受赞誉，而且有不少歌剧中写了与当时的复兴运动（为意大利的解放与统一而斗争的运动）的时代精神协调一致的英雄主义与反独裁的情节，因此《安娜·博莱娜》、《卢克雷齐娅·博尔贾》由于当局检查而遭到禁演或化名演出。遭禁的还有《玛丽亚·斯图阿尔达》，该剧于1835年作了很大修改后才得以演出，一度禁演的有《卡杰琳娜·科尔娜罗》、《阿尔发公爵》以及《马里诺·法列罗》等，后者与拜伦的同名悲剧一样，反映了意大利革命组织烧炭党人运动的命运，因而深受烧炭党人领袖马志尼（1805-1872）的赞赏。

从多尼采蒂1818年正式上演的第一部歌剧《勃艮第伯爵恩里科》到1844年上演最后一部歌剧《卡杰琳娜·科尔娜罗》，26年间他创作了多达六十多部歌剧（也有说七十多部），而且体裁广泛，风格多样，每种体裁都有上乘作品，如《军中女郎》、《爱情妙药》、《唐帕斯夸莱》、《拉美莫尔的露契亚》、《宠姬》、《夏莫尼的林达》、《卢克雷齐娅·博尔贾》、《玛丽亚·斯图阿尔达》等都是至今为人称道的作品，其中喜歌剧《唐帕斯夸莱》被认为是多尼采蒂最优秀的喜歌剧，足以与罗西尼的《塞维利亚理发师》相媲美。他的另一部作品《爱情妙药》也是深受观众喜爱的喜歌剧，两剧都是多尼采蒂最优秀的喜歌剧作品，都具有鲜明的平民色彩，高超优美的旋律、情节真实可信，戏剧结构严谨，充满热爱生活和诙谐幽默的情趣，这些特点体现出与意大利民间戏剧艺术的民族传统有着深刻的联系。

多尼采蒂的《唐帕斯夸莱》与契玛罗萨（1749-1801意作曲家、歌唱家）的《秘婚记》、罗西尼的《塞维利亚理发师》以及威尔第的《法尔斯塔夫》被誉为意大利喜歌剧的四大珍品。

逝世周年 篇4

参加会议的有上海市生物医学工程学会秘书长、上海市医疗器械检测所所长黄嘉华,上海市生物医学工程学会前秘书长顾柏林,上海联影医疗总裁张强,《中国医疗器械杂志》执行主编杨秀琼,上海BME资深专家曹厚德教授,庄天戈教授、方祖祥教授、章鲁教授、严壮志教授、黄振年教授、沈淼莲、薛柏卿、丁文祥教授、赵俊教授、陈俊强教授等曾见证和亲历生物医学工程学从开创至今,与蒋大宗教授有着深厚情谊的老朋友共20余名代表。

会议由方祖祥教授主持,庄天戈教授作蒋大宗教授生平介绍,主要包括简历、丰功伟业、主要科技成果、行业交流沟通、岁月留影等。蒋大宗教授1922年5月14日(阴历)出生,1940年考入国立西南联合大学电机系,1944年加入抗日驻印新一军,1946年进入交通大学电机系,1957年随校西迁,先后从事电子学、电信、电气化、电力系、电机系等教学科研。1978年组建西安交通大学生物医学工程研究所,曾任国际生物医学工程联合会(IFMBE)执行局等多学会委员,被授予IEEE终身会士等称号。他是抗日战火生死考验的抗战老兵,是理工学者进行医工结合,最早涉足医学影像研究与教学的先驱者,曾解决雷达故障、粉碎敌机轰炸,为教育事业特别是多个新专业做出贡献,参与中国最早湿簧管和第一台数字荧光成像装置等研制。作为一位传奇人物,他学识渊博而平易近人,贡献卓著而虚怀若谷,地位显赫而淡薄名利。与会专家学者纷纷发言,深情回忆他的工作和生活,并表示要学习和传承蒋大宗教授的精神。

父亲逝世二周年悼词 篇5

今天是父亲去世两周年的祭日，这段时间总是想写点什么，以纪念父亲，但每一次坐在写字桌前，思绪却异常凌乱，无从下笔，我知道，那是我内心深处不能触及的最痛心的事。永远忘不了20xx年12月3日农历十月二十六，这是一个阴冷的日子，我们失去了最重要的亲人——父亲。我没有经历过如此大的打击，也没有经受过如此沉重的痛。握着父亲渐凉的双手，抚摸着父亲略带体温的脸颊，我知道您永远地离开了我们。从此母亲失去了好丈夫，儿子和两个姐姐失去了好父亲，全家陷入了万分的悲痛之中。

两年来，伴随着岁月的流逝，思父之情丝毫未减，父亲的形象并未因时间的推移而变得模糊，在儿子的心中还是那样的鲜活、清晰，父亲的音容笑貌还仿佛就在眼前，两年来也曾多少次的梦中相见，父亲的身姿背影，生前的点点往事，依然不时地浮现还原，历历在目，恍如昨日，每念及此，黯然伤心，切肤之痛隐隐再现，三世之情如何报答?今借祭文以表深思，惟愿父亲魂归佛国，安享自在！您在天之灵，一定能听到儿子的心声，儿子祝您在天国一切安好！

作为儿子，我为父亲生前做的太少太少，忙碌和疏忽都不能成其理由，我没有好好的照顾您，没有好好的陪伴您说说话，拉拉家常，没有好好的给您洗衣端饭，没有好好的给您购置新衣服，没有好好的陪您散步，没有好好的跟您谈工作、谈生活、谈人生，没有好好的给你分忧解愁，真的太多太多……

亲爱的父亲：儿子想你，我亲爱的父亲！

您的儿子叩首

您的儿子：xxx

纪念印度柯棣华大夫逝世60周年 篇6

1938年，处在争取民族独立艰苦斗争中的印度人民，不顾自己的困难，由国大党派出了一支5人医疗队支援中国人民的抗日战争。柯棣华大夫是医疗队中最年轻的成员。他和医疗队的其他大夫在延安和华北等地的抗日前线救死扶伤。他把中国人民的解放事业当做自己的事业，辛勤忘我地工作。 但由于过分劳累，加上生活条件十分艰苦，不幸积劳成疾。1942年12月9日，他的心脏永远停止了跳动，年仅32岁。

为纪念这位伟大的国际主义战士和表示中国人民对他的敬意，中国人民对外友好协会和中国印度友好协会于2002年12月5日在对外友协友谊馆举行隆重的纪念大会。对外友协副会长王运泽和印度驻华大使梅农在纪念会上发表讲话指出， 今天我们纪念柯棣华大夫逝世60周年，不仅是缅怀他的英灵、缅怀他的无私奉献的精神和对中国人民的解放事业做出的伟大贡献；更重要的是为了继承和发扬他的国际主义精神，激励我们更好地把他在中印两国人民间建立起的永恒的爱和友谊传承下去。中印两国友好历史源远流长，在过去的岁月里，两国人民相互同情和支持。柯棣华大夫就是一个光辉的榜样。今天，在新的世纪里，中印两国作为世界上人口最多、经济增长最快的发展中国家，两国的关系和责任与日俱增。为此，更需发扬柯棣华大夫的精神，进一步促进和发展中印两国人民的相互了解和友谊和两国间的友好关系，为人类和平和共同繁荣做出不懈的努力。

逝世周年 篇7

组合数学是主要研究有限个事物在一定规则下的安排, 诸如安排的存在性、计数、构造与最优性等的一门数学分科。组合数学既是离散数学的重要组成部分和核心, 又是计算数学 (又称数值分析, 内容大致可分为计算方法和数学软件两个方面) 的一个重要工具, 它与数论是姊妹学科。组合数学的五大分支是经典组合学 (又称组合分析) 、组合设计、组合序、图论、组合多面形与组合最优化问题[典型的组合优化问题包括独立系统问题、拟阵问题、最短路径问题、中国邮递员问题、染色问题 (如四色定理等) 、背包问题和布局问题等], 它广泛地被应用于计算机科学、运筹学 (规划论是运筹学的分支, 组合规划又称组合最优化, 它是规划论的一种) 、概率论、数理统计、信息论、控制论、人工智能、电子工程、管理科学和其他自然科学领域以及有关社会科学领域, 还与试验设计和编码理论等密切相关。对组合数学的研究极大地推动了现代应用数学的发展。

英国数学家柯克曼 (又译为寇克满、寇克曼, 1806—1895) 是数学史上大器晚成型的数学家, 他不但解决了斯坦纳三元系B[v, 3, 1]存在性的充要条件问题, 同时还对r的每个素数值, 给出了参数为v=r2+r+1, k=r+1, λ=1的2-设计 (现称有限射影平面) 。他应用循环差集构造r=4和r=8的射影平面 (即2维射影空间) , 发现参数v=2n, k=4, λ=1的3-设计和其他几种特殊的设计。柯克曼因为这些研究成果和首先提出区组设计领域著名的柯克曼15女生问题 (即狭义柯克曼女生问题) 而被誉为“组合设计之父 (the father of combinatorial design) ”, 组合数学界“柯克曼系”以他的名字命名。

瑞士几何学家斯坦纳 (Jakob Steiner, 1796—1863) 是近代射影几何学 (projective geometry, 综合法和解析法是它的两大研究手段, 斯坦纳则热衷于推崇综合法) 的奠基人之一, 以他名字命名的“斯坦纳系”在组合数学界遐迩闻名。

1917年法国数学家贝斯 (S.Bays) 在文献[1]中首先说明恰有两个不同构的9阶斯坦纳三元系大集存在 (1974年被重新证实并得到恰有两个不同构的13阶斯坦纳三元系大集存在的结论[2]) , 并提出贝斯猜想 (1972年被证明并向前跨进一步[3]) :当v=1, 3 (mod 6) , 且v>7时, 是否存在D (v) ≥ (v-1) /2?此后一直到1970年代, LSTS (v) 和LKTS (v) 的存在性问题几乎毫无进展, 迄今后者距离完全解决仍相去甚远。1980年代以前, LSTS (v) 的存在性结果依旧是零散的。这种停滞不前的局面直到组合数学家陆家羲 (1935.06.10—1983.10.31) 的横空出世才得以根本性改观。1983年他一举攻克了不相交斯坦纳三元系大集的存在性世界难题 (起源于1861年的西尔维斯特问题, 现称陆家羲定理) :若v≡1 or 3 (mod 6) , v>7, 且v{141, 283, 501, 789, 1501, 2365}, 则存在LSTS (v) , 且D (v) =v-2。对于待定的6个v值 (1991年已获彻底解决) , 他于1983年7月30日在大连召开的首届全国组合数学学术会议 (会期:7月25~31日) 上宣布已明珠在握, 即将以第7篇论文的方式公开发表, 令人十分惋惜和万分痛心的是, 他动笔不久就因心脏性猝死而遽然离世, 在其遗稿中只找到24页提纲草稿和部分结果。

包头市第九中学陆家羲以其研究成果“关于不相交Steiner三元系大集的研究”荣获1987年度第三届国家自然科学奖 (1988年3月15日公布, 1989年2月15日颁奖) 一等奖, 他仅以中学物理教师且没有任何职称和头衔的身份就独自获得当时我国自然科学界的最高荣誉———国家自然科学奖一等奖, 是所有一等奖得主中唯一最具典型代表性的“另类”。法国律师和数学家费马 (Pierre de Fermat, 1601.08.17—1665.01.12) 主要因首先提出费马猜想[1994年最终被英国数学家怀尔斯 (Sir Andrew John Wiles, 1953.04.11—) 证明后就成为费马大定理, 怀尔斯是1995—1996年度沃尔夫数学奖获奖者, 是迄今最年轻的沃尔夫数学奖得主]而被誉为“近代数论之父”和世界“业余数学家之王”, 陆家羲则是业余数学爱好者中最成功的典范之一, 被誉为“中国最伟大的业余数学家”。

陆家羲是一位笔者早已熟知和仰慕的数学大师, 笔者觉得向世人介绍陆老师的数学成就和宣传他的感人事迹是一件义不容辞的光荣任务, 任重而道远[4,5,6]。“陆家羲”词条能荣登2009年最新版《辞海》也凝聚着笔者的一份心血和敬意。文献[7-14]是笔者撰写文献[6]以后新近发现和补充的介绍陆家羲老师出色成就和光辉事迹的著述。加拿大多伦多大学国际组合数学权威埃里克·门德尔逊 (Eric Mendelsohn) 教授和加拿大滑铁卢大学图论专家邦迪 (John Adrian Bondy, 拥有英国和加拿大双重国籍) 教授是陆家羲论文的两位审稿人, 他们慧眼识珠, 是发现陆家羲论文重大学术价值的功臣和伯乐。陆家羲不幸早逝后, 埃里克·门德尔逊教授亲自用英文撰写《陆家羲的工作》 (The work of Lu Jia-xi) 一文 (发表于1985年第3期中国《数学研究与评论》杂志) 评述其出色成就[15]。

2 数学界的诺贝尔奖及华裔获奖者

举世闻名的诺贝尔奖 (Nobel Prize) 中并无数学奖, 因为诺贝尔 (1833—1896) 认为数学不是人类可以直接从中获益的科学。在国际数学家大会ICM (International Congress of Mathematicians) 上颁发的菲尔兹奖[Fields Medal, 获奖者年龄不得超过40岁, 始于1936年, 通常每4年颁奖一次, 现每人奖金1.5万加元 (约合1.48万美元) , 迄今52位得主获奖时的年龄范围是28~40岁, 平均年龄是35.52±3.38岁]和沃尔夫数学奖 (Wolf Prize in Mathematics, 由以色列沃尔夫基金会负责颁奖, 无年龄限制, 具有终身成就性质, 始于1978年, 通常每年颁奖一次, 现奖金总额为10万美元, 迄今54位得主获奖时的年龄范围是42~90岁, 平均年龄是68.04±8.84岁) 现并称为数学界的诺贝尔奖, 人们形象地称前者为青年数学家奖, 称后者为终身成就数学奖。由挪威政府创设的专业数学奖———阿贝尔奖[Abel Prize, 始于2003年, 亦具有终身成就性质, 每年颁奖一次, 现奖金总额为600万挪威克朗 (约合104.52万美元) , 迄今13位得主获奖时的年龄范围是66~85岁, 平均年龄是75.54±5.59岁], 其奖金数额和获奖者的成就都堪与诺贝尔奖 (2012年每项诺奖的奖金额为800万瑞典克朗, 现约合123.28万美元) 相媲美。

获得过上述世界顶级数学大奖和克拉福德奖[Crafoord Prize, 由瑞典皇家科学院 (亦负责诺贝尔物理学奖、化学奖和经济学奖的颁发) 负责颁奖, 始于1982年, 每年颁奖一次, 授奖学科包括天文学、数学、生物科学 (特别是生态学) 、地球科学和多发性关节炎 (风湿性关节炎) , 2012年的奖金总额为400万瑞典克朗。迄今获奖者共58人, 其中数学奖得主11人, 数学家们获奖时的年龄范围是37~60岁, 平均年龄是48.91±8.51岁]的华裔数学家有: (1) 1983—1984年度沃尔夫数学奖得主陈省身 (号辛生, Shiing-Shen Chern) :1911年10月26日 (中文文献一般持28日说) 出生于浙江秀水县淡水镇 (今嘉兴市南湖区) , 1961年加入美国国籍, 2004年12月3日逝世于天津医科大学总医院 (位于和平区) 。其最突出的成就是1943—1946年完成的高维黎曼流形 (Riemannian manifold) 中高斯—博内公式 (Gauss-Bonnet formula) 的内蕴证明 (首创应用纤维丛概念于微分几何学的研究并构造出现今普遍使用的陈省身示性类, 简称陈示性类或陈类) 和埃尔米特流形 (Hermitian manifold) 的示性类理论, 因他对整体微分几何学的杰出贡献而被誉为“现代微分几何学之父”。由国际天文学联合会IAU (International Astronomical Union, 法文缩写为UAI) 下属的小天体命名委员会CSBN (Committee on Small Body Nomenclature) 讨论通过, 2004年9月28日国际小行星中心MPC (Minor Planet Center, 位于美国波士顿哈佛大学天文台) 发布公告, 将国际编号为29552 (1998CS2) 号的小行星命名为“陈省身星 (Chern, 1998年2月15日由中国国家天文台施密特CCD小行星项目组在河北兴隆观测站发现) ”。国际数学联盟IMU (International Mathematical U-nion) 与陈省身奖基金会联合设立的“陈省身奖”于2010年8月19日在印度安得拉邦首府海得拉巴 (Hyderabad) 举办的第26届国际数学家大会 (第24届国际数学家大会于2002.08.20~28在北京召开) 开幕式上首次颁发。 (2) 1982年度菲尔兹奖、1994年克拉福德奖和2010年沃尔夫数学奖得主丘成桐 (Shing-Tung Yau) :1949年4月4日出生于广东汕头市 (祖籍梅州市蕉岭县文福镇, 客家人) , 同年随父母迁居香港, 1990年加入美国国籍 (获菲尔兹奖时是香港公民) 。其主要成就有:1977—1978年证明凯勒—爱因斯坦度量 (Khler–Einstein metric) 存在性的卡拉比猜想 (Calabi conjecture) , 并由此推论出第一陈类为零的紧n维凯勒流形 (现称卡拉比—丘流形, 此流形还可定义为紧里奇平直卡拉比流形) , 他和法国数学家奥宾 (Thierry Aubin, 1942.05.06—2009.03.21) 还分别独立地证明了第一陈类为负时的情形[第一陈类为正时的情形则由丘成桐的哈佛大学博士生、中国数学家田刚 (1958年11月出生于江苏南京市) 于1987年予以解决], 他们在分析几何领域所取得的这些成果被应用于超弦理论 (超对称的弦理论的简称) 中, 对物理学中的统一场论有重要影响;1979年与美国数学家舍恩 (Richard Melvin Schoen, 1950.10.23—) 合作应用变分法完成了广义相对论中的正能量定理 (在微分几何学中常被称为正质量猜想, 即爱因斯坦猜想) 基于ADM (Arnowitt-DeserMisner) , 表明爱因斯坦的广义相对论具有一致性与稳定性;1980年代初与香港数学家郑绍远 (Shiu-Yuen Cheng) 合作解决了实蒙日—安培方程 (Monge–Ampère equation) 中的狄利克雷问题 (Dirichlet problem) , 并对凸超曲面的高维闵可夫斯基问题 (Minkowski problem) 给出完整证明;1981年与美籍华裔数学家萧荫堂 (Yum-Tong Siu, 1943.05.06—) 合作证明单连通凯勒流形若有非正截面曲率时必双全纯等价于复欧氏空间并给出弗兰克尔猜想 (Frankel conjecture) 的一个解析证明。同年与美国数学家米克斯 (William H.Meeks) 合作用极小曲面理论推导出三维流形拓扑方面的结果并导致史密斯猜想 (Smith conjecture) 的解决;1984年与美国女数学家乌伦贝克 (Karen Uhlenbeck, née Keskulla, 1942.08.24—) 合作解决了在紧凯勒流形上稳定的全纯向量丛与杨—密尔斯—埃尔米特度量是一一对应的猜想, 并得出有关陈类的一个不等式;1996年与连文豪 (新加坡国立大学) 、刘克峰 (1965年12月出生于河南开封市) 合作解决了超弦理论中的镜对称猜想, 给出了用对应的镜像流形上的皮卡—富克斯方程 (Picard-Fuchs equation) 表示的一大类卡拉比—丘流形上有理曲线数目的显式表达。丘成桐获得世界顶级数学大奖的纪录仅次于比利时和美国 (双重国籍) 数学家德利涅 (PierreRené, ViscountDeligne, 1944.10.03—) , 后者是迄今唯一囊括四项世界顶级数学大奖纪录的保持者:1978年菲尔兹奖、1988年克拉福德奖、2008年沃尔夫数学奖和2013年阿贝尔奖, 他于2006年加入美国籍。2010年3月30日国际小行星中心发表公告, 将国际编号为64290 (2001UD11) 号的小行星命名为“丘成桐星 (Yaushingtung, 发现于2001年10月22日) ”。 (3) 2006年度菲尔兹奖和2012年克拉福德奖得主陶哲轩 (Terence"Terry"Chi-Shen Tao) :1975年7月17日 (中文文献一般持15日说) 出生于南澳大利亚州首府阿德莱德 (Adelaide) , 1972年其父母从香港移民到澳大利亚 (其父陶象国祖籍上海) , 他于2009年加入美国籍, 现拥有澳大利亚和美国双重国籍。2004年证明存在任意长度的素数等差数列 (现称格林—陶定理) , 其主要研究方向是调和分析 (谐波分析) 、偏微分方程、组合数学、解析数论、堆垒数论 (又称加性数论) 和表示论 (抽象代数的一个分支) 等。阿贝尔奖的历史很短, 至今尚无华裔获奖者的身影。

早在1961年陆家羲大学毕业后不久, 他就基本上解决了柯克曼三元系RB[v, 3, 1]的存在性问题, 最迟到1965年他又攻克了柯克曼四元系RB[v, 4, 1]的存在性问题, 因知音难觅和投稿无门, 他的这两项成就长期被埋没以致于它们都没能取得“出生证”。当时国际数学界的氛围很好, 推翻正交拉丁方中的欧拉方阵猜想的光辉事迹曾荣登1959年4月26日美国《纽约时报》 (New York Times) 头版, 此事轰动一时并成为科学史上的一段佳话。陆家羲当年不足30岁, 其出色成就若能及时得到学术界的承认 (即便是能有机会以民间或自费出刊的方式得以发表, 那也将是一件功德无量的幸事) , 他将是菲尔兹奖以及其他世界级数学大奖的有力争夺者, 其美好前程和对组合数学的贡献将难以估量。

3 数学的魅力

在那遥远的2400年以前, 传说柏拉图学院 (Plato academy, 公元前387年创建于雅典) 的门楣上就赫然铭刻着一个警句:“不习几何学者免入”, 当时的几何学 (数学中最古老的一个分支) 就是数学的代称。古希腊 (800?BC—146 BC) 的文明, 与她当时拥有众多诸如泰勒斯 (624?BC—546?BC, 古希腊七贤之一, 科学和哲学之祖, 西方哲学之父, 论证数学之父) 、毕达哥拉斯 (572?BC—500?BC, 数论始祖, 创立毕达哥拉斯学派) 、柏拉图 (427?BC—347?BC, 使唯心论哲学体系化的第一人, 创立柏拉图学派) 、亚里士多德 (384?BC—322?BC, 西方逻辑学之父, 经院哲学的奠基者, 创立亚里士多德学派, 恩格斯称他为“最博学的人”) 、欧几里得 (330?BC—275?BC, 几何学集大成者, 平面几何学之父) 、阿基米得 (287?BC—212?BC, 力学之父, 数学之神, 与英国牛顿、瑞士欧拉和德国高斯并称为世界数学家四杰) 和阿波罗尼奥斯 (Apollonius, 262?BC—190?BC, 圆锥曲线之父, 著有经典几何学巨著《圆锥曲线论》8卷, 与欧几里得和阿基米得并称为古希腊亚历山大前期三大数学家) 等数学巨匠是不无关系的[16]。毕达哥拉斯认为“数统治着宇宙”, 他是西方最早提出勾股定理 (西方称毕达哥拉斯定理) 的人, 曾利用数学研究乐律中的自然律, 指出弦长的比数愈简单则其音愈和谐, 初步探讨了美与数的关系, 由此而产生的“和谐”概念对以后古希腊的哲学家有重大影响。欧氏的《几何原本》 (其版本之多仅次于《圣经》) 是世界上最早的公理化体系著作, 它传世不衰, 对数学发展的影响非他书所能及。德国数学家和天文学家开普勒 (Johannes Kepler, 1571.12.27-1630.11.15) 称黄金分割[ (槡5-1) /2≈0.6180在和谐比例中最负盛名, 象征黄金分割的五角星在欧洲是一种巫术的标志]和勾股定理为古希腊欧氏几何学中的两颗明珠[17]。

和谐美是美的最高境界。早在古希腊时期, 著名哲学家赫拉克利特 (第一个提出认识论的哲学家, 540?BC—475?BC) 就说过“美在和谐”。可见, 和谐美是一个极古老而又至今依然熠熠生辉的美学命题。开普勒的基本哲学是“和谐世界”, 他坚信宇宙具有最和谐的几何结构, 行星运动遵循最和谐的音乐旋律。他从天球的和谐乐章中发现了著名的行星运动三定律[前两个定律公布于1609年出版的《新天文学》 (New Astronomy) 专著中, 后一个定律则公布于1619年出版的《宇宙和谐论》 (Harmony of the worlds) 一书中], 它是物理学的一块基石, 促使牛顿建立起经典力学和万有引力理论。

说过“知识就是力量”这种“千古绝唱”的英国哲学家和科学家弗兰西斯·培根 (Francis Bacon, 1561.01.22—1626.04.09) 对数学的评价是“数学使人精细”和“数学是打开科学大门的钥匙”。科学巨人伯特兰·罗素 (1872—1970) 多才多艺, 集哲学家 (思想家) 、科学家 (逻辑学家和数学家) 、历史学家、社会学家 (社会评论家) 、社会活动家和文学家于一身, 被称为“半个哲学家和半个数学家”, 1950年他荣获诺贝尔文学奖之前竟然从未专门写过文学作品[其获奖作品《婚姻与道德》 (1929年) 是社会学著作], 且首次被提名就获奖 (这种情况是诺贝尔文学奖历史上的第10次。因他是当时世界和平运动的倡导者和组织者, 还曾获诺贝尔和平奖提名) , 看来诺贝尔文学奖的评委们也被他哲学思想的深邃和数学成就的超众所折服。著名的“罗素悖论”及解决这个问题的“类型论”对20世纪的数学基础研究产生过重大影响。罗素及其老师怀特海 (Alfred North Whitehead, 1861.02.15—1947.12.30) 合著的巨著3卷本《数学原理》 (1910—1913) 对逻辑学、数学、集合论、语言学和分析哲学产生过积极而深远的影响。因此, 罗素曾饱含深情地说:“数学, 如果正确地看待它, 不仅拥有真理, 而且具有至高无上的美, 正如雕刻的美, 是一种冷峻而严肃的美, 这种美虽然没有绘画或音乐的那些华丽装饰, 但它可以纯净到崇高的地步, 能够达到严格的只有最伟大的艺术才能显示的那种完美的境界。”法国数学家和物理学家傅立叶 (Jean Baptiste Joseph Fourier, 1768.03.21—1830.05.16) 的《热的解析理论》 (1822年, 开创性地用数学方法研究热传导理论并首创傅立叶三角级数) 以简洁、和谐与美而被英国物理学家和数学家麦克斯韦 (JamesClerkMaxwell, 1831.06.13—1879.11.05) 赞誉为“一首美妙的数学诗”。美国数学史家克莱因 (Morris Kline, 1908.05.01—1992.06.10) 曾这样形象地描述过数学的魅力:“音乐能激发或抚慰情怀, 绘画使人赏心悦目, 诗歌能动人心弦, 哲学使人获得智慧, 但数学却能提供以上的一切, 给人以快乐。”

“数学乃科学之皇后, 数论乃数学之皇冠”, 这是德国数学家 (数学王子) 和物理学家高斯 (Johann Carl Friedrich Gauss, 1777.04.30—1855.02.23) 的名言。数论是中国人民擅长的传统学科。陈景润 (1933.05.22—1996.03.19) 院士沉醉于哥德巴赫猜想的研究, 他证明的 (1+2) 离数论“皇冠上的明珠”只有一步之遥。著名诗人和作家徐迟 (原名徐商寿, 1914.10.15—1996.12.13) 以此为素材创作了充满激情和诗意的、具有里程碑意义的报告文学《哥德巴赫猜想》[18], 它在特定的历史条件下曾激荡着无数热爱科学的中国人的心, 影响深远而巨大。

我爱数学, 它以严谨、缜密与和谐而深深地吸引着我。笔者在独立地推导估计总体标准差用彼得斯公式法和狭义较差法的标准差系数公式时就深刻地品味到数学之美[19,20]。数学是一门博大精深的艺术, 许多人为能无私地为它奉献终生而感到骄傲和自豪。在短暂、美好和值得回忆的两年高中学习年代, 笔者就有幸遇到过这样一位酷爱数学并自愿为其奉献终生的人, 他就是我的高二物理老师———组合数学家陆家羲。他出生于上海市一个普通市民家庭, 家境贫寒, 父亲早逝, 1949年初中毕业后就因家贫而辍学。1951年11月他远走他乡, 到东北工作后为了继续深造, 他通过努力自学, 毅然舍弃当时月薪已64元的高薪, 于1957年秋从哈尔滨电机厂弃职考入东北师范大学物理系, 刚走进大学校门的陆家羲就已被《数学方法趣引》 (孙泽瀛著) 中介绍的“寇克满女生问题 (1850年) ”所深深吸引, 从此他就把毕生精力和心血都投入到了组合数学前沿的研究之中。1961年夏他走出大学校门后不久就基本攻克了广义柯克曼女生问题 (即RB[v, 3, 1]的存在性问题) , 并于1965年把它推广到四元组 (即RB[v, 4, 1]的存在性问题) , 但都未能得到应有的承认。直至10年后的1971年, 美国俄亥俄州立大学博士生威尔逊 (美国人) 及其导师印度裔数学家雷—乔得赫里 (1933—) 合作才得出相同的结论, 抢了个不该得的“头功”。推广到四元组的结论国外也已于1972年获得解决。我们不幸的陆老师直到1979年4月才从借阅到的美国《组合论杂志 (A辑) 》中获知这些不幸的消息。十分难能可贵的是, 痛心疾首的他并未因此停下研究的脚步来埋怨命运多舛和社会的不公, 而是重新扬起理想的风帆, 继续追寻着数学之美, 向着更高更美的数学高峰发起冲击。在极短的时间内 (仅用时3个多月) , 在不晚于1979年10月他就利用独创的数学方法, 鬼斧神工、奇迹般娴熟地解决了组合数学界的世界著名难题———不相交斯坦纳三元系大集LSTS (v) 的存在性问题 (正式公开发表于1983—1984年) 。他取得的这个重大突破迅速震惊了世界组合数学界, 并很快就得到了国际上同行的高度评价和承认。只可惜陆老师因劳累过度、悲喜交加、心力交瘁, 在事业正辉煌和正当英年时竟躺下休息了, 永远地休息了……

陆家羲老师历尽艰辛而取得的研究成果刚刚得到国内外的认可, 他就因积劳成疾而猝然英年早逝, 中断了他对区组设计更深入的研究, 人们也还来不及更多更全面地了解他, 况且他逝世后的宣传范围很窄, 故其人、其事、其研究成果鲜为人知。

陆家羲老师的感人事迹和卓越成就是远非笔者这支拙笔所能描绘的。由于他是自治区重点中学毕业班的骨干物理教师, 教学任务繁重且精益求精, 业余时间甚少, 他工作上任劳任怨, 从未因自己的数学研究而耽搁本职工作, 故他日记中最多的一个字就是“夜”:“夜工作”、“夜补课”、“夜写论文”、“夜思考Bays猜想”、“夜打英文稿”……。诚如鲁迅先生所云:“哪里有天才, 我是把别人喝咖啡的工夫都用在工作上的。”可以告慰陆老师的是, 他的研究成果“关于不相交Steiner三元系大集的研究”荣获1987年度国家自然科学奖一等奖。一个名不见经传的普通中学物理老师能获如此殊荣, 这一奇迹的创造应该是空前绝后的。某些数学专家曾形象地指出:陆家羲与陈景润主攻的都是世界著名的数学难题, 显示了中华民族的数学智慧。陈景润是在前人确定了主攻方向, 顽强拼搏, 奋勇攀登, 终于领先而逼近峰巅的。而陆家羲则不然, 他是100多年来别人还在摸索前进、路径尚未选好的情况下, 独辟蹊径并独占鳌头的。陆老师所研究的深奥的组合数学虽然我知之不多, 但笔者钦佩他的精神和人品。他所取得的数学成就是难以逾越的, 实际上他对数学的贡献毫不逊色于陈景润院士。从纯粹的数学观点来看, 陆家羲所取得的数学成就实际上是超越陈景润的 (在互联网上的20世纪全世界数学家综合排行榜中, 陆家羲的排名亦位于陈景润之前) 。即便是各自的逸事, 说句轻松俏皮的话:陆老师沉思问题时骑着自行车在包九中校园内径直撞向联合器械的铸铁架与“陈景润撞树”的佳话也可相媲美, 并不“逊色”。当时他昏厥在地, 头破血流, 我们学生们把他送往医务室医治的情景仍历历在目。遗憾的是陆家羲老师的知名度仍远不如陈景润。

陆家羲有一次曾对亲友说, 自己真正喜爱的是物理学, 乐意把它作为终生专业, 但搞物理学研究需要的物质条件太多, 在当时的环境条件下他就只能研究数学了, 因为它只需要纸和笔。陆家羲仅凭借纸和笔, 靠着大脑演绎着复杂的推理和海量的逻辑, 长期在极其窘困的科研和生活条件下单枪匹马地在组合设计前沿呕心沥血地奋力拼搏并取得卓越成就。可以设想, 陆家羲若能有机会在较好的科研和生活环境条件下, 利用电脑软硬件等先进技术和手段, 并与同行进行学术和情报交流, 假以时日他必将取得更多更大的惊人成就。中外两位著名天体物理学家方励之 (1936.02.12—2012.04.06) 前院士[方励之1981年当选为院士, 1989年纯粹因政治原因被除名, 被誉为“中国的萨哈罗夫 (苏联氢弹之父和著名持不同政见者, 1975年诺贝尔和平奖得主) ”;陈敏恒1991年当选为院士, 2000年主要因政治原因被除名。他俩是中国科学院历史上迄今仅有的2位被除名的院士]的《物理学和美》[21]以及美籍印度裔钱德拉塞卡 (Subrahmanyan Chandrasekhar, 1910.10.19—1995.08.21, 1983年诺贝尔物理学奖得主[22]) 的《美和追求科学美》 (美国著名物理科普杂志《今日物理》破例于1979年和2010年先后两次登载此文) [23]都是笔者所推崇和欣赏的美文, 探讨科学与美的关系以及挖掘科学中所蕴含的美学思想应是科学家们的本职工作和责任。1954年物理学家杨振宁 (1957年诺贝尔物理学奖得主[24]) 和美国物理学家密尔斯 (Robert Lee Mills, 1927.04.15—1999.10.27) 首创杨—密尔斯规范场理论 (它与相对论和量子力学并称为现代物理学的三大支柱) , 广义相对论、热力学和经典力学的数学框架分别是黎曼几何、外微分形式和辛几何, 规范场论的数学框架则是微分几何学中的纤维丛 (其概念与拓扑学密切相关) 上的联络, 这正展现出物理学和数学密切结合的新前景。

古老的数学难题曾深深地吸引着世上众多的数学才子。数学巨人欧拉 (Leonhard Euler, 1707.04.15—1783.09.18) 即使在双目失明后也摆脱不了数学魅力的诱惑, 坚持口述写作, 在全盲的17年间完成几部专著和400余篇具有独创性的高质量数学论文。长期以来, 欧拉保持着最多产数学家的荣誉称号 (他一生共发表32部著作和865篇数学论文, 瑞士科学院欧拉委员会从1911年开始出版《欧拉全集》, 现已达74卷) , 此纪录直到20世纪才被数学奇才、匈牙利犹太数学家埃尔德什 (Paul Erd s, 1913.03.26—1996.09.20) 所打破, 后者一生共撰写出32部著作和1525篇数学论文, 且曾与511位不同学者合著过[1938年和1947年他分别与中国数学家柯召和钟开莱 (1917—2009) 合著过论文], 是至今世界上发表专业论文数量最多的数学家, 他与数学大师陈省身分享1983—1984年度沃尔夫数学奖。埃尔德什是匈牙利的“国宝”, 他挚爱数学, 毕生痴迷于数学研究, 没有固定职业, 终生未婚, 过着“处处无家处处家”的漂泊浪迹天涯的生活, 是国际数学界著名的“三无人员 (一无财产、二无妻小、三无固定居所) ”。这位“数字情种”曾深情地说:“我知道数字是美的。要是数字不美的话, 那就没有什么是美的了。”

随着科学技术的发展, 现代数学也焕发了青春, 陆续诞生了许多新的分支。美国加利福尼亚大学伯克利分校 (UCB) 数学家、电气工程师和人工智能控制专家扎德 (Lotfali Askar Zadeh, 1921.02.04—, 模糊数学之父) 教授于1965年创立的模糊数学 (Fuzzy mathematics) [25]就是其中最年轻者之一。模糊数学已渗透到许多科技和日常生活领域, 在自动控制领域亦大显身手。模糊集合和模糊逻辑适应了研究复杂专家系统的需要, 是现仍处于研制阶段的第五代计算机———多值计算机 (即人工智能化生物量子计算机) 的理论基础。

4 结束语

中国组合数学八大家 (又称中国离散数学八大家) 依次是陆家羲、朱烈 (1943年2月出生于江苏苏州) 、陈永川 (1964年3月出生于四川南充) 、靳蕃 (字君宣, 1934.10.09—) 、徐利治 (原名泉涌, 人称“徐天真”, 1920.09.23—) 、柯召院士 (字惠棠, 1910.04.12—2002.11.08) 、孙智伟 (1965.10.16—) 和范更华 (1957年2月出生于福建福鼎) , 在中国组合数学家TOP8排行榜中陆家羲雄踞榜首, 是当之无愧的№.1。

数学的魅力无穷, 历经磨难而达到顶峰者是世界上最幸福的人, 因为他们欣赏到了数学最高境界的美[26,27,28,29,30,31,32,33]。笔者全家怀着无比崇敬的心情撰写出此文, 谨此深切缅怀和纪念我们所尊敬的陆家羲老师逝世30周年!我们一致认为, 能有机会再次向广大读者推介陆家羲老师是一件很有意义和享受的事情。

摘要：包头市第九中学物理教师陆家羲是世界闻名的组合数学家, 他倾注毕生精力和心血矢志不移地在组合数学领域取得四大历史性成就:完成柯克曼三元系、柯克曼四元系和不相交斯坦纳三元系大集存在性问题的证明并取得可分解平衡不完全区组设计 (RBIBD) 存在性理论中迄今最好和最齐整的结果。常年遨游于数学王国的陆家羲老师无疑是追寻数学美的高手和胜利者, 谨以此文寄托我们全家对他逝世30周年的深切哀思和深情怀念。

逝世周年 篇8

我国光学事业奠基人

王大珩在中国光学事业的贡献是全方位的, 是战略性的, 着重谈六大贡献。

一、长春创业与光学科研基地的建设。

1951年, 王大珩接受中国科学院延聘筹建科学仪器研制机构, 1952年在长春成立中国科学院仪器馆, 1960年又与机械研究所合并为长春光学精密机械研究所 (简称“长春光机所”) , 他先后被任命为馆长、所长。在他的领导下, 逐步在国内建立起现代光学仪器的各种技术学科;为国家培养大批光学科技骨干。现在国内知名的光学专家, 许多都在长春光机所工作过;国内的光学专业研究所都与长春光机所有渊源关系;很多光学工厂的前期产品, 都来自该所的科研成果。长春光机所被誉为“中国光学的摇篮”。

王大珩亲自领导建立了光学设计组, 并举办过多期全国光学设计培训班。受培训的人, 许多都成为很有成就的光学科学家。

在我国第一炉光学玻璃的研制过程中, 王大珩用他在英国工作的经验, 在玻璃配方、退火及测试技术方面做出了重要贡献。

1955年, 中国科学院组建学部, 王大珩被选聘为第一批学部委员。

1958年, 长春光机所以研制高精光学仪器和光学玻璃的“八大件一个汤”而闻名全国科技界。“八大件”是指:1秒精度大地测量经纬仪、1微米精度万能工具显微镜、大型石英摄谱仪、中型电子显微镜、中子晶体谱仪、地形测量用多倍航摄投影仪、光点测距仪和高温金相显微镜。这些成果打破了当时对精密仪器制造的神秘观念, 推动了我国仪器工业的发展。

二、在国防光学工程上的突出贡献。

从20世纪60年代开始, 王大珩和他领导的长春光机所以国防光学技术及工程研究为主, 先后在红外和微光夜视、核爆与靶场光测设备、高空和空间侦察摄影等诸多领域做出重要贡献。他参加了我国第一次核爆炸试验, 指导改装了普通高速摄影机用于火球发光动态观测;最早在国内领导开展大气光学和目标光学特性研究;在太阳模拟器和空间侦察相机的研制中提出先进的技术方案。特别是靶场光测设备, 他领导了以后多种型号的研制工作。

1960年国家为适应国防工程的需要, 提出研制大型精密光学跟踪电影经纬仪的任务。就我国当时的技术水平言, 研制这种高科技的靶场测量装备有很大难度, 王大珩坚定地承担起这项国家任务。经过5年的不懈努力, 研制出了超过原来设计指标的我国第一台大型光测装备, 开创了我国独立自主地从事靶场光学观测设备研制的历史。在这项工程中, 王大珩任总设计师。他的工程总体方案和技术路线, 起到关键作用。他对作用距离进行了周密的技术分析, 综合考虑了目标与天空背景的对比度、大气衰减与抖动、光学系统与摄影底片分辨率、跟踪过程的平稳性、人眼能分辨的物像大小及其阈值对比度等各种因素。这些分析, 是仪器总体设计和确定光学系统的孔径、焦距、快门曝光时间等参数的主要理论依据。他在光学系统结构、光学玻璃、光学镀膜、光学加工、光学检验等各专业领域的广博知识和坚实的理论基础, 对指导当时和后来各类光学工程的研制并取得成功, 起了关键作用。

“一杆子”是从研究到出产品“一杆子到底”全部由研究所完成。长春光机所承担靶场跟踪经纬仪任务采取了王大珩的“一杆子”方案, 保证了任务按期完成。王大珩的这一思想, 对以后中国科学院内甚至国内许多工程技术型研究所的办所方针起到了借鉴作用。

1980年5月, 我国发射远程运载火箭试验, 在王大珩领导下, 长春光机所等研制的激光、红外、电视、电影经纬仪及船体变形测量系统两项光学工程, 出色地完成了火箭再入段的跟踪测量任务, 独立解决了当今世界远洋航天测量的稳定跟踪、定位、标校和抗干扰等技术难题。王大珩在测量船的光学测量布局以及船体摇摆和挠曲变形补偿与实时修正等方面均有重要创造。他对测量船上的观测设备, 在总体布局上提出的一体化建议, 保证了满意的观测效果。

1985年, “现代国防试验中的动态光学观测及测量技术”项目获国家科学技术进步特等奖, 王大珩是首席获奖者。

三、在发展我国空间科学技术上的突出贡献。

1965年, 王大珩参加了我国第一颗人造地球卫星的总体方案工作, 任中国科学院地面设备组负责人、总体设计组副组长。他对卫星采用的跟踪体制及地面跟踪系统的具体技术路线, 提出了看法得到采纳。

王大珩是我国航天相机技术研究的开拓者。20世纪60年代中, 他在长春光机所组建空间对地摄影技术组, 以这个组的技术骨干为基础, 在北京扩建了我国首支航天相机研制队伍。在他的主持下, 1975年成功研制出我国首台航天相机。他主张棱镜扫描式全景相机, 实现大面积对地普查观测 (地相机) ;采用同步对星体摄影作为定位手段 (星相机) , 取得了良好效果。王大珩十分关注空间恶劣热真空环境下光学系统及光机结构的动力学特性, 保障了相机在空间的稳定运行并获得高清晰度图像。

大型太阳辐射模拟装备, 是为了保证卫星在空间温度环境下正常运行, 而事先在地面进行热真空试验的一项巨大工程。随着卫星体积的增大, 相应地必须扩大在地面进行环境试验的规模。1967年, 在王大珩的组织领导下, 长春光机所承担大型太阳模拟器的总体设计、加工、组装及检测。为了达到规定的光照均匀度, 专门开展了特殊的照明光学设计, 如聚光、准直及光学积分器的多种方案比较研究。在采用多个点弧灯的拼接设计中, 基于后期光源输出功率的新变化, 王大珩毅然决定将原方案的37个灯改为19个灯, 从而大大简化了工程结构, 提高了运行的可靠性和可操作性, 取得了满意的实验结果。

1983年, 王大珩调任中国科学院技术科学部主任, 1983年至1987年兼任中国科学院空间科学技术中心主任、总工程师, 参与领导中国科学院卫星工程, 为我国载人航天工程有关科学技术领域的发展起到了推动作用。1985年王大珩被选为国际宇航科学院 (IAA) 院士。

1984年美国总统里根提出开展中美太空科学与应用合作建议, 王大珩积极支持并参与由国家科委牵头的中美合作相关工作。1988年春, 以美国为首发起国际空间年 (ISY) 活动。1989年, 第44届联合国大会正式宣布1992年为国际空间活动年。美方邀请我国参加并作为发起国, 王大珩受命代表我国参加这项工作。我国为此成立了国际空间年中国筹委会 (ISY-CPC) , 王大珩任主任委员。

四、在发展我国激光科学技术上的突出贡献。

20世纪60年代初, 激光科学在世界上初露锋芒。王大珩敏锐地预见到激光科学的发展前景。1961年9月, 我国第一台红宝石激光器诞生于长春光机所。1964年, 我国第一个激光专业研究所 (上海光学精密机械研究所) 成立, 他兼第一任所长, 组织并指导了激光科研的深入开展。

1986年, 在国家高技术研究发展计划 (“863计划”) 中, 他坚持列入强激光技术主题, 其后, 国内建立了强激光联合实验室。他与几位核科学家及激光专家向国家提出开展激光核聚变研究的建议, 得到中央领导的支持, 使我国成为拥有该类设备的少数几个国家之一。

五、在光学教育事业的贡献。

王大珩热心教育事业。1952年, 他建议在大学设立光学仪器专业, 浙江大学光学仪器系是最早在国内成立的。1958年, 王大珩倡导创办了我国第一所光学高校--长春光学精密机械学院 (现为长春理工大学) , 并兼任院长。1978年, 王大珩受中国科学院委派, 筹办哈尔滨科学技术大学 (现为哈尔滨理工大学) , 兼任校长, 得到过他的工作指导和学术上受过他的教益的人, “桃李满天下”, 遍布全国。

六、在发展我国色度事业的贡献。

20世纪70年代初, 我国着手发展彩色电视广播事业。为培养彩电专业人员, 1973年广播事业局在长春及西安举办了彩色电视学习班。王大珩编写了《彩色电视中的色度学问题》一书, 指导设计了彩色电视摄像机中的分色棱镜, 解决了彩色电视中的彩色复现问题。他一直关心建立我国色度标准, 1988年在他的积极倡导下, 国家成立“全国颜色标准化技术委员会”, 他任第一届委员会主任委员。1994年, 由他主持的“中国颜色体系问题研究”课题组制定的《中国颜色体系》、《中国颜色体系样册》正式通过作为国家标准公布实施。在他的倡议和推动下, 《国旗国家标准》、《国旗颜色标准样品》等国家标准制定、制作完成。

若干新兴学科的开拓与创建人

王大珩不仅是中国光学之父, 他还开拓若干重要新兴学科, 着重谈四个方面。

一、在发展我国遥感事业的贡献。1976年, 由中国科学院和国防科工委联合组织, 王大珩主持编写了全国第一个遥感科学规划, 推动了我国遥感工作的迅速发展。在他的主持下, 实施了“地球资源光谱信息及其应用”研究计划。由我国十多个单位参加的全国范围野外测试历时三年, 完成了包括岩矿、水体、土壤、植被、农作物等多方面的地物光谱测量。为中国遥感卫星地面站系统成为国家空间信息的基础设施和全国广大遥感用户的技术支撑体系做出重要贡献。

二、王大珩是我国计量科学研究的重量开拓者。20世纪50年代, 国家计量局初建, 他被聘为技术顾问。当时他在仪器馆, 指导开设了光度、温度、长度、电学等计量基准研究课题, 多次代表国家计量局出国考察。1977年, 我国参加国际米制公约组织, 王大珩代表中国参加国际计量大会和国际计量委员会工作。从1979年至1992年, 他当选为国际计量委员会委员, 连任三届达13年之久。1978年中国计量测试学会成立, 他当选为副理事长, 1983年当选为理事长。

三、王大珩特别关心我国仪器仪表事业的发展。1956年国家制订十二年科技远景规划时, 他是仪器仪表事业规划的主要执笔人, 任国家科技委员会仪器仪表专业组组长。1979年中国仪器仪表学会成立后, 王大珩担任理事长和名誉理事长。他组织专家向国家提出“关于加快仪器仪表工业发展的几点建议”, 指导中国仪器仪表学会组办多国仪器仪表学术会议暨展览会 (MICONEX) , 多年来MICONEX成功举办, 已发展成为享誉国际的知名盛会。

2000年, 王大珩再次与专家们联名向国务院领导提出加快仪器仪表工业发展的建议。并指导写出“加快我国仪器仪表产业发展的对策与建议”的研究报告。

王大珩精辟地指出:仪器仪表是对物质世界的信息进行采集、测量、处理与控制;是保证安全生产与规模化生产的技术手段和基础设施;是信息产业的源头和重要组成部分。对发展科学技术及国民经济乃至国防建设都具有战略意义。

四、领导支持我国办公自动化事业并为其发展做出主要贡献。王大珩院士从1998年担任办公自动化国际学术研讨暨展览会 (简称OA大会) 名誉主席以来, 每届国际OA大会他都同与大会组委会主要成员就如何提高我国办公自动化水平和工作效率等方面的问题进行研究讨论。领导大会组委会讨论根据我国社会经济发展需求的关键问题, 来确定大会主题, 研究如何通过学术讨论、经验交流与实现现代信息技术的应用, 取得实效。

1998年, 王大珩题词:“推广先进经验, 开发信息资源”。王大珩提出, 在建设办公自动化之初, 应注意标准化和规范化问题, 才能有效的实现信息交流, 为推进办公自动化的发展指明方向。

王大珩2000年题词:“顺应时代发展新形势, 交流促进办公信息化”。在他的推动下, OA大会积极开展:电子政务、电子商务、数字北京、数字校园、智能交通、管理信息系统建设与应用, 促进OA产业链的产、学、研、用 (户) 。

2003年非典刚解除, 王大珩提出, 以社会防范应急为本届大会主题, 亲自给卫生部、民政部、国家环境保护总局、国家安全生产监督管理局主要领导写报告组织应急会议, 得到各部的热烈赞许和积极支持。是全国的首次应急科技大会, 是在“非典”隔离刚解除的三个月内召开的, 会议有12个大会报告、15个专题报告, 对应急问题的讨论非常热烈。通过会议大家认为应急系统的建设和实施是构建和谐社会的重要内容, 关系国家人民生命、财产, 国家安全生产、社会经济发展的大事。在社会上引起了强烈反响, 得到很好的效果。

王大珩十分重视OA大会的组织建设, 积极举荐人才, 以加强领导。1998年推荐国务院发展中心邓寿鹏局长为OA大会执行主席;2003年推荐中国工程院邬贺铨院士为OA大会常务副主席, 2005年担任OA大会主席, 以进一步加强OA大会组织力量, 提升OA大会的平台。

王大珩在每次大会, 总是坐在前排, 在仔细听取大会发言后, 以讨论式、启发式讲话, 他那平易近人、落地有声、句句坚真, 令人受益, 给大家留下了深刻的印象。

国家科学事业发展重大战略决策倡导者

1983年, 王大珩任中国科学院技术科学部主任。积极倡导学部委员就国家重大科技问题提出建议。这些建议超脱部门利益, 具战略性和前瞻性, 得到高层领导和有关部门的重视、采纳和实施, 发挥了重要作用, 产生了深远影响。

一、关于发展国家战略性高技术“863计划”的建议

1986年3月, 王大珩等科学家鉴于美国战略防御倡议 (SDI) 和西欧“尤里卡计划”等高技术计划对世界引起的反应, 联名向国家领导提出“关于跟踪研究外国战略性高技术的建议”。该项建议首先得到邓小平的肯定, 批示:“这个建议十分重要……此事宜速作决断, 不可拖延”。中央考虑高技术在整个国民经济发展中的重要意义, 确定了“有限目标, 突出重点, 军民结合, 以民为主”的指导思想。由国务院科技领导小组组织全国200多位科学家, 经过一系列会议和讨论, 拟定了我国《高技术研究发展计划纲要》 (简称“863计划”) 。这个计划的主要目的是在选定的生物、航天、信息、自动化、新材料、新能源、激光等七个高技术领域内, 跟踪世界先进水平, 通过不断创造和实践, 缩小同发达国家的差距。“863计划”的形成和实施已见实效, 对我国科技发展有着深远的影响。

二、关于倡议建立中国工程院的建议

王大珩有远见地考虑工程技术在国家建设中的地位和作用, 与其他科学家联名于1981年、1986年和1989年, 提出建立国家级的工程技术院的建议。1992年4月, 王大珩等五位学部委员 (院士) , 联名向中央提出《早日建立中国工程与技术科学院的建议》, 这一建议得到江泽民的批示, 不久中央和国务院批准建立中国工程院。

三、关于发展我国大型飞机的建议

王大珩对我国航空工业的发展曾经给予极大关注。他在审查“863计划”时, 发现航空技术在国家高技术里没有体现。1995年, 他与几位科学家联名向国家提出《关于将航空技术列入重点科技领域的建议》。此后, 多次发起组织以“我国航空科学技术发展战略”为主题的讨论会, 并向国家领导人呈送《抓紧时机振兴我国航空工业的若干建议》及《我国大型军用飞机的发展思路》等报告。2003年5月25日, 北京正值“非典”肆虐时期, 温总理去王大珩家征询对发展大飞机的意见。经过多次专家论证, “大型飞机”正式纳入国家中长期科技规划16个重大专项之一。

四、关于发展高科技及实现产业化

1993年10月中国高科技产业化研究会在京成立, 王大珩被推选为第一届理事长。

王老对高科技产业化有一系列的精辟论述, 十分深刻。他说:“在激烈的国际竞争中, 我们要立足于世界强国之林, 必须不失时机地发展壮大自己的高科技, 把高科技的研究成果转化为生产力, 实现产业化。”“我个人认为, 高科技产业化应该在三个方面发挥作用:一是开发新的高新技术产品, 目的是形成新的工业;二是用高新技术对传统工业进行技术更新和改造;三是对有重大社会效益的项目用高新技术去建设和改造。”

逝世周年 篇9

1962年休斯研究实验室美国物理学家赫尔沃斯(Robert Willis Hellwarth,1930.12.10—)和麦克鲁尔(Fred J.Mc-Clung)在红宝石激光器的谐振腔内采用了可外部控制的克尔盒(电光元件亦可采用普克尔斯盒,即Pockels cell[1]),通过控制反馈保持了一个巨脉冲,从而研制成功把红宝石激光器用作巨脉冲发生器的电驱动Q开关技术(Q-switc-hing,又称调Q技术。与同样用来产生激光脉冲的锁模技术相比,该技术的重复率、脉冲能量和持续时间更长。有时,这两种技术会同时使用)[2~3],这为激光器向大功率和高能量单短巨脉冲的发展打开了门户。1964年贝尔实验室哈格罗夫(Logan Ezral Hargrove)小组等研究成功激光锁模技术[4~6],应用该技术可产生高质量的脉冲输出用于精密测量。1965年美国霍尼韦尔(Honeywell)公司研究人员莫克尔(Hans W.Mocker)和明尼苏达大学柯林斯利用Q开关技术周期性地调节红宝石激光器谐振腔内部的损耗,首次实现了巨脉冲振幅调制的被动锁模,可将脉宽压缩到10ns以下[7],开辟了物理学和化学研究的一个全新领域。1966 年康涅狄格州联合航空研究实验室(United Aircraft Research Labs)美国籍意大利裔物理学家迪玛利亚(Anthony John DeMaria,1931.10.30—)小组利用钕玻璃激光器和饱和吸收器,借助主动锁模技术首次获得皮秒(picosecond,1ps=10-12s)级超短激光脉冲[8],科学家们利用皮秒脉冲技术可直接探测观察到半导体中的载流子运动。机械或电动快门式高速相机拍摄一张照片的最快极限时间是1纳秒(nanosecond,1ns=10-9s),2014年8月10日东京大学和庆应义塾大学研究人员在 《自然·光子学》杂志网络版上报告说他们已研发出连拍速度极快的相机,每拍一张照片的时间还不到1ps。

1963年马萨诸塞州布兰迪斯大学(Brandeis University)列姆皮基(Alexander Lempicki)等人报道了首台(非光泵浦)有机染料激光器(organic dye laser,613.1nm)。[9]1966年IBM托马斯 · 沃森研究中心索洛金和兰卡德(John R.Lankard,Sr.)利用巨脉冲红宝石激光器泵浦氯化铝酞菁CAP (chloro-aluminium phthalocyanine)和花菁类染料溶液, 共同发明4ELS光泵浦有机染料激光器(755.5nm)[10~11],这是世界上首台频率连续可调的激光器,为发展可调谐激光器奠定了基础;同年德国马尔堡大学物理化学研究所物理学家西菲亚(Fritz Peter Schfer,1931.01.15—2011.04.25)小组也独立地发明了这种多波长染料激光器。[12]染料激光器后被应用于超快光学和光谱学领域,西菲亚的专著 《染料激光器》(Dye lasers,1973)是可调谐激光器领域的经典之作。1966年通用电话和电子学实验室公司(General Telephone & Electronics Labs Inc.)列姆皮基等人利用掺钕氯化氧硒(SeOCl2∶Nd3+,氯化氧硒是剧烈的糜烂性毒剂)为工作物质发明无机液体激光器(inorganic liq-uid laser,1.055μm)。[13]1967 年可见光染料激光器问世,随即Korad公司索佛尔(Bernard H.Soffer) 和麦克法兰(Bill B.McFarland)发明了宽波段连续可调的有机染料激光器。[14]1970年美国伊士曼柯达(Eastman Kodak)公司研究实验室彼得森(Otis G.Peterson)小组发明了输出CW的有机染料激光器。[15]在1972年蒙特利尔第7届国际量子电子学会议(会期:5月8~11日)上,贝尔实验室科学家首次报告被动锁模输出CW的染料激光器,稍后正式发表相关论文。[16]1982 年MIT林肯实验室莫尔顿(Peter Franklin Moulton,1946.05.27—)在慕尼黑第12届国际量子电子学会议(会期:6月22~25日)上报告:利用碰撞锁模技术,已开发出掺钛蓝宝石(Al2O3∶Ti3+) 激光器,能实现660~1180nm宽波长连续可调并利用它可产生短于100fs的超短激光脉冲,钛蓝宝石激光器可用于取代可调谐超快激光应用的染料激光器,是当今实验室里最常用的飞秒激光器。[17]1987年贝尔实验室贝克尔(Philippe C.Becker)小组利用脉冲压缩技术和碰撞锁模技术从染料激光器获得6fs超短脉冲输出。[18]2003年哈佛大学工程与应用科学学院马祖尔(Eric Mazur,1954.11.14—)教授用飞秒脉冲施行 “分子外科手术”,在不破坏分子的前提下改变分子间的关联结构。

1963年美国光谱物理公司(Spectra-Physics Inc.,1961年9月8日由5位具有科学家和工程师背景的企业家二次创业时所创建,曾是美国最大的激光制造商)加拿大物理学家威廉·贝尔(William Earl Bell,1921—1991)发明了汞离子激光器(属气体激光器)[19],同年美国加州能量系统公司(Energy Systems Inc.)研究人员希尔德(H.G.Heard)研制成功纵向放电激励氮分子(N2)激光器(337.1nm)[20],它是首台紫外波段脉冲激光器。1964年休斯研究实验室美国物理学家布里奇斯(William Bill Bridges,1934—)发明了脉冲氩离子激光器(其最强的2 条谱线是488.0nm和514.5nm)[21],它是当今实验室光谱分析的标准激光器,同年贝尔实验室美国物理学家尤金 · 戈登(Eugene Irving Gordon,1930.09.14—2014.09.15)小组进一步地发明了一系列输出CW的离子激光器[22],氖和氧等其他离子激光器(267.7~799.3nm)也陆续研制成功[23],1967年问世的氦铬离子激光器可辐射441.6nm的深蓝色激光。1964年贝尔实验室印度电气工程师佩特尔(Chandra Kumar Naranbhai Patel,1938.07.02—)博士发明了首台高功率激光器———放电激励CO2激光器(次年佩特尔又研制出200 W的CW CO2激光器),它通过分子振动—转动能级间的跃迁可辐射10.6μm的激光束[24~25],这是现今常用的大功率气体激光器,它是被应用于机械加工、医疗手术刀、光学和非线性光学领域最广泛的一种激光器。1966年马萨诸塞州Avco Everett研究实验室工程师格里(Edward T.Gerry)和康特罗维茨(Arthur Robert Kantrowitz,1913.10.20—2008.11.29)研制成功基于CO2的气体动力激光器GDL (gasdynamic laser,其连续输出功率最高现可达几百kW),1975年美国福特汽车公司首先将输出功率6kW的CO2激光器用于自动流水线的焊接工序。1964年4月贝尔实验室美国物理学家戈依西克(Joseph Edward Geusic,1931.11.21—)小组发明了卤钨灯泵浦在室温下输出CW的掺钕钇铝石榴石YAG (yttrium aluminium garnet,Y3Al5O12∶Nd3+)激光器(1.064μm,1962年6月贝尔实验室曾报告过首台YAG激光器)[26~27],其阈值低、增益大,是目前中小功率固体激光器中性能最好和应用最广的一种激光器。1972年普朗克固体物理和材料研究所(斯图加特)德国物理学家丹尼迈尔(Hans Günter Danielmeyer,1936.03.05—) 和奥斯特迈耶(Frederick W.Ostermayer,Jr.,1937.08.12—2012.06.29)采用半导体激光二极管(LD)泵浦YAG∶Nd3+固体激光器,首次实现了在室温下工作的全固态激光器DPSSL (diode pumped sol-id state laser,简称为DPL=diode pumped laser),它综合了固体激光器和半导体激光器各自的优点。[28]

加拿大籍德国裔物理化学家波拉尼(1987CH33)最早提出制造化学激光器的可能性[29],1964—1965年UCB科学家凯斯帕(Jerome V.V.Kasper, 西德人) 和皮蒙特(George Claude Pimentel,1922.05.02—1989.06.18) 发明三氟碘甲烷(CF3I)/碘甲烷(CH3I)脉冲光解碘原子化学激光器(1.3μm)[30]和氯化氢(HCl) 化学激光器(3.7μm)[31],为激光器的研制开辟出一个全新领域,因其输出功率大而引起军方的关注和重视。1977年新墨西哥州美国空军武器实验室麦克德莫特(William Edward McDermott)小组研制成功输出CW的化学氧碘激光器COIL (chemical oxygen iodine laser,1.315μm)[32],它是一种运转在电子态跃迁的高功率化学激光器,具有转化效率高、输出功率大、波长短和毒性小等优点,适宜于光纤传输,在军事和工业上可一展身手。1999年美国空军研究实验室的赫伯林(John M.Herbelin)小组研制成功全气相化学碘激光器AGIL (all gas-phase chemical iodine laser)。[33]

由于激光的单色性、高强度和短脉宽等优异特性,自然地成为同位素分离的理想光源。1964年法国物理学家罗比欧克斯(Jean Robieux,1925.10.15—2012.06.14) 等人系统地论述了激光分离同位素的问题[34],1967年肖洛小组首次用激光进行了分离同位素的尝试[35],1970年迈耶(Stan-ley W.Mayer)小组首次利用氟化氢气体激光器成功地分离出氢的同位素氘。[36~37]

1966 年美国犹他大学物理学家萧法斯特(William Thomas Silfvast,1929.04.08—)小组发明了金属蒸气激光器MVL (metal-vapor laser),他所发明的氦镉金属蒸气激光器是当今实验室里最常用的紫外连续激光器,它输出波长为325nm的紫外激光谱线功率可达30mW以上。[38]美国技术研究集团TRG (Technical Research Group,1970年被控制数据公司兼并而解散) 公司威廉 · 沃尔特(William T.Walter)小组对碱金属(铜) 蒸气激光器(绿光510.6nm,黄光578.2nm)的发明亦作出过贡献。[39]

1969年美国施乐公司帕洛阿尔托研究中心PARC (Palo Alto Research Center) 工程师斯塔克维斯(Gary Keith Starkweather,1938.01.09—,被誉为 “激光打印机之父”)演示了激光束控制的静电复印机,1971年他通过修改一台施乐复印机而研制出世界上首台激光打印机。1976 年7 月(1975年4月15日宣布)IBM公司推出世界上首款商用激光打印机IBM 3800 Model 001,体积大且笨重;1977 年施乐公司推出其首款商用激光打印机Xerox 9700,其通用性更强,打印速度是120ppm (pages per minute);1979年日本佳能(Canon)公司推出首款使用半导体激光器的激光打印机;1984年美国惠普(Hewlett-Packard,HP) 公司发布其首款桌面激光打印机HP LaserJet Classic,随后高质量和低成本的HP LaserJet激光打印机迅速成为世界上最流行的个人桌面激光打印机。

1969年7月21日,乘坐 “阿波罗11号” (Apollo 11,7月16日13:32:00UTC在佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,7 月20 日20:17:43 UTC登陆月球,7 月24 日16:50:35UTC返回地球)登月的宇航员阿姆斯特朗(Neil Alden Armstrong,1930.08.05—2012.08.25, 其左脚最早登月时刻是7月21日02:56:15UTC)和奥尔德林(Buzz Aldrin, 原名Edwin Eugene Aldrin,Jr.,1930.01.20—,具体踏足月球时刻是7月21日03:15:16 UTC)在月球上的 “宁静海”登陆后,将月球激光反射镜留在 “月球行走者”(Moon walker)上,利用红宝石激光测距仪产生的激光脉冲回波就可精确测量地球和月球之间的距离。

1970年前后科学家们通过对染料激光器的研究发现,谐振腔可以通过内置光栅的分布式反馈DFB (distributed feedback)来实现,由此而提出DFB激光器的概念。1971年贝尔实验室工程师科格尔尼克和香克(Charles V.Shank,1943.07.12—)在DFB结构实验中首次观察到激射现象[40],次年他俩运用电磁场的严格耦合波RCW (rigorous coupled-wave)理论系统地分析了DFB激光器的工作原理和特性,提出它存在折射率耦合和增益耦合2 种反馈方式。[41]1973 年通过光泵浦GaAs周期性金属栅表面,日立(Hitachi) 公司中村道治(Michiharu Nakamura,1942.09.09—)小组研制成功首台DFB半导体激光器[42],其后不同材质制作的DFB激光器陆续问世。DFB激光器现有DFB半导体激光器和DFB染料激光器两类,其与众不同之处是内置光纤布拉格(布拉格父子=亨利·布拉格+劳伦斯· 布拉格=1915PH21+1915PH22) 光栅FBG (fiber Bragg grating)来构成谐振腔,利用光栅的分布式反馈来实现纵模选择。与普通半导体激光器相比,它具有单纵模、低损耗、带宽窄、波长可调谐和频率稳定性好等突出优点,被广泛应用于长距离光通信领域。液晶激光器LCL (liquid-crystal laser)通常以激光染料作为工作物质,以光源作为泵浦源,以液晶作为提供反馈的谐振腔,其中常用的液晶材料是胆甾相液晶CLC (cholesteric liquid crystal,又称螺旋状相液晶)。1978 年前苏联科学家库赫塔列夫(Nickolai V.Kukhtarev)从理论上分析了利用胆甾相液晶作谐振腔,以激光染料作为工作物质的DFB激光器[43],自此开始胆甾相液晶激光的研究。1980 年前苏联伊尔基钦(Igor P.Ilchishin)小组首次报道研制成功可调染料掺杂胆甾相液晶激光器。[44]

1960年荷兰—奥地利—德国原子和核物理学家豪特曼斯(Friedrich Georg ″Fritz″ Houtermans,1903.01.22—1966.03.01)首先提出将准分子作为激活介质以实现激光振荡的建议。[45~46]1970 年巴索夫小组利用强电流电子束激励液态氙,获得Xe2*准分子激光输出,从而发明了(无机)准分子激光器(excimer laser,172nm)[47~50],为开拓紫外尤其是真空紫外激光器开辟了新途径。1975 年5 月15 日Avco Everett研究实验室工程师布劳(Charles A.Brau,1938.11.04—)和尤因(James J.Ewing) 发明了稀有气体卤化物XeF准分子激光器(354nm)[51],氟化氪(KrF)准分子激光器(193nm)已成为现代大规模集成LSI (large-scale integration)电路和超大规模集成VLSI (very LSI)电路光刻的主要光源。

自由电子激光器FEL (free-electron laser)是利用高速运动的自由电子将动能转变成激光能量来工作,其运行机制不同于普通激光器,它是所有激光器种类中最为复杂的一种。1951 年斯坦福大学物理学家莫兹(Hans Motz,1909.10.01—1987.08.06)首先提出可用一个磁摆动器(又译为波荡器,undulator)使高速电子束通过时形成周期性摆动,条件合适时就会产生相干电磁辐射。[52]1971年斯坦福大学物理学家马戴(John M.J.Madey,1943—) 在 《周期性磁场中的受激轫致辐射》一文中首先提出了自由电子激光的概念[53],1977年斯坦福大学迪肯(David A.G.Deacon)小组发明了自由电子激光器(3.4μm),电子的每一次反射都向电磁场辐射能量,它在红外波段相当宽的频率范围内是连续可调的。[54]1895 年11 月8 日德国物理学家伦琴(1901PH)首先发现X射线,其波长一般在0.01~10nm,对应频率范围是3×1019Hz (即30EHz)~3×1016Hz (即30PHz)。根据X射线波长的不同,一般可分为超硬X射线(<0.01nm)、 硬X射线(0.01~0.10nm)、 软X射线(0.1~1.0nm,有时亦取0.5~1.0nm)和超软X射线(>1nm,又称浅层X射线)四类,波长越短其能量越大,穿透力越强。X射线激光器XFEL (X-ray FEL=X-ray la-ser,即Xaser)实质上就是一种特殊的自由电子激光器。1967年贝尔实验室杜瓜伊(Michel A.Duguay,1939.09.12蒙特利尔—)等人首先提出基于原子内部壳层电子光电离产生粒子数反转以实现X射线激光的机制并申请了美国专利[55~56],但由于此方案需要一个极高功率的泵浦源,故一直无法实现。此后虽有多人曾声称研制出X射线激光器,但都被否决,故文献[57]P2 中的 “1967 年,Duguay和Rentzepis研制出第一台X射线激光器”描述有误。1980年英格兰赫尔大学(University of Hull,1927 年成立,原名University College Hull,1954年5月13日取得皇家特许状和独立大学资格) 物理学家珀特(Geoffrey James Pert,1941.08.15—)小组通过FEL首次观察到X射线激光辐射。[58]1984年10月29日,在波士顿举行的美国物理学会等离子体分会上,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和普林斯顿等离子体物理实验室PPPL (Princeton Plasma Physics Labora-tory,1961年创建)的研究人员共同宣布研制成功软X射线激光器SXFEL (soft X-ray FEL):[59](1)LLNL实验室利用当时世界上最大的Novette激光装置[1983年建成,属激光泵浦钕玻璃激光器,不久即被1984年建成的更大功率的Nova固体激光器(1999年被拆除)所代替]产生的两路激光,采用电子碰撞激励机制中的类氖离子法,通过激光等离子体中的自由电子和离子碰撞,从两面聚焦在高Z (原子序数)材料硒(Se) 箔膜靶上, 首次成功地在20.63nm和20.96nm波长上产生了高增益的软X射线激光(严格意义上说应是极短紫外激光)[60~61],改用高Z材料钇(Y)箔膜靶则得到15.49nm和15.72nm两条谱线。[62](2)PPPL实验室采用CO2激光照射—强磁场约束的三体复合激励法,在CO2激光器照射碳靶(C4+)产生的等离子体柱中首次观察到18.2nm的激光增益现象。[63]它们都是核聚变研究的副产物。核泵浦X射线激光器作为激光武器的应用前景早已引起各国军事部门的密切关注。1992年中佛罗里达大学电光学和激光研究中心(CREOL)萧法斯特小组对软X射线激光器的应用和研究作出过重要贡献[64],萧法斯特是有影响力的教科书 《激光原理》 (Laser Fundamentals,2004年,剑桥大学出版社)的作者。

美国能源部直线加速器相干光源LCLS (linac coherent light source)工程由以下3个实验室合作组织并共同实施:(1)斯坦福直线加速器中心SLAC (Stanford Linear Accelerator Center)创建于1962年,2008年10月起更名为SLAC国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory,简称仍沿用SLAC),负责加速器系统。(2)阿贡国家实验室ANL (Argonne National La-boratory,1946年7月1日成立),负责波荡器系统(undulators system)。(3)利弗莫尔国家实验室(LLNL),负责X射线光学系统,2001年它研制成功固体热容激光器SSHCL (solid-state heat-capacity laser)。2009年4月世界上首台亚纳米波段硬X射线激光器HXFEL (hard X-ray FEL,即LCLS)在SLAC建成。经精确调谐,LCLS可提供波长为0.12~2.60nm的100fs级硬X射线激光脉冲,其亮度比第三代同步辐射光源高10亿倍,是目前波长最短、能量和亮度最高的X射线,这一成就具有划时代的意义。[65~67]

1974年贝尔实验室物理学家查尔斯 · 亨利(Charles Howard Henry,1937.05.06—,时任半导体电子研究部负责人)小组发现双异质结激光器的量子阱效应(双异质结忽略渐变态就构成量子阱,由一个势阱构成的量子阱结构称单量子阱SQW,由多个势阱构成的量子阱结构称多量子阱MQW)并获得美国专利。[68~69]1975年贝尔实验室物理学家范德惹尔(Jan P.van der Ziel)小组采用分子束外延MBE(molecular beam epitaxy)技术,首先用GaAlAs/GaAs类材料制成半导体量子阱激光器QWL (quantum well laser),当时它须在液氮温度下才能较好地振荡。[70~71]1978 年伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校(UIUC)物理学家何伦亚克及其罗克韦尔国际公司(Rockwell International Corp.) 的学生们协作研制成功电泵浦注入式量子阱激光器[72],它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能。1979 年何伦亚克小组又报告了首台多量子阱半导体激光器。1990 年美国人研制的畸变量子阱激光器的开关速度高达280亿次/秒,这是激光器有史以来可达到的最高开关速度。1971 年前苏联物理学家卡扎林诺夫等人首先提出量子级联激光器QCL (quan-tum cascade laser) 的概念[73],1994 年贝尔实验室费斯特(Jérme Faist)小组(包括华裔物理学家、电气工程专家、MBE之父、1993年美国国家科学奖得主卓以和博士)发明了量子级联激光器[74],开创了利用宽带隙半导体材料研制中远红外半导体激光器的先河,这是半导体激光领域的又一次革命性进展。量子级联激光器集量子工程和分子束外延(MBE)技术于一体。同年前苏联约飞物理技术研究所物理学家勒当索夫(Nikolai Nikolaevich Ledentsov,1959.05.03—)小组研制成功自组织量子点激光器(self-organized quantum dots laser)。[75~76]贝尔实验室美籍华裔科学家曾焕添(Won-Tien Tsang) 博士将MBE和金属有机物化学气相沉积法MOCVD (metal organic CVD)的主要优点相结合于1984年发明了一种新的外延生长技术———化学束外延CBE (chemical beam epitaxy)[77],因CBE反应炉设计方面存在一些问题有待解决,CBE尚未像MBE那样得到广泛认可。

1974年6 月26 日在美国俄亥俄州迈阿密县(Miami county)特洛伊市(Troy city) Marsh超市上市的箭牌(Wrigley)公司黄箭牌口香糖(1盒10条包装)是最早使用条形码的商品,激光条形码扫描器的使用标志着激光开始进入大众商品领域。世界上首张CD唱片是1978年美国著名歌手比利·乔尔(William Martin Billy Joel,1949.05.09—)的专辑 《第52 街》 (52nd Street)。由美国MCA (Music Corporation of America)公司(曾与菲利普公司合作)制造的首台激光影碟LD播放机于1978年12月15日在亚特兰大上市,价格昂贵且影响不大。1979 年3 月8 日荷兰菲利普(Phillips)公司在艾恩德霍芬市(Eindhoven)演示了首个基于激光光盘(CD)的数字音乐播放系统,1982年10月1日首款商用音频CD (audio CD)播放机Sony CDP-101在日本索尼(Sony)公司问世,它揭开了数字音频革命的序幕。1993年视频光盘(VCD) 面市并由索尼、菲利普、日本松下(Matsushita) 和日本胜利株式会社JVC (Victor Company of Japan)实行标准化。1995年日本东芝(Toshi-ba)公司推出数字多用途光盘DVD播放器(采用650nm半导体激光器和12cm碟片)并实行DVD标准化。

1979年东京工业大学双田晴久(Haruhisa Soda) 和伊贺健一(Ken-ichi Iga)小组发明垂直腔面发射激光器VC-SEL (vertical cavity surface emitting laser)[78],输出的激光束垂直于腔面,具有低阈值电流和圆光束截面单模等特征,1985年成功实现电泵浦室温连续工作。[79]1993 年贝尔实验室光学物理学研究室负责人斯鲁施尔(Richart Elliott Slus-her)通过大面积集成,研发出垂直腔面发射二维LD阵列[80],其单个激光器的直径仅几微米,故被称为 “微激光器”[81],这是半导体激光器发展史上的又一个里程碑。1994年德国斯图加特大学物理学家吉森(Adolf Giesen,1946—)小组发明了半导体泵浦的薄片型固体激光器(thin-disk la-ser)[82],大大提高了激光器的输出功率和光束质量,2007年时单片激光发射的功率已超过5kW。

1985年纽约州罗切斯特大学(University of Rochester)激光动力学实验室物理学家斯特里克兰(Donna Strickland)和穆鲁(Gerard Mourou) 共同发明啁啾脉冲放大器CPA(chirped pulse amplification)[83],从而成为超快超强激光领域的先驱。利用CPA可获得太瓦(1TW=1012W)级短脉冲。因采用CPA和光参量啁啾脉冲放大OPCPA (optical parametric CPA)等技术,高强度和超短脉冲激光的发展非常迅速,啁啾脉冲放大技术已成为实现大功率超短脉冲激光的关键技术。1996年LLNL研制成功首个峰值功率高达拍瓦(1PW=1015W)级的脉冲激光器,次年该实验室运用拍瓦级飞秒超强激光脉冲产生了反物质,诱导出百万电子伏特(106eV)级的核反应,原来这是需要大型粒子加速器才能实现的。2001年德国比勒费尔德大学(Bielefeld Universi-ty)德雷舍(Markus Drescher)小组首次成功地利用阿秒激光脉冲探测到氪原子被X射线激发后,电子随时间的跃迁过程[84],阿秒激光相关科学现已成为超快科学研究的最前沿领域。2008年普朗克量子光学研究所(慕尼黑Garching,成立于1981年)运用超快激光脉冲照射氖,获得80as的极短脉冲(2014年时的最短纪录已达48as)。

2003年9月18日由美国NASA马歇尔航天飞行中心、德莱顿飞行研究中心(Dryden Flight Research Center,位于爱德华兹空军基地)和阿拉巴马大学组成的研究小组对模型机成功地进行了一次室内飞行测试,研制出激光动力遥控飞机。

2009年罗切斯特大学光学研究所高强度飞秒激光实验室郭春雷小组利用飞秒激光辐照金属表面,可获得有纳米结构覆盖的激光诱导的周期性表面结构NC-LIPSSs (nano-structure-covered laser-induced periodic surface struc-tures)。他们在辐照白炽灯的钨丝时发现NC-LIPSSs可大幅度提高灯泡的发光效率,利用飞秒激光技术加工后的灯泡所消耗的能量只约为普通灯泡的一半[85],这对提高能源利用具有重要的应用价值。

2010年奥地利因斯布鲁克大学研究小组成功研制出单离子激光器(又称单原子激光器),它既拥有经典激光器的特性,又拥有离子(原子)—光子相互作用的量子力学特性。[86]2011年德国科学家率先实现了用单原子存储量子信息(将单个光子的量子状态写入一个铷原子中,经过180μs后将其读出),此突破有助于科学家们研制出功能超级强大的量子计算机,并让其远距离联网构建量子网络。[87]

2010年由耶鲁大学华裔理论物理学家张毅东(Yidong Chong之音译)领衔的研究小组首先从理论上提出相干完美吸收器CPA [coherent perfect absorber,又称反激光器(anti-laser)]的概念[88],2011年由耶鲁大学应用物理学家曹惠(北京大学物理学系86级才女)领导的研究小组研制成功世界首个硅基反激光器而备受瞩目[89],该成果有助于硅基集成光子器件、光学通信和未来光学计算机的发展和应用。CPA产生于光学吸收和光学干涉的相互作用,是一种操控光波及其吸收的新方法。CPA系统具有光学过程上与一般光放大激光器存在时间反演关系,能够完全吸收相干入射光等反激光器特性。CPA将两束相同频率的光集中于含有一个硅晶片的谐振腔中,硅晶片作为 “损耗媒介”捕捉光波,直到光波在往返振荡过程中被完全吸收并转化为热量,即CPA能完全吸收入射激光束。2011 年美国研究人员在英国 《自然 · 光子学》杂志上报告研制成功世界上首个生物激光器(细胞激光器),他们首先利用基因工程改造人体的肾脏细胞使其表达源自水母的绿色荧光蛋白GFP (green fluorescent protein,因其荧光性,常在细胞生物学中作为标记物。GFP的发现和发展是2008年诺化奖的获奖成果),然后采用光照射在外置光谐振腔中得到了绿色激光束。[90]

文献[91]回忆了激光发明50年的历史沿革,现将笔者发现的该文差错指出并纠正如下: (Ⅰ)P448左侧 “在1969年开发出单模掺钕光纤放大器” 中的 “1969 年” 系“1996年”之误。(Ⅱ)P448左侧中将约翰森和纳桑1961年发明的掺钕钨酸钙(CaWO4∶Nd3+)激光器误为1964年才发明的掺钕钇铝石榴石(YAG∶Nd3+)激光器。(Ⅲ)P452左侧 “1995 年:W.Phillips在美国国家标准局运用激光冷却达到1mK的低温”中存在2处错误:(1)1988年时美国国家标准局(NBS) 已更名为国家标准和技术研究所(NIST);(2) “1 mK” 显然系 “1μK” 抑或是 “1nK” 之误,因为1995年年底时的世界极低温纪录已达3nK (刷新了当时的全球最低温纪录)[92],2003年时的世界纪录进一步地达到0.5nK[93],现已向pK数量级迈进。[94~95]

由于激光器的发明、发展及其在各学科中的应用而逐渐发展起来的物理学理论称激光物理学(laser physics),它主要研究激光器的基本原理、激光束的基本性质及相关理论。激光技术作为一门新兴科技,是20世纪现代物理学的一项重大成果,它是量子理论、无线电电子学、微波波谱学和固体物理学的综合产物,也是科学与技术、理论与实践紧密结合孕育出来的璀璨成就。其发展史充分表明物理学理论对技术发明的预见性,它本身的发展历程也大大促进和推动了现代物理学和现代科学技术的发展。以激光和半导体光电子为主流技术的近代光学已形成庞大产业。

2.9 光通信网络发展简史

通信技术领域主要涉及光纤通信、电缆通信和无线电通信,人们将通信的能力称为带宽,光纤通信是能够提供最大带宽的通信技术。

光导纤维(简称光纤,optical fiber/fibre) 是一种可以传导光的传输介质,它具有把光封闭在其中并进行长距离传输的功能。根据光传输模式的不同光纤分为多模光纤(线芯较粗,50~200μm,按其折射率的分布分为突变型和渐变型2种,现多为渐变型) 和单模光纤(线芯较细,3~12μm)2种。单模光纤只允许一种模式的光通过,传输带宽宽、色散低、损耗小,通常采用激光器做光源,价格较高,最适于长距离传输。多模光纤可在给定工作波长上传输多达数百种模式的光,可采用便宜的LED做光源,相应的耦合器和接线器价格低廉,适宜于中短距离和小容量的光纤通信系统。根据材质的不同光纤可分为塑料光纤(价格低廉)、玻璃光纤(价格较低)和石英光纤(价格较高,光损耗小)三种。光纤通信(简称光通信)则是指用光波作为载波携带信息,以光纤作为传输介质传送光波信号(介质光波导)的一种通信方式。

玻璃纤维(fiberglass或glass fiber)是一种性能优异的无机非金属材料,种类繁多。早在1713年法国物理学家列奥谬尔(RenéAntoine Ferchault de Réaumur,1683—1757,列氏温标首倡者)就制成过玻璃纤维织物。1926年12月30日纽约长岛RCA Rocky Point实验室美国电子工程师汉塞尔(Clarence Weston Hansell,1898.01.20—1967.10.01)在笔记本上归纳出光纤束成像原理并申请了利用玻璃光纤(实际上就是非常纤细的小棒)传输图像的美国专利。[96]

1948年贝尔实验室美国数学家、电子工程师和密码专家香农(Claude Elwood Shannon, 1916.04.30—2001.02.26,被誉为 “信息论之父”)发表著名论文 《通信的数学原理》[97],它奠定了现代通信理论的基础,标志着信息论(香农三大定理是信息论的基础理论)的正式诞生。

1951年美国光学物理学家奥布莱恩(Brian OBrien,1898.01.02—1992.07.01)和荷兰物理学家范海尔(Abra-ham Cornelis Sebastiaan″Bram″van Heel,1899.07.17—1966.05.18)分别独自提出石英光纤结构中 “包层” (clad-ding)的概念。1954年范海尔发现透明低折射率光纤包层的作用[98],同年英国物理学家哈罗德 · 霍普金斯(Harold Horace Hopkins,FRS,1918.12.06—1994.10.22) 和美国籍印度裔物理学家卡帕尼(Narinder Singh Kapany,FREng,1926.10.31—)合作,成功实现用一束1~2 万根纤维来传输图像[99],这是光纤发展史上的一个重大突破。1956年卡帕尼首创 “fiber optics” (光导纤维) 这一术语,被誉为 “光纤之父”(Father of fiber optics),高锟则是 “光纤通信之父”(Father of fiber optic communications,有时也简称为 “光纤之父”,实际上这并不妥当, 抑或可称之为“通信光纤之父”)。大数量纤维实现图像传输成功和光纤结构包层的应用标志着光纤作为一个新兴学科的诞生。

1966年英国标准电信实验室STL (Standard Telecommu-nication Labs Ltd.)物理学家高锟(1996年当选为中国科学院外籍院士)和工程师霍克哈姆(George Alfred Hockham,FREng,FIET,1938.12.07—2013.09.16)合作发表划时代的著名论文 《光频率介质纤维表面波导》[100],提出低吸收率石英基玻璃纤维(光纤)可用作光通信媒介,以解决双绞铜线的电话通信容量问题,建立了光纤通信物理模型(1963年西泽润一曾提出并初步实现了集束型玻璃光纤通信),描述了采用超纯硅低损耗(光损耗<20dB/km)单模光纤进行长距离(>100km,原有技术只能传输20m)和大容量(1Gb)光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性,此项重大研究成果是光通信和光电子学的重要里程碑,奠定了光纤通信的基础,开启了光纤通信的大门。1970年8月纽约州康宁玻璃厂(Corning Glass Works,现康宁公司Corning Inc.)的4位博士毛瑞尔(Robert D.Maurer,1924.07.20—)、彼得 · 舒尔茨(Peter C.Schultz,1942.12.03—)、 柯克(Donald B.Keck,1941.01.02—)和兹曼尔(Frank Zimar) 在化学气相沉积CVD (chemical vapor deposition)过程中采用新的处理方法(在纤芯中掺杂钛),根据高锟和霍克哈姆的思想首次成功研制出世界上第一根低损耗(波长633nm时达到16dB/km,掺杂物用锗替换钛,1972 年6 月康宁光纤产品损耗可达4dB/km)单模石英光纤样品(L=30m),标志着光通信技术的重大突破。加上同年贝尔实验室研制成功室温下连续工作的GaAlAs半导体激光器,故1970年常被称为光通信元年。康宁公司在这一重大突破的基础上研制出大规模生产光纤的工艺,引领了通信产业的革命,使得低成本、高容量光通信系统逐渐进入人们的日常生活。1973年首个光纤通信实验系统在贝尔实验室建成。光通信网络现已覆盖全球,构筑成信息高速公路。

采用OVD (outside vapor deposition)/MCVD (modi-fied CVD)/VAD (vapor axial deposition)/PCVD (plasma-enhanced CVD)法先制成预制棒,然后再拉成光纤,这已成为制造低损耗高质量石英光纤的常规方法。

光通信发展史上的五个发展阶段依次是:(1)第一代光网通信的标志:1977年5月世界上首个商用光通信系统由贝尔实验室在芝加哥2个相距7km的电信局街道之间敷设完毕,采用点到点的通信方式进行实况电话传输,光源是GaAlAs半导体激光器(0.85μm),多模渐变型玻璃光纤的光损耗是2.54dB/km,传输速率是44.736Mb/s,中继距离是8~10km,光电检测器采用硅材料的光电二极管。(2)第二代光网通信和第一代光网通信几乎是并行发展的,1981年建成。光源采用铟镓砷磷/铟磷(InGaAsP/InP)半导体激光器,波长延伸到1.31μm,多模渐变型石英光纤的光损耗是1dB/km,传输速率是140Mb/s,中继距离是20~40km,光电检测器采用锗材料的光电二极管。(3)第三代光网通信:始于1982年12月美国通信公司MCI (Mi-crowave Communications,Inc.,1963年10月3日成立)敷设纽约到华盛顿光纤系统时开始采用单模石英光纤,激光波长仍为1.31μm,光损耗是0.3~0.5dB/km,传输速率是1Gb/s,中继距离是50~60km。1988年12月14日首条横跨大西洋的海底光缆TAT-8由AT & T公司投入运行(2002年退役),长6100km,经由2对传输波长为1.31μm激光的单模光纤,可同时传输4万个声音信号,传输速率是2.5Gb/s,每67km经光—电—光中继一次。(4)第四代光网通信:1990年前后采用特种光纤(如色散平坦光纤和非零色散位移光纤等)传输DFB 1.55μm (此波长是单模石英光纤的最低损耗窗口)的激光,光损耗进一步降至0.2~0.3dB/km (如今光纤的衰减系数在波长为1.55μm时的最小值已达0.16dB/km,接近于理论极限值0.15dB/km),传输速率达10Gb/s,中继距离是80~150km。这个时期EDFA的应用成为光通信发展史上的重要里程碑。(5)1995年起已进入第五代高速光网通信阶段,随着波分复用WDM(wavelength division multiplexing)、光时分复用OTDM (optical time division multiplexing)、 稀疏波分复用CWDM (coarse WDM)和密集波分复用DWDM (dense WDM,可取代单信道EDFA)技术的发明和应用,可充分利用光纤带宽,有效扩充通信容量,用光波放大增长传输距离。DWDM技术可用来提高现有光纤骨干网上的带宽和容量,开启了光通信史上的又一次革命。1996年12月31日首条跨越太平洋的洲际海底光缆TPC-5建成使用,采用光放大器而无须光—电—光中继,可同时传输32万个声音信号,传输速率是TAT-8的8倍。1998年6月4日,全波光纤诞生标志着光纤历史的又一个里程碑。2001年时商用型光通信系统的速率已达10Tb/s,2014年8月8日中国 《科技日报》报道:丹麦科技大学研究人员利用特制的单一多芯(7芯)光纤研发出世界上最快(43Tb/s)的网络。

目前广泛使用的3 种光通信光源是半导体激光二极管(LD)、半导体发光二极管(LED)和动态单纵模DFB激光器,2种光电检测器是PIN结二极管和雪崩光电二极管APD (avalanche photo diode)。在目前使用的光通信系统中,普遍采用的是光强度调制———直接检测IM/DD (inten-sity modulation/direct detection)通信系统。

光孤子(soliton,又译为孤立波,一种非拓扑孤子)是指经长距离传输而保持其形状、幅度和速度都不变的超短光脉冲,这是由线性和非线性光学效应共同作用的结果,可分为空间光孤子(spatial soliton) 和时间光孤子(temporal soliton)2种。1980 年贝尔实验室工程师莫兰诺尔(Linn Frederick Mollenauer,1937.01.06—)小组通过实验方法首次在光纤中观察到光孤子脉冲。[101~102]1988年莫兰诺尔演示在4km单模光纤上进行光孤子的传输实验,可实现远距离传输信息而不衰减,极大地提高了光通信传输的效率。

1961年5月31日美国计算机科学家克兰罗克(Leonard Kleinrock,1934.06.13—,1963年获MIT电气工程和计算机科学PhD)向MIT提交了题为 《大型通信网络中的信息流》 (Information Flow in Large Communication Nets)的博士论文,在文中首次提出 “分组交换” (packet-switc-hing)的概念和理论,奠定了因特网(Internet,即互联网)最重要的技术基础。1969年10月29日22:30分在UCLA诞生的 “天下第一网”———阿帕网(ARPA Net)是因特网的前身, 罗伯茨(Lawrence Gilman Larry Roberts,1937.12.21—)、 卡恩(Robert Elliot ″ Bob″ Kahn,1938.12.23—,被誉为 “路由器之父”)和克兰罗克分别是阿帕网项目的技术负责人、总体结构设计师和首次联网实验组织者。

逝世周年 篇10

全息摄影术(holography)又称全息照相术,是一种利用光波的干涉原理以记录被摄物体反射(或透射)光波的振幅(强度)和相位信息并使之再现的专门照相技术。通过一束参考光和被摄物体上反射的光在感光胶片上叠加产生干涉条纹而形成。为了满足光的干涉条件,通常需要采用相干性好的激光作光源,且参考光束(reference beam)和物光束(object beam)要求是从同一束激光经分束器(beammsplitter)分离出来的高度相干光。感光胶片显影后成为全息图(hologram,即全息照片)。全息图不仅记录被摄物体反射光波的振幅,而且还能记录反射光波的相对相位。全息图并不直接显示物体的图像,在普通光源下看到的外观仅是干涉条纹,用一束激光或单色光在接近于参考光的方向入射,可在适当的角度上观察到原物体的立体图像(实像或虚像)。这是因为激光束在全息图的干涉条纹上衍射而重现原物体的光波,再现的图像具有三维立体感且十分清晰。因在摄制全息图时感光胶片上每一点都接收到整个物体反射的光,故全息图的一小部分就可再现整个物体。用感光乳胶厚度等于几个光波波长的感光胶片,可在乳胶内形成干涉层,这样制成的全息图可用白光再现(广泛应用于制作防伪标识)。如果用红绿蓝3种颜色的激光分别对同一物体用厚乳胶感光胶片摄制全息图,经适当的显影处理后,在白光(太阳光或灯光)下可观察到有立体感的彩色全息图。全息摄影术还可用于微波、红外线、电子波、声波(含超声波)和X射线等。

全息图的种类繁多,有许多不同的分类方法。如反射全息图(可用白光再现)和透射全息图(除平面全息图和彩虹全息图以外,一般只能用单色光再现)、平面全息图和体全息图、同轴全息图(如盖博全息图)和离轴全息图以及振幅全息图和相位全息图等。全息摄影术主要应用于全息三维记录和显示、全息电影和电视、全息光学元件(如全息透镜、全息光栅、全息滤光片、全息扫描器和全息分束器等)、全息显微术、全息信息存储和处理、全息干涉计量(如物体微小的形变和位移计量、无损检测和场流分析等)以及军事技术等方面。全息摄影目前主要有立体全息摄影和单面全息摄影2种方式。

1933—1948年盖博任汤姆森—休斯顿公司(位于英格兰沃里克郡拉格比Rugby)研发工程师,从事提高电子显微镜分辨率(当时技术可达到的理论值是0.4 nm,实际上只能做到1.2 nm)的研究工作,受塞尔尼克在研究透镜像差时使用相干背景来显示相位(1938年)和劳伦斯·布拉格采用两次X射线衍射使晶格的像重现(1939年)的工作启发,1947年复活节(4月6日)那天,他灵机一动,完全抛弃传统的电子显微镜物镜(由若干个透镜组合而成的一个透镜组)成像原理,首先构思出一种全新的两步无透镜成像原理———波前重建(wavefront reconstruction,即波阵面重建)理论并获得英国专利:[1~2]设想用经物体衍射的电子波与相干的背景波相重叠,将物体衍射波的振幅和相位以干涉条纹的方式记录在介质(如感光胶片和全息干板等)中。在波阵面记录过程中,引入适当的相干参考光波与物光波进行干涉,用介质记录下干涉后未聚焦的电子波,得到的干涉图样即全息图。在波阵面再现过程中,用参考光照射全息图,衍射光波中包含了物光波,从而再现了原物体的三维立体图像。

盖博首创的波前重建理论为全息摄影术的诞生奠定了理论基础[3~5],1948年他利用光频很窄的高压石英汞灯(1927—1933年盖博在柏林西门子—哈尔斯克公司任研发工程师时发明)发出的可见光代替电子波,首次获得一张不太清晰但又包含所有信息的全息图及其再现像,标志着全息摄影术的正式诞生。1950年苏格兰邓迪大学学院物理学家罗杰斯(Gordon L.Rogers)进一步地丰富了波前重建理论并制作出首张相位全息图。[6]因当时无理想的相干光源,受同轴全息孪生像的干扰,成像质量很差。1952年美国籍墨西哥裔物理学家贝兹(Albert Vinicio Baez,1912.11.15—2007.03.20)将全息术思想推广到X射线领域,医学和生物学研究利用X射线全息术可把最细微的病菌分子显示出来。

1960年激光器的发明给全息摄影术带来了新的生命。激光是一种单色的高强度相干光,是制作全息图最理想的光源,借此全息摄影术才有了实质性进展并实现实用化,它的迅速发展使其成为现代光学(其进展主要集中体现在4个方面:信息光学、激光、非线性光学和光电子学)中一个十分活跃的分支。1962年密歇根大学雷达实验室的电气工程师利思(Emmett Norman Leith,1927.03.12—2005.12.23)和乌帕特尼克斯(Juris Upatnieks,1936.05.07—)将通信理论中的载频概念推广到空域,单独引入分离的斜参考光束,利用氦氖激光器发明了离轴全息术,成功地得到首张实用的激光全息图[7],这是全息摄影术的重大突破,为其发展和应用开辟了广阔前景,标志着全息摄影术已步入成熟时代。1964年他俩又提出漫射全息图的概念,利用漫射照明制作出激光透射全息图,首次得到生动逼真的三维物体的清晰立体再现像。1963年盖博在美国麦克唐纳—道格拉斯电子公司研制出一种可摄制与物体同样大小的全息摄影显示器,通过它拍摄出来的照片具有惊人的立体感,与实物的区别仅仅在于你不能用手触摸到他,故这种照片最初被称作“幽灵”。

前苏联列宁格勒瓦维洛夫国家光学研究所(NikolaiiIvanovich Vavilov State Optical Institute)物理学家丹尼苏克(Yuri Nikolaevich Denisyuk,1927.07.27—2006.05.14)成功地分析了运动源发出的光的相位共轭,1962年基于李普曼(1908PH)的驻波彩色照相法而研制出反射全息图[8],其显著优点是再现时无须激光器,只需普通白炽灯即可。在全息图的碎片能再现物体完整图像的事实启发下,1969年美国发明家本顿(Stephen Anthony Benton,1941.12.01—2003.11.09)在宝利来(Polaroid)研究实验室研制全息电视时,采用两步法首次研制成功彩虹全息图(rainbow holo-gram)[9],用白光可再现彩虹像,是全息摄影术历史上的重大进展。1973年美国激光物理学家克罗斯(Lloyd G.Cross)将白光透射全息摄影术和常规电影中制作三维图像技术结合起来,发明了柱面多幅合成彩虹全息图。1978年马里兰大学华裔物理学家陈选(Hsuan Chen)和杨振寰(FrancissT.S.Yu,1932—)首创一步法制作彩虹全息图。[10]1980年美国科学家利用压印全息技术,将全息表面结构转移到聚酯薄膜上,成功地印制出世界上首张模压全息图。彩虹全息图是一种平面全息图,与反射全息图相比,它处理工艺简单,易于批量复制,为全息摄影术商业化迈出可喜的一步,掀起了以白光再现为主要特征的全息三维显示新高潮,它与当时发展日趋成熟的全息图模压复制技术相结合而形成了风靡全球的全息印刷产业,广泛用作于激光全息防伪标记。1983年万事达卡(Master Card)成为首个使用全息技术防伪的银行卡。1988年10月18日奥地利发行的面值8先令邮票是世界上首枚带有全息防伪图案的邮票。

1965年美国密歇根大学物理学家罗伯特·鲍威尔(Robert L.Powell)和斯泰特森(Karl A.Stetson)首倡全息干涉计量术HI(holographic interferometry)。[11]1967年美国康达通公司(Conductron Corp.,后被并入麦克唐纳—道格拉斯电子公司)电气工程师西伯特(Larry Siebert)博士采用脉冲激光首次获得人体三维肖像全息图。1971年激光被用于全息摄像和舞台光影效果设计而进入艺术世界领域。1994年法国激光专家根特兄弟(Yves Gentet;Philippe Gen-tet)发明了世界上首台便携式全息俏像摄像机,有人将他们评论为“唯一真正实现全息摄影再现自然功能的人”。1999年美国斑马图像制作(Zebra Imaging)公司推出真彩色数字化大面积、大视场、大景深光聚合物反射全息图,推动了三维显示全息图的进一步发展和市场化。这种全息图将全息技术和计算机技术结合起来,形成了新的数字化和自动化像素全息图技术。

综上所述,全息摄影术发展经历过的4个阶段是:①第一阶段(萌芽期):同轴全息,汞灯光记录和再现。光源的相干性很差,存在孪生像问题,再现像质量很差。②第二阶段(成熟期):离轴全息,激光记录和再现。离轴全息术采用斜参考光束来形成一个均匀的相干底衬,解决了孪生像、原始像、共轭像和直流分量分离等问题,有效地克服了同轴全息术的本质缺陷。③第三阶段(快速发展期):激光记录,白光再现。早期激光器是专用实验设备,激光记录和再现的全息图失去了色彩和色调,颜色单一。为了改变这一状况,科学家们陆续发明了白光反射全息、像面全息、彩虹全息、真彩色全息和模压全息等技术。④第四阶段(探索发展期):白光记录(计算机制作全息图),白光再现。因激光的高度相干性,要求全息图摄制过程中的各个元器件、光源和记录介质的相对位置严格不变,对拍摄环境和光源的要求很高,此外还可能存在严重的相干噪声,给全息图的实际应用带来不便,故人们已开始探讨白光记录全息图的可能途径。

2.11激光技术在频率精密测量中的应用

频率测量在精密测量中的地位十分重要,很多物理量的准确度都期望转化为频率(时间)的测量,如今频率(时间)基准的准确度最高,已遥遥领先于其他物理量。[12]1960年代激光发明以后,科学家们就开始进行激光频率的精密测量研究。1969年约翰·霍尔领导的小组研制出甲烷(CH4)稳频氦氖激光器(3.39μm),其波长不确定度高达10-11。[13]1972年以±3.5×10-9的相对误差测得光速c=299792456.2(1.1)m/s[14],同年美国国家标准局建立起测量甲烷稳频氦氖激光频率的光频链。

1972年亨施小组利用自己发明的饱和吸收光谱和气体放电法[15],首先测定氢原子n=2→n=3的跃迁光谱,从中消除了多普勒展宽(Doppler broadening),分辨出巴耳末Ha线系中的精细分裂和拉姆位移。[16]1974年测出Ha线系2P3/2→3D5/2分量的真空波长波数和里德伯常数R∞值,它们有效数字均达到9位。[17]1975年利用消多普勒双光子光谱学技术和饱和光谱技术精确测量出氢原子能级的拉姆位移。[18]亨施小组继续改进测量方法和手段,1987年利用双光子跃迁光谱法直接测出氢原子1S-2S的跃迁波长,其有效数字达10位[19],1992年又利用原子束与甲烷光频标法直接测量到更为精确(测量准确度提高了18倍)的氢原子1S-2S的跃迁波长和里德伯常数[20],1997年利用原子束与高准确度甲烷光频标(光钟)加双光子跃迁光谱法,将氢原子1S-2S的跃迁波长和里德伯常数的测量准确度提高到13位有效数字。[21]2000年利用光频梳技术,以巴黎天文台铯喷泉钟为基准,进一步地将氢原子1S-2S的跃迁波长、里德伯常数和拉姆位移的测量准确度提高到14位有效数字。[22]在此基础上,2004年亨施小组还精密测量出超精细结构常数α。[23]氢原子结构参数的测量已是所有原子结构参数测量中最为精密的一种。

精密光谱学家将激光频率精密控制技术和非线性光学技术应用到对超短脉冲激光场的控制,通过对飞秒超短脉冲激光在时域、频域和相位特性上同时实现精密控制和相干传递,获得频谱覆盖可见光和近红外区(0.50~1.15μm)的稳频飞秒光学频率梳OFC(optical frequency comb,又称光学频率梳状发生器,简称光频梳或飞秒光梳),这项研究成果被认为是精密激光光谱学和计量学的一场革命。利用激光脉冲进行频率精密测量的思想最早由前苏联科学院院士契巴塔耶夫(Veniamin Pavlovich Chebotayev,1938.08.27—)和亨施教授提出。[24~25]1978年亨施小组利用锁模氩激光直接泵浦染料激光器,获得亚皮秒级脉冲并精密测定了钠原子4d态的精细结构分裂[26],这是以锁模激光器作为精密光频尺子(即光频梳)的早期实例。直到1999年亨施小组才取得根本性突破,他们利用飞秒锁模激光器首次研制成功光频梳[27],接着又解决了频率的绝对值测量问题[28],从而使得超精密光频测量技术再获重大进展,堪称光频计量学发展史上新的里程碑。2008年光频梳技术开始应用于超精密天文光谱学,并应用于全球(卫星)定位系统GPS(Global Posi-tioning System)的轨道原子钟。

2.12激光冷却技术与玻色—爱因斯坦凝聚态(BEC)

1924年印度数学物理学家玻色(Satyendra Nath Bose,FRS,1894.01.01—1974.02.04)提出黑体辐射是全同性光子理想气体的观点,研究了光子在各能级上的分布问题,以完全不同于经典电动力学的统计方法推导出普朗克黑体辐射公式。他将论文寄给爱因斯坦,爱因斯坦马上意识到该文的重要性,亲自将其译成德文发表。[29]紧接着,爱因斯坦将玻色对光子的统计方法推广到全同性原子(单原子)或全同性分子(单分子)理想气体,并预言这类微粒在足够低的温度(此时微粒的速度足够慢且相距足够趋近)时,所有粒子就会突然“凝聚”到一种尽可能低的单一量子能态(即所有粒子具有几乎相同的波动相位),类似于在气体中形成液滴,此时它们将发生相变而成为一种新的物质形态(继固态、液态、气态和等离子体态以后的第五种物质形态)[30~31],后人称之为玻色—爱因斯坦凝聚态BEC(Bose—Einstein condensate)。BEC可看作是被宏观集居的样品原子所占有的量子态,处于这种宏观量子态的微观粒子,其总自旋一定为零或整数(即玻色子),所有粒子都处于最低的单一量子能态且具有相同的物理特征,其性质类似于单个粒子,整个凝聚体可用一个单粒子波函数来描述。理论研究表明:这种单粒子波函数在处于旋转状态时,具有量子化的现象,这种现象被称为量子涡旋(vortex)。

激光的发明为冷却和俘获(囚禁)气体原子提供了一种新方法,通过受激吸收和自发辐射光子,可减少原子的动量,以获得超低温原子[32],激光冷却的效率极高。1968年前苏联理论物理学家列托霍夫(Vladilen Stepanovich Letok-hov,1939.11.10—2009.03.21)首先提出利用激光驻波场来俘获低速中性原子(即不显电性的原子)的思想并于1979年通过实验首次观测到激光减速原子效应。[33]1970年贝尔实验室实验物理学家阿斯金(Arthur Ashkin,1922.09.02—,后就职于朗讯科技,被誉为“光镊之父”)采用一束高斯型激光成功地在垂直于光的传播方向上束缚了悬浮在水中的聚苯乙烯微粒[34],这一实验将光辐射压力的应用从原子量级扩展到微米级,从而导致1986年光镊(op-tical tweezer,又称single-beam gradient force optical trap,即单光束梯度力光阱)的发明,这是激光原子阱(简称光阱)的首次实现[35],运用光镊可操纵生物活细胞和其他微小物体。1986年朱棣文小组首次观测到原子俘获。[36]1975年2组科学家(斯坦福大学亨施和肖洛[37]、华盛顿大学维因兰德和德默尔特[38],后者的方案优于前者)首先独立地提出利用相向激光束来冷却中性原子的建议,这是多普勒冷却的开端,标志着原子光学的诞生,它是研究中性原子与电场、磁场和光场等物质相互作用及其冷却、俘获、操控与应用的一门新兴学科。类似地可定义电子光学、光子光学、中子光学、离子光学和分子光学等。

中性原子俘获技术涉及物理学3个著名的效应:①多普勒效应(Doppler effect,又称多普勒频移):波源与观察者(接收器)之间有相对运动时,观测到的波频率与波源发出的波频率不同的现象(两者接近接收到的频率增大,反之亦然)。1842年由奥地利数学家和物理学家多普勒(Chris-tian Andreas Doppler,1803.11.29—1853.03.17)首先发现。②塞曼效应(Zeeman effect,属于磁光效应范畴):置于外加磁场中的光源,因固有磁偶极矩影响,其原子和分子光谱谱线(能级)发生磁致分裂的现象,分为正常塞曼效应和反常塞曼效应(anomalous Zeeman effect)2种。1896年由塞曼(1902PH22)首先发现。③斯塔克效应(Stark effect,属于光吸收变化方面的电光效应):置于外加电场中的光源,因固有电偶极矩影响,其原子和分子光谱谱线(能级)发生位移和分裂的现象。斯塔克效应对应于带电粒子谱线的压力增宽(即斯塔克增宽)。1913年由斯塔克(1919PH)首先发现。当谱线的分裂或位移在吸收线发生时则称为逆斯塔克效应(inverse Stark effect)。

中性原子激光冷却机制分为三大类:[39]①多普勒冷却(Doppler cooling):利用原子运动所产生的多普勒频移来实现冷却,1978年首先被维因兰德小组所证实。[40]多普勒频移补偿方法又发展出激光扫描法、慢散射激光冷却、塞曼频移补偿法和白光(宽带)激光冷却等。②亚多普勒冷却(sub-Doppler cooling):1988年采用飞行时间TOF(time offflight)技术测得的钠原子冷却温度只有80μK,远低于多普勒冷却钠原子的理论极限温度240μK。为了解释这种现象而衍生出偏度梯度冷却(polarization gradient cooling,又称西西弗斯冷却,利用光场的相位梯度)[41~42]、强度梯度感应的西西弗斯冷却(Sisyphus cooling,利用光场的强度梯度)和磁感应冷却等。③亚反冲冷却(sub-recoil cooling):如果原子几乎是静止的,免去了吸收—发射循环,原则上就可以在稀薄原子蒸气中达到比光子反冲冷却(即亚多普勒冷却)极限还要低的温度。如速度选择相干集居俘获VSCPT(velocity-selective coherent population trapping)冷却、拉曼冷却(Raman cooling)、蒸发冷却、绝热冷却和协同冷却等。1986年科昂—塔努吉教授的学生达利巴尔(Jean Dalibard)在和MIT物理学教授普里特查德(David E.Pritchard,1941.10.15—)的私人通信中,首先提出一种有效地冷却和俘获原子的新方案———磁光阱MOT(magneto-opticalltrap),翌年由普里特查德和朱棣文小组在实验上首次实现。[43]

激光冷却中性原子研究的7个重要历史发展进程:[44]①1980年前苏联物理学家米纳根(Vladimir Georgievich Mino-gin,1950.04.04—)采用激光扫描法在1.5 K低温时实现了较显著的原子束减速。[45]②1982年美国国家标准局威廉·菲利普斯和纽约州立大学麦卡夫(Harold J.Metcalf,1940.06.11—)采用塞曼移频补偿法在100 m K低温时实现了显著的原子束减速。[46]③1985年美国国家标准局米格达尔(Alan L.Migdall)小组采用塞曼移频补偿法和磁原子阱(磁四极阱,即磁阱的首次实现)技术实现17 m K。[47]④1985年贝尔实验室朱棣文小组通过多普勒冷却中的光学粘胶(opti-cal molasses,又译为光学粘团)技术将中性钠原子的稀薄蒸气冷却到240μK[48],首次实现了激光冷却和俘获气体原子。这样就开始了在气室中直接冷却和俘获中性原子的历史,这是后来最终实现BEC的重要技术基础。⑤1988年美国国家标准和技术研究所利特(Paul David Lett)小组采用偏度梯度冷却法获得43μK低温。[49]⑥1988—1990年巴黎冷却小组将亚稳态氦原子一维VSCPT冷却到2μK[50~52],1994年二维VSCPT冷却到250 n K,1995年三维VSCPT冷却到180 n K。[53]⑦1991年朱棣文小组在原子喷泉实验中利用拉曼冷却机制将气体原子冷却到100 n K级的超低温状态。[54~56]

经多年尝试,科学家们在实现氢原子气体BEC(1998年最终由MIT科学家得以实现[57])实验受挫后,基于新的激光冷却和俘获原子技术,开始将注意力转移到利用碱金属稀薄原子气体实现BEC。美国天体物理学实验室联合研究所JILA(Joint Institute for Laboratory Astrophysics,1962年由科罗拉多大学CU和美国国家标准局NBS联合创办)埃里克·康奈尔和卡尔·维曼小组采用磁光阱和蒸发冷却混合方式,从170 n K低温开始实验,1995年6月5日当降至20 n K的极低温度时,首次直接观测到约2000个铷原子(Rb87)在蒸气中形成BEC(即通过实验近似地实现了BEC)。[58~60]稍后美国莱斯大学物理学家休利特(Randall G.Hulet,1956.04.27—)小组初步实现了锂原子(Li7)BEC[61],理论上表明锂原子数小于1400时才会形成BEC,否则BEC就会“崩塌”,故当时存在较大争议,直至1997年他们终于令人信服地实现了约1000个锂原子气体BEC。[62]1995年9月20日,MIT凯特勒小组在2μK温度钠原子(Na23)蒸气中也独立地实现了BEC[63],他们通过聚焦在磁光阱中心的强大激光束来防止原子的丢失,得到了由50万个钠原子组成的凝聚态,且信噪比高,从而使得测量凝聚态的性质成为可能。同年5月,该小组在新设计的所谓四叶式磁阱(clo-verleaf trap,其性能优于磁光阱)的基础上,进一步地使500万个钠原子形成BEC。[64]从形成BEC到实现原子激射器的关键一步是设计出BEC的输出耦合器,1996年10月该小组通过在四叶式磁阱中送入与钠原子的一对超精细能级共振的射频脉冲,钠原子BEC像水滴般地从阱中输出,发出空间分布呈月牙形的原子束脉冲状凝聚体,就如同普通激光的光子束脉冲一样,故被称为原子激射器(atom laser,直译为“原子激光器”似不妥,因为它发射的是准连续的相干原子束而不是“光”[65])。[66~67]将BEC分成独立且互相渗入的两团,在重叠区用吸收成像法可观测到高反衬度的干涉条纹,1997年证实了BEC是一种相干物质波。[68~69]1999年4月普朗克量子光学研究所慕尼黑小组研制出可连续输出超过100 ms的铷原子激射器,输出原子束的强度和动能通过调节弱耦合脉冲场来控制[70],同年在铷原子BEC中首先证实量子涡旋现象[71],2001年利用感应冷却法(sympatheticccooling)又实现了钾原子气体BEC。[72]

2002年有报道说使用激子在超出绝对温度1 K时已观察到BEC,同年德国物理学家在激光束构筑的三维能量点阵中,通过改变激光能量,首次成功地实现了BEC下铷原子气体的超流态和绝缘态的可逆转换。2003年12月16日,由NIST/JILA美国女华裔物理学家黛博拉·金(中文名金秀兰,Deborah Shiu-Lan Jin,1968.11.15—,2005年当选为美国国家科学院院士)领导的研究小组首次(近似地)实现了新的第六种物质形态———费米子凝聚态(fermionic con-densate),这是将50万个钾原子(K40)降至50 n K的极低温度下才得到的。此项研究成果于2004年1月24日发表在《物理评论快报》网络版。对费米子凝聚态的研究有助于解释某些物质是如何成为超导体的,未来还将可能被应用于精密测量和量子计算等领域。2010年11月德国波恩大学应用物理研究所科学家们首次观察到光子BEC。[73]

2.13发光二极管(LED)的发展概况

人类历史上使用过的四代照明光源:①第一代是各种火光:如油灯和蜡烛等。②第二代是电阻类热辐射型发光灯:如白炽灯(1879年10月21日爱迪生试制成功碳丝白炽灯,1910年被他人改进为钨丝白炽灯)及其变种———卤素灯等。1913年美国物理化学家朗缪尔(1932CH)在玻壳中充入氩气以防止灯丝蒸发而发明了充气钨丝灯泡,因“在物理学和化学方面提高了白炽灯的性能”而荣获1937年约翰·斯科特奖章。③第三代是各种电弧或气体放电发光灯,如(节能)荧光灯(俗称日光灯)、氙气灯和高强度气体放电灯HID(high intensity dischange,如高压汞灯和高压钠灯等)等。④第四代是半导体固态芯片(晶片)新光源(被誉为新型高效节能环保型“绿色光源”),即各种LED灯。半导体照明技术是人类固体照明史上继白炽灯之后的第二次革命。1938年德国物理学家肖特基(Walter Hermann Schottky,1886.07.23—1976.03.04)发明的肖特基势垒二极管SBD(Schottky barrier diode,简称肖特基二极管)是首个广义上的发光二极管。

发光效率(简称光效)是指发光材料(工作物质)把吸收的激发能转变为光能的能力。根据不同的着重点,常用的3种表述形式是:①量子效率:发光材料发射的光子数与激发时吸收或注入的光子或电子数之比,其值可大于1。又分为内量子效率与外量子效率两种,前者是指发光材料内部发射的光子数与吸收或注入的粒子数之比,后者是指出射到发光体外部的光子数与吸收或注入的粒子数之比,显然内量子效率大于外量子效率。②功率效率:总发射光的功率与总吸收光的功率之比,其值总小于1。LED的功率效率可达80%~90%。③流明效率(又称光度效率):发射的光通量(其单位是流明)与激发时输入的总功率之比,它在与人眼视觉有关的应用中特别重要。普通白炽灯的流明效率一般是10~15 lm/W。

1961年德州仪器公司(Texas Instruments Inc.)电气工程师毕亚德(James R.″Bob″Biard,1931.05.20—)和皮特曼(Gary E.Pittman)在试图研制激光隧道二极管时,“意外”地发明了Ga As红外LED(900 nm)并获得美国专利[74],这是首个现代LED专利。1962年10月9日GE电气研究实验室物理学家和发明家何伦亚克(Nick Holonyak,Jr.,1928.11.03—,被誉为“LED之父”和“红光之父”)等人采用气相外延法VPE(Vapor Phase Epitaxy)在Ga As衬底上生长出Ga As1-xPx,研制成功世界上首只实用型可见光(红色)发光二极管LED(light-emitting diode,710 nm,其光效约为0.11 lm/W,被视为“现代LED之祖”)[75],人称“魔力之光”,它是典型的冷光源(通过半导体电子跃迁以电磁辐射形式发光而不是以热能辐射形式发光,故名。普通LED灯将电能转化为光能的功率效率是30%~40%,其散热问题仍很重要。传统白炽灯的功率效率则只有5%左右)且经久耐用,将逐渐取代热光源(如白炽灯、卤素灯和节能荧光灯等)的传统通用照明市场。半导体激光二极管(LD)和LED都是采用半导体材料p-n结或异质结的注入式电致发光EL(electroluminescence,又称场致发光)原理而制成,前者是一种激光器,后者是一种将电能转化为可见光的固态半导体器件(无谐振腔),靠注入有源区的载流子自发辐射发出非相干的复合荧光。2007年爱思唯尔(Elsevi-er)旗下的《今日材料》(Materials Today,1998年创刊)月刊将“半导体激光器和LED的发明”列为全世界50年以来材料科学领域的十大科技进展之一。[76]

1962年10月德州仪器公司推出首款商用Ga As红外LED(SNX-100,870 nm),单价130美元;1963年GE公司推出首款商用磷砷化镓(Ga As P)红色LED(665 nm),单价260美元。1966年IBM托马斯·沃森研究中心鲁普雷希特和伍德尔小组运用LPE技术,用硅(Si)两性掺杂形成p-n结,研制出首个高效红外LED,其外量子效率高达6%。[77]1968年贝尔实验室洛根(Ralph A.Logan)小组研制出掺N的Ga P绿色LED(550 nm,其光效仅~0.3%)[78],1971年西泽润一采用自己发明的蒸气压控制温差式LPE(这种方法在高亮度LED制作工艺中曾发挥过重要作用)Ga P∶N,也开发出绿色LED(552 nm,其光效亦很低),同年夏美国RCA公司潘科夫(Jacques Isaac Pankove,1922.11.23—)小组采用MIS(Metal-Insulator-Semicon-ductor)结构研制出电流注入式掺锌(Zn)氮化镓(Ga N)蓝色LED(475 nm,未实现p型半导体,其外量子效率仅0.1%,因光效和亮度都太低而于1974年停止研究)。[79]1972年美国孟山都公司(Monsanto company)电气工程师克劳福德(M.George Craford,被誉为“黄光之父”)小组研制出掺N的Ga As P/Ga P黄色LED[80],有效地提高了光效并将红色和橙红色(red-orange)LED的亮度提升1个数量级。1973年斯坦福大学马鲁斯卡(Herbert Paul Maruska)小组研制出紫色LED,它是后来蓝色LED发展的基础。[81]1976年贝尔实验室皮尔索尔(Thomas P.Pearsall)小组研制成功专用于光纤通信的高效高亮度LED,他们发明的一种新型半导体材料特别适合于光纤传输的波长。[82]1987年柯达公司研究实验室美籍华裔物理化学家邓青云(Ching Wan Tang,1947.07.23香港—,被誉为“OLED之父”,2011年获沃尔夫化学奖)和范斯莱克(Steven A.Van Slyke)利用超薄膜技术发明了有机发光二极管OLED(organic LED,其光效比普通LED低得多,但制造成本亦低很多)[83],其发光原理与普通LED一样,故又称有机电致发光OEL(organic EL),LED/OLED是第三代显示技术的代表(第一代显示技术的代表是阴极射线管CRT=cathode ray tube,第二代显示技术的代表是等离子显示板PDP=plasma display panel和液晶显示器LCD=liquid crystal display)。2012年美国《应用物理学快报》杂志创刊50周年时,其官网公布了自创刊以来被引用次数前50名的论文(含并列者共计53篇),文献[83]名列第一。1991年美国UCSB物理化学家和有机化学家艾伦·黑格(2000CH31,被誉为“有机光电子学之父”和“合成金属之父”)小组采用甲氧基异辛氧基取代的聚对苯乙烯撑(MEH-PPV)在ITO(indium-tin oxide,即氧化铟锡透明导电膜玻璃)上旋涂成膜,研制出量子效率为1%的橘红色LED[84],揭开了高分子发光二极管PLED(polymerrLED,又称聚合物LED)研究的序幕,从此高分子发光器件开始成为有机电致发光领域与小分子发光器件并驾齐驱的重点研究方向。

1985年西泽润一小组研制出硒化锌(Zn Se)蓝色LED(460~480 nm)[85],1991年明尼苏达州3M公司汉斯(Mi-chael A.Haase)小组研制出Zn Se蓝绿LED(490 nm,液氮低温下脉冲输出)[86],因其寿命短和亮度低而未能得到实用,但由此人们发现了宽禁带半导体材料在光电子领域的重要作用。1992年日本日亚化学工业株式会社(Nichia Chemi-cal Industries Corp.)工程师中村修二采用热退火技术和掺Mg工艺成功制备出在低温缓冲层的宽能隙Ga N薄膜,他采用的是自己发明的价格相对低廉的改进型MOCVD法(Tsu-furo MOCVD)而不是价格昂贵的分子束外延法(MBE)来制备半导体单晶薄膜,他所发明的氮化物半导体(Ga N/In N/Al N)结晶膜的生长方法是蓝色LED生产的关键性技术并获得日本专利(中村修二在4年时间内解决了材料制备工艺方面的两个重大技术难题:一是高质量Ga N薄膜的生长,二是Ga N空穴导电的调控)。[87]1993年10月他发明了高效明亮电流注入式双异质结In Ga N/Al Ga N蓝色LED(外量子效率达2.7%,蓝色LED因在材料结晶环节遇阻曾被断言“难以在20世纪实现”,故此发明被誉为“世纪发明”)[88],随后他又发明了高亮度氮化铟镓(In Ga N)紫外、紫色、蓝紫、蓝色和蓝绿色LED(其光强比Ga N高5倍)以及Al-Ga In P超高亮度橙红色LED(625 nm)、橙色LED(610 nm)和黄色LED(590 nm)。实用型蓝色LED发明后,通过三基色(三原色)RGB(red,green,blue)原理而导致高亮度节能环保型白色LED的出现,标志着LED正式进入商业照明市场,迈出了LED照明实用化至关重要的一步,具有重大的历史意义和很高的商业价值。1995年中村修二小组首次实现Ga N/In Ga N量子阱LED[89],1996年研制成功电脉冲泵浦In Ga N/Ga N多量子阱紫光LD(417 nm)[90~91],同年还报道In Ga N多量子阱室温连续蓝光LD。[92~93]1996年中村修二提出利用In Ga N蓝色LED(460~470 nm)激发黄色荧光粉以制造白色LED的方法,利用这种荧光粉技术可以制造出其他颜色(如紫色和粉红色等)LED。1997年1月加州大学圣塔巴巴拉分校教授中村修二、德巴拉斯(StevennP.Den Baars)和斯佩克(James S.Speck)宣布开发出高亮度蓝紫色Ga N脉冲激光器。2007年1月中村修二又发明了非极性Ga N蓝紫色LD(用于蓝光DVD),使得Ga N材料一跃而成为当今研究最为热门的宽禁带半导体材料。III簇氮化物是直接带隙半导体材料,发光范围从紫外到红外而覆盖整个可见光区,是理想的光电器件材料。[94]2014年3月美国科锐(Cree)照明公司(国际知名LED芯片供应商)宣布已在实验室研制成功流明效率为303 lm/W的白色LED。以蓝色LED为核心技术的半导体照明具有寿命长、色彩可控、无汞和低压工作等优点,有着巨大的应用潜力和广阔的市场空间,可大大降低能源消耗和温室气体的排放。实现全色白光LED(非三基色合成)和不可见光LED的技术难度则更大。

现有的三条LED照明技术路线:①第一条路线(主流技术路线):以日本Nichia公司为代表的蓝宝石衬底Ga N基蓝色LED(2014年诺物奖获奖成果)。②第二条路线(贵族技术路线):以美国Cree公司为代表的碳化硅衬底Ga N基蓝色LED,其主要发明人(克劳福德、拉塞尔·杜普伊斯和何伦亚克)获2002年度美国国家技术创新奖(NationallMedal of Technology and Innovation,原名National Medal offTechnology,始颁于1985年,每年颁奖1次,2007年起更为现名)。③第三条路线(中国特色技术路线):以中国晶能光电(Lattice Power)公司为代表的硅衬底Ga N基蓝色LED,此发明攻克了世界性难题,具有完整的自主知识产权,冲破了国外的专利束缚,产品在市场上形成独特优势。“硅衬底高光效Ga N基蓝色发光二极管”项目获2015年度中国国家技术发明奖一等奖,主要完成人(共6人):南昌大学江风益(1)、刘军林(2)、王立(3)和熊传兵(5);晶能光电(江西)有限公司孙钱(4)以及中节能晶和照明有限公司王敏(6)。

2.14 20世纪的重大技术发明

20世纪四项重大技术发明(俗称20世纪新四大发明):①原子能技术(现已发展为热核聚变技术):费米(核反应堆之父和中子物理学之父)领导的一个实验小组1942年12月2日在芝加哥大学建成世界上首座原子能反应堆———以浓缩铀为原料、石墨为减速剂(慢化剂)的可控自持核裂变链式反应装置CP-1(Chicago Pile 1),标志着原子能时代的开始。②计算机技术:由美国物理学家莫齐利(John Wil-liam Mauchly,1907.08.30—1980.01.08)提出最初方案、电气工程师艾克特(John Adam Presper″Pres″Eckert,Jr.,1919.04.09—1995.06.03)任总设计师的世界上首台(多用途)电子计算机———电子数值积分和计算机ENIAC(Elec-tronic Numerical Integrator And Calculator/Computer,1955年10月2日起停用)于1946年2月14日在宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院诞生(交付使用),次日举行揭幕典礼(2011年费城市政府宣布,2月15日为ENIAC诞辰日),标志着计算机(电脑)时代的开始。从ENIAC到当前最先进的计算机都采用冯·诺伊曼[美国籍匈牙利裔数学家、物理学家、发明家和博学家(polymath),1937年入籍,Johnnvon Neumann,1903.12.28—1957.02.08]体系结构,故他被誉为“数字计算机之父”,1944年他因与人合作首创现代博弈论又被誉为“博弈论之父”。实际上,至少还有2台计算机的诞辰要早于ENIAC:(i)世界上首台电子计算机是美国籍保加利亚裔物理学家阿塔纳索夫(John Vincent Atanaso-ff,1903.10.04—1995.06.15,法定的电子数字计算机之父)和在读硕士研究生贝瑞(Clifford Edward Berry,1918.04.19—1963.10.30)在依阿华州立大学研制成功的不可编程的阿塔纳索夫—贝瑞计算机ABC(Atanasoff-BerryyComputer),1939年12月进行过演示,1942年成功完成测试。[95~96]1973年10月19日美国明尼苏达地区法院法官做出终审判决:1939—1942年阿塔纳索夫和贝瑞在依阿华州立大学制造了首台电子数字计算机,莫齐利和艾克特关于首台电子数字计算机的发明专利无效。(ii)英国科洛萨斯计算机(Colossus computer,意译则是“巨人计算机”)的研制始于1943年3月,Colossus Mark 1于1944年1月10日投入运行,改良版Colossus Mark 2则于同年6月1日投入运行(主要用于逻辑运算和判断,次年6月8日起停用,1975年才解密),当时研制的主要目的是为了“二战”期间破译德国经洛伦茨密码机(Lorenz cipher)加密过的密码。其研制负责人是英国邮政研究所(Post Office Research Station)工程师弗劳尔斯(Thomas″Tommy″Harold Flowers,MBE,1905.12.22—1998.10.28)博士,图灵的图灵机理论促成了Colossus的诞生。1936年英国计算机科学家、数学家、逻辑学家、密码分析学家、哲学家和数学生物学家图灵[AlannMathison Turing,OBE,FRS,1912.06.23—1954.06.07,被誉为“计算机科学之父”(现代计算机之父)和“人工智能之父”]首先提出一种抽象的计算模型———图灵机(Turinggmachine),1950年首先提出“图灵测试”的概念。1939年图灵研制的Bombe机则主要用于破译德国经恩尼格玛密码机(Enigma machine)加密过的密码。计算机发展史上的五代:(i)1940年代的电子管(包括真空管和离子管两大类)计算机。1904年英国电气工程师和物理学家约翰·弗莱明(Sir John Ambrose Fleming,FRS,1849.09.29—1945.04.18)根据爱迪生效应首先制成检波二极管(即电子二极管),这是最早出现的真空电子管。1906年美国发明家德福雷斯特(Lee de Forest,1873.08.26—1961.06.30,被誉为“无线电之父”)发明了热电子三极管(即真空三极管),1912年他首次发现电子管的放大作用,为近代电子工业的发展奠定了基础。(ii)1950年代的晶体管计算机。(iii)1960年代的中小规模集成电路计算机。(iv)1970年代的LSI和VLSI电路计算机。(v)1980年开始研制的VLSI多值计算机(即人工智能化生物量子计算机),仍处于研制过程中。③半导体技术:以贝尔实验室物理学家肖克利、巴丁和布拉顿(3人分享1956年诺物奖)为核心的固体物理研究小组利用半导体锗材料于1947年12月16日(12月23日是演示时间)研制成功世界上首只双点接触式晶体三极管[巴丁和布拉顿获得接触式晶体管的发明专利US2524035,申请日:1948.06.17,公开日:1950.10.03,参阅名称和公开日与此完全相同的另外2个专利:①US2524033,发明人:巴丁,申请日:1948.02.26;②US2524034,发明人:巴丁和物理化学家吉布尼(Robert B.Gibney,1947年12月11日由他提供N型锗片),申请日:1948.02.26。肖克利获得面结型晶体管的发明专利US2569347,申请日:1948.06.26,公开日:1951.09.25,参阅肖克利的另一个专利:US2502488,名称:半导体放大器(Semiconductor amplifier),申请日:1948.09.24;公开日:1950.04.04。晶体三极管是由物理学家、化学家和电子线路专家协同攻关所取得的发明成果],晶体管的性能远远优于电子管,开辟了半导体电子元器件的新纪元。在电力和电气传动行业广泛应用的晶闸管(thyris-tor或SCR=silicon controlled rectifier)亦由贝尔实验室所发明,1950年肖克利首先发明p-n-p-n四层结构的半导体二极管(后称肖克利二极管,等效于没有连接控制极的晶闸管,早已停产),1952年美国电气工程师艾伯斯(JewelllJames Ebers,1921—1959)研究了p-n-p-n结的运行机制[97],1954年艾伯斯和莫尔(John Louis Moll,1921—2011)提出关于晶体管电流的数学模型(现称艾伯斯—莫尔模型)[98],1956年莫尔小组研制成功晶闸管[99],1957年GE公司首先实现SCR的商业化。④激光技术。另有航天技术可与上述新四大发明相媲美,它们都是属于具有根本性创新的通用技术GPT(general purpose technology)。雷达(1935年发明,“二战”期间大量实用。笔者认为以DDT替代较为恰当,1939年9月其高效杀虫药效被发掘出来并迅速得到广泛应用)、青霉素(1928年在实验室中首先发现青霉菌的杀菌作用,1941年实现提纯而得以临床应用,1943年起逐步加以推广)和原子弹(1945年7月16日首次试爆成功)并称为第二次世界大战时期的三大发明。

2000年美国国家工程院评选出20世纪对人类生活质量产生最重大影响的20项工程技术成就是(按得票多少排序):[100]①电气化工程;②汽车;③飞机;④安全和充足的水供应和处理;⑤电子器件和设备;⑥收音机和电视机;⑦农业机械化;⑧计算机技术;⑨电话;瑏瑠空调和制冷技术;瑏瑡州际高速公路;瑏瑢空间探索;瑏瑣因特网;瑏瑤成像技术;瑏瑥家用器具;瑏瑦卫生和保健技术;瑏瑧石油和汽油工业技术;瑏瑨激光和纤维化学;瑏瑩核技术;瑐瑠高性能材料。另一个版本:20世纪影响人类生活的20项发明是(按发明时间先后排序):[101]①无线电;②洗衣机;③塑料;④味精;⑤不锈钢;⑥电灯;⑦电视;⑧人造纤维;⑨磁带录音机;瑏瑠电子显微镜;瑏瑡静电复印机;瑏瑢电子计算机;瑏瑣微波炉;瑏瑤晶体管;瑏瑥避孕药;瑏瑦集成电路;瑏瑧机器人;瑏瑨液晶;瑏瑩试管婴儿;瑐瑠国际互联网。

摘要：美国实验和理论物理学家、发明家和教育家查尔斯·汤斯是微波激射器(Maser)的主要发明者和激光器(Laser)的先驱者之一,与前苏联(现俄罗斯)物理学家和微波波谱学家巴索夫以及普罗霍罗夫分享1964年诺贝尔物理学奖,还与多人共享“激光之父”之美誉。激光技术是20世纪人类的重大技术发明之一,为了纪念汤斯教授逝世1周年并寄托笔者的深情哀思,特撰写出此长文。笔者在此全面介绍了汤斯教授的生平与家庭成员;主要学术成就与贡献;与中国的渊源以及所获雅称、奖项与荣衔,重点梳理出激光技术波澜壮阔发展历程的整个脉络和概貌,还顺便简介了并非激光器的半导体发光二极管(LED)的发展概况,简明扼要地阐述了诺贝尔自然科学奖中与激光技术密切相关的有关情况。