世界医疗器械杂志2011年11月刊(p41-44)发表了林钧岫教授专访，现将文章转发如下：
林钧岫先生, 自然科学博士, 教授, 博士生导师; 曾作为主要负责人完成了四项国家自然科学基金面上项目和一个重大自然科学基金项目(9687003) , 研制成功了我国第一台千瓦级一氧化碳激光器; 主持完成了国家 “七五”和 “八五”攻关项目各一项; 1996~2001年, 是中德国际合作项目LEFOS(教育科研洪水预报和监测项目)的主要组织者一;2005~2008年,主持中德合作项目SCEI (传感器控制节水灌溉系统)。
林钧岫先生于1983年获 “大连市劳动模范”称号, 1986年获 “国家级有突出贡献中、青年专家”称号, 1991年享受国务院颁发的特殊津贴, 1997年和2001年两次被评为大连市优秀专家; 曾三次获国家教委科技进步二等奖, 多次获省市科技进步奖; 三次在德国波恩大学做客座教授, 两次在斯图加特大学做访问学者; 在国内外重要刊物上发表学术50余篇, 专著 《一氧化碳分子激光器》 一部, 译著 《脉冲技术》一部;“宽频带真空谐振腔一氧化碳激光器系统的优化研究”于1986年获国家教委科技进步奖二等奖。
2011年4月19日上午, 我们有幸在大连理工大学物理与光电工程学院采访了林钧岫先生。林先生生于1935年6月, 现今虽已76岁高龄, 但仍然时刻关注着光学工程各学科的发展和最新研究动态, 在他办公室的书架上摆满了各种书籍, 书桌上堆放着国内外近期杂志期刊。在整个专访过程中, 林先生精神矍铄, 思维敏捷, 挥洒自如, 与我们其乐融融; 而我们不仅体会到林先生心系祖国、 无私奉献的爱国情操, 也折服于林先生刻苦钻研、孜孜不倦的科研和科教精神。
海外求学路
林钧岫先生, 辽宁省大连市人, 1955年高中毕业并受国家选派出国留学。在经过为期一年的出国前准备后, 21岁的林钧岫踏上了开启他一生科研与科教事业的海外求学路。
1956年8月至1963年3月, 林先生留学原民主德国, 首先在莱比锡卡尔 · 马克思大学学习一年德语, 然后在伊尔门脑电工学院学习, 主修半导体微电子学, 辅高频通讯技术和理论物理, 并以优异的成绩获得工学硕士学位。随后, 1963年4月至1978年12月, 归国后的林先生任教于大连工学院无线电系。
1979年2月至1981年2月, 林先生再次受国家派遣赴联邦德国进修。经德国学术交流中心(DAAD)介绍, 林先生到波恩大学应用物理研究所W.URBAN教授领导的红外激光器和光谱分析研究课题组从事研究工作, 并自此开始了他致力于一生的一氧化碳分子(CO)激光器、 红外激光光谱、 光纤传感器研究, 以及它们在组织光学中的
应用研究。
林先生初到波恩大学应用物理研究所时, W.URBAN教授让他首先熟悉研究课题组的相关资料和已进行的工作。红外激光器和光谱分析研究, 这于林先生来说是个崭新的领域, 对知识的渴求让他像 “久旱逢甘雨”的种子, 利用近一个月的时间将自己浸没在研究所的图书馆里。林先生在图书馆里如饥似渴地查阅大量的资料, 并阅读了许多先进的科研成果报道; 除了查阅与CO激光器和激光光谱有关的资料外, 他还阅读了大量有关光纤传感器和光纤通讯的发展, 以及激光在医学中应用的报道——因为他觉得国内正需要这些方面的技术, 因此他对这些资料也非常感兴趣并做大量笔记, 准备回国后和同事们一起从事这些方面的课题研究。
经过资料调研后, 林先生开始进行低温(77K)轴向快速流动宽频带小功率CO激光器和红外光声光谱的研究工作。因为W.URBAN教授的课题组需要在7.5~8μm之间的激光谱线, 所以林先生的任务就是使CO激光器的长波端向CO分子基频能级允许的理论极限延伸。就这样, 林先生正式开始了对CO激光器的实验研究工作。
经过一年多的实验研究和理论分析, 通过对放电参数、 气体配比的优化, 以及把开放谐振腔改为真空谐振腔等一系列的技术措施, 林先生协助研究课题组使基频CO激光器(△V=1)能为光谱分析提供足够能量的波段覆盖范围从4.7μm扩展8.18μm, 圆满地完成了自己的科研任务。1981年2月, 林先生以全优的成绩通过了博士学位论文答辩, 获得了德国自然科学博士学位, 并成为德国物理学会外籍会员。
1981年3月回国之后, 林先生接受大连工学院领导的安排, 开始筹建激光研究室; 1986年, 经国务院学位委员会批准, 林先生筹建的激光研究室在激光技术与理论研究、红外激光光谱理论与技术研究、光纤传感技术与理论研究和激光在医学中的应用研究这四个专业方向上, 获得了硕士和博士学位授予权。
1986年, 在教育部组织的学位授予权评审会上, 林先生结识了西安交通大学蒋大宗教授, 林先生说他在以后的岁月里从德高望重的蒋教授身上学到了很多东西。
归国报效时
改革开放初期, 国家急需科技人才。1981年初, 在林先生回国之后, 大连工学院给他两项任务: 一是要培养人才, 二是出研究成果。在院系领导的支持下, 林先生与同事们经过几个月的努力使激光研究室初具规模, 并成功地复制了在联邦德国获得的科研成果, 填补了国家在该项领域的技术空白。
在由他们亲手创建的大连工学院的激光研究室里, 林先生与同事们完成了多项科研成果: (1)通过采用导热性能更好的气炼石英管代替Pyrex玻璃制作的激光器, 使基频CO激光器(△V=1)能为光谱分析提供足够能量的波段, 覆盖范围从4.7μm扩展到8.2μm; (2)设计了双波长同时振荡CO激光器, 即在一个谐振腔内同时产生两个激光波长的振荡(这种激光器对某些光谱分析是十分有用的,其成果由林先生的一个
学生带到德国波恩大学应用物理研究所进行合作研究) ; (3)研制了第一泛频CO激光器(△V=2),其波段覆盖范围在3~4μm之间, 这是中红外波段的大气窗口, 有重要的应用价值; (4)1991年研制成功了我国第一台低温、 低阶模三轴正交千瓦级大功率CO激光器;(5)在“七五”攻关项目中, 研制成功了基于强度调制型的光纤传感器, 并在辽河油田原油罐液位测量中得到了实际应用; (6)在激光医学应用方面, 和大连医科大学等单位合作, 采用光动力学疗法(PDT)对十几位膀胱癌、唇癌等癌症患者进行了治疗, 并做了相关生物组织的光学特性研究。
在林先生的众多研究成果中, CO激光器方面的研究工作尤为突出。CO激光器在科学研究、国防、大气环境检测, 以及医学检测方面有着重要的应用价值。20世纪80年代初, 国内还没有人进行低温CO激光器的研究, 而国外在红外激光器和光纤传感方面的研究已经达到了很高的技术水平。林先生归国后的首要任务就是利用国外所学知识研制出我们国家自己的CO激光器。
林先生说, 自主创新对他来说是一个循序渐进的学习和研究过程, 他首先认真地学习和研究了前人在CO激光器研究领域内都基于什么原理, 采取了哪些技术手段得到了什么结果, 以及基于什么理论模型解释了所得到的结果; 然后, 他再考虑要达到的预期目标和自己应该怎么做。
在研制低温小功率宽频带CO激光器过程中, 林先生首先分析了CO分子作为激光增益介质的能级结构。我们知道CO分子是一个非谐性双原子分子, 它的激光跃迁产生在电子基态中不同振动-转动能级之间, 既可以在△V=1和△J=-1的P支之间实现激光跃迁, 也可以在△V=2和△J=-1的一次泛频P支之间实现激光跃迁; R支的增益系数是负的, 无法实现激光跃迁。要想实现高振动量子数之间的激光跃迁, 必须保证非谐性泵浦能够向单方向进行, 所以必须采取低温冷却。前人所采取的技术手段是增益介质在液氮中冷却, 反射端镜与调谐光栅均暴露在空气当中, 采用这些手段能够为光谱分析提供一定功率的长波端的波长在7.3μm左右。林先生的任务是把该长波端扩展到8μm左右, 以满足某些需要。
根据CO分子振动-转动能级分布模型和非谐性泵浦原理, 各个振动-转动带谱线的强度分布应该是近似高斯型的分布, 但实际上林先生观察到前人得到的不少谱线的强度分布偏离了准高斯分布, 因此他从谐振腔上入手寻找这些谱线与理论不符的原因。林先生经过分析发现, 这些谱线与腔内的水汽吸收有关, 因此他在技术上采取措施避开腔内的水汽吸收; 他设计加工了真空谐振腔, 使端镜和调谐光栅与激光增益介质之间的连接全在真空中, 并解决了在真空条件下对光栅和端镜进行精密
调谐的问题; 再加上对放电参数和气体配比的优化, 他得到的所有振动-转动
带谱线的强度分布都近似于高斯分布, 这符合CO分子振动-转动能级的分布模型。通过这些措施, 林先生使低温小功率真空谐振腔宽频带CO激光器的波段覆盖范围从4.7μm扩展到了8.2μm, 这一技术方面的创新使CO激光器的波段扩展取得了重大突破, 对CO激光器的发展做出了重要贡献。
接下来, 林先生面临的问题是能否使CO激光器长波端继续延伸, 实现与CO2激光器的短波端9.6μm之间的连接。根据自己的试验结果和对CO分子能级结构图之间的理论分析, 林先生认为这是不可能的, 因为目前所得到的激光谱线是在电子基态X1Σ中的激光跃迁, 通过在低温条件下的非谐性泵浦使高振动能级有足够的粒子布居数才能实现高振动能级之间的振动-转动激光跃迁, 即向长波端延伸。林先生做了一系列的试验, 结果表明: 当振动量子数V超过35时, 激光增益急剧下降, 这预示着有什么东西限制了高振动能级上粒子布居数的增加。CO分子中的A1Π态与电子基态X1Σ是自旋守恒的, 即在两个电子态之间存在传能通道, 而A1Π态位于振动量子数V=40左右, 因此A1Π限制了低温小功率真空谐振腔宽频带CO激光器长波端的继续延伸。为此, 林先生撰写了 “关于X1Σ态中连续波一氧化碳分子激光器长波端极限值的讨论”一文, 并对前人建立的关于CO分子激光器的速率方程提出了修正, 即当振动量子数V>37时应加一个X1Σ→A1Π态之间弛豫的修正项。这篇文章得到了国内外同行的认可, 而林先生这一理论创新也对CO分子激光器的发展做出了重要贡献。
在CO激光器研究方面, 林先生做出了很多自主创新, 他的研究成果目前仍处于国际领先水平。
桃李满天下
“师者, 所以传道授业解惑也。 ”作为一个老师, 林先生说他最成功的不是自己做出多少科研成果, 而是培养出了有用之才。学生们能在各自的研究领域做出成绩, 这是最令他欣慰的。
在研究生培养中, 林先生注重三种能力的培养: 首先是培养学生通过抽象思维, 建立模型的能力; 其次是在建立模型之后, 培养学生能够将其转化为具体实验并演化到实际应用中的转化和动手能力; 最后是培养学生的分析判断和反馈能力——在科学研究中, 分析、判断和反馈能力是必须的, 要能够从实验现象和结果中找出成败的原因, 判断建立的模型哪些是正确的, 哪些是需要通过实验结果的反馈来修正的, 这样才能发现问题、解决问题, 继而得到发展和创新。
林先生认为, 创新是一个国家发展的支柱, 没有创新就没有发展; 但是创新不能有急功近利和侥幸的心理, 一定要踏踏实实地在了解和继承前人工作的基础上, 去做出改进和发展。创新是要付出艰苦劳动的, 同时创新不能违背基本的科学原理和规律, 对于科学原理和规律只能去探索它、掌握它、利用它, 进而使它能够为人类的进一步发展服务。 创新是每一个科学工作者的使命, 在培养人才的过程中, 要着重培养学生的创新能力和独立思考能力, 要鼓励学生在学习中提出自己的想法和观点。
林先生在科研方面做出了大量成果, 为国家建设做出了巨大贡献。但在林先生看来, 他回国之后所做的工作中最重要的, 也是最有意义的工作就是培养了25个博士生和30多个硕士生。他们现在工作在不同的地区和不同的岗位上, 并在各自的领域上都取得了骄人的成绩。林先生说, 正是他们使激光研究室的四个研究方向能够继续发展下去, 这是他最具有里程碑意义的工作, 也是他感到最欣慰的。
培养人和出成果, 在林先生眼中这两项工作是紧密相连的。他认为, 如果没有一批优秀的学生和他合作, 自己是不可能取得已有的成果的。在整个研究过程中, 他始终坚持和他的学生及合作伙伴在宽松的学术气氛中进行讨论、 研究和创新。
在CO激光器研究过程中, 林先生培养了十几个博士, 其中于清旭(现任大连理工大学物理与光电工程学院教授、博士点负责人)是最为优秀的博士之一。于清旭教授大大地提高了原来的低温(77K)轴向快速流动宽频带小功率CO激光器的性能指标和数字化程度, 他为中国科学院物理所等单位研制的由计算机控制配气系统、 光栅选频系统、 信号提取和处理系统的CO激光器, 已经达到了当前同类CO激光器的国际先进水平; 同时, 在红外光声光谱分析方面, 于清旭教授曾与医务工作者合作研究过服药后NOx呼出量变化的测试、微量乙烯气体的检测, 以及评估血液透析效果的人体呼出氨气量变化的检测等。
在光纤传感器的研究方面, 王安波博士(现任美国弗吉尼亚大学光子研究中心主任、 终身教授)和彭伟博士(现任大连理工大学物理与光电工程学院教授)的发展和成就出类拔萃。王安波教授在光纤传感器方面的研究成果目前在国际上处于领先水平; 彭伟教授和于清旭教授目前各自都在光纤传感器研究领域承担多项国家和企业资助的重要科研课题; 由于清旭教授领导的科研小组和美国弗吉尼亚大学王安波授合作研制的光纤法布里-珀罗传感器, 已成功地应用于高温、 高压油气井中。
在激光医学应用研究方面, 张镇西博士(现任西安交通大学生物医学工程分析技术与仪器研究所所长、教授)和高泽红博士(现任大连大学生物工程学院教授)是最为优秀的。在攻读博士学位期间, 张镇西博士在国内首先开创了生物组织光学特性的研究, 进行了光与组织相互作用机理、 激光在组织中的穿透深度、偏振度, 以及肿瘤组织光动力疗法等方面的理论与实验研究工作, 并取得了很好的成果; 目前, 张镇西博士承担多项研究课题, 他的译著 《激光与生物组织相互作用原理及应用》是
广受同行们好评的参考书。在攻读博士学位期间, 高泽红博士很好地完成了脱氧核糖核酸(DNA)的紫外共振拉曼光谱研究; 她现在主要从事生物大分子传能机制与细胞癌变关系, 以及G蛋白耦联受体信号通路的拉曼光谱研究; 她主持了国家自然科学基金项目和多项国际合作项目, 目前正与加拿大国家科学院生物诊断研究所研究中心主任研究员Michael Sowa进行合作研究。
壮心犹未已
采访结束时, 林先生说, 如果身体条件允许, 他还想招学生继续CO激光器的研究, 希望能在更多的方面取得突破。在数十载的科研和科教生涯中, 林先生培养了一大批科研人才, 为国家建设做出了应有的贡献, 到现在他仍然喜欢学校的氛围, 仍然热爱他从事了一生的研究。 “华发苍颜热血犹盛, 桑榆之年真心未改”, 林先生的科研态度和精神值得我们一生去学习。
