科研“頂天立地”，創新薪火相傳

彭硯淼 宋文芳

2018年5月28日，習近平總書記在中國科學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，一代又一代科學家懷著深厚的愛國主義情懷，憑借深厚的學術造詣、寬廣的科學視角，為祖國和人民作出了彪炳史冊的重大貢獻。祖國大地上一座座科技創新的豐碑，凝結著廣大院士的心血和汗水。”

中國科學院院士姚建銓是著名激光與光電子科學家，1965年研究生畢業于天津大學精儀系，留校任教，歷任講師、副教授、教授、博士生導師，1997年當選為中科院院士。姚建銓院士現任中國光學學會理事、中國光學學會激光專業委員會副主任、中國電子學會物聯網專家委員會副主任、天津市激光學會理事長、中國礦業大學物聯網研究中心名譽主任，同時任美國光學學會及SPIE會員、南加州大學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，得到國際學術界的確認；提出了激光諧振腔“類高斯分布理論”；發展了高轉換效率下倍頻理論及準連續泵浦倍頻新方法；實現了輸出功率34W的內腔倍頻YAG激光器；并以此為光源，完成了激光三維掃描系統；首次采用準連續運轉的綠光光源泵浦染料及鈦寶石可調諧激光器，從理論到器件技術建立了一個新的“準連續泵浦激光調諧系統”技術體系，為我國新型固體激光及調諧技術作出了貢獻。

科研“頂天立地”

1980至1982年，姚建銓在美國斯坦福大學、加州大學等世界頂尖名校做訪問學者，曾應邀在普林斯頓大學、賓夕法尼亞大學、南加州大學講學合作研究，后謝絕挽留，毅然回國投身祖國科研事業。30多年前這段海外工作的經歷，讓他對兩院院士大會習近平總書記講話中關于發展關鍵核心技術的內容深有感觸。

正如講話中指出，關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。中國要努力實現關鍵核心技術自主可控，把創新主動權、發展主動權牢牢掌握在自己手中。

姚建銓說：“中國是世界第二大經濟體，但人均產值并不高。過去，我們借助勞動密集型優勢，做世界工廠可以大量輸出初、中級檔次產品，賺取外匯。但高檔次的產品我們就很少，甚至在國際上‘輪不上，所以關鍵核心技術你只能‘要。但現在中國已經發展得越來越好，再要繼續往前走，要買最新最好的技術，人家就不賣給你。”

一方面要矢志不移自主創新，堅定創新信心，著力增強自主創新能力；一方面要把滿足人民對美好生活的向往作為科技創新的落腳點，把惠民、利民、富民、改善民生作為科技創新的重要方向。

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”，并預計落地雄安新區。設立雄安新區，是以習近平同志為核心的黨中央作出的一項重大的歷史性戰略選擇，是繼深圳經濟特區和上海浦東新區之后又一具有全國意義的新區，是千年大計、國家大事。對于集中疏解北京非首都功能，探索人口經濟密集地區優化開發新模式，調整優化京津冀城市布局和空間結構，培育創新驅動發展新引擎，具有重大現實意義和深遠歷史意義。

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，以后逐步轉向產業；‘立地，就是根據現在政策，我的某些科研成果能夠比較快地產業化，直接用于國計民生，改變老百姓的生活。”他這樣描述道。

姚建銓院士介紹：“我們團隊‘頂天的項目由三部分組成：一是海下激光下行通信技術，二是太赫茲技術，三是微納光電子材料及技術。”

以激光致聲空-海跨界面下行通信研究為例。

海洋是國家戰略資源的重要基地。提高海洋資源開發能力，發展海洋經濟，保護海洋生態環境，維護國家海洋權益，關系到我國的經濟和國土安全。對于落實習近平總書記“經略海洋”的指示、擴大對外開放、促進經濟持續健康發展及實施海洋強國戰略具有十分重要的意義。

空-海跨界面通信一直是現代海洋通信中一個難以突破的技術難點。傳統的空對海的通信主要依靠超長波無線電通信、聲吶通信和藍綠激光通信技術，但是傳統手段在傳播距離、穿透深度、界面轉換及裝備復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-海一體化網絡構架”的概念后，帶領課題組團隊深入研究激光和聲各自在大氣和海水中的優勢，提出了激光致聲空-海跨界面下行通信技術及總體方案。

激光致聲通信利用機載激光對水的作用完成光波到聲波的非線性轉換，在空-海開放信道中可滿足數字信息的有效傳送，為海洋通信提供新的技術途徑。姚建銓-張雅婷團隊經過一年的努力，論證了空-海跨界面激光-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-聲轉換界面進行了深入研究，發展了激光在海面產生非線性效應的物理機理；研究了激光致聲空-海跨界面的下行通信關鍵技術；并進行了激光致聲空-海跨界面下行單向通信的實驗驗證。經過驗證分析，激光致聲下行通信傳輸距離能夠達到公里量級，為空-海跨界面通信開辟了-條新的技術途徑。

該技術難度大，創新性強，總體技術達到國際先進水平，為激光致聲通信關鍵技術研究奠定了堅實的基礎。激光致聲通信由于其獨特的空對海模式，所以該技術還可以在機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用價值。

“我們團隊的‘立地項目也包含三個組成部分：高端激光智能制造技術及產業、智慧養老和大健康技術及產業、物聯網和智慧城市。”

為何要把高端激光智能制造技術及產業放在“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聯。‘立地項目可以迅速落地轉化為產業，惠及民生，深受當地政府支持。”

作為高端激光智能制造技術及產業的一部分，激光清洗技術在美國、法國已有公司將之產業化，并進入中國市場。“正因如此，就更迫切需要我們搞出自己的產品來進行國產替代。先不論我們未來的價格優勢，如果國內沒有同類產品，進口產品占據‘獨有地位，價格就永遠不會下降。我們的團隊正在研發中，已經有所成果，以后會往量產邁進。”

姚建銓介紹，激光清洗也是分領域的。輪船清洗、飛機蒙皮清洗、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。但在不同領域里，做激光清洗的機制卻不一樣。以管道清洗為例，激光打進管道中，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，對象設備不同，適應的地方也不同，這叫應用領域。譬如飛機、輪船、高鐵，它們的應用領域是不一樣的。“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。”

在激光清洗領域，結合人工智能，姚建銓提出了一個創新的理念——隨機清洗。

“隨機清洗是什么意思？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，把測出的數據反饋回來做機器學習。通過結合人工智能，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。”

激光清洗不僅可以和人工智能結合，能更“聰明”地工作，還對環境友好，既不會和酸洗一樣污染環境，也不像超聲波清洗會消耗大量的水資源。

創新薪火相傳

青年是祖國的前途、民族的希望、創新的未來。青年一代有理想、有本領、有擔當，科技就有前途，創新就有希望。習總書記在講話中提出，希望廣大院士關心和愛護青年人才，把發現、培養青年人才作為一項重要責任，為青年人才施展才干提供更多機會和更大舞臺。

2018年，是姚建銓院士執教的第53個年頭。半個多世紀盛開的桃李芬芳，他粗粗統計，自己門下光是畢業的博士生就有180多位。

姚院士風趣地說：“在培養學生方面，我大概是和別人家的導師稍微不一樣吧。我不會天天耳提面命地規定學生該幾點幾分來，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。”

姚建銓對學生創新能力的培養，還著力于從方法上引導。

“我在教學中以給學生啟示為主，也會分派他們去做具體的工作。每個學生既要有團隊精神，也要有自己的研究成果和創造性想法。我們經常交流，開‘頭腦風暴式的小組討論會，大家圍繞著幾個關鍵詞進行討論，暢所欲言。思想一碰撞，往往就能迸發新的火花。”

姚建銓院士的啟發式教育有一個突出的特點，就是不會為他的學生制造思維“桎梏”。他不希望學生死記硬背，或是沒有自己的思考，僅僅機械性地按照老師教的去做，更不希望學生們的頭腦被條條框框局限住。如果學生因為能力和經驗不足走進“死胡同”，他會適時給予具體指導，啟發式教學。

“我比較擅長于啟發學生的思路，不會規定非要第一步怎么做，第二步怎么做。培養學生的自學能力和自主創新能力，鼓勵他們在尊重科學規律的前提下，創新地去工作，放開思維去想。對于學生來說，比起單純積累知識，培養能力更重要。”

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而勝于藍。他同樣堅信，在以習近平總書記為核心的黨中央的領導下，國家會走出一條中華民族自己的發展之路。在未來的科技發展領域，也將同樣實現中國夢。

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。既要有雄心壯志，有為了國家富強而奮斗的精神、氣魄，也要有一點一滴學習的勁頭。我相信中國大有希望，也充滿了前進的信心。”