現(xiàn)年91歲的潘君驊院士精神矍鑠,思路清晰。當我們按照約定的采訪時間抵達大堂,只見潘院士健步迎上前來,一眼就認出了陪同我們采訪的朱健強研究員,并熱情地和我們一一握手問好。 潘君驊院士是我國應用光學專家,1952年清華大學機械工程系畢業(yè),1960年蘇聯(lián)科學院列寧格勒普爾科沃天文臺畢業(yè),1980到 2000年,在中科院南京天文儀器研制中心工作,2000年,返聘到蘇州大學現(xiàn)代光學研究所工作。曾任中國光學學會理事,中國天文學會常務理事,中國光學測試專業(yè)委員會主任,南京天文儀器廠副廠長等職務。王大珩院士評價他為“最具有工程概念的光學專家”。 早在留學蘇聯(lián)期間,他就提出了大望遠鏡二次凸面副鏡新的檢驗方法,并實際應用于原蘇聯(lián)6米望遠鏡和我國60厘米望遠鏡及2.16米望遠鏡的副鏡檢驗?;貒?,在長春光機所為我國研制大型靶場光學設備建立了一套光學加工和檢測技術(shù),保證了我國大型靶場光學儀器獲得優(yōu)良光學質(zhì)量,并對各種光學非球面的設計、精密加工及檢驗方法進行了卓有成效的研究,解決了光學加工的關(guān)鍵技術(shù)難題。在南京參加工作后,又主持完成當時遠東地區(qū)最大的“2.16米光學天文望遠鏡”項目, 獲1997年中國科學院科技進步獎一等獎和1998年國家科技進步獎一等獎。 潘君驊院士雖然早過了退休年齡,但他前兩年才真正離開一線工作。緣于蘇州大學擁有潘院士這樣的優(yōu)秀專家,已持續(xù)舉辦了18年的“中科院上海光機所光學系列高級培訓班”,計劃于2022年4月在蘇州大學增設“光學元件加工及檢測技術(shù)培訓班”和“微納制造與工藝培訓班”,敬請關(guān)注。
您在清華大學讀書時為什么選擇了機械系?轉(zhuǎn)專業(yè)對您后來在原蘇聯(lián)科學院普爾科沃天文臺學習天文光學是否有影響?
我考大學的時候選擇機械系是受我二哥的影響,他是交大(現(xiàn)上海交通大學)機械系畢業(yè)的,功課也很好,平時我二哥就是我的偶像,所以我的目標也是機械系。這個不是我有興趣的系,到了清華大學碰到了物理系學生組織的“天文學習會”,我很感興趣,馬上就參加了。學生們會請知名的天文學家來講課,我清清楚楚記得第一課邀請的是燕京大學的戴文賽[1]先生。
我學天文學甚至比學機械本系的課還要認真,做了很多筆記,課余時間在圖書館里看了很多天文的書,有的還認真翻譯出來。清華大學有一架120(毫米)口徑的蔡司望遠鏡,我通過“天文學習會”把它借來,晚上觀測,當時根本買不到國產(chǎn)的這種鏡頭,國內(nèi)光學工業(yè)基本是零。所以,實際上我是到了清華大學發(fā)現(xiàn)自己的興趣在天文方面,我想過要轉(zhuǎn)系,不過那時候已經(jīng)不太可能轉(zhuǎn)了。我下了一個決定,就是我將來要搞天文儀器,既不離開我喜歡的天文,又不離開機械專業(yè)。
后來我搞光學儀器,機械系的東西對我來講非常有用!因為我有機械制圖這些能力,我想做一個裝置或是其它東西,我可以根據(jù)詳細圖紙直接下車間。
1956年單位派您到蘇聯(lián)學習天文光學,您是碰巧被分配到了這個感興趣的專業(yè)嗎?
不是,我后來知道是龔祖同[2]先生的建議。
從清華大學畢業(yè)后,我被分配到長春的中科院儀器館(現(xiàn)中科院長春光機所)機械室,做各種光學儀器和非光學儀器。1952年到1956年我工作了4年,這期間我沒有放棄天文愛好,晚上看看星,磨一磨玻璃。我估計領(lǐng)導也知道這個情況,所以,1956年單位派大量留學生到蘇聯(lián)去學習時,就把我派去了。
到了蘇聯(lián)科學院普爾科沃天文臺以后,我才知道叫我去學天文光學,這時候我才從一個業(yè)余天文愛好者轉(zhuǎn)成一個天文光學專業(yè)的研究生。從業(yè)余狀態(tài)變成專業(yè)學習,當時知道這一點以后,我壓力是很大的,因此是比較努力的。
您在蘇聯(lián)學習期間,就另辟蹊徑,找到了大望遠鏡二次凸面副鏡新的檢驗方法,被蘇聯(lián)專家稱為“潘氏法”。是怎樣的靈感、情形激發(fā)您提出了“潘氏法”?
當時老師給我的題目是望遠鏡非球面凸面鏡的檢驗,任務是對已經(jīng)有的Hindle方法,做詳細研究,寫一個報告就行了。我在做的過程中就想,這個方法是不是最好的?它的缺點在哪里?能不能克服?這要稍微講專業(yè)一些了,Hindle方法主要的問題是它需要一塊口徑比較大的凹面鏡,來產(chǎn)生會聚光束,不過,凹面鏡的尺寸要求太大。
我就想為什么會有這個缺點,有沒有辦法克服它?我想到Hindle方法產(chǎn)生的會聚光束不是沿著被檢面的法線走,所以需要口徑比較大的凹面鏡,如果產(chǎn)生的光束沿著被檢面法線走,光束的口徑就是最小的了。有想法以后,需要推導相關(guān)的公式看理論上能不能實現(xiàn),后來發(fā)現(xiàn)是有可能的。
蘇聯(lián)的研究生制度要求,在研究生中期,每一個學生都要做階段性報告,要講一講你已經(jīng)做的工作和下一步工作打算。我把前面老師布置的工作報告了一下,然后把新的想法也報告了一下,結(jié)果我這個報告評選上了優(yōu)秀報告,還收到了一個月的助學金獎勵。
您回國后,先后研制了國內(nèi)第一臺激光球面干涉儀、當時遠東地區(qū)口徑最大的2.16米天文望遠鏡等國家重大項目。您承擔這些項目時面對了怎樣的心理挑戰(zhàn)?這些重大項目為我國的光學事業(yè)奠定了怎樣的基礎(chǔ)?
我先說說回到長春光機所以后的主要情況。
當時中蘇關(guān)系已經(jīng)破裂了,蘇聯(lián)專家撤走,中國自己要搞遠程導彈,在做“150-1任務”[3],就是大口徑的經(jīng)緯儀。長春光機所當時的技術(shù)基礎(chǔ)只會做小口徑的球面系統(tǒng),設備和方法都是和這個相關(guān)的,要想把應用于最多到200(毫米)小口徑系統(tǒng)的方法,用到大口徑上去,無論機器設備、加工方法還是檢驗方法都是不行的。當時要磨的鏡片口徑其實不大,就600多一點,但是用磨200多口徑的設備再放大,肯定是不行的。還有檢驗方法也是這樣,用機械檢驗的方法想要達到光學精度,也是辦不到的。
而我在蘇聯(lián)學習的那套東西,從技術(shù)本質(zhì)來講,就是解決大口徑光學鏡面的設計及檢驗問題。我發(fā)現(xiàn)我學的東西正是長春光機所最缺的東西,所以我選擇做這個方向,我不想和別人在業(yè)務上有重復的地方。我的工作直接從設計磨鏡片的機器開始,還有當時最主要的刀口檢驗方法,那時候沒有干涉儀,操作刀口儀需要學習,需要有經(jīng)驗。大概到1963年,基本上把做大口徑電影經(jīng)緯儀的技術(shù)基礎(chǔ)在長春光機所建立起來。
這一階段的工作為長春光機所后面的項目越做越強奠定了基礎(chǔ)。
做“150-1”工程的時候,我根本沒有精力去搞天文望遠鏡?!?.16任務”中間停過,是1975年左右重新啟動的,根據(jù)王大珩先生意見,我的編制在長春,按照出差到南京天文儀器廠的方式參加工作,我是1980年正式調(diào)過去的。
事情是這樣的,有一天,鄧錫銘[4]寫一封信給我,說他碰到了李慶逵[5]先生,李慶逵先生說2.16米紅外望遠鏡項目狀態(tài)很糟糕,擔心這個項目做不下去,鄧錫銘建議叫我參加。他跟我說“可能過幾天有人來找你”,叫我有個準備。在這個背景下,我正式參加到“2.16”項目中。但是參加這個項目我是有點擔心的,畢竟我做過的儀器是小的經(jīng)緯儀,可以拿在手里的大小,“2.16”那么大的東西,并且項目已經(jīng)在進行了,所以我有點擔心。
主觀方面我很想回到南方,客觀方面工作也有這個需要,最后我下決心還是去。對于我擔心的問題,當時我想只有一個辦法能解決,我在技術(shù)上一定要能站住腳,我做的技術(shù)一定要能夠經(jīng)得起考驗,有了這一點,我想其他的問題都好辦。我抱著這個心態(tài)到了南京,開始大概有一兩個月感覺進入不了角色,所謂進入角色,就是我能主動考慮一些問題,后來才慢慢進入角色。我聽說“2.16任務”是科學院當年在“大躍進”時期提出的大膽項目里,唯一最后做成的。
1989年2.16米望遠鏡運送到北京天文臺興隆站后潘君驊(中排右一)與研究人員在圓頂室內(nèi)合影(圖片來源于清華大學校史館)
能和我們多分享一點項目研發(fā)過程中其它讓您印象深刻的故事嗎?
這種事情很多,我講兩件吧,是我確切做過的事情。
一件是半導體激光器的事情。到1963年,為“150-1任務”做的技術(shù)基礎(chǔ)工作基本上可以了,各部門裝校調(diào)整,光學車間進行常規(guī)運行,剩下的事情我臨時處理一下就行了。長春光機所物理方面的王乃弘[6]當時在做半導體(砷化鎵)激光器,他碰到一個困難來找我,就是光學諧振腔怎么做,我正好有時間,很積極地配合他,比如諧振腔的磨制、檢驗、焊電極,幫他想了很多辦法。
開始時一直不出激光,王乃弘很著急,就想了一個點子,要用非受激發(fā)光元件做光電話的通話試驗,主要的硬件工作都由我來做。最后我們用120口徑的系統(tǒng)做到50公里距離的通話,從十幾公里,二十幾公里再做到50公里通話,這個距離差不多是極限了。1964年4月份左右,我們早于北京半導體所,首先出來了激光。7月份《科學通報》就把我起草的一篇稿子發(fā)表了。北京半導體所說他們的激光出來得早,這點我不能完全否定,可是確實沒有文章能作為依據(jù)。
半導體激光器剛出光不久,我就想它有什么用處。1964到1965年間,我用激光器去測800米以外一個大樓距離,用光學測距儀測量結(jié)果是837米。用半導體激光器連續(xù)打目標大樓的墻,示波器上有兩個信號,一個是發(fā)出的強脈沖信號,一個是比較弱的回波信號,兩個信號之間有距離,也有時間差,用光速乘以時間差就是距離。當時粗略地計算一下,我測的數(shù)據(jù)是830米。我可能是國內(nèi)最早做激光測距試驗的,拍了示波器屏幕的照片我還保存著。
還有一件是上面交下來的“541任務”,做肩扛的打低空目標的導彈?!?41任務”是科學院組織全院的力量合作研究的,長春光機所負責導引頭,上海技物所做硫化鉛紅外接收器,北京自動化所做控制系統(tǒng),大連化物所搞炸藥和推進劑,還有其它幾個研究所。相關(guān)人員集中到北京聽了張勁夫副院長講話,我只記得他說,你們要“老湯下面”,意思就是不要提太多要求,要省一點經(jīng)費。
然后,參加任務的單位代表到洛陽一個研究所參觀,他們有美國“響尾蛇”導彈的資料,因為有一顆導彈掉在地下沒有爆炸,我們把它完全“解剖”了,所以有整套圖紙。回去以后,我負責導引頭位標器的總體設計,實際上就是把響尾蛇導彈按比例縮小,王乃弘負責瞄準鏡中分劃板的旋轉(zhuǎn)和調(diào)制。這里又是機械知識有用了,我自己可以直接把導引頭的總圖、測試用轉(zhuǎn)臺和臺上的光學系統(tǒng)畫出來,這段時間的任務很緊張,可是我們的工作非常快,效率很高,不到半年,導引頭就研制出來了,可以在10米的距離跟蹤一個香頭,香頭只有一點點,香頭移動,導引頭就跟著轉(zhuǎn)方向了。
后來他們搞總體設計的嫌導彈打出去,半球形的整流罩導致風的阻力太大,要求改成八角錐形,這一改又是我的事情。這個錐體要用8塊玻璃拼起來,每塊玻璃間都有空間的角度關(guān)系,我為了解決這個問題傷腦筋傷透了。我得把每塊玻璃的角度、和其它玻璃之間的立體關(guān)系都搞清楚,畫出圖紙、下車間和加工的師傅一起研制。當時工作效率真的高,當然那時候晚上經(jīng)常加班,經(jīng)常通宵,很快也做出了尖尖的整流罩。
我們到科學院在懷柔的靶場試打,那時候特殊時期,上層已經(jīng)亂得很厲害了,我們底下的還不知道,打了后結(jié)果怎么樣也不知道,過了不久科學院正式發(fā)文通知“541任務”停止了??茖W院里雖然停了,國家實際上沒有停,到了1976年1月9號,所里通知我和王乃弘到沈陽松林機械廠(做導彈的)。為什么去呢?原來我們的圖紙已經(jīng)在這里,圖紙上有些他們不明白的地方,要我和王乃弘去解答這些問題。后來有一次我到上海803所,也是做紅外器件的,發(fā)現(xiàn)這個東西已經(jīng)變成產(chǎn)品并往其它國家輸出了。
您曾榮獲“1978年全國科學大會獎”和“1998年國家科技進步一等獎”等獎項。2019年4月6日,為感謝您對近地天體望遠鏡給予的技術(shù)支持,國際小行星中心和國際小行星命名委員會發(fā)布國際命名公報,確定國際編號為216331號小行星被命名為“潘君驊星”。您怎樣看待這些重要的學術(shù)榮譽?
“2.16工程”包含了好幾代人的心血, 包括科學院天文口的,新技術(shù)局的好多領(lǐng)導都關(guān)心,像龔祖同先生、王大珩先生、機械方面專家雷天覺先生,還有北京天文臺的程茂蘭先生等等。我覺得我能夠參加這個項目,并且把負主要責任的東西順利完成,我對得起這些老科學家,也對得起科學院里全心全意支持項目的領(lǐng)導就好了??茖W院有一個叫戴中溶[7]的,好像還有一個姓張的,都是很認真地參加討論?!?.16工程”有各種技術(shù)方面的爭論,全靠科學院的領(lǐng)導參與討論以后,得到妥善處理。所以,只有從技術(shù)上能站得住腳,才能過得了這些關(guān)。
至于小行星命名的事,我是十分意外的,說好聽些,這是我性格中“助人為樂”的無意間的巨大回報。其實,我在近地天體望遠鏡中的付出遠不及有些項目中的辛苦。
(圖片來源于網(wǎng)絡)
您認為在光學設備、硬件研究以及高端裝備(如光刻機)設計、制造方面,需要培養(yǎng)什么樣的人才隊伍? 結(jié)合您的工作、教學經(jīng)驗,您認為國內(nèi)現(xiàn)在的科研模式是否滿足培養(yǎng)這類人才的需要?
這種問題我沒有辦法回答你,我只能講一些粗淺的看法。我覺得要做好高端的儀器,知識面一定要比較廣,我目前也沒有深入到里面研究了,我只知道光刻鏡頭是非常難的,設計加工要求高到1%波長的精度,這個難度是很大很大的,所以參加這類項目的人知識面一定要很廣,并且要有豐富的實踐經(jīng)驗。不光需要光學的知識,但是機械方面的背景要有。
我們那時候國家的需求多得不得了,題目有的是,就怕你不去做。不像現(xiàn)在要去爭取一個題目很不容易,時代背景不一樣了。
多年來,您一直積極倡導和實施我國光學系統(tǒng)采用非球面技術(shù),具體有哪些原因?
我在蘇聯(lián)學習的時候就意識到了非球面的重要性,不過在此之前,我一直記得王乃弘跟我說過的一句話:“光學設計的出路在于使用非球面”。到了后來,不管紅外也好,上天也好,用透射的玻璃元件已經(jīng)不行了,紅外波長透過率受限制,材料受限制,上天的話重量受限制,就顯示出非球面這條道路非走不可。
我記得做“150-1任務”的時候,唐九華[8]有一個同時負責的“紅外分光光度計”項目,這上面有兩個元件,一個是離軸拋物面,產(chǎn)生準直光的,另一個是橢球面,在短焦點上安裝接收器的。離軸拋物面有個幾何原理,后面有一條子午線,它平行于子午面任何一個切面,切出來的這條曲線也是一個拋物面,它的方程參數(shù)一樣。他們根據(jù)這個原理做一個機器,平行地掛塊板,下面的玻璃旋轉(zhuǎn),這塊板在上面平行移動。但他們沒想到掛板總歸要有厚度,這個厚度就產(chǎn)生問題了。檢查也是用精密機械的方式解決光學精度的要求,這顯然是達不到的。
所以我就順手幫他們搞了一個儀器,同時把刀口檢驗的辦法教給他們,很快就把紅外光譜儀的光學問題解決了。后來唐九華給我寫過一個評語,比我自己對自己評價還要高,他的手稿可能還在我這里,我很珍視他寫的東西。
您曾在“第十六屆全國光學測試學術(shù)交流會”中提到,因為諸多因素,在激光球面干涉儀研發(fā)后,沒能盡早使它得到最大化推廣,而最終讓Zygo干涉儀占據(jù)了大部分市場。結(jié)合您的經(jīng)歷,您認為國外的科技成果比國內(nèi)更容易形成產(chǎn)業(yè)化是什么原因?
激光球面干涉儀是1974年做了模型,我先簡單地搭了一個光路,然后請激光干涉方面的顧去吾[9]先生過來,和他討論我的方案行不行,他說可以。隨后我搭了完整的光路,試驗發(fā)現(xiàn)能看到條紋,當時用的是氦氖激光器。
這步結(jié)束以后,我就找了個廢的小車床,放了標尺,可以測量半徑,等于做了一個模型試驗。再下面一步就設計正式的激光球面干涉儀了,產(chǎn)品出來得很快,那時候做事情真的是很快。后來長春光機學院(現(xiàn)長春理工大學)把圖紙都要去了,變成他們的校產(chǎn)品。
到這個程度,我思想上認為,利用激光器做了一個經(jīng)典的光學儀器,有新的用處,圖紙、詳細的說明都有,我的事情就完了。客觀來講,那時還沒有美國人的Zygo干涉儀,Zygo大概在1980年前不久才有點眉目,而且我們有些條件還不成熟,主要是干涉條紋的自動判讀還沒有一套理論,還至少需要有臺PC機,球面干涉儀上需要的精密刻尺,在國外可以直接買到,而我是先打聽到北京303所在提供尺坯情況下能刻,于是畫了圖,找光學車間再來磨。再加上,當時國內(nèi)也根本沒有市場意識,造成了主觀上沒認識到下一步應該怎么做,我覺得光機學院要去做校產(chǎn)品我就很高興了。
現(xiàn)在我們有市場意識了,但是科研成果想要轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的,首先要看這個產(chǎn)品是不是真正有市場價值。有時候自己簡簡單單地認為有價值,做出來卻沒銷路,那也不行。我想創(chuàng)新性的東西,在實踐中才能真正產(chǎn)生價值,能有一件兩件已經(jīng)很好了,不會每一件都是成功的,肯定有失敗的,所以要允許失敗。
《光學學報》是王老親手創(chuàng)辦的中文刊,許多老院士和專家都對她有著不同尋常的感情,您也給我們學報投過多篇優(yōu)秀稿件,還在學報創(chuàng)刊40周年時,給學報題詞,您認為以《光學學報》為代表的中國光學期刊應該怎樣發(fā)展,怎樣做到為光學學科服務?
這個問題我根本沒有資格回答?,F(xiàn)在技術(shù)發(fā)展得太快,知識更新太快,我跟不上了。期刊做專題應該找熱點問題相關(guān)的全國的專家去搞,我們各個大學都是有這些領(lǐng)域的專家的,因為學校和科研院所有幾個學科存在,有專題項目存在,一定是有專家的。
您對從事光學研究的年輕后輩有什么寄語給他們? 可以和我們分享下您保持健康長壽的秘訣嗎?
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