科研“顶天立地”，创新薪火相传

彭砚淼 宋文芳

2018年5月28日，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话中谈道：

“两院院士是国家的财富、人民的骄傲、民族的光荣。长期以来，一代又一代科学家怀着深厚的爱国主义情怀，凭借深厚的学术造诣、宽广的科学视角，为祖国和人民作出了彪炳史册的重大贡献。祖国大地上一座座科技创新的丰碑，凝结着广大院士的心血和汗水。”

中国科学院院士姚建铨是著名激光与光电子科学家，1965年研究生毕业于天津大学精仪系，留校任教，历任讲师、副教授、教授、博士生导师，1997年当选为中科院院士。姚建铨院士现任中国光学学会理事、中国光学学会激光专业委员会副主任、中国电子学会物联网专家委员会副主任、天津市激光学会理事长、中国矿业大学物联网研究中心名誉主任，同时任美国光学学会及SPIE会员、南加州大学激光中心客座高级研究员等职。

姚建铨院士多年从事激光与非线性光学频率变换研究，提出非線性双轴晶体最佳相位匹配精确计算的理论及方法，得到国际学术界的确认；提出了激光谐振腔“类高斯分布理论”；发展了高转换效率下倍频理论及准连续泵浦倍频新方法；实现了输出功率34W的内腔倍频YAG激光器；并以此为光源，完成了激光三维扫描系统；首次采用准连续运转的绿光光源泵浦染料及钛宝石可调谐激光器，从理论到器件技术建立了一个新的“准连续泵浦激光调谐系统”技术体系，为我国新型固体激光及调谐技术作出了贡献。

科研“顶天立地”

1980至1982年，姚建铨在美国斯坦福大学、加州大学等世界顶尖名校做访问学者，曾应邀在普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、南加州大学讲学合作研究，后谢绝挽留，毅然回国投身祖国科研事业。30多年前这段海外工作的经历，让他对两院院士大会习近平总书记讲话中关于发展关键核心技术的内容深有感触。

正如讲话中指出，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。中国要努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。

姚建铨说：“中国是世界第二大经济体，但人均产值并不高。过去，我们借助劳动密集型优势，做世界工厂可以大量输出初、中级档次产品，赚取外汇。但高档次的产品我们就很少，甚至在国际上‘轮不上，所以关键核心技术你只能‘要。但现在中国已经发展得越来越好，再要继续往前走，要买最新最好的技术，人家就不卖给你。”

一方面要矢志不移自主创新，坚定创新信心，着力增强自主创新能力；一方面要把满足人民对美好生活的向往作为科技创新的落脚点，把惠民、利民、富民、改善民生作为科技创新的重要方向。

正因如此，姚建铨院士确立了自己未来工作的重点——“顶天立地”，并预计落地雄安新区。设立雄安新区，是以习近平同志为核心的党中央作出的一项重大的历史性战略选择，是继深圳经济特区和上海浦东新区之后又一具有全国意义的新区，是千年大计、国家大事。对于集中疏解北京非首都功能，探索人口经济密集地区优化开发新模式，调整优化京津冀城市布局和空间结构，培育创新驱动发展新引擎，具有重大现实意义和深远历史意义。

那么，何谓“顶天立地”？

“‘顶天，就是要搞出具有国际水平的，能够在世界上都站得住脚的高水平科研成果，以后逐步转向产业；‘立地，就是根据现在政策，我的某些科研成果能够比较快地产业化，直接用于国计民生，改变老百姓的生活。”他这样描述道。

姚建铨院士介绍：“我们团队‘顶天的项目由三部分组成：一是海下激光下行通信技术，二是太赫兹技术，三是微纳光电子材料及技术。”

以激光致声空-海跨界面下行通信研究为例。

海洋是国家战略资源的重要基地。提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，维护国家海洋权益，关系到我国的经济和国土安全。对于落实习近平总书记“经略海洋”的指示、扩大对外开放、促进经济持续健康发展及实施海洋强国战略具有十分重要的意义。

空-海跨界面通信一直是现代海洋通信中一个难以突破的技术难点。传统的空对海的通信主要依靠超长波无线电通信、声呐通信和蓝绿激光通信技术，但是传统手段在传播距离、穿透深度、界面转换及装备复杂度等方面都面临巨大问题。姚建铨院士在2015年提出“空-天-地-海一体化网络构架”的概念后，带领课题组团队深入研究激光和声各自在大气和海水中的优势，提出了激光致声空-海跨界面下行通信技术及总体方案。

激光致声通信利用机载激光对水的作用完成光波到声波的非线性转换，在空-海开放信道中可满足数字信息的有效传送，为海洋通信提供新的技术途径。姚建铨-张雅婷团队经过一年的努力，论证了空-海跨界面激光-声通信的总体方案；提出并验证了激光-声跨空-海界面的安全、隐蔽的下行通信技术方案；从理论上对激光致声通信的大气信道、海洋信道特别是光-声转换界面进行了深入研究，发展了激光在海面产生非线性效应的物理机理；研究了激光致声空-海跨界面的下行通信关键技术；并进行了激光致声空-海跨界面下行单向通信的实验验证。经过验证分析，激光致声下行通信传输距离能够达到公里量级，为空-海跨界面通信开辟了-条新的技术途径。

该技术难度大，创新性强，总体技术达到国际先进水平，为激光致声通信关键技术研究奠定了坚实的基础。激光致声通信由于其独特的空对海模式，所以该技术还可以在机载平台以及船载平台上的空对海的探测成像、定位测距以及唤醒等方面具有重要的应用价值。

“我们团队的‘立地项目也包含三个组成部分：高端激光智能制造技术及产业、智慧养老和大健康技术及产业、物联网和智慧城市。”

为何要把高端激光智能制造技术及产业放在“立地”的首位呢？姚建铨院士说：“以激光清洗为例，我研究中的绝大部分——甚至可以说90%，都是面向高精尖的，而恰恰就是这10%，可以和百姓的生活直接关联。‘立地项目可以迅速落地转化为产业，惠及民生，深受当地政府支持。”

作为高端激光智能制造技术及产业的一部分，激光清洗技术在美国、法国已有公司将之产业化，并进入中国市场。“正因如此，就更迫切需要我们搞出自己的产品来进行国产替代。先不论我们未来的价格优势，如果国内没有同类产品，进口产品占据‘独有地位，价格就永远不会下降。我们的团队正在研发中，已经有所成果，以后会往量产迈进。”

姚建铨介绍，激光清洗也是分领域的。轮船清洗、飞机蒙皮清洗、高铁部件清洗……不同对象的清洗，用的激光器其实是差不多的。但在不同领域里，做激光清洗的机制却不一样。以管道清洗为例，激光打进管道中，要以螺旋形一边扫一边后退，这样才能清洗干净。同样用一个激光器，对象设备不同，适应的地方也不同，这叫应用领域。譬如飞机、轮船、高铁，它们的应用领域是不一样的。“像是电视塔，它在户外日晒雨淋，水泥上‘长了很多东西，有些地方够不着就没法清洗。还有一些高层建筑的玻璃，保洁人员出去刷玻璃也是非常危险的。这些情况下，都可以用激光清洗。”

在激光清洗领域，结合人工智能，姚建铨提出了一个创新的理念——随机清洗。

“随机清洗是什么意思？比如一块金属，过去用激光清洗它，要来来回回扫。随机清洗可以用两个激光头同时扫，一个是检测头，一个是激光清洗头。检测头可以检测清洗对象的污染物是什么种类，将其成分和厚度测出。检测头一边扫一边测，把测出的数据反馈回来做机器学习。通过结合人工智能，可以‘告诉激光清洗头很多信息。比如走到某处的时候污染物比较厚，清洗的功率要大一点。”

激光清洗不仅可以和人工智能结合，能更“聪明”地工作，还对环境友好，既不会和酸洗一样污染环境，也不像超声波清洗会消耗大量的水资源。

创新薪火相传

青年是祖国的前途、民族的希望、创新的未来。青年一代有理想、有本领、有担当，科技就有前途，创新就有希望。习总书记在讲话中提出，希望广大院士关心和爱护青年人才，把发现、培养青年人才作为一项重要责任，为青年人才施展才干提供更多机会和更大舞台。

2018年，是姚建铨院士执教的第53個年头。半个多世纪盛开的桃李芬芳，他粗粗统计，自己门下光是毕业的博士生就有180多位。

姚院士风趣地说：“在培养学生方面，我大概是和别人家的导师稍微不一样吧。我不会天天耳提面命地规定学生该几点几分来，几点几分走，单靠‘抠是‘抠不出名堂的。我更看重长期，如果你长时间没有做出成果来，就说明你心有旁骛，没有好好搞研究。”

姚建铨对学生创新能力的培养，还着力于从方法上引导。

“我在教学中以给学生启示为主，也会分派他们去做具体的工作。每个学生既要有团队精神，也要有自己的研究成果和创造性想法。我们经常交流，开‘头脑风暴式的小组讨论会，大家围绕着几个关键词进行讨论，畅所欲言。思想一碰撞，往往就能迸发新的火花。”

姚建铨院士的启发式教育有一个突出的特点，就是不会为他的学生制造思维“桎梏”。他不希望学生死记硬背，或是没有自己的思考，仅仅机械性地按照老师教的去做，更不希望学生们的头脑被条条框框局限住。如果学生因为能力和经验不足走进“死胡同”，他会适时给予具体指导，启发式教学。

“我比较擅长于启发学生的思路，不会规定非要第一步怎么做，第二步怎么做。培养学生的自学能力和自主创新能力，鼓励他们在尊重科学规律的前提下，创新地去工作，放开思维去想。对于学生来说，比起单纯积累知识，培养能力更重要。”

姚建铨院士相信，中国的青年一代科技工作者必定会青出于蓝而胜于蓝。他同样坚信，在以习近平总书记为核心的党中央的领导下，国家会走出一条中华民族自己的发展之路。在未来的科技发展领域，也将同样实现中国梦。

他说：“我一直秉持一个观点，就是要脚踏实地，一步一个脚印去工作，不能好高骛远。既要有雄心壮志，有为了国家富强而奋斗的精神、气魄，也要有一点一滴学习的劲头。我相信中国大有希望，也充满了前进的信心。”