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光学名人
王之江

王之江(1930.11.21—— 物理学家。浙江杭州人。

1991年当选为中国科学院院士。

在光学设计方面,发展了像差理论和像质评价理论,形成了新的理论体系。在激光科学技术方面,领导研制成中国第一台激光器。70年代领导完成了高能量、高亮度钕玻璃激光系统。对中国光信息处理和光计算起了倡导作用。

简介

1.中国科学院研究员 物理学家。江苏常州人。1930年10月15日出生。

1948年江苏省常州高级中校毕业。

1952年毕业于大连大学工学院物理系。

中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。1964年参加中科院上海光学精密机械研究所创建工作。在光学设计方面,发展了象差理论和象质评价理论,形成了新的理论体系,完成了大批光学系统设计(如照相物镜系统、平面光栅单色仪、长工作距反射显微镜、非球面特大视场目镜、105# 大型电影经纬仪物镜等);在激光科学技术方面,领导研制成中国第一台激光器,并在技术和原理上有所创新。70年代领导完成了高能量、高亮度钕玻璃激光系统。在这项工作中解决了一系列理论、技术及工艺问题。关于某些激光重大应用对亮度要求的判断,使工作避免了盲目性,对于中国激光科学技术起了积极作用。倡议和具体领导了中国“七五”攻关中激光浓缩项目。对中国光信息处理和光计算起了倡导作用。1991当选为中国科学院院士(学部委员)。著有《光学设计理论基础》等。

人物生平

物理学家。江苏常州人。1952年毕业于大连大学工学院物理系。中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。在光学设计方面,发展了象差理论和象质评价理论,形成了新的理论体系,完成了大批光学系统设计(如照相物镜系统、平面光栅单色仪、长工作距反射显微镜、非球面特大视场目镜、105#大型电影经纬仪物镜等);在激光科学技术方面,领导研制成中国第一台激光器,并在技术和原理上有所创新。70年代领导完成了高能量、高亮度钕玻璃激光系统。在这项工作中解决了一系列理论、技术及工艺问题。关于某些激光重大应用对亮度要求的判断,使工作避免了盲目性,对于中国激光科学技术起了积极作用。倡议和具体领导了中国“七五”攻关中激光浓缩铀项目。对中国光信息处理和光计算起了倡导作用。1991当选为中国科学院院士(学部委员)。

王之江院士专长于光学设计、成像和像质评价、光学仪器、光学信息处理、激光器和激光物理与激光应用。他在光学设计与光学仪器方面发展了像差理论和像质评价理论,发表有高水平专著,完成了一批光学系统设计,有多种属世界先进水平。在激光科学技术方面:在激光发明一年后,中国第一台激光器在他领导下完成,并在技术和原理上有所创新。七十年代,他领导完成的高能量高亮度钕玻璃激光系统至今仍是这类器件的最高水平,其中解决的一系列理论及工艺问题,对我国激光科学技术起到了开拓作用。八十年代又领导成功建成我国第一台拉曼自由电子激光器,并领导国家重大项目激光同位素分离的研究任务,建成大型激光-光学链系统。

工作经历

1930年10月出生,汉族,1978年加入中国共产党,1952年毕业于大连工学院,先后在中科院长春光机所和上海光机所工作。1978年~1984年任上海光机所副所长,1984年~1992年任该所所长。兼任上海激光技术研究所所长和长春光机所副所长。曾任“光学学报”及“中国激光”主编和中国光学学会理事长,兼任“OpticalLetters”(美国光学学会编辑发行)编委,是第三、五届全国人民代表大会代表,1988年当选为美国光学学会高级会员(Fellow),1991年当选为中国科学院院士。

研究方向

1952年毕业于大连工学院物理系。中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。1991年当选为中国科学院院士(学部委员)在光学设计方面,发展了象差理论和象质评价理论,形成了新的理论体系,完成了大批光学系统设计(如照相物镜系统、平面光栅单色仪、长工作距反射显微镜、非球面特大视场目镜、105#大型电影经纬仪物镜等);在激光科学技术方面,领导研制成中国第一台激光器,并在技术和原理上有所创新。70年代领导完成了高能量、高亮度钕玻璃激光系统。在这项工作中解决了一系列理论、技术及工艺问题。对中国激光科学技术起了开拓作用。关于某些激光重大应用对亮度要求的判断,使工作避免了盲目性。倡议和具体领导了中国“七五”攻关中激光同位素分离项目。对中国光信息处理和光计算起了倡导作用。招生专业、研究方向:光学:1.激光物理与技术;2.激光与物质相互作用;3.激光物理与技术光学工程:1.应用光学;2.光信息处理;3.光电子仪器设计;4.激光技术与应用;5.半导体泵浦激光;6.光电子技术

研究内容

太阳是一个十分巨大的能源,它送到地球的光功率就有12万TW。与此相比,现在人类社会的总能耗约13TW,全世界发电装机容量不到4TW,都比太阳送到地球的光功率小得多。地球上的所有石油资源相应的能量,只相当太阳在一天半时间内供应给地球的光能。再者,由于能源危机以及对环境污染的忧虑,一些发达国家早在上世纪七十年代,就开始投资于工业开发太阳能。

上世纪七十年代,全世界投入太阳能热电CSP(ConcentratingSolarPower)研究开发的经费规模约有五亿美元,多种方案的太阳能实验热电站从而在各国建成。其中,从1984到1990年,美国在加州莫哈夫沙漠(MajaveDesert)地区相继建成九个槽式太阳能热电站(Trough,“SEGS1…1X”)。其发电功率分别为14MW、6×30MW和2×80MW。这组总功率354MW的电站建成后,一直向加州电网供电至今,累计供电12TWh,其中新装置的电效率已达30%。

通过三十多年的研究开发实践,在国际间现在已有一些共识,即太阳能热电站(CSP),尤其槽式太阳能热电站(Trough),是最便宜的太阳能。一些科技会议和项目计划对有关技术的研究、开发和推广起到了重要的作用,例如:

王之江特提出如下建议:

(1)借鉴TRAN-CSP,中国应制定一个针对各种能源的近期与长远发展目标。

(2)国家应鼓励可持续能源(RenewableEnergy)优先发展并进行相应立法。

(3)及早建设中国大型太阳能热电厂。扶植Trough部件加工工业,进一步降低其成本,提高我国参与相关行业国际竞争的能力。

极紫外光刻技术(EHVL)是以波长11-14纳米的软X射线为曝光光源的微电子光刻技术。中国科学院上海光学精密机械研究所王之江院士指出,根据目前光刻技术的发展形势,EUVL将是大批量生产特征尺寸为70纳米及更细线宽集成电路的主流技术。2001年国际半导体工业协会发布的半导体技术发展蓝图预测,特征线宽为70纳米的半导体器件将于2006年开始进入批量生产,而且根据以往的发展经验看,这个技术节点的实现会比预计的要提前。

国外EUVL方面的研究进展很快。2002年3月美国桑地亚国家实验室宣布,它们研制的EUVL工程测试样机己完成性能测试。欧盟计划于2003年末或2004年初研制成功EUVL原型样机。

为了能够在未来的光刻设备市场上具有一定的竞争力,我国应该尽快开展EUVL的研究。根据我们目前的财力和技术条件,可以选择其中的几个关键技术进行攻关,通过5年左右时间的努力,在EUVL成为半导体光刻技术的主流时,使我国在EUVL方面有某几种单元技术具备相当的国际竞争力。

为此,王之江院士建议:我国应尽快开展EUVL技术研究。根据目前国内己具备的相关技术基础,至少选择如下几个关键技术进行攻关:

1)EUVL光源研究。我国在激光等离子物理研究方面具有坚实的基础,通过进一步的工程化研究可以获得EUVL所需要的光源。

2)全反射式离轴非球面缩倍投影光刻物镜研究。与目前的光学光刻不同,对极紫外光已无透射材料,因为在该波段所有材料的折射率都接近于1,必须采用反射式光学系统。

3)高精度离轴非球面反射镜加工、检测技术研究。EUVL光学系统中的反射面要求具有接近理想的面形和亚纳米量级的表面粗糙度。

4)极紫外多层高反射率光学薄膜制备技术研究。EUVL的反射式光学系统的反射面必须在镀制了高反射率光学薄膜后才能正常工作,反射率越高,则生产效率越高。

获奖情况

三项成果获1979年全国科学大会奖(专著红宝石激光器、高能钕玻璃激光器);

1:1光刻机获上海市科学进步一等奖(1986);

拉曼自由电子激光器中科院科技进步二等奖(1987);

1:1亚微米物镜获上海科技进步一等奖(1988);

激光打印机获上海市科技进步一等奖(1990);

1997年获何梁何利基金科学与技术进步奖

国际组织任职情况

中国光学学会副理事长(1980~1992)

光学学报主编(1985~1990)

中国激光主编(1980~1990)

国际量子电子学会议和国际激光与光电子会议(IQEC和CLEO)中国节目委员会主席(1983~1986)

美国光学学会高级会员(Fellow)

国际光学工程学会SPIE会员

OpticalLetters海外编委

中国科技大学、浙江大学、大连理工大学兼职教授

设计讲义

王之江的光学设计讲义

光学设计课程目录

1.光学设计和光学仪器的发展史

2.对光学系统的基本要求、指标

3.高斯光学

光学表面对光线偏折,光路计算,近轴光线,像差,物像关系,薄透镜,拉氏不变量,光管,传输耦合的基本条件,近轴光路计算,ABCD矩阵,光焦度和主平面

4.像差理论

球面的球差,球差零点,球差与折射率,初级球差,正弦条件,彗差,透镜弯曲,主光线,主光线光路像差,畸变,像散,像面弯曲,初级像差理论,像差与光阑移动,像差与物面移动,色差,光学玻璃和晶体,二级光谱,薄透镜组,非球面,校正像面弯曲的措施,可能校正的像差与不可能校正的像差,轴对称与非轴对称。

5.为何有多种不同结构的光学系统:望远镜、显微镜、照相物镜、目镜、光刻物镜。

6.成像质量

衍射,点扩散函数和像差,能量集中度,分辨能力,伪分辨,光学传递函数,星点检验,杂光,降低杂光的措施,鬼像。

7.光学设计软件的基本功能

*成像质量的计算和分析:光学系统结构数据输入,孔径,视场,波长,表面模型,玻璃表,玻璃模型,光阑,望远镜系统,Analysis包含的项目计算,像差量级不同时要用不同方法分析。

*结构优化(Optimization):变量选择,优化目标函数选择,内定目标函数调出,限制边界条件,Tools和Solves的作用,如何改变优化过程。GlobalOptimization。

*公差计算,内定的公差初值,初值修改,公差计算,根据各变量的灵敏度修改公差,放宽公差的可能性,公差和成本,机械固定和装校的原则,美国标准,ISO

8.设计的例子

单透镜:焦距控制,视场选择,目标选择。


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