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光学名人
干福熹

1952年毕业于浙江大学化工系。1959年获苏联科学院硅酸盐化学研究所副博士学位。历任中国科学院上海光学精密机械研究所研究员、中科院技术科学部委员、上海市科协副主席、中国硅酸盐学会副理事长。对光学玻璃材料、材料光谱和非晶态物理有研究。参加了我国光学玻璃和多类特种玻璃的研制工作,建立了目前国际上较为完整的无机玻璃性质计算体系。是我国激光技术的开拓者之一。首先在国内研制成功激光钕玻璃材料,并领导了我国激光玻璃的扩大试制工作。著有《光学玻璃》、《无机玻璃物理性质计算和成分设计》等。中国辞典《大辞海》的副主编。

人物简介

光学材料、非晶态物理学家。1933年1月3日生于浙江杭州。1952年毕业于浙江大学。1959年获苏联科学院硅酸盐化学研究所副博士学位。中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。1957年建立了我国第一个光学玻璃试制基地。建立了我国耐辐射光学玻璃系列;研究光学玻璃的成分和性质的关系,发展新品种。研究激光玻璃的激光及发光特性;研制掺钕激光玻璃,国内第一个获得激光输出;建立激光钕玻璃系列,研究过渡元素及稀土离子在玻璃中的光谱及发光性质;研究玻璃的光学常数及外场作用下的非线性性质;研究玻璃的物理性质变化规律,在此基础上建立完整的无机玻璃性质的计算体系。研究光存储用各种先进薄膜,发展了可擦重写新型光盘。曾获国家自然科学三等奖、国家科学进步二等奖、中国科学院科技进步一等奖、国家优秀科技图书特等奖等。1997年获何梁何利科学和技术进步奖。2001年获国际玻璃界的大奖-国际玻璃协会主席奖。所承担的科研项目多次获奖,其中"激光玻璃"获1978年全国科学大会重大成果奖,"无机玻璃物理性质计算和成分设计"获中国科学院科技进步一等奖和国家自然科学三等奖;《玻璃的光学和光谱性质》获第七届全国优秀科技图书特等奖和上海市科技进步二等奖。

1980年当选为中国科学院院士(学部委员)。

1964年-1977年为中国科学院长春光学精密机械研究所激光材料研究室主任、副研究员。曾在长春理工大学(原长春光学精密机械学院)任职、任教。1976年-1984年曾任中国科学院上海分院副院长和中国科学院上海光学精密机械研究所所长,1980年当选中科院院士。1984年-1992年为上海市科学技术协会副主席。目前他是中国科学技术协会常务委员会委员,国务院学位委员会委员,中国硅酸盐学会副理事长,中国光学学会副理事长,他还是国际玻璃协会执行委员会委员,美国光学学会(OSA)和国际光电仪器和工程学会(SPIE)会员,国际《非晶态固体》和国际《现代光学》杂志编辑顾问委员会委员,国际《纯粹及应用光学》杂志、国际《玻璃化学和物理》杂志和国际《光学材料》杂志编辑委员会委员。

他长期从事光学和激光材料、非晶态物质结构和性质,特别是玻璃的光学和光谱性质的研究。近来年,他着重从事光电子技术的研究、特别是光通信和光存储等功能材料的光学、磁光和电光性质的研究。他是我国第一批光学和无机材料两个专业的博士生导师,先后获得全国科学大会奖、全国自然科学三等奖、中国科学重大科研成果奖、中科院科技进步奖、何梁何利基金奖等等;在内外刊物上发表300全篇论文,出版了《光学玻璃》等6篇专著。目前他任中国科学院光盘联合实验室主任,此外还担任了国家激光技术重点实验室学术委员会主任(华中理工大学)和浙江大学、中国科技大学、同济大学华东理工大学上海大学武汉工业大学和大连轻工业学等高等院校的兼职教授。

早年学习

干福熹院士不仅建立了我国第一个光学玻璃试制基地和耐辐射光学玻璃系列,而且研究建立了激光钕玻璃系列,并在此基础上建立了完整的无机玻璃性质的计算体系,获得了国际玻璃协会的终生成就奖。据干福熹院士回忆,1956年被送往前苏联科学院学习和工作,师从以研究玻璃态结构和建立氧化物部分性质计算体系而闻名于国际玻璃界的A.阿本教授。3年的研究生学习使他认识到:必须重视基础知识的积累。他开始系统地研究玻璃的基础理论,从物质的基本形态、光学性能、化学组成、工艺等多方面来研究,尽最大可能了解关于玻璃结构的各种学说并进行评述,从而全面系统地掌握玻璃的理论结构模型、化学组成与物理性质的关系。 在导师A.阿本的影响下,干福熹对玻璃性质计算体系的建立产生了浓厚的兴趣,但玻璃的生产工艺中有大量的数据,计算体系不能凭空产生,必须取得各种玻璃的系统的性质数据,在整理数据的基础上,才能得出符合实际的计算体系。

当时前苏联的所有光学玻璃研究或生产机构都处于国家严密控制和对外保密状态之中。也许是干福熹的勤奋和工作成绩打动了前苏联科学院硅酸盐化学研究所所长道罗波夫院士,道罗波夫为他办理了解密手续,A.阿本还亲自为他签名担保。这样,干福熹有机会到前苏联有关光学玻璃的研究所和生产厂家考察和学习,这种与生产实践紧密相联的研究方法,证明是非常有成效的。他在总结前人经验基础上,以实践结果来判断计算体系的优劣,经过艰苦探索,他发现了前人计算体系的成功与不足之处。在前苏联学习期间,干福熹开始考虑在A.阿本的计算方法的基础上??即玻璃成分以分子分数为基础,用加和法则计算,扩展玻璃性质的计算体系。但他逐渐发现不是各种氧化物皆符合加和法则,有几种重要的氧化物,如氧化硼在玻璃中常呈现反常现象,特别与氧化铝共存时。研究中,他还发现“硼反常”和“铝—硼反常”现象,并以此作为博士论文的主题。

60年代初,干福熹回到了中科院长春光机所,开始建立起玻璃性质计算体系,并很快求得了36种氧化物在硅酸盐玻璃中的8种部分物理性质。这在当时是国际上最完整的计算方法。70年代,干福熹虽失去了从事科研工作的机会,但在劳动中他继续研究了非硅酸盐玻璃,分别推出各类氧化物玻璃性质的计算方法,建立了整个无机氧化物玻璃物理性质统一的计算体系。据悉,这一计算体系可以用于计算45种氧化物的各种无机玻璃的11种物理性质。

为适应玻璃在一些新的科学技术领域中的应用,他进一步确定了氰化物、硫系化合物等非氧化物玻璃物理性质的计算方法,又建立了整个无机玻璃物理性质的计算体系。该计算体系包括50种氧化物、17种氟化物、12种原子的无机玻璃的15种物理性质的计算。该计算体系也可以计算搪瓷瓷釉的物理性质。

20年后,俄罗斯著名玻璃科学家麦苏林教授在1998年的第18届国际玻璃大会上作了对国际上各种玻璃性质计算方法的评述报告,他认为至今干福熹提出的玻璃性质计算体系最为完整,在国际上处于领先地位。干福熹在取得成绩以后,没有停止前进的步伐,他总想把理论研究成果应用于实践和生产。为了提高计算效率,在当时计算机应用还不普及的情况下,他在国内外首先采用了电子计算机计算玻璃性质和设计玻璃成分,编制了性质计算和成分设计的程序,并建立了数据库,使得以往难以想像的多组分玻璃成分的自动设计成为现实,使玻璃的计算工作产生了新的变革。

投身科学

干福熹于1952年大学毕业后,被分配到设在长春的中国科学院仪器馆(中国科学院长春光学精密机械研究所的前身)工作,在老一辈科学家龚祖同的指导下,投入到开拓中国光学玻璃的研制中,以他为组长的光学玻璃熔制组成功地熔制出中国第一埚光学玻璃,随后又研制出了光学玻璃系列,为中国的光学工业提供了第一批急需的光学玻璃,在建立中国自己的光学玻璃研制基地,推进我国光学玻璃产业的形成方面起了重要作用。60年代初,干福熹承担了我国军工急需的耐辐射光学玻璃的试制研究工作,并建立了中国第一代耐辐射光学玻璃系列。1964年,在总结中国光学玻璃的研制成果的基础上,干福熹主编了70多万字的《光学玻璃》一书(科学出版社,第一版1964年;第二版1982年上册;1985年下册)。在国际上这是第一部全面论述光学玻璃物理化学基础、系统、品种和工艺的专著。 光学玻璃是由多品种和多组份组成的,且对其光学性质的准确性要求很高。很久以来,人们一直想根据玻璃成份来判断制成玻璃的性质,或者根据特定要求的物理性质能很快设计出玻璃成份。但由于无机玻璃通常是多组份的,加之人们对其结构与性质均缺乏系统研究,所以,长期以来,一直是凭经验来确定玻璃成份及其制造工艺的。1956年干福熹从中国科学院长春光学精密机械研究所去苏联学习,从师于当时以研究玻璃态结构和建立氧化物部分性质计算体系而闻名于国际玻璃界的A.A.阿本教授

在导师阿本的影响下,他收集和分析了大量有关资料,经过艰苦探索,60年代干福熹从结构化学的观点出发研究了硅酸盐玻璃成份和性质的关系,并推导出关于硅酸盐玻璃物理性质的新计算方法。运用此法,可计算出包括36种氧化物的硅酸盐玻璃的八种物理性质。这在当时是国际上最为完整的。后干福熹将该研究成果写成了专著《硅酸盐玻璃物理性质变化规律及其计算方法》一书,并于1966年由科学出版社出版。在70年代,干福熹研究了非硅酸盐玻璃,如硼酸盐和磷酸盐等无机氧化物玻璃的性质及其变化规律,分别推导出各类氧化物玻璃性质的计算方法,建立了整个无机氧化物玻璃物理性质统一的计算体系。接着又确定了氟化物、硫系化合物等非氧化物玻璃物理性质的计算方法,建立了整个无机玻璃物理性质的计算体系。该体系包括50种氧化物、17种氟化物、12种原子的无机玻璃的十五种物理性质的计算。该计算体系亦可计算搪瓷、瓷釉的物理性质。这样完整的计算体系至今在国际上仍然是领先的。

在1998年第18届国际玻璃大会上,世界著名的俄罗斯玻璃科学家在作国际上各种玻璃性质计算方法的评述报告时指出,干福熹提出的玻璃性质计算体系最为完整,在国际上处于领先地位。同时,他在国内外首先采用了电子计算机计算玻璃性质和设计玻璃成份,编制了性质计算和成份设计的程序,并建立了数据库,使得以往难以想象的多组份玻璃成份的自动设计得以实现,其结果是带来了玻璃计算工作的巨大变革。这些研究成果后汇集于专著《无机玻璃物理性质计算及成份设计》(上海科学技术出版社,1981年)一书中。国内外同行专家认为,干福熹所建立的新的计算体系是玻璃科学技术的重要发展。1988年他因此获国家自然科学三等奖。干福熹总结了自己在玻璃基础研究方面的成果,联合国内玻璃研究领域的著名专家,编著了《现代玻璃科学技术》一书(上海科学技术出版社)。该书分别于1988年、1990年出版上、下册并获1992年全国优秀科技图书一等奖。

研究内容

1960年激光技术在国际上迅猛发展,干福熹便立即致力于开拓我国激光材料的研究,并于1962年,即仅比国外迟一年,就研制出了掺钕硅酸盐激光玻璃,在我国建立了第一台钕玻璃激光器。1964年,干福熹利用掺钕磷酸盐和亚磷酸盐玻璃,在国际上首先获得激光。并于此后二十年中开发出我国激光钕玻璃品种系列,建立了激光钕玻璃的试制生产基地,为我国高能和高功率固体激光器的发展作出了重要贡献。1978年他因此获得国家科学大会特殊贡献奖。80年代,他又开展了可调谐激光材料和激光纤维等新型激光材料的研究。可以说,干福熹在激光材料方面的研究是系统的、全面的,也是至关重要的。这些研究对于推动我国激光材料的发展具有重要意义。后来,干福熹还将这些研究成果总结在已出版的专著《激光材料》(英文版,WorldScientificPublishers,1995年;中文版,上海科技出版社,1996年)一书中。 固体激光器都以稀土离子作为激活离子。干福熹自60年代初开始研究激光玻璃时,就已经系统地研究了硅酸盐玻璃中各种稀土离子的光学性质、吸收和发射光谱。他在国际上较早提出了玻璃中12种稀土离子光谱的系统数据,并于1965年在国际上最早报导了掺钕磷酸盐玻璃的激光特性。70年代,干福熹又以钕离子为代表系统地研究了掺钕玻璃组成、结构与光谱性质的关系。他根据实验结果相继建立了各种测试方法,定量地确定了钕玻璃的能级和各种光谱参数,获得了光谱参数与激光参数的直接关系,发现了掺钕激光玻璃的发光寿命、发光强度、量子效率等与玻璃组成、结构之间的变化规律。80年代初,干福熹又系统地研究了玻璃中稀土离子间的激发能量转移过程,搞清了稀土离子间的敏化和猝灭机制,在较大的无机玻璃范围内验证了无机玻璃化学键性质对发光中心的一些光谱参数的影响规律。干福熹所发表的数据和理论受到国内外同行的高度重视。Springer-Verlag国际出版社和上海科技出版社约请他写的《玻璃的光学和光谱性质》(英文版,1993年;中文版,1994年)一书,反映了他多年来在这方面的研究成就,该书的出版受到国际学术界的广泛重视,并于1995年荣获第七届全国优秀科技图书特等奖。

20世纪90年代以来,干福熹对强激光与玻璃质间的相互作用、作为信息和能量载体的光子,以及激光子学的兴起等给予了高度的重视。他所领导的团队在玻璃的非线性光学和光谱学方面作出了颇具创新性的基础性研究工作。其成果汇集于干福熹编著的《光子学玻璃》一书(英文版,WorldScientificPublishers,2006年)。由于干福熹在玻璃科学和技术领域取得了系列性的、令世界瞩目的重要研究成就,他于2001年荣获了国际玻璃协会终身成就奖(主席奖)。

研究成果

倡导者

干福熹是我国数字光盘存储技术的最早开拓和倡导者。1986年,他主持了“七·五”国家科技攻关项目“可擦重写磁光光盘的研究开发”。他与他所领导的科研、开发团队应用国产原料和自行研发的新工艺,最早研制出具有实用性的可擦重写磁光光盘,并建立了我国数字光盘研究和开发基地,这对推动我国光盘存储技术的进步和相关产业的发展起了重要作用。干福熹在开拓可擦重写光盘存储技术时,通过对光盘存储薄膜和记录畴的结构、光学和光谱性质以及光存储机理等一系列重要基础课题的深入研究,发现初始沉积的非晶态薄膜皆为原子团结构(cluster);并且,从原子晶格像判断,在原子团内还存在着纳米尺寸的微晶。在此基础上,干福熹提出了“非晶态稀土-过渡元素合金薄膜的磁畴起因”的新见解。激光引起的相变是非平衡态过程,都在纳秒(ns)级完成,因此发现了许多新现象,诸如从非晶态转变到晶态过程中存在的具有面心立方(f.c.c.)结构的亚稳相;出现固相相变的应力和光压引起的爆炸结晶等。干福熹还用计算机模拟法计算了激光加热非晶态薄膜微区温度场的动力学过程、记录点的光学和磁光性质变化过程以及探测光信号的强度和信噪比的关系,为合理设计光盘的多层膜结构提供了理论根据。他与他领导的团队所完成的“13厘米可擦重写磁光盘的研究开发”荣获中国科学院科技进步一等奖。 1991年干福熹又主持了“八·五”国家科技攻关项目“12厘米可录CD光盘材料及其生产工艺的开发研究”,在国际上较早地系统地研究了有机薄膜的制备和薄膜的结构,以及光学、光谱和光存储性质,并在光引起的有机薄膜可逆相变和结构变化方面取得开创性的成果。他们从多年研制出的有机薄膜中选用了实用化的可用旋镀法制备的可擦光盘介质,并在生产工艺线上制备出CD-R光盘新产品。该成果获国家科技进步二等奖。这些成果总结在他主编的《数字光盘和光存储材料》(上海科技出版社,1993年)和《数字光盘存储技术》(科学出版社,1997年)两本著作中。

21世纪

为展示21世纪信息领域的发展,干福熹受“863”材料领域专家委员会的委托,主编了《信息材料》一书(简体字版:天津大学出版社,2001年;繁体版:新文京开展出版公司,台北,2004年),该书的出版,受到了学术界各方面的高度关注。鉴于干福熹在不同学术领域所作出的杰出贡献,他于1997年荣获何梁何利科学和技术进步奖。

从20世纪60年代开始,干福熹一直关心中国古代玻璃技术的发展,收集资料,提出问题,组织讨论,是一位玻璃研究的热心者和业余爱好者。在年过七旬后,他分出一部分时间分析研究了中国古代玻璃的发展,分别召开了中国南方和北方古玻璃研讨会,主编出版了《中国南方古玻璃论文集》,组织力量分析了200余种出土的古代玻璃样品,编写出版了《中国古代玻璃技术的发展》(上海科学出版社,2005年)一书,在国内、外产生了较大影响,并被邀请参加了国际玻璃考古专业委员会。由于干福熹的潜心而卓越的检测、考证和研究,中国古代制造玻璃的历史比传统上人们所认为的“自西汉张骞通西域后从外传入”之说要前推500至800年。

干福熹已在国内、外重要学术期刊上发表了500余篇学术论文和10余部学术著作。多次应邀在国际材料和光学会议上作特邀报告;主持过7次国际玻璃学术讨论会,在国际非晶态固体期刊主编出版过5卷会议论文集;主持过5次国际光存储讨论会,在国际光学工程学会SPIE刊物主编出版5本会议论文集,受到了国际学术界的高度重视。

干福熹从1965年开始培养研究生,是我国第一批光学和材料学两个专业的博士生导师,至今仍是光学、凝聚态物理、光学工程和材料学等多个专业的博士生导师,已培养出六十余名博士生。他系国务院第二届和第三届学位委员会委员(1988~1999年)。

干福熹在不同的科学领域先后获得全国科学大会奖,中国科学院重大科研成果奖,全国自然科学奖三等奖,全国科技进步二等奖,中国科学院科技进步一等奖,全国优秀科技图书一等奖和特等奖等。1997年获何梁何利科学和技术进步奖。2001年又获国际玻璃协会终身成就奖。

干福熹曾任中国科学院上海分院副院长和中国科学院上海光学精密机械研究所所长(1976~1984年),激光技术国家重点实验室学术委员会主任(华中理工大学),上海市科学技术协会副主席(1984~1992年),1992年被选为上海市科学技术协会荣誉委员;中国科学技术协会常务委员会委员(1990~2001年),2001年被选为中国科学技术协会荣誉委员;中国光学学会副理事长(1982~2001年),中国硅酸盐学会副理事长(1980~2004年),2004年被选为名誉理事长。在国际学术组织中干福熹曾任国际玻璃协会执行委员会委员(1982~1996年)。目前他还是美国光学学会(OSA)和国际光学和工程学会(SPIE)会员(Fellow)。曾任国际《现代光学》、国际《纯粹及应用光学》杂志编辑委员会委员,现任国际《非晶态固体》、国际《玻璃化学和物理》和国际《光学材料》杂志等的编辑委员会委员。

人物评价

干福熹院士不但是一位世界著名的材料科学家与工程专家,而且是一位关心祖国科学技术事业,尤其是功能材料学科与产业发展的社会活动家。他对推动我国功能材料核心服务平台的建设,对加速我国功能材料的学科繁荣、技术创新与产业发展,有着极其强烈的社会责任感与历史责任感。他是“中国功能材料及其应用学术会议”(我国每三年召开一次的学术盛会)的积极倡导者和热心支持者,是《功能材料》学术期刊与《功能材料信息》学术·技术期刊编委会顾问,亦是2002年科学出版社出版的《功能材料词典》的顾问,而且还是1991年机械工业出版社出版的《功能材料及其应用手册》的编著者之一。 干福熹专心致力于开拓光电信息新领域。1985年,干福熹承担并主持了国家自然科学基金会重大项目“超长波长红外光纤通信的物理基础研究”,开展了关于新型光学材料——特种光导纤维和激光纤维的系统研究工作,并在非氧化物玻璃和纤维的结构、光学和光谱性质等方面获得了创新性的科研成果。这些成果后来都总结在已出版的《超长波长红外光纤通信》(山东科技出版社,1993年)专著中,并于1995年获中国科学院自然科学二等奖。


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