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光學名人
王之江

王之江(1930.11.21—— 物理學家。浙江杭州人。

1991年當選為中國科學院院士。

在光學設計方面,發展了像差理論和像質評價理論,形成了新的理論體系。在激光科學技術方面,領導研制成中國第一臺激光器。70年代領導完成了高能量、高亮度釹玻璃激光系統。對中國光信息處理和光計算起了倡導作用。

簡介

1.中國科學院研究員 物理學家。江蘇常州人。1930年10月15日出生。

1948年江蘇省常州高級中校畢業。

1952年畢業于大連大學工學院物理系。

中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。1964年參加中科院上海光學精密機械研究所創建工作。在光學設計方面,發展了象差理論和象質評價理論,形成了新的理論體系,完成了大批光學系統設計(如照相物鏡系統、平面光柵單色儀、長工作距反射顯微鏡、非球面特大視場目鏡、105# 大型電影經緯儀物鏡等);在激光科學技術方面,領導研制成中國第一臺激光器,并在技術和原理上有所創新。70年代領導完成了高能量、高亮度釹玻璃激光系統。在這項工作中解決了一系列理論、技術及工藝問題。關于某些激光重大應用對亮度要求的判斷,使工作避免了盲目性,對于中國激光科學技術起了積極作用。倡議和具體領導了中國“七五”攻關中激光濃縮項目。對中國光信息處理和光計算起了倡導作用。1991當選為中國科學院院士(學部委員)。著有《光學設計理論基礎》等。

人物生平

物理學家。江蘇常州人。1952年畢業于大連大學工學院物理系。中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。在光學設計方面,發展了象差理論和象質評價理論,形成了新的理論體系,完成了大批光學系統設計(如照相物鏡系統、平面光柵單色儀、長工作距反射顯微鏡、非球面特大視場目鏡、105#大型電影經緯儀物鏡等);在激光科學技術方面,領導研制成中國第一臺激光器,并在技術和原理上有所創新。70年代領導完成了高能量、高亮度釹玻璃激光系統。在這項工作中解決了一系列理論、技術及工藝問題。關于某些激光重大應用對亮度要求的判斷,使工作避免了盲目性,對于中國激光科學技術起了積極作用。倡議和具體領導了中國“七五”攻關中激光濃縮鈾項目。對中國光信息處理和光計算起了倡導作用。1991當選為中國科學院院士(學部委員)。

王之江院士專長于光學設計、成像和像質評價、光學儀器、光學信息處理、激光器和激光物理與激光應用。他在光學設計與光學儀器方面發展了像差理論和像質評價理論,發表有高水平專著,完成了一批光學系統設計,有多種屬世界先進水平。在激光科學技術方面:在激光發明一年后,中國第一臺激光器在他領導下完成,并在技術和原理上有所創新。七十年代,他領導完成的高能量高亮度釹玻璃激光系統至今仍是這類器件的最高水平,其中解決的一系列理論及工藝問題,對我國激光科學技術起到了開拓作用。八十年代又領導成功建成我國第一臺拉曼自由電子激光器,并領導國家重大項目激光同位素分離的研究任務,建成大型激光-光學鏈系統。

工作經歷

1930年10月出生,漢族,1978年加入中國共產黨,1952年畢業于大連工學院,先后在中科院長春光機所和上海光機所工作。1978年~1984年任上海光機所副所長,1984年~1992年任該所所長。兼任上海激光技術研究所所長和長春光機所副所長。曾任“光學學報”及“中國激光”主編和中國光學學會理事長,兼任“OpticalLetters”(美國光學學會編輯發行)編委,是第三、五屆全國人民代表大會代表,1988年當選為美國光學學會高級會員(Fellow),1991年當選為中國科學院院士。

研究方向

1952年畢業于大連工學院物理系。中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。1991年當選為中國科學院院士(學部委員)在光學設計方面,發展了象差理論和象質評價理論,形成了新的理論體系,完成了大批光學系統設計(如照相物鏡系統、平面光柵單色儀、長工作距反射顯微鏡、非球面特大視場目鏡、105#大型電影經緯儀物鏡等);在激光科學技術方面,領導研制成中國第一臺激光器,并在技術和原理上有所創新。70年代領導完成了高能量、高亮度釹玻璃激光系統。在這項工作中解決了一系列理論、技術及工藝問題。對中國激光科學技術起了開拓作用。關于某些激光重大應用對亮度要求的判斷,使工作避免了盲目性。倡議和具體領導了中國“七五”攻關中激光同位素分離項目。對中國光信息處理和光計算起了倡導作用。招生專業、研究方向:光學:1.激光物理與技術;2.激光與物質相互作用;3.激光物理與技術光學工程:1.應用光學;2.光信息處理;3.光電子儀器設計;4.激光技術與應用;5.半導體泵浦激光;6.光電子技術

研究內容

太陽是一個十分巨大的能源,它送到地球的光功率就有12萬TW。與此相比,現在人類社會的總能耗約13TW,全世界發電裝機容量不到4TW,都比太陽送到地球的光功率小得多。地球上的所有石油資源相應的能量,只相當太陽在一天半時間內供應給地球的光能。再者,由于能源危機以及對環境污染的憂慮,一些發達國家早在上世紀七十年代,就開始投資于工業開發太陽能。

上世紀七十年代,全世界投入太陽能熱電CSP(ConcentratingSolarPower)研究開發的經費規模約有五億美元,多種方案的太陽能實驗熱電站從而在各國建成。其中,從1984到1990年,美國在加州莫哈夫沙漠(MajaveDesert)地區相繼建成九個槽式太陽能熱電站(Trough,“SEGS1…1X”)。其發電功率分別為14MW、6×30MW和2×80MW。這組總功率354MW的電站建成后,一直向加州電網供電至今,累計供電12TWh,其中新裝置的電效率已達30%。

通過三十多年的研究開發實踐,在國際間現在已有一些共識,即太陽能熱電站(CSP),尤其槽式太陽能熱電站(Trough),是最便宜的太陽能。一些科技會議和項目計劃對有關技術的研究、開發和推廣起到了重要的作用,例如:

王之江特提出如下建議:

(1)借鑒TRAN-CSP,中國應制定一個針對各種能源的近期與長遠發展目標。

(2)國家應鼓勵可持續能源(RenewableEnergy)優先發展并進行相應立法。

(3)及早建設中國大型太陽能熱電廠。扶植Trough部件加工工業,進一步降低其成本,提高我國參與相關行業國際競爭的能力。

極紫外光刻技術(EHVL)是以波長11-14納米的軟X射線為曝光光源的微電子光刻技術。中國科學院上海光學精密機械研究所王之江院士指出,根據目前光刻技術的發展形勢,EUVL將是大批量生產特征尺寸為70納米及更細線寬集成電路的主流技術。2001年國際半導體工業協會發布的半導體技術發展藍圖預測,特征線寬為70納米的半導體器件將于2006年開始進入批量生產,而且根據以往的發展經驗看,這個技術節點的實現會比預計的要提前。

國外EUVL方面的研究進展很快。2002年3月美國桑地亞國家實驗室宣布,它們研制的EUVL工程測試樣機己完成性能測試。歐盟計劃于2003年末或2004年初研制成功EUVL原型樣機。

為了能夠在未來的光刻設備市場上具有一定的競爭力,我國應該盡快開展EUVL的研究。根據我們目前的財力和技術條件,可以選擇其中的幾個關鍵技術進行攻關,通過5年左右時間的努力,在EUVL成為半導體光刻技術的主流時,使我國在EUVL方面有某幾種單元技術具備相當的國際競爭力。

為此,王之江院士建議:我國應盡快開展EUVL技術研究。根據目前國內己具備的相關技術基礎,至少選擇如下幾個關鍵技術進行攻關:

1)EUVL光源研究。我國在激光等離子物理研究方面具有堅實的基礎,通過進一步的工程化研究可以獲得EUVL所需要的光源。

2)全反射式離軸非球面縮倍投影光刻物鏡研究。與目前的光學光刻不同,對極紫外光已無透射材料,因為在該波段所有材料的折射率都接近于1,必須采用反射式光學系統。

3)高精度離軸非球面反射鏡加工、檢測技術研究。EUVL光學系統中的反射面要求具有接近理想的面形和亞納米量級的表面粗糙度。

4)極紫外多層高反射率光學薄膜制備技術研究。EUVL的反射式光學系統的反射面必須在鍍制了高反射率光學薄膜后才能正常工作,反射率越高,則生產效率越高。

獲獎情況

三項成果獲1979年全國科學大會獎(專著紅寶石激光器、高能釹玻璃激光器);

1:1光刻機獲上海市科學進步一等獎(1986);

拉曼自由電子激光器中科院科技進步二等獎(1987);

1:1亞微米物鏡獲上海科技進步一等獎(1988);

激光打印機獲上海市科技進步一等獎(1990);

1997年獲何梁何利基金科學與技術進步獎

國際組織任職情況

中國光學學會副理事長(1980~1992)

光學學報主編(1985~1990)

中國激光主編(1980~1990)

國際量子電子學會議和國際激光與光電子會議(IQEC和CLEO)中國節目委員會主席(1983~1986)

美國光學學會高級會員(Fellow)

國際光學工程學會SPIE會員

OpticalLetters海外編委

中國科技大學、浙江大學、大連理工大學兼職教授

設計講義

王之江的光學設計講義

光學設計課程目錄

1.光學設計和光學儀器的發展史

2.對光學系統的基本要求、指標

3.高斯光學

光學表面對光線偏折,光路計算,近軸光線,像差,物像關系,薄透鏡,拉氏不變量,光管,傳輸耦合的基本條件,近軸光路計算,ABCD矩陣,光焦度和主平面

4.像差理論

球面的球差,球差零點,球差與折射率,初級球差,正弦條件,彗差,透鏡彎曲,主光線,主光線光路像差,畸變,像散,像面彎曲,初級像差理論,像差與光闌移動,像差與物面移動,色差,光學玻璃和晶體,二級光譜,薄透鏡組,非球面,校正像面彎曲的措施,可能校正的像差與不可能校正的像差,軸對稱與非軸對稱。

5.為何有多種不同結構的光學系統:望遠鏡、顯微鏡、照相物鏡、目鏡、光刻物鏡。

6.成像質量

衍射,點擴散函數和像差,能量集中度,分辨能力,偽分辨,光學傳遞函數,星點檢驗,雜光,降低雜光的措施,鬼像。

7.光學設計軟件的基本功能

*成像質量的計算和分析:光學系統結構數據輸入,孔徑,視場,波長,表面模型,玻璃表,玻璃模型,光闌,望遠鏡系統,Analysis包含的項目計算,像差量級不同時要用不同方法分析。

*結構優化(Optimization):變量選擇,優化目標函數選擇,內定目標函數調出,限制邊界條件,Tools和Solves的作用,如何改變優化過程。GlobalOptimization。

*公差計算,內定的公差初值,初值修改,公差計算,根據各變量的靈敏度修改公差,放寬公差的可能性,公差和成本,機械固定和裝校的原則,美國標準,ISO

8.設計的例子

單透鏡:焦距控制,視場選擇,目標選擇。


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