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光學名人
干福熹

1952年畢業于浙江大學化工系。1959年獲蘇聯科學院硅酸鹽化學研究所副博士學位。歷任中國科學院上海光學精密機械研究所研究員、中科院技術科學部委員、上海市科協副主席、中國硅酸鹽學會副理事長。對光學玻璃材料、材料光譜和非晶態物理有研究。參加了我國光學玻璃和多類特種玻璃的研制工作,建立了目前國際上較為完整的無機玻璃性質計算體系。是我國激光技術的開拓者之一。首先在國內研制成功激光釹玻璃材料,并領導了我國激光玻璃的擴大試制工作。著有《光學玻璃》、《無機玻璃物理性質計算和成分設計》等。中國辭典《大辭海》的副主編。

人物簡介

光學材料、非晶態物理學家。1933年1月3日生于浙江杭州。1952年畢業于浙江大學。1959年獲蘇聯科學院硅酸鹽化學研究所副博士學位。中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。1957年建立了我國第一個光學玻璃試制基地。建立了我國耐輻射光學玻璃系列;研究光學玻璃的成分和性質的關系,發展新品種。研究激光玻璃的激光及發光特性;研制摻釹激光玻璃,國內第一個獲得激光輸出;建立激光釹玻璃系列,研究過渡元素及稀土離子在玻璃中的光譜及發光性質;研究玻璃的光學常數及外場作用下的非線性性質;研究玻璃的物理性質變化規律,在此基礎上建立完整的無機玻璃性質的計算體系。研究光存儲用各種先進薄膜,發展了可擦重寫新型光盤。曾獲國家自然科學三等獎、國家科學進步二等獎、中國科學院科技進步一等獎、國家優秀科技圖書特等獎等。1997年獲何梁何利科學和技術進步獎。2001年獲國際玻璃界的大獎-國際玻璃協會主席獎。所承擔的科研項目多次獲獎,其中"激光玻璃"獲1978年全國科學大會重大成果獎,"無機玻璃物理性質計算和成分設計"獲中國科學院科技進步一等獎和國家自然科學三等獎;《玻璃的光學和光譜性質》獲第七屆全國優秀科技圖書特等獎和上海市科技進步二等獎。

1980年當選為中國科學院院士(學部委員)。

1964年-1977年為中國科學院長春光學精密機械研究所激光材料研究室主任、副研究員。曾在長春理工大學(原長春光學精密機械學院)任職、任教。1976年-1984年曾任中國科學院上海分院副院長和中國科學院上海光學精密機械研究所所長,1980年當選中科院院士。1984年-1992年為上海市科學技術協會副主席。目前他是中國科學技術協會常務委員會委員,國務院學位委員會委員,中國硅酸鹽學會副理事長,中國光學學會副理事長,他還是國際玻璃協會執行委員會委員,美國光學學會(OSA)和國際光電儀器和工程學會(SPIE)會員,國際《非晶態固體》和國際《現代光學》雜志編輯顧問委員會委員,國際《純粹及應用光學》雜志、國際《玻璃化學和物理》雜志和國際《光學材料》雜志編輯委員會委員。

他長期從事光學和激光材料、非晶態物質結構和性質,特別是玻璃的光學和光譜性質的研究。近來年,他著重從事光電子技術的研究、特別是光通信和光存儲等功能材料的光學、磁光和電光性質的研究。他是我國第一批光學和無機材料兩個專業的博士生導師,先后獲得全國科學大會獎、全國自然科學三等獎、中國科學重大科研成果獎、中科院科技進步獎、何梁何利基金獎等等;在內外刊物上發表300全篇論文,出版了《光學玻璃》等6篇專著。目前他任中國科學院光盤聯合實驗室主任,此外還擔任了國家激光技術重點實驗室學術委員會主任(華中理工大學)和浙江大學、中國科技大學、同濟大學華東理工大學上海大學武漢工業大學和大連輕工業學等高等院校的兼職教授。

早年學習

干福熹院士不僅建立了我國第一個光學玻璃試制基地和耐輻射光學玻璃系列,而且研究建立了激光釹玻璃系列,并在此基礎上建立了完整的無機玻璃性質的計算體系,獲得了國際玻璃協會的終生成就獎。據干福熹院士回憶,1956年被送往前蘇聯科學院學習和工作,師從以研究玻璃態結構和建立氧化物部分性質計算體系而聞名于國際玻璃界的A.阿本教授。3年的研究生學習使他認識到:必須重視基礎知識的積累。他開始系統地研究玻璃的基礎理論,從物質的基本形態、光學性能、化學組成、工藝等多方面來研究,盡最大可能了解關于玻璃結構的各種學說并進行評述,從而全面系統地掌握玻璃的理論結構模型、化學組成與物理性質的關系。 在導師A.阿本的影響下,干福熹對玻璃性質計算體系的建立產生了濃厚的興趣,但玻璃的生產工藝中有大量的數據,計算體系不能憑空產生,必須取得各種玻璃的系統的性質數據,在整理數據的基礎上,才能得出符合實際的計算體系。

當時前蘇聯的所有光學玻璃研究或生產機構都處于國家嚴密控制和對外保密狀態之中。也許是干福熹的勤奮和工作成績打動了前蘇聯科學院硅酸鹽化學研究所所長道羅波夫院士,道羅波夫為他辦理了解密手續,A.阿本還親自為他簽名擔保。這樣,干福熹有機會到前蘇聯有關光學玻璃的研究所和生產廠家考察和學習,這種與生產實踐緊密相聯的研究方法,證明是非常有成效的。他在總結前人經驗基礎上,以實踐結果來判斷計算體系的優劣,經過艱苦探索,他發現了前人計算體系的成功與不足之處。在前蘇聯學習期間,干福熹開始考慮在A.阿本的計算方法的基礎上??即玻璃成分以分子分數為基礎,用加和法則計算,擴展玻璃性質的計算體系。但他逐漸發現不是各種氧化物皆符合加和法則,有幾種重要的氧化物,如氧化硼在玻璃中常呈現反常現象,特別與氧化鋁共存時。研究中,他還發現“硼反常”和“鋁—硼反常”現象,并以此作為博士論文的主題。

60年代初,干福熹回到了中科院長春光機所,開始建立起玻璃性質計算體系,并很快求得了36種氧化物在硅酸鹽玻璃中的8種部分物理性質。這在當時是國際上最完整的計算方法。70年代,干福熹雖失去了從事科研工作的機會,但在勞動中他繼續研究了非硅酸鹽玻璃,分別推出各類氧化物玻璃性質的計算方法,建立了整個無機氧化物玻璃物理性質統一的計算體系。據悉,這一計算體系可以用于計算45種氧化物的各種無機玻璃的11種物理性質。

為適應玻璃在一些新的科學技術領域中的應用,他進一步確定了氰化物、硫系化合物等非氧化物玻璃物理性質的計算方法,又建立了整個無機玻璃物理性質的計算體系。該計算體系包括50種氧化物、17種氟化物、12種原子的無機玻璃的15種物理性質的計算。該計算體系也可以計算搪瓷瓷釉的物理性質。

20年后,俄羅斯著名玻璃科學家麥蘇林教授在1998年的第18屆國際玻璃大會上作了對國際上各種玻璃性質計算方法的評述報告,他認為至今干福熹提出的玻璃性質計算體系最為完整,在國際上處于領先地位。干福熹在取得成績以后,沒有停止前進的步伐,他總想把理論研究成果應用于實踐和生產。為了提高計算效率,在當時計算機應用還不普及的情況下,他在國內外首先采用了電子計算機計算玻璃性質和設計玻璃成分,編制了性質計算和成分設計的程序,并建立了數據庫,使得以往難以想像的多組分玻璃成分的自動設計成為現實,使玻璃的計算工作產生了新的變革。

投身科學

干福熹于1952年大學畢業后,被分配到設在長春的中國科學院儀器館(中國科學院長春光學精密機械研究所的前身)工作,在老一輩科學家龔祖同的指導下,投入到開拓中國光學玻璃的研制中,以他為組長的光學玻璃熔制組成功地熔制出中國第一堝光學玻璃,隨后又研制出了光學玻璃系列,為中國的光學工業提供了第一批急需的光學玻璃,在建立中國自己的光學玻璃研制基地,推進我國光學玻璃產業的形成方面起了重要作用。60年代初,干福熹承擔了我國軍工急需的耐輻射光學玻璃的試制研究工作,并建立了中國第一代耐輻射光學玻璃系列。1964年,在總結中國光學玻璃的研制成果的基礎上,干福熹主編了70多萬字的《光學玻璃》一書(科學出版社,第一版1964年;第二版1982年上冊;1985年下冊)。在國際上這是第一部全面論述光學玻璃物理化學基礎、系統、品種和工藝的專著。 光學玻璃是由多品種和多組份組成的,且對其光學性質的準確性要求很高。很久以來,人們一直想根據玻璃成份來判斷制成玻璃的性質,或者根據特定要求的物理性質能很快設計出玻璃成份。但由于無機玻璃通常是多組份的,加之人們對其結構與性質均缺乏系統研究,所以,長期以來,一直是憑經驗來確定玻璃成份及其制造工藝的。1956年干福熹從中國科學院長春光學精密機械研究所去蘇聯學習,從師于當時以研究玻璃態結構和建立氧化物部分性質計算體系而聞名于國際玻璃界的A.A.阿本教授

在導師阿本的影響下,他收集和分析了大量有關資料,經過艱苦探索,60年代干福熹從結構化學的觀點出發研究了硅酸鹽玻璃成份和性質的關系,并推導出關于硅酸鹽玻璃物理性質的新計算方法。運用此法,可計算出包括36種氧化物的硅酸鹽玻璃的八種物理性質。這在當時是國際上最為完整的。后干福熹將該研究成果寫成了專著《硅酸鹽玻璃物理性質變化規律及其計算方法》一書,并于1966年由科學出版社出版。在70年代,干福熹研究了非硅酸鹽玻璃,如硼酸鹽和磷酸鹽等無機氧化物玻璃的性質及其變化規律,分別推導出各類氧化物玻璃性質的計算方法,建立了整個無機氧化物玻璃物理性質統一的計算體系。接著又確定了氟化物、硫系化合物等非氧化物玻璃物理性質的計算方法,建立了整個無機玻璃物理性質的計算體系。該體系包括50種氧化物、17種氟化物、12種原子的無機玻璃的十五種物理性質的計算。該計算體系亦可計算搪瓷、瓷釉的物理性質。這樣完整的計算體系至今在國際上仍然是領先的。

在1998年第18屆國際玻璃大會上,世界著名的俄羅斯玻璃科學家在作國際上各種玻璃性質計算方法的評述報告時指出,干福熹提出的玻璃性質計算體系最為完整,在國際上處于領先地位。同時,他在國內外首先采用了電子計算機計算玻璃性質和設計玻璃成份,編制了性質計算和成份設計的程序,并建立了數據庫,使得以往難以想象的多組份玻璃成份的自動設計得以實現,其結果是帶來了玻璃計算工作的巨大變革。這些研究成果后匯集于專著《無機玻璃物理性質計算及成份設計》(上海科學技術出版社,1981年)一書中。國內外同行專家認為,干福熹所建立的新的計算體系是玻璃科學技術的重要發展。1988年他因此獲國家自然科學三等獎。干福熹總結了自己在玻璃基礎研究方面的成果,聯合國內玻璃研究領域的著名專家,編著了《現代玻璃科學技術》一書(上海科學技術出版社)。該書分別于1988年、1990年出版上、下冊并獲1992年全國優秀科技圖書一等獎。

研究內容

1960年激光技術在國際上迅猛發展,干福熹便立即致力于開拓我國激光材料的研究,并于1962年,即僅比國外遲一年,就研制出了摻釹硅酸鹽激光玻璃,在我國建立了第一臺釹玻璃激光器。1964年,干福熹利用摻釹磷酸鹽和亞磷酸鹽玻璃,在國際上首先獲得激光。并于此后二十年中開發出我國激光釹玻璃品種系列,建立了激光釹玻璃的試制生產基地,為我國高能和高功率固體激光器的發展作出了重要貢獻。1978年他因此獲得國家科學大會特殊貢獻獎。80年代,他又開展了可調諧激光材料和激光纖維等新型激光材料的研究。可以說,干福熹在激光材料方面的研究是系統的、全面的,也是至關重要的。這些研究對于推動我國激光材料的發展具有重要意義。后來,干福熹還將這些研究成果總結在已出版的專著《激光材料》(英文版,WorldScientificPublishers,1995年;中文版,上海科技出版社,1996年)一書中。 固體激光器都以稀土離子作為激活離子。干福熹自60年代初開始研究激光玻璃時,就已經系統地研究了硅酸鹽玻璃中各種稀土離子的光學性質、吸收和發射光譜。他在國際上較早提出了玻璃中12種稀土離子光譜的系統數據,并于1965年在國際上最早報導了摻釹磷酸鹽玻璃的激光特性。70年代,干福熹又以釹離子為代表系統地研究了摻釹玻璃組成、結構與光譜性質的關系。他根據實驗結果相繼建立了各種測試方法,定量地確定了釹玻璃的能級和各種光譜參數,獲得了光譜參數與激光參數的直接關系,發現了摻釹激光玻璃的發光壽命、發光強度、量子效率等與玻璃組成、結構之間的變化規律。80年代初,干福熹又系統地研究了玻璃中稀土離子間的激發能量轉移過程,搞清了稀土離子間的敏化和猝滅機制,在較大的無機玻璃范圍內驗證了無機玻璃化學鍵性質對發光中心的一些光譜參數的影響規律。干福熹所發表的數據和理論受到國內外同行的高度重視。Springer-Verlag國際出版社和上海科技出版社約請他寫的《玻璃的光學和光譜性質》(英文版,1993年;中文版,1994年)一書,反映了他多年來在這方面的研究成就,該書的出版受到國際學術界的廣泛重視,并于1995年榮獲第七屆全國優秀科技圖書特等獎。

20世紀90年代以來,干福熹對強激光與玻璃質間的相互作用、作為信息和能量載體的光子,以及激光子學的興起等給予了高度的重視。他所領導的團隊在玻璃的非線性光學和光譜學方面作出了頗具創新性的基礎性研究工作。其成果匯集于干福熹編著的《光子學玻璃》一書(英文版,WorldScientificPublishers,2006年)。由于干福熹在玻璃科學和技術領域取得了系列性的、令世界矚目的重要研究成就,他于2001年榮獲了國際玻璃協會終身成就獎(主席獎)。

研究成果

倡導者

干福熹是我國數字光盤存儲技術的最早開拓和倡導者。1986年,他主持了“七·五”國家科技攻關項目“可擦重寫磁光光盤的研究開發”。他與他所領導的科研、開發團隊應用國產原料和自行研發的新工藝,最早研制出具有實用性的可擦重寫磁光光盤,并建立了我國數字光盤研究和開發基地,這對推動我國光盤存儲技術的進步和相關產業的發展起了重要作用。干福熹在開拓可擦重寫光盤存儲技術時,通過對光盤存儲薄膜和記錄疇的結構、光學和光譜性質以及光存儲機理等一系列重要基礎課題的深入研究,發現初始沉積的非晶態薄膜皆為原子團結構(cluster);并且,從原子晶格像判斷,在原子團內還存在著納米尺寸的微晶。在此基礎上,干福熹提出了“非晶態稀土-過渡元素合金薄膜的磁疇起因”的新見解。激光引起的相變是非平衡態過程,都在納秒(ns)級完成,因此發現了許多新現象,諸如從非晶態轉變到晶態過程中存在的具有面心立方(f.c.c.)結構的亞穩相;出現固相相變的應力和光壓引起的爆炸結晶等。干福熹還用計算機模擬法計算了激光加熱非晶態薄膜微區溫度場的動力學過程、記錄點的光學和磁光性質變化過程以及探測光信號的強度和信噪比的關系,為合理設計光盤的多層膜結構提供了理論根據。他與他領導的團隊所完成的“13厘米可擦重寫磁光盤的研究開發”榮獲中國科學院科技進步一等獎。 1991年干福熹又主持了“八·五”國家科技攻關項目“12厘米可錄CD光盤材料及其生產工藝的開發研究”,在國際上較早地系統地研究了有機薄膜的制備和薄膜的結構,以及光學、光譜和光存儲性質,并在光引起的有機薄膜可逆相變和結構變化方面取得開創性的成果。他們從多年研制出的有機薄膜中選用了實用化的可用旋鍍法制備的可擦光盤介質,并在生產工藝線上制備出CD-R光盤新產品。該成果獲國家科技進步二等獎。這些成果總結在他主編的《數字光盤和光存儲材料》(上海科技出版社,1993年)和《數字光盤存儲技術》(科學出版社,1997年)兩本著作中。

21世紀

為展示21世紀信息領域的發展,干福熹受“863”材料領域專家委員會的委托,主編了《信息材料》一書(簡體字版:天津大學出版社,2001年;繁體版:新文京開展出版公司,臺北,2004年),該書的出版,受到了學術界各方面的高度關注。鑒于干福熹在不同學術領域所作出的杰出貢獻,他于1997年榮獲何梁何利科學和技術進步獎。

從20世紀60年代開始,干福熹一直關心中國古代玻璃技術的發展,收集資料,提出問題,組織討論,是一位玻璃研究的熱心者和業余愛好者。在年過七旬后,他分出一部分時間分析研究了中國古代玻璃的發展,分別召開了中國南方和北方古玻璃研討會,主編出版了《中國南方古玻璃論文集》,組織力量分析了200余種出土的古代玻璃樣品,編寫出版了《中國古代玻璃技術的發展》(上海科學出版社,2005年)一書,在國內、外產生了較大影響,并被邀請參加了國際玻璃考古專業委員會。由于干福熹的潛心而卓越的檢測、考證和研究,中國古代制造玻璃的歷史比傳統上人們所認為的“自西漢張騫通西域后從外傳入”之說要前推500至800年。

干福熹已在國內、外重要學術期刊上發表了500余篇學術論文和10余部學術著作。多次應邀在國際材料和光學會議上作特邀報告;主持過7次國際玻璃學術討論會,在國際非晶態固體期刊主編出版過5卷會議論文集;主持過5次國際光存儲討論會,在國際光學工程學會SPIE刊物主編出版5本會議論文集,受到了國際學術界的高度重視。

干福熹從1965年開始培養研究生,是我國第一批光學和材料學兩個專業的博士生導師,至今仍是光學、凝聚態物理、光學工程和材料學等多個專業的博士生導師,已培養出六十余名博士生。他系國務院第二屆和第三屆學位委員會委員(1988~1999年)。

干福熹在不同的科學領域先后獲得全國科學大會獎,中國科學院重大科研成果獎,全國自然科學獎三等獎,全國科技進步二等獎,中國科學院科技進步一等獎,全國優秀科技圖書一等獎和特等獎等。1997年獲何梁何利科學和技術進步獎。2001年又獲國際玻璃協會終身成就獎。

干福熹曾任中國科學院上海分院副院長和中國科學院上海光學精密機械研究所所長(1976~1984年),激光技術國家重點實驗室學術委員會主任(華中理工大學),上海市科學技術協會副主席(1984~1992年),1992年被選為上海市科學技術協會榮譽委員;中國科學技術協會常務委員會委員(1990~2001年),2001年被選為中國科學技術協會榮譽委員;中國光學學會副理事長(1982~2001年),中國硅酸鹽學會副理事長(1980~2004年),2004年被選為名譽理事長。在國際學術組織中干福熹曾任國際玻璃協會執行委員會委員(1982~1996年)。目前他還是美國光學學會(OSA)和國際光學和工程學會(SPIE)會員(Fellow)。曾任國際《現代光學》、國際《純粹及應用光學》雜志編輯委員會委員,現任國際《非晶態固體》、國際《玻璃化學和物理》和國際《光學材料》雜志等的編輯委員會委員。

人物評價

干福熹院士不但是一位世界著名的材料科學家與工程專家,而且是一位關心祖國科學技術事業,尤其是功能材料學科與產業發展的社會活動家。他對推動我國功能材料核心服務平臺的建設,對加速我國功能材料的學科繁榮、技術創新與產業發展,有著極其強烈的社會責任感與歷史責任感。他是“中國功能材料及其應用學術會議”(我國每三年召開一次的學術盛會)的積極倡導者和熱心支持者,是《功能材料》學術期刊與《功能材料信息》學術·技術期刊編委會顧問,亦是2002年科學出版社出版的《功能材料詞典》的顧問,而且還是1991年機械工業出版社出版的《功能材料及其應用手冊》的編著者之一。 干福熹專心致力于開拓光電信息新領域。1985年,干福熹承擔并主持了國家自然科學基金會重大項目“超長波長紅外光纖通信的物理基礎研究”,開展了關于新型光學材料——特種光導纖維和激光纖維的系統研究工作,并在非氧化物玻璃和纖維的結構、光學和光譜性質等方面獲得了創新性的科研成果。這些成果后來都總結在已出版的《超長波長紅外光纖通信》(山東科技出版社,1993年)專著中,并于1995年獲中國科學院自然科學二等獎。


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