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国家自然科学基金委员会建委二十周年
   
张书练:我是“科学基金人”
作者:张书练  发表时间:2006-5-22

  也许由于我持续得到科学基金的资助,也许由于我申请科学基金命中率高,时有圈内人昵称我是个"基金人"。我也为得到这个雅号而感到荣幸和自豪。

  记得我第一次获得科学基金资助是1985年。项目正式启动正好是国家自然科学基金委成立的那一年。从此,基本是靠国家自然科学基金的资助,我开始了构建"正交偏振激光原理"学术体系的科学研究。20年中,我共有12个项目获得科学基金资助,其中包括一项科学仪器专项,一项重大国际合作项目,一项重点项目。在此期间,我也曾得到教育部和清华大学、北京自然科学基金、科技部的支持,但这些支持或者对申请基金项目起到培育作用,或者促进了基金项目成果在应用方面的推广。研究经费的主要来源是靠国家自然科学基金资助。

  回顾科学基金20年持续支持我们构建"正交偏振激光原理"学术体系的历程,我对科学基金管理工作努力遵循基础研究规律,营造有利于创新的宽松环境的特点有了深刻的体会。我认为,凡属称得上基础性发现的发现,称得上基础性发明的发明,大都不能在已经成为热门的领域中产生。成了热门的课题,最富创造性的阶段就已经过去了。科学的带头者一定是在荒凉的土地上掘下第一锹的人。在原创性成果极为匮乏的中国,营造一个尊重科技工作者的首创精神,鼓励科技工作者敢为天下先的良好环境尤为重要。所幸的是,基金委一直努力成为营造这种环境的热情推动者和积极实践者。

  科学基金资助工作的一个鲜明特点是允许科技工作者自由选题,自由申请,自主设计研究方案,自主组建研究队伍。你可以选择为一个大厦填砖加瓦,也可以选择在荒地上挖掘,这就是宽松。科学基金的这种宽松给了我自由,使我在组织项目申请时可以放开去想,哪怕想上一两年。在获资助项目实施中,我可以放开试验,放开去追逐完美,放开去研究实验中出现的怪现象。我常常跳出原定的基金申请书范围,获得最新的发现,发展国内外没有的技术,拿超出范围的结果结题。我从不担心交不了帐。我更多是在梦想的棋盘上布着棋子。也许正因为如此,我也从不会拖欠基金帐。总之,科学基金的宽松,为我们构建"正交偏振激光原理"学术体系提供了软环境。
科学基金对申请项目的评审,着重看其科学价值和学术上的创新性,而不以申请者的身份、地位和名望论高低。我们的第一个基金项目是"环形激光弱磁传感器",第二个是"双折射双频激光器性能拓展研究"。当时,我刚过40岁,是本研究领域中最年轻的一批人。在申请基金之前,我也曾到几个单位寻求支持,有的单位甚至去过十几次,都是空手而归。申请基金时,也抱着无望的希望。当通知我第一个申请项目被批准时,我几乎感到自己新生了!一批小人物新生了!新的学术思想有家了。之后,基金委的信息科学部、材料与工程科学部的同事们常常主动询问我们的进展情况,给了我们鼓舞。

  我们的研究方向在激光和精密计量的交界面上。我们在这一领域的研究从看到塞曼双频激光器的不足并想解决这一问题开始。大名鼎鼎的塞曼双频激光器物理上复杂,结构却简单:在一支HeNe激光器上加一磁场即成。塞曼双频激光器名气大的原因是它作为光源(心脏)的双频激光干涉仪成了世界长度测量的不可替代的王牌仪器,尽管价格昂贵,各行各业仍大量应用。但塞曼双频激光器输出的频率差横向加磁场时在1MHz以下,纵向加磁场时在2MHz上下。然而,实际需要几兆赫兹、几十兆赫兹、甚至上千兆赫兹的频差,以提高双频激光干涉仪的测量速度或精度。为了获得大的频率差,人们用了若干太嫌复杂的办法。

  为了突破塞曼双频激光器的频率差限制,我们开始研究双折射双频激光器,并以发现的这种激光器物理特性为依据,做了一系列独创性的应用研究。起初我称我们的研究为"激光频率分裂技术",别人说太窄。我说越窄的题目越能突出特色。科学基金没有嫌弃我们的"窄",而较早地支持了我们申请的"双折射双频激光器性能拓展研究"。不受已有学术见解的束缚,鼓励科学家大胆提出创新思想,这才是科学基金。谁都没有想到,这竟是一条不归之路。越研究内容越广越宽,越探索学术越深20年过去,今后也还有很多研究要做。有意思的是,当我们撰写的专著"正交偏振激光原理"付梓之际,多年来鼓励我研究的周炳琨院士为专著写了一个热情的序言。金国藩院士(当年只是教授)在项目还没有经费时,拿自己的科研经费支持了我研究的启动。而金国藩,周炳琨都先后当过基金委副主任。这也许预兆了我与科学基金的缘分。

  在20年的研究过程中,我们坚持发明与发现互动,层层深入,力争发明中有发现,发现又用于新发明,新发明又长出更新的发明。科学基金始终是我们最可信赖和最可靠的支持者。我们也努力以出色的业绩回报科学基金委、我的主管部门以及国家相关部门。走过20年充满酸甜苦辣的历程之后,我们发现了一系列科学现象,包括:两个正交频率的强模竞争现象,功率调谐现象,频差调谐现象,旋光性影响,光回馈现象,单频振荡正交偏振激光器腔调谐中的偏振跳变,双折射外腔回馈中的偏振跳变,欠准直外腔强回馈纳米干涉条纹的产生等。这些现象的发生涉及氦氖激光器,半导体激光器,LD泵浦微片Nd:YAG激光器。其中双折射双频激光腔调谐中偏振的分区现象发现,纳米干涉条纹的发现等都有重要的学术和实际意义。应用"正交偏振激光"特有现象取得了十几项原理创新的应用研究成果。已经应用和很快获得应用的有:①双折射双频激光器,②双折射-塞曼双频激光器,③基于双折射双频激光器原理的超短HeNe激光器,④基于双折射双频激光原理的光学波片位相差测量仪,⑤基于双折射谐振外腔的光回馈光学波片位相差测量仪,⑥基于双折射双频激光器的"纳米激光器测尺",⑦基于激光器双折射特性的"纳米条纹激光回馈干涉仪",⑧频率分裂、频差改变、正交偏振,激光频率竞争教学实验系统, ⑨双折射-塞曼双频激光器光回馈干涉仪等。这些原理的最大特点是溯源性。作为新的方法,压力测量、角度测量、重力测量、弱磁场测量等方面也有参考价值。

  或许是偶然,也可能是出于必然,在激光理论和技术发展到如此高度的二十世纪末,居然留下如此一块科学空地让我们去发掘,走进激光器的"内部"去研究。弹指一挥间,20年过去。激光双频现象及应用从一点展开,逐渐发展,最终构建成比较系统的"正交偏振激光原理"学术体系。这一体系体现在:①研制成了国内外未见报道的双频激光器(双折射双频激光器和双折射-塞曼双折射双频激光器等激光器)及十几种测量位移、波片的系统,②相伴而生的是我和合作者们发表的约160篇论文(近50篇为SCI文章,),③70%内容引自自己论文的张书练写的专著"正交偏振激光原理",④30项国内外专利保护着的一个系统、完整的技术体系,⑤培养了一批优秀的研究生。现在校才三年半的两个博士研究生,其中1个已发表SCI论文 6篇(有两篇影响因子为3.2)、申请了2项发明专利,另一个博士研究生发表SCI论文 8篇、申请了5项发明专利,⑥获教育部自然科学一等奖一项、北京市科技进步二等奖(发明)一项,相信我们的成果一定能获得更高的回报基金和其他资助的奖项,一定能产生广泛的学术影响。

  乍听我说我们构建了"正交偏振激光原理"学术体系,可能会有吹牛之嫌。但这的确是真的。我敢在世界上任何场合说,也说过了多次:这个现象是我们发现的,那个仪器的原理是我们的。要说"吹牛",今天我确要以感激之情为国家设立基金委的决策和基金委的工作唱唱赞歌。

  张书练 1945年10月生,教授,清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室清华大学实验区主任

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