科大迁晥后物理实验建设之我见我作

耶那蔡司

科大迁晥后物理实验建设之我见我作

科大迁晥后物理实验建设之我见我作--李志超,2007-12-2
  （为中国科学技术大学50周年校庆新编《校史》所作）
　　我于1974年2月春节刚过调来科大物理系，加入激光专业工作。此前我在北大物理系激光专业，正面对工农兵学员教实验课，为他们创制了几项新的教学实验，都带到科大来了。至今在国内大学流传行用的，有“红宝石吸收光谱”“氦氖激光器的制备和测量”等。那年一开学，夏宇兴同我一起把原来物教的十台迈克尔孙干涉仪摆开调试。开始他说，这仪器很难调好，准备干通宵。我用了不到两小时全部调出白光条纹，并教会夏宇兴技术窍门。说它难，实际是理论上概念不清，靠瞎摸自然不行。其实一切科学实验无不如此。
　　除了担任课堂教学的几个教员，当时物理系的很多元老人物都是自从来校就办实验课的，所以都是搞实验的，科研也是以实验为主。这是当时科大的一项特点，到了1990年代就不敢再说这个话了，提职以论文数目为首，光搞实验的不行。
　　我在那第一个学期参加王宝成领导的气体激光组，他们正在做氮分子激光器。所用高电压脉冲放电技术正是我之所长——我在1961-1962年带蒋筑英作本科毕业论文，题目就是“模拟受控热核反应脉冲放电时间展开光谱”。氮激光器很快就做成了，接着就用它激发液体染料激光。郭光灿苦于找不到石英柱透镜，找外协加工也没人干。我查了有机玻璃透射光谱，知道氮分子激光可以透过有机玻璃。就用7厘米直径的有机玻璃棒锯下一片柱透镜毛坯，用牙膏抛光锯过的平面做成一片柱透镜。赶上国庆要献礼，全校各实验室都准备自己的东西。革委会领导在钱志道同志率领下依次巡视（当时全校也就是有限几项，两三小时就看完了）。我们把还没有柱透镜不出光的染料激光器摆在行政楼（今出版社所在楼）西头门外，等待领导检阅。此时，我把刚做好的有机玻璃柱透镜用橡皮泥固定在所需位置，开动氮分子激光器，略加调整，哈！黄绿色的染料激光出现了。大家欢呼雀跃。不一会钱志道一行领导莅临，正赶上看见新出炉的一个大成果。此后我又在夏钟林协助下拍出染料激光的光谱。这项成果获科学院重大成果奖（但发表文章没有让我署名）。
　　1975年，伍小平找钱临照指导她的散斑研究，钱老（钱临照）推荐我去。我对他们的光学部分提供咨询服务。1977年10月1日，国庆节放假没有活动，校园里寂静无人。上午我在图书馆门前遇见伍小平，她拿着一本外文杂志，问我其中一篇荷兰人的文章，怀疑其中的散斑运动公式不对。我当时指出，按我的经验，第三个式子Δρo+Δρi=0肯定错了，应该与透镜成像公式一致，是Δ（1/ρo）+Δ（1/ρi）=0 。（另外两个式子是关于角度的，在几何光学里没有，是波成像的必要内容）她马上回去推导泛函微分式，得出的级数展开式确实是荷兰人那样。我告诉她，那是一级项，是不变的常数，变量项是下面的二级小项，正是我所说的。她又回去做实验，果然是我所说的结果。于是写成文章，得了1979-1980年科学院重大成果一等奖和1982年国家自然科学四等奖，是文革后我校首次得大奖。这项成果的意义，除了他们力学界关心的光力学方法外，很重要的是：以最简约的形式给出广义成像公式，是透镜、反射镜、光栅、波带片、全息片、以至散斑等包括光波及一切波成像的普遍公式，应是波成像理论的重大成果。此后钱老要求我为英文词speckle取个中文译名，我想了三天，想出“散斑”，今已成为通用光学术语名词。后来，王宝成、姚昆研制散斑检眼仪，其原理只有用这套公式解说最为简洁明了。
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　　接下来可说的一件事，是我带罗售余做“阿达马变换光谱”。与我1974年春来肥同时，韩全生从物理所调来一台超大型玻璃光谱仪（苏制ИСП-67型），两年没拆箱，放在121楼中间北门的楼道里，开箱时发现已经严重腐蚀，透镜面全毛了。一时找不到修理单位，我就想到用它的杂散光，把缺点变为试验条件，做阿达马变换图像信息处理，从深度噪声中提取信号。我们用半导体厂的照相制版机做成128单元的阿达马变换透光图案板，用电烙铁把黄铜片焊成精密平行移动弹性导轨，测8瓦日光灯光谱。罗售余一格一格地推动阿达马板，我来记录光电数据。回到家里，用算盘打一上午，数据出来点到坐标纸上。成功了！没有变换的数据是一片乱草，变换处理得到的是信噪比8：1的两条汞黄线峰。罗售余完成了他的毕业论文。傅廷亮曾为阿达马数据处理用分立元件和16位移动存贮器制作电子处理机，并在学术会议发表。而我们的文章在长春发光会上宣读，却没有正式在刊物上发表，那是因为冯江源说办国际刊物把文章要了去，压了两年，刊物吹了，文章也过时了。可是后来我把阿达马变换技术做成一项教学实验，测64块小铝片的重量，那时已经有计算机处理数据。这实验在物教实行了几年，并在《物理》杂志上报道。据实验课的老师说，数学系的学生对这项实验最感兴趣。此后还有上海技术物理所人来函问我能否选题做红外多谱扫描阿达马变换。
　　1974年，我利用科大有光学加工车间的特殊条件，把从北京带来的12厘米直径玻璃圆磨成抛物面反射镜，装成一架天文望远镜。月圆之夕架在121楼北面观天，效果很好。路过的学生来看，回去又招来一群，一晚上无法休息。后来我转到发光专业，胡宏亮的中学老师在上海市静安区教育局工作，要我们做一批望远镜。我就教涂正康等人来做，做成10台样机，没来及改进就下马了。其中几台被少年班、地球系、黄吉虎等人无偿取去作教学用，不算白做。后来有学生孟奇、朱灿平等多人找我要学做镜工艺，也干了点成果。我自己曾以这手艺自做大型平面干涉仪两台。商售的平面干涉仪检测面积不过15厘米直径圆，要1万元。而我的干涉仪可测28厘米直径圆，花费不过500元。多功能光学信息处理仪三套，获物理实验教学奖。这多功能光学信息处理，包含气流观测、波面检查，特别是光学像的空间滤波。别人都说空间滤波要齐明透镜，很贵的。那看法也是所知不深不透，我就用我自制的球面反射镜显示了空间滤波。我磨镜没有人教，自己看书，边干边过大脑，每次基本上是一次成功。
　　光学工人燕传华虽然文化低学习困难，但很虚心好学，是我这手艺的最好传人。我俩曾给地球系的许天明作大反射镜用来观察温差液流的自组织花样，给火灾实验室做半米直径的纹影仪。2004年，盐城一位天文爱好者来访小燕，小燕慷慨地无偿赠送给他20厘米反射镜。此人拿这镜子去南京天文仪器中心检测，人家说：“镜子做得很好，我们做也不过如此。”
　　依仗光学研磨精加工的高超技艺，我在发光专业指导富绍军制作超高精度法布里白洛干涉仪的核心部件——精密平板。其目标是自制布里渊散射光谱仪。为此我设计了专用激光干涉仪，能测出2纳米的平面误差。富绍军已经很好地掌握了技术，但加速器实验室要调他，我只好把这项工作收了。后来合肥市光电所进口一台法布里白洛干涉仪，到货才发现用不上，无价调拨给我们。那是测氦氖激光波长用的，不能用于一般的布里渊散射测量，我就用它排出一套高年级教学实验——测量四氯化碳的布里渊散射，带出了蒋最敏（他后来作复旦大学物理系实验室主任）。等我一调离物理系，没有人接手带这个实验，也就作罢了。（事见陈慧余的回忆录）
　　1979年我在物理系做了一项模拟中国古代的物理实验。《自然科学史研究》杂志不收我们的文章，校学报把我们的文章放在副刊发表，正所谓“酒香不怕巷子深”，实验结果到底还是驰名海内外。这实验几乎没花钱，全在选题好。那是模拟沈括的刻漏计时器，证明了中国刻漏是古代最精密的计时技术，而此前无论中外都说中国刻漏很不精密。现在我写文章说，如果列举全世界古代科技四大成就，中国的刻漏当属一项。我们的成果是发现了一个最重要的中国古代世界第一。实验中毛允清作我的助手，用发光专业新做成的电子数字钟作比对标准。这个电子钟是郭从良、万秉奎、吴耿峰三人所做，用气体放电数码管显示，形如一个工具箱。后来继续这个项目的科技史博士生华同旭就用进口的电子手表了，他的博士论文成书《中国漏刻》，由安徽科技出版社出版，成了近几十年科技史学的一项重大成就。华同旭现在是广州市教委主任。（事见李志超著《天人古义》）
　　1981年我帮磁学专业制作法拉第旋光谱仪。（事见陈慧余的回忆录）那是利用现成的手持式量糖计改进，加上单色仪构成，排成教学实验，由罗有泉上课。1983年又设计成更完善的全套设备，为黑龙江大学做了一套，自制单色仪，外加一份油印讲义。学校收了人家2千元，提成5%（？）分给大家（15人？）。系里却为此少发了一份津贴费，该给磁学和三位工人的不给。工人对我反映意见。这也是轻视实验的一次典型表现。
　

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　从1980年起，有世界银行贷款建设教学实验的基金项目，我系总经费数40 万元（？）。当时几位青壮干部都出了国，系主任俞文海孤立无援，便找我帮他管实验课的事。我们酝酿出“高年级物理实验课”这个新概念，（当时叫“固体物理实验”）意思是：在原有三级实验课（普通物理实验、中级物理实验、专业物理实验）之外，为全系已进专业的学生开设共同的实验课。俞主任去开全国物理教学会报告此事，别人很赞赏这个想法，并希望科大尽快建成并写出实验讲义书。我坚持各专业分配公平透明——六个专业，三个大的各给三项任务，三个小的各给两项任务。各专业都来争，而且小算盘都打的是为科研需要买设备，并不认真想搞好实验课。为此我就得下功夫调控维护教学利益，一共计划了15项实验，大体就绪就开课，并组织编写讲义书。到1984年我调离物理系，书还没有编成，领导高年级实验课的事转交姜文娣管了。
　　要说大家都不安心搞教学实验是不公正的，例如磁学的侯碧辉，我动员她排顺磁共振实验。正巧在121楼一楼走廊有化学系丢弃的大电磁铁，很适用。她犹豫无法搬进自己的屋子。我趁中午休息，让大家回家，我一人用撬棍滚杠把那成吨的大家伙挪了50米，运到她的实验室里去。大家帮她检修，有点漏电，稍加处理，电磁铁完全好用。于是，侯碧辉从此便全心投入来完成这个任务，专程到北大磁学教研室找廖绍斌学习磁共振技术，后来竟成校内磁共振大专家，讲磁共振课。
　　罗售余的任务是搞“红宝石吸收光谱”，后来还把实验内容发展为兼有荧光光谱——用汞灯照射钕玻璃。也是有创造性的一例，证明教实验课可以使年轻人成长。
　　1982年我受命参加与东京大学联络合作的六人小组，从5月到7月，三个月在东京度过。我负责联络的对象是小濑辉次，此人当年就要退休，并不认真作这件事，那是他们的领导照顾他的最后一次任务，带旅游的性质。他的英语不行，而我的日语也没过关。到9月，他来科大讲学，效果很差，听众很失望，我有很大责任。但旅日三个月间，我详细考察了东大的物理实验教学，同时也考察了日本的科技史和科技考古，为我校相关学科建设作了准备。
　　自1985年起，我虽离开物理系，因对实验极有感情，一方面在科学史研究室倡导实验方法（这成为科大科学史学科一大特色，在国内和国际都很突出），同时保持一定比例的工作时间，回物理系帮着干点力所能及的小活（事见陈慧余的回忆录）。此外在物教有我一间实验室，在那里带了四个研究生，直到退休。这些工作给我不断参予科研的实践机会，为我的广泛性科技文化理论研究提供了经验基础。
　　我们做交流梯度磁强计，时当其发明不久。陈慧余从期刊上看见报导，复印回来问我“能做不？”我说“行！”把抽屉里一片圆形压电陶瓷（贺年卡用的电声元件，在街上花5毛钱买的）拿出来，用小金刚错切割成一对长方条，背对背粘结起来，焊上导线，架起来对它喊“啊……”示波器有鲜明信号。于是陈慧余做了辅助磁场线圈和电子放大器，我设计并加工了支架，装进电磁铁一试而成。为了隔离外来干扰震动，我们试验了多种减震方案，最后找到一个极简便极轻巧的办法——四块橡皮垫脚。北大进口的同种仪器是装在一楼地上的大沙坑上面。而我们的装在三楼，不怕一般轻度干扰。当年杭州磁学会上先有人介绍外国这新式仪器，次日陈慧余报告我们用自制仪器测量的数据，前日的介绍者说：“人家的数据就是这样”北大戴道生教授问我们怎么做的？回答说：是用电声片切的。他不信。有人问：请我们协作加工一套要多少钱？我问进口价，说是15万美元。我说我们就要15万人民币好了。
　　随后首都师大物理系三位教授专程来合肥请我们帮他们做一套，不要做电磁铁，自己有。问费用，我说：“按学校规定工作量计算标准，我夫妻两个教授一季度必需缴1万5千元，你就给拨这些吧。”结果我们给他做了两套。他们用来做了很多文章发表。
　　此后我俩都退休了，那做好的仪器的命运就不得而知了。
　　我做实验有多次遇险受伤的经历。1983年做28厘米激光平面干涉仪，我起早到121楼二楼实验室，在门外正对东边楼梯墙上打洞，登上两层木凳，下来时脚踩横橕坏断，整个人头朝下摔落地上，当时不省人事。那地上满是实验垃圾螺栓铁块之类，万幸没碰上，否则后果不堪设想。刚好涂正康和廖桂红上班，走上楼梯看见，吓得大叫，走上来扶，我已醒转。
　　回忆在北大有三次遇险。第一次是1960年。一人把20台大高压电容器（总重上千斤）从地下搬上台，再搬下来，反复试装，也不管肚子好饿。在给电容充电后，不能触发，累饿之余忘记把电泄放，就把头伸进装置里去找毛病，头皮被打出火花才惊醒。这套装置就是蒋筑英作毕业论文用的。事后一个月，就有高能所一人犯同样错误被电击而死的事故发生。
　　第二次又是我一人，在物理北楼光栅室开夜车打电弧。电弧用5安培定流电源，电流从我的拇指穿过，从手心出来，登时冒出一股焦臭烟气。万幸不是从另一只手穿出。那次工作排成“钠光谱4982线的轮廓测量”，也是我得意的创新之作，后来交给陈天杰去带了。
　　第三次是我和周赫田两人为工农兵学员排氢光谱实验。以前的设计是电解氢，用些时候电极处就漏水。我们用30公升玻璃瓶做了个启普发生器取代电解。不见有氢气出来，我就点了火柴到出气口去试，爆炸了。一声巨响把10米外会议室的人都吓坏了，跑过来看。幸好瓶塞口是蜡封的，它带着上头的烧碱液斗先上了天，液斗在天花板上撞碎，碱水散落一地一身。人和仪器都没事，我得算是个程咬金式的福将。
　　顺便说说，这次险情促使我改进了这项实验并带来科大。启普发生器只用两个小广口瓶或两个奶瓶以橡胶管连接组成。以前的氢放电管不好用，改用废氦氖激光管，把两头的反射镜拆掉封起来通氢气。革去摄谱仪、暗房和铁电弧那一大套昂贵设备，测波长直接用透射全息光栅。放电管处横放米尺，目视读出各谱线与光源的距离，再换算成偏转角，按光栅公式求波长。占地不到1平米。这设计曾在1985（？）年全国工科院校（在合肥工大召开的）物理实验教学会上交流。虽然科大也有工科和非物理的本科生，很适用，但却没有采纳。也许教员们认为那太低级，对提职没用，可是“高级”的又如何？物教一项实验拍铁电弧光谱竟用十几分钟曝光！有毒气体熏人严重，窗户还要遮黑布。我告诉他们说：“只要一两秒钟。这里肯定有问题。”去现场一看，是光路歪了，光没照到棱镜，都变成了杂散光，稍加调整就好了。这才叫“眼高手低”。至于叫高中学历的实验员教实验课，那就更没法说他们了。
　　在科大磁学那次做交流梯度磁强计，抬电磁铁教周自金闪了腰，很抱歉。那事也很冒险，用烂砖头和木块把大电磁铁迤逦歪斜地垫起半米高，要再上架子却束手无策，只好放在那里下班回家，一夜没睡好，就怕倒下来把三楼地板砸穿。次日早早上班，穿上杠子，正愁没有壮汉来抬，周自金赶来帮忙，解决了。
　　做实验与只耍笔杆的理论工作不同，还要有点牺牲精神。1950-70年代苏联的《仪器与实验技术》杂志，曾是我最爱看的双月刊，常见作者名字上套黑框。《原子能》杂志则每期论文作者都有几个以致十几个是死了的。与我同期的同学，学半导体的几个夭折了，是三五族元素中毒。磁学朱金根之死与此类似，即与调来之前的实验工作有关。
　　赵广增教授说：“我对他们说，你这人很会做实验”。北大物理系同事便说我是实验能手。其实大学毕业时，我的动手能力很差，笨得很。但我下决心专攻实验，先是敢干，爱干，然后不断总结提高，变到会干，巧干。不能指望不干就成为实验能手。我曾分步专攻高压电、真空、电子电路（文革期间逍遥无它事）、光学加工、材料性能、仪器设计，以至简单的车工、钳工、电焊（鲤鱼洲农场做插秧机）等技术。为此，还与几位工人师傅交了好朋友。
　　最后我对领导思想谈点意见：中国当前科技发展受实验文化总体不强的瓶颈制约，特别是大学教育轻视实验课。我从1955年上大学到1985年离开物理系，没有像外国实验室那样有熟练高手言传身教，自己摸索，成长很慢。这虽是我国科技发展史的固有状况，但到了改革开放时期，则首先是个领导意识问题——做实验的不能与别人平等地提职受奖，缺乏相关的技术支持系统……，谁还爱干实验？这些问题一定要解决。（本人有专文讨论此事）


附回忆录——科大微相机厂危机的解决   李志超 2008-2-23
　　1992年科大后勤的微相机厂来找我。该厂生产玩具型小相机，有人员10名。此前负责人戴军贸然定购了10万套透镜组件，仅其中的镜头一片价值就是2.30元，这在80年代是个很大的数目。积压数年销不出去，原加工单位扬州光学厂来人讨债。微相机厂的人找我，要求我证明那些镜片不合格，我看过后说是合格的。下面有人说我吃了扬州的贿赂，厂长则请我出主意解决问题。我考察了他们当时的产品：
　　品名“科服卡”，固定的单片弯月镜头，焦距42.5毫米，像面尺寸18╳24毫米，两孔光圈板对应f/6.3—f/11，快门1/250秒。塑料机壳有缺点（如漏光）。
　　我建议：利用现成的库存镜片，做成双片弯月式，像面可以扩大为标准的36╳24毫米，但须取弯曲像面。
　　经过简单试验，一周后完成设计。厂长就去温州找人做机壳，不久样机出来就投产了。
　　此相机取名“科美达”，焦距25毫米。比科服卡大为改进，而价格提高不多。重要的是可以把积压的镜片加倍速度出手，并扩大了销路。他们继续生产两年多，卖了约1万只。
　　校内流传的话是：“李志超救活了一个照相机厂。”话说的夸张，但也没错，只不过是一个光学家为生产实际服务而已

梭梦

应该放茶馆，野菜老是发错区……

solara2000

哈哈，陈彗余好像是教我《电磁学》的老师，很和蔼的一个老太太。不过我当时逃了她N多的课，《电磁学》基本全是自学的。