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1964年10月16日15时,新疆罗布泊荒漠上空冲天而起的巨大蘑菇云,向世界宣告中国第一颗原子弹爆炸成功。
中国科学院西安光机所研制的ZDF-20型高速摄影机拍摄到原子弹引爆后360 μs黄金时段的72幅珍贵的照片资料,开启了中国全面发展高速摄影事业的新纪元。
这一切要回到1962年3月说起。为了发展中国的核武器,解决核爆试验必需的高速摄影和耐辐照光学材料问题,根据钱三强、王淦昌等科学家的建议,经聂荣臻元帅批准,中国科学院在西安组建了以核爆试验光测任务为主要研究方向的西安光机所,委任龚祖同先生为所长。
龚祖同:中国高速摄影事业的奠基人
龚祖同先生1938年回国后立即投入到为抗日前线将士研制“打仗的眼睛”中,为部队武装了双筒望远镜、机枪瞄准镜和80 cm 倒影测远机;经过10 年3 个轮回“艰苦卓绝”的研究试验,终于在1953 年春节前夕炼出中国第一炉300 L K8 光学玻璃;1958 年,分别和姚俊恩、王乃弘一道研制出我国第一台电子显微镜、第一台红外夜视仪;1960 年开始担负2. 16 m大型天文望远镜的研制工作,而令人遗憾的是,由于发生了“文化大革命”,该工作的完成之日竟是龚老逝世3周年之时;1964 年拉制出我国第一根光学纤维,顶着“拉玻璃丝有什么用?” 的巨大压力,开创了中国纤维光学的研究;之后相继炼出中国第一炉耐辐射光学玻璃,研制出第一台像增强器、第一只高速摄影用变像管、第一块微通道板、第一套高速电视系统,等等。但是,龚祖同先生最为重要的贡献还是在为“两弹”试验服务的高速摄影机上。
1993 年10 月17 日的庐山会议上,王大珩先生在谈到龚祖同先生时,无不动容地说道:“我不能接受光学之父的称号!”“中国的近代光学设计、近代光学(工艺)加工是龚祖同先生1938 年从德国留学带回来的!”“我是1938 年9 月才以中英庚款第六届留英公费生的资格赴英国进入伦敦大学帝国学院攻读技术光学的。”“龚老是中国光学事业的先驱者和创业者。”那年,龚老已经逝世7 周年!我坐在主席台上,王老后面,不禁泪垂,大科学家是也!
我国进入国际高速摄影“俱乐部”
1964 年我国原子弹试验爆炸成功,使我国顺利进入了国际高速摄影“俱乐部”。1965 年9 月龚祖同先生应邀率领中国代表团赴瑞士苏黎世参加第七届国际高速摄影会议,这是中国第一次派团参加序列性的高端专业学术会议。随团成员有余正龙、任轶祥和汪欣。
龚先生的报告“Application of GRIN fiber (selfoc fiber)to high-speed raster photography”介绍了其使用自聚焦(变折射率)锥形光纤大大缩小了网格点,使转镜网格超高速摄影机的摄影频率比当时的国际水平高了一个数量级(空间分辨率为48 lp/mm,画幅尺寸为12 mm×8 mm),轰动了这次国际会议。田清政的报告“The application of interferometric laser technique indetonics”指出,融合激光多普勒效应、多光束干涉和变像管的超高速摄影机大大提高了爆轰金属自由表面速度的测量精度,美国爆轰测量专家惊呼中国发明了柱透镜F-P 干涉仪。李景镇的报告“An ultra-high speed streak camera,ZSK-30”亦引起了与会代表的关注,特别是日本和苏联同行专家的关注。
高速摄影的发展路径
经过半个多世纪的发展,我国的高速成像、超高速成像、极高速成像、原子时间成像在国际上已经占有重要的地位,特别是在原子时间成像领域,多级光参量放大闲频光(MOPA)成像技术实现了摄影频率为1. 5×1013 frame/s、空间分辨率为83 lp/mm 的50 fs分辨的光学直接成像,记录了旋转速度13. 5×1012 rad/s 的极快涡旋光学晶格的动态过程,是目前国际上最好的纪录。
随着对细观和微观世界研究的不断深入,需要将空间放大(显微成像技术)与时间放大技术结合起来,这是高速成像技术的重要研究方向。目前,纳米空间分辨技术和飞秒时间分辨技术的结合已经是摆在我们面前的研究课题。
李景镇教授一直研究“一瞬即逝”超快过程的成像问题,探索时间放大的理论和技术,为我国尖端科技的发展作出了重大贡献。作为课题负责人,获得包括国家科学技术奖特等奖在内的国家级奖6 项、省部级科学技术奖13项;2014 年被授予“全国优秀科技工作者”称号,其主要事迹和学术贡献被2012 年《20 世纪中国知名科学家学术成就概览》收录。
李景镇教授主持的瞬态光学成像技术研究工作实现了系统性突破,取得了国际领先的科研成果,他是我国唯一由国际学术界推举为国际光机式高速摄影领域有突出贡献的专家。他也是国际全光极高速成像技术的开拓者,在原子时间尺度极高速成像领域引领国际先进水平。
光学学术专著10 部,约1720 万字,其中主编撰写了《光学手册》《激光测量学》等3 部学术专著,约977万字。