自强不息 科研报国——记厦门大学物理系刘守教授
  • 来源:中国科普网
  • 作者:马爱平
  • 2018-06-15 14:12

全息技术是利用干涉原理将物光波以干涉条纹的形式记录下来,再通过衍射效应再现原始光波而记录物体真实的三维图像的技术。激光是制作全息图最理想的光源,随着激光技术的发展,全息技术在全息干涉计量、全息显微、信息存储等方面有着重要的作用。

我国激光全息技术的飞速发展是从上世纪八十年代中期开始的,而这项技术的发展离不开一个人的推动,他就是厦门大学物理系博士生导师刘守教授。


科研人生 上下求索


出生于1948年11月的刘守,生在新中国,长在红旗下,从小就有着科研报国的理想。1976年从厦门大学半导体专业毕业后,被分配到武汉邮电科学研究院担任科研人员,后来到福建师范大学物理系任讲师,期间曾于北京邮电学院助教研究生班学习。1986年作为访问学者到丹麦技术大学物理系,在吉尔吉斯斯坦共和国科学院院士徐大雄教授指导下从事激光全息术的研究及应用工作,从此,他便与激光全息技术结下不解之缘。

上世纪80年代末90年代初,刘守在导师徐大熊院士的指导下,完成了《激光模压全息技术及其应用》项目,使其在“无油墨印刷包装材料”、“防伪标识”等领域得到广泛应用。科技日报等媒体进行了报道。

1987年,当刘守偶然听说我国激光科研机构上百个,但很多激光科研成果获奖后却无法得到生产力转化时,他毅然选择了回国,希望用自己丰富的知识和开阔的国际视野为祖国激光科研的发展贡献一份力量。他首先受聘于青岛琪美图象有限公司,任高级工程师,这也是青岛创办的国内第一家生产激光全息图像的企业,在这里,他带领科研团队将激光全息图像应用于防伪领域和激光彩虹灯等领域,首次为公安部制作了海南、深圳、厦门等经济特区居民身份证的全息防伪标识及一些名牌产品的标识,使该技术逐渐实现产业化,同时也促使模压全息术的飞速发展。

1992年,刘守受聘母校厦门大学物理系,担任副研究员,并牵头组建具有国内一流水平的激光全息实验室,先后提出了一系列突破性的新技术和方法,如“加密码全息防伪标识的研制”,“闪耀彩虹全息术”,“光莫尔技术在防伪中的应用”等,其中,他为冠华公司和中国食品工业协会研制的国家名优酒加密防伪标识全息图,以其高超优异的设计和质量获得1993年国际全息包装印刷会议防伪标识全息图优秀设计和研制金奖,也是该次会议唯一的金奖,为国家争得荣誉。这之后,他又与张向苏副研究员合作,将光电领域中的莫尔技术与激光模压全息技术相结合,研制出计算机光莫尔防伪标识,填补了国内空白,该技术技术含量高,极难仿制,市场前景广阔。

1996年,刘守晋升为教授、博士生导师,他在光全息技术及应用方面的研究领域也不断拓展,其研究方向主要包括:全息微型透镜、全息显示技术、全息防伪技术、全息光子晶体技术、全息光学元件等。到目前为止已经在国内外权威期刊发表论文130余篇,参与《实用全息摄影术》的编著。获得专利项目33项,而目前,他研究的“激光全息瞄准器”也正在等待鉴定中。在教学方面,除了本科生课程外,还先后培养了20多位硕士、博士生。这些毕业的研究生,今天有的已是教授、副教授;部分是华为的技术骨干。在筹备、审核厦大进入“211”、“985”期间,正如前校长陈传鸿所说:刘守为物理学科建设打下了“半壁江山”。

上个世纪90年代末21世纪初,刘守带领硕士、博士专门从事《光全息术的研究》,完成了“用全息元件制作大面积光子晶体技术”,并在“微结构制作”、“提高LED发光效率”、“激发等离极子”等方面得到应用。

多年来,刘守的付出得到了国家和社会的认可,其科研成果先后获得福建省科学成果三等奖,青岛市科学技术进步一等奖、山东省科学技术进步二等奖,厦门市科学技术进步二等奖,福建省科学技术进步三等奖,国家教委科学技术进步三等奖,厦门市科学技术进步二等奖,国家教育部科学技术进步二等奖,福建省科学技术进步二等奖,国际93最佳防伪全息图奖,第九届全国发明展览会银牌奖,96北京国际发明展览会银牌奖,第十届全国发明展览会银牌奖,厦门市第一届优秀发明革新一等奖,98世界华人发明博览会铜牌奖,厦门大学南强奖等荣誉,“彩虹全息新技术及其应用”被定为“九五”国家科技成果重点推广项目,充分展示了其科研项目的创新性。


快速准确 全息瞄准


2006年,刘守开始“激光全息瞄准器”项目研究。实际上,这项技术美国早在实战中应用,而且拥有了多项专利。刘守的研究走出了自己的路,从光学系统结构到技术性能和成本都优于美国产品,目前在军工厂已投入生产。

激光全息瞄准器以其捕抓目标快速,准确,操作简单,隐蔽性好,并且有在恶劣环境下发挥可靠作用等功能,目前备受军方关注。

众所周知,在军事领域,瞄准器具是必不可少的工具,因此,寻找具有快速、精确、隐蔽性好得瞄准器,一直是研究人员追求的目标。激光全息瞄准镜作为一种新型的高科技轻武器瞄准镜,具有独特的特点,非常适用于短兵相接的城市巷战和野外近距离作战,使用机械瞄具和普通光学瞄准镜,只能进行单眼瞄准,必然会影响射手对环境的观察,而使用全息瞄准镜可以实现双眼全视场快速瞄准,极大地提高先敌射击的能力,方便抢夺短兵对抗的先机。

近十多年来,激光全息瞄准镜是美军、以色列和其他北约军队士兵枪械的标配瞄具,发达国家的警察和自卫部队也早已大量装备,在伊拉克和阿富汗战场上,随处可见北约士兵使用全息瞄准镜。可见,激光全息瞄准镜在战争中已经得到普遍应用。

作为激光全息术研究领域的领军人物,刘守发现,美国制造的全息瞄准器虽然具有图像清晰、视觉感好,冗余度高,视觉与观察位置无关等优点,但价格非常昂贵。为了降低激光全息瞄准镜的成本,他不断开拓新的思路,从系统结构入手,保持全息瞄准镜的优势,最终探索除了一种多功能元件,达到了准直、滤波、偏转LD光波的目标。目前已经设计出了三种新型全息瞄准器系统,即直立式、紧凑式和折叠式。

与美国产品比较,刘守设计的激光全息瞄准镜成本下降、误差更小,并且可以设计更紧凑系统。该系统自身具备波长补偿功能,因此瞄准精度不受环境温度变化及光电子元件(包括LD)使用时间长短造成波长漂移的影响。瞄准目标的“全息分划板图案”无视差、像差,并且视场大,在30米~500米内对准目标不存在任何图像漂移。

与国内外其它全息瞄准器产品相比,激光全息瞄准镜的光学系统采用了一个全息光学元件(HME)来实现滤波、准直、折射等功能。HME还具有与全息图匹配的效果,使全息图重现的全息分划板图像清晰、无视差。不仅克服了国内外其它同类产品存在的缺陷,而且造价低,因此更具市场潜力。

刘守发明的激光全息瞄准镜相比于美国使用的全息瞄准镜,具有更可靠的高低温环境适应能力,拥有国家二项专利,通过了国家和军方产品鉴定审查会的严格试验鉴定,自2014年起开始大批量生产并装备部队,获得指战员使用后高度的好评。


突触记忆 再踏征程


刘守近期的课题属于纯理论,他对记者说,这很有意思。“还是老本行,即采用光全息理论去破解脑的记忆问题。由于目前国内外所有的研究结论是脑的记忆存储在神经元之间的‘突触’处。但却无法解释为什么在‘突触’处能存储那么久(一个人童年时的事,到老年还记得),又如何能迅速提取信息(即回想、回忆)?”刘守说。

从亚里士多德的《论记忆》研究到今天,人脑对学习记忆的机理一直没有解决。

根据目前的文献,人脑细胞神经元有1000亿个左右,每个神经元与相关神经元之间的链接(即突触)有1000多个,就是说人脑中有10的14方个突触,从而构成了错综复杂的神经网络系统。在这样的系统中要瞬间捕捉信息(即Lenning过程),并且进行编码、存储,一直到提取信息(即Memory过程),显然是个相当复杂的过程。

目前国内外所有的研究结论是:记忆信息存储在神经元的“突触”处。但无法解释在“突触”处为什么能存储那么久,又如何能迅速被提取。只有《人脑对记忆信息存储的物理模型假说》才能合理解释以上问题。达到(或符合)人脑的运算速度。否则所有正常人无论是学习还是工作,都会显得十分缓慢。

“我们是物理光学专业,文章用物理理论剖析人脑的记忆问题,尽管创新性强,但深度有可能达不到。然而正如费曼所说:物理学家有个习惯,对任何一种现象,只研究它们最简单的形式,而把更复杂的情况看做其它领域的事。’”刘守说。

刘守介绍,这个课题的意义至少有二点:为“智能机器人”的研发提供有价值的参考;为“防止老年痴呆症”的研究工作提供理论依据和手段。

刘守团队在前人关于人脑记忆学习的大量实验和理论研究的基础上,提出人的大脑通过外界获取信息的同时,刺激了部分神经元产生“能量波”,这个带着信息的“能量波”传递到新皮层区域神经元突触处时,与来自受意识控制的海马区神经元传递的“能量波”相遇,从而在突触端构成干涉场。文中论述了由于干涉场能量强度的周期性分布调制了突触端的神经体,形成了类似光纤光栅结构的全息图。这样,记忆信息就被编码存储在全息结构中。当海马区受意识控制再次发出的“能量波”经过突触端时,就提取了存储的信息。从而论证了人脑为什么能存储海量信息,并且部分信息能长久保存。

正所谓胸怀大局才有大作为,刘守卓绝远见的目光、运筹帷幄的能力,让他在科研攻关中,总是以沉着面对挑战,守得乌云散尽明月开。作为国内激光全息技术的领航者,刘守以其卓尔不凡的风采和执著的求索精神,不断地展示出旺盛的生命力和创造力。我们期待他能不断地攀上一个又一个顶峰……

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