黄德修:见证我校信息光电子学科的崛起

作者:黄德修发布时间:2022-05-17点击量:

一、涉足信息光电子领域

1972年我由无线电二系(电子系)调入刚成立的激光科研组从事固体激光器研究,此为能量光电子的范畴。尽管我们白手起家,日夜拼搏,先后研究出红宝石脉冲激光、钕玻璃脉冲激光、Nd:YAG连续激光,也攻克了注入激光调Q、激光锁模等一批激光技术,并将激光焊接、激光医疗应用于实践。但受文革的影响,我们的研究已落后于美国1960年研究出第一台红宝石激光器10多年。然而,经过大家持续的努力,特别是1978年后高功率二氧化碳激光研究的不断壮大,我校在能量光电子领域的研究成果和学科建设在国内应是举足轻重的。我当年虽是拥有80多人的激光科研组的主要负责人之一,但只是在组织、规划和领导工作中做了些工作。

1981年9月,我公派去美国俄勒冈研究生中心(OGC)作访问学者。因当时我国与美国建交不久,信息交流不畅,国家又急于派出国,因此我只能选择去OGC,选择在该研究生中心物理系系主任霍姆斯(J. FredHolmes)教授名下研究激光散斑,即在激光噪声中去提取有用的信息,我当时对此感到一片茫然。好在我到该中心报道后,霍姆斯教授领我参观该系各教授的实验室和研究课题时,其中艾里奥教授(Richard A. Elliott)拟研究的“半导体光导开关”引起了我的兴趣。这是用半导体激光器的激光作用到另一半导体材料上,引起其电导率的变化而形成的光开关效应,我深感这一课题很适合我。其由是我曾是我校1960年成立半导体专业时,我由电机系转入该新专业的学生,学过半导体专业的相关课程。1972年到激光科研组后又积累了一些激光方面的知识,还感到半导体光导开关相比激光散斑更有应用价值,回国后也许就能发挥点作用。经过反复考虑,征得霍姆斯与艾里奥两位教授的同意,我开始了“半导体光导开关”的研究。后来我了解到这两位教授的私人关系非常好。我和他们二位之间也结下了深厚的友谊,我回国后我们之间仍保持很长时间的联系。

经过一年多的艰苦研究,我们所研究的半导体光导开关取得了很好的结果,1982年在美国光学学会(OSA)年会上由我作了口头报告,进一步的研究结果所撰写的论文发表在1993年美国《应用物理快报》杂志上。

由于研究工作的需要,我还在实验研究工作之余,去该中心图书馆查阅与我研究相关的大量半导体激光器、半导体光探测器、半导体材料的光学特性的相关资料。该研究中心条件很好,给我的钥匙可全天无限制地进出图书馆阅读、借还书和复印资料。如果有的参考资料该图书馆没有时,可交由图书馆工作人员从其他机构复印来。

在查阅半导体激光器、半导体光探测器时,我不但了解到其器件工作原理、器件结构和工作特性外,还注意到这些器件主要应用在当时还很陌生的光纤通信上。进一步了解到光纤通信因其巨大的通信带宽、通信的保密性与可靠性,定有大的发展前景,而半导体光电子器件是其中的关键。尽管英籍华裔科学家高锟1965年就提出了光纤通信的概念,但光纤的衰耗和半导体光电子器件(特别是半导体激光器)的性能一时难以满足其需求,以致美国才于1975年进行现场试验,上世纪70年代末才进行短距离的通信试验。但这些都显示出光电子科学与技术在信息领域的巨大发展潜力,为此我在美国作访问学者期间有意识地阅读和收集了较多的相关资料。在我启程回国的前一天,艾里奥教授还主动将我收集的一箱资料交由系秘书为我打包托运回国。

1983年2月回国后,虽然组织上仍要我负责激光的领导工作,但我决心在以光纤通信为代表的信息光电子这一新的领域迈开步伐,具体以半导体光电子器件入手。

二、决心在我校开拓光纤通信学科方向

要筹建一个新的学科,筹措一点起步经费是必要的。为此我向学校提出5万元的启动经费的申请报告,却遭黄树槐校长婉拒。这不能怨他。且不说作为机械领域专家的他,隔行如隔山;即使我国在信息领域的专家,当时对光纤通信的前景也不是都能达成共识,对是否发展微波通信还是发展光纤通信尚有争议。我国邮电部至1984年才下定决心,发文定下光纤通信作为此后发展方向。

我没有气馁,偶然听说与我校毗邻的武汉邮电科学研究院在研究光纤通信,并于1982年底正在武汉三镇进行了全长13km的光纤通信现场实验。我凭一纸学校的介绍信到邮科院先后找到当时邮科院总工杨恩泽教授、系统部总工赵梓森教授多次游说。越谈越投机,越谈越形成共识,最后确定在他们的研究基金中给我8万元进行半导体光放大器的研究,以求用半导体光放大器取代传统的“光——电——光”中继放大器。当时的中继放大是将经光纤传输衰减的光信号由光探测器接收变成电信号后,由成熟的电子放大器将信号放大;再将被放大的电信号去驱动半导体激光器而恢复强的光信号继续往远端传输,这显然增加了系统的复杂性和成本。而若用光放大器直接放大光信号显然是创新的思路,原理上也应是可行的,因半导体激光器芯片本身是通过受激辐射放大自发辐射的光子,而用其作放大器则可放大外来光信号光子。

有研究课题和研究经费的支持,就能开始规划实验室建设,有2位硕士生因其导师出国进修而申请转入我这里做研究。

为了使我们的研究获得国家计划的支持,在1983年11月,借去北京中国情报研究所查找相关资料的机会,我又凭一纸华中工学院的介绍信到当时的国家科委高技术司游说。凑巧,在同一办公室的高技术司的两位正、副司长均在。他们均很认真地听取了我关于申请开展半导体光放大器研究的意义的汇报,后来才知道其中冀复生副司长是通信方面的专家。听取我汇报后,他们当即拍板支持3万元,并将我们的课题纳入到当时北京邮电学院院长、中科院学部委员叶培大教授为组长的国家“六五”计划光通信攻关组。真可谓“踏破铁鞋无觅处,得来全不费工夫”。要知道国家自然科学基金会于1985年才成立,当时能获国家研究支持的只是国家五年计划。经费虽不多,但却体现更大的责任,我们学校当时能获国家计划支持的项目也应是屈指可数。

有了研究项目和经费的支持,下一步的关键是要组织一支强有力、团结合作研究团队。当时,因光纤通信还是一个新名词,很难从老同事中找到志同道合者。而我国实施改革开放后才恢复实施学位制度,基本上是1980年开始招收硕士研究生。刚开始名额少、要求高,硕士生需就读三年。所以当时能找到合适的硕士毕业生就相当不错了。1984年初,我获知成都电讯工程学院有一位硕士毕业生、共产党员刘德明拟分配到我们的激光教研室。他也是看重我校激光在国内的知名度而来的,但当时还刚办完入校手续还未到激光就位。一天上午我去他宿舍找到他,动员他到我这课题组来。面对这突然其来的变故他先是有些犹豫,尚需考虑,经他考虑后次日告诉我,他愿加入我的研究队伍。此后的实际表明,他踏实、勤奋、善于与人合作共事,成为我的得力助手和研究核心骨干,后来也相继在我之后成为我的课题组长、教研室主任和光电子系系主任的接班者。

有了一定的经费支持,就开始科研所需的仪器设备的购建,当时是真正的一无所有、“白手起家”。先后从上海购得两台大的防震光学平台和相应的一些光具座。为节省经费,我去上海无线电14厂购得一台该厂例行试验用过的140MHz示波器,而由我自己一路背回来;从武汉邮科院内刚成立不久的中外合资长江光电器件公司“讨来”一些他们不宜作产品的半导体激光芯片和光探测芯片。我们就在光仪教研室(在南一楼西边一楼)清出的两间小实验室内,日以继夜摸着石头过河地开展半导体光放大器的实验研究。当时南一楼规定在晚上10:30分由大楼值班师傅清场后锁大门,我们就快到清场时将灯熄掉,待师傅清场走后,我们继续实验,一直忙到半夜12点后从一楼窗户跳出回家。后来黄树槐校长在一次全校干部会上对我们又是表扬又是批评地说:“黄德修他们干劲很大,忙到晚上12点后在南一楼跳窗户回家,但要注意安全啊!”

1985年后,先后又有激光的两位硕士毕业生周宓、刘雪峰,由邮科院毕业的硕士生余思远(他是清华本科选拔待出国,后成为邮科院总工杨恩泽教授的硕士生,其硕士论文是在我们这完成),成电毕业的硕士向清、西交大毕业的硕士裘红等陆续要求加入我们课题组。他们都有较好的专业素质基础,性格开朗,彼此能很好地合作共事,使我们初步形成了一个朝气蓬勃,有战斗力的群体,德明在这群年青人中起到了很好的示范带头作用。

随着研究队伍的扩大,我们的研究工作也不断从深度和广度展开,也不断取得进展,从最初的法布里—珀罗半导体光放大器(FP-SOA)向更具应用价值的行波型半导体光放大器(TW-SOA)进展。圆满完成国家“六五”攻关任务,受到国家科委表彰,又顺利地进入到国家“七五”计划继续研究。

1987年,国家“八六三计划”正式启动。1987年四月,突然接学校科技处通知,国家“八六三计划”信息领域专家委员会的专家要到我们课题组调研参观。当时我并不知道他们的意图,我只是向他们介绍半导体光放大器在光纤通信中的应用价值,演示了我们当时的FP-SOA直接放大光信号的情况。包括半导体所所长王启明教授,哈工大李淳飞教授在内的五位专家详细询问了有关问题后离去。没想到的是约一个多月后突然接到通知,我们的课题列入了国家“八六三计划”,项目经费40万元,要求我们填报课题任务书。后来进一步获悉,我们的课题划归“八六三计划”由清华大学周炳琨教授为组长的光电子主题专家组具体领导。没有经过申请程序而获得这一具有重大意义和当时较大经费支持强度的课题,无疑对我们课题组是极大的鼓舞和巨大的动力。这也是我校最先获得的国家“八六三计划”课题。

有了一定的科研基础和教师储备,大家又萌发了开辟光纤通信学科的壮志,将科研和教学相互结合、相互促进,培养高素质人才。1987年底我们成立“光纤通信”专业和相应的“光纤通信”教研室,我和德明分别担任正、副主任。系里在85级学生中通过自愿报名选调15名学生作为第一届“光纤通信”专业的学生。当时尚未听说国内是否有高校设置这一专业,反正我们敢想敢干地动作起来。结合光纤通信系统,我们设计了几门主要专业课程,由我开设“半导体光电子学”,德明开设“光纤光学”,余思远开设“光纤通信系统”,还安排了实验课、实习等教学环节。其中“半导体光电子学”这一教材选题由我于1985年提出,后由电子部教材编审委员会选中,在全国公开招标作者,我又在竞标中被选中,1989年正式出版并在全国发行,1992年该教材获评电子部优秀教材一等奖。后来德明撰写的“光纤光学”也定为全国公开教材出版发行。就这样,我们这个以年青人为主体的群体,在科研和教学相辅相成中得到快速发展,为我校光电信息学科的崛起和壮大做出了积极贡献。

在国家“七五”攻关计划和国家“八六三”计划的双重支持下,我们的创新潜力也得到释放。我们此前研究的半导体行波光放大器是将半导体激光芯片两端镀增透膜,外来光信号只是在芯片有源区获得单程增益。为提高光放大器增益,德明提出将芯片输入端增透,另一端增反:光信号经分路器进入镀有增透膜的光放大器获得单程增益后,在镀有增反膜的芯片另一端折返,再经一次芯片有源区获得增益后在分路器的另一端输出,即能使光信号获双重增益。这是一个很好的想法,但用分路器分离输入与输出信号不可行,因芯片二次放大的信号在光分路器中有一部分必然又进入激光源而产生噪声。为此,我想到当年在电子系学习到基于铁氧体制造的微波环形器,因铁氧体是非互易元件,能将输入与输出的微波信号分开。因此可以考虑用光学非互易材料做成光学环形器,来实现具有创新意义的双程增益行波放大器。当时国内还没有,且由于信息闭塞也不知国外是否有这种光环形器,我们决心自行研究,并交由课题组年轻教师周宓具体负责研究。基于这一创新思路,我们申请了发明专利。同时添置镀膜机对激光芯片实施镀膜;在国内找到作为光互易材料的火石玻璃,光学环形器也得以实现,从而这种新型的行波半导体光放大器研制成功,获得了国家发明三等奖。我们这个群体由国家科委表彰为“创新团队”。

1992年国家“八六三”计划光电子主题专家组换届,我被国家科委高技术司提名为六个候选人之一。通过由他们组织的专家评审,我有幸入选为新进入专家组的三名成员之一。这不是对我个人,而是对我们这个群体的肯定。

我们除了承担国家的攻关计划、“八六三”计划课题外,1985年国家自然科学基金委员会成立后,我们又获国家自然科学基金课题的持续支持。

1988年光电子系整体集中在新建的南五楼,我们课题组也获得大的发展空间,研究队伍进一步扩大。除了承担国家自然科学基金、国家“八六三”计划的科研课题外(国家攻关计划课题只至“七五”计划为止,此后只由国家“八六三”计划支持),我们还按照刘伯承元帅当年提出的“吃一块,夹一块,看一块”的军事战略思想,除搞好已有科研课题外,还自主开展一些有战略前瞻性的预研课题;除开展纵向课题研究外,还与企业合作开展横向深课题的研究,都取得了好的效果。例如,新亮在我这做博士课题,我安排他进行“波长变换器”的探索性研究,取得了较好的结果,后来“波长变换器”正式列入“八六三”计划课题,新亮博士毕业留校任教,成为该课题负责人。国家“973”计划启动后,我们的波长变换又进入清华罗毅教授为首席科学家的课题组,承担“973”计划的子课题。

上世纪90年代初,当时的福州华科光电公司的老总王洪瑞找到我探讨他们公司的发展,当年王总带了五位年轻人从福州物质结构所出来创业,经过他们的艰苦努力,研制出一些光电材料。我只是建议他们除了做好光电材料和产业化外,还可利用他们的光电材料进一步研发光隔离器和光环形器,这样也能使材料与器件相互促进,获取更高的经济效益。我们派遣数名硕士生去协助研究,给他们办了一个在职硕士班。我和他们的几位老总结下了深厚的友谊。1998年该公司捐20万元改造南五楼六楼会议室,又给我们教研室捐赠120万元的进口仪器设备。

我们团队的欣欣向荣的活力一直传承至今。我很眷恋我们一路走来的这个群体。

有几点体会和认识:

1.作为课题负责人或学术带头人,要有一个有发展前景的研究方向,这才有可能不断将研究向纵深发展,才能凝集能持续发展的研究团队。

2.作为课题负责人或学术带头人,要有宽的胸怀才能凝集科研群众,充分调动队伍中各成员的积极性和发挥每个人的潜力。

很令我感动,至今难忘的一件事是上世纪90年代初,按国家政策,开始允许从科研经费中提成部分现金,而我们组一致放弃此提成,将全部经费用来购买仪器设备。次年我考虑更好调动大家积极性,还是提成部分经费,按贡献大小合理分配,但彼此差距不太大,并宣布我只取平均值。

我鼓励大家结合自己的研究撰写和发表学术论文,但不要将我列为第一作者(当时还没有通讯作者之说),开始他们还客气地将我列为第一作者,为此我在会上明确以后大家发表文章不准将我列为第一作者,但可放到最后一名。

作为课题负责人要有意识地为他们的职务晋升做出规划和安排,大家干劲越大,我越是要主动为他们考虑。在我们组的年轻人基本上都能破格晋升其对应的职称。德明破格晋升教授时,他当时出国进修不在国内,他的相关材料的整理、复印等相关工作全由我完成。新亮的博士论文是我安排的一个预研项目,完成得很好。毕业留校后,该项目又被列入国家“863”计划,他也先后破格晋升到副教授和教授职称。对其他年轻教师我也是为他们设计前进的路线,让他们全身心地投入科研与教学工作,这是作为一个学术带头人的本职工作。

1998年我也获评为我校首届“伯乐奖”的十名获得者之一,惭愧!其实我所获得的其他一些省部级和全国性的荣誉何尝不是我的这个群体所赋予的。

三、营造“铁打的营盘”

长期以来我们这个群体形成了一个团结合作、互帮互学的氛围。几乎每星期开一次交流会,交流一周来各自研究中的进展,对遇到的问题群策群力。这也是对学术带头人民主作风、组织能力的考验。

人各有志,我们这个群体中一些年轻人也有不少在工作一段时期后相继出国深造。对这些平时在我们这勤奋踏实且做出成绩的年轻人的出国要求,我也是积极支持,为他们写推荐信。与此同时,也不断有年轻人自愿加入我们这个群体,形成真正意义的“铁打的营盘,流水的兵”。否则虽构造起一个科研团队而不能持续下去,最后带头者将成为“光杆司令”,亦或等到带头人退休时沦落到“人去楼空”的境地。

我很欣慰的是我从1983年开始从事光电子信息领域的研究者组建科研团队以来,历经30多年,我们的研究群体一直在延续和发展。德明和新亮分别在光电学院和光电国家研究中心,领导的研究团队也是一派朝气蓬勃、欣欣向荣的景象,承担着国家的一些重大科研项目,不断取得一些重大科研成果。

现在,我才真正体会到“待到山花烂漫时,她在丛中笑”的滋味。


作者简介:

黄德修,男,教授、博士生导师,“武汉·中国光谷”首倡者,曾担任华中科技大学光电子工程系(现光学与电子信息学院)主任、信息学院院长、武汉光电国家实验室(筹)副主任。黄德修教授1963年毕业于华中工学院(现华中科技大学)无线电材料与元件专业,后留校任教。1981-1983年由教育部公派在美国俄勒冈研究生中心进修,1990-1991为英国通信研究实验室高级访问学者。1992-1996年为国家863计划光电子主题专家组成员。1992年获评“湖北省有突出贡献的中青年专家”,1998年获华中科技大学首届“伯乐奖”,同年获国家教育部、人事部表彰的“全国模范教师”、“全国教育系统劳动模范”,2001年获“全国五一劳动奖章”。黄德修教授于1998年12月向武汉市政府提交“关于在武汉东湖新技术开发区建设中国‘光谷’的建议”,成为“武汉·中国光谷”的首倡者,2018年入选“光谷30年创新30人”。