母国光-讲稿

filmlonger · 发表于 2011-6-28 14:04:13

“光谷”这个词最早是由美国人在1998年提出来的，在亚利桑那大学附近的吐桑，美国人最先提出了“光谷”的概念。在吐桑又是谁提出来的呢？这有一定的背景和条件。大家知道，美国有很多光学的研究机构，人们通常认为有两个中心在美国是比较著名的，而且在国际范围内也得到了承认，一个是Rochester University (罗切斯特大学)就在纽约州，这个大学有一个光学研究所，是比较全面，比较综合的光学研究所；另一个中心就在吐桑，是亚利桑那大学的一个光学科学中心，叫Optical Science Center，光学科学中心，不是光学中心，而是光学科学中心。
1988年，以亚利桑那大学的光学科学中心为主，在吐桑形成了“光谷”。但是据我所知，这个“光谷”并不像“硅谷”那样有影响。“光谷”出现后，各国都有响应，法国有响应，英国有响应，意大利有响应，我们中国也有响应。1988年之后，最先是武汉提出了建设“光谷”，之后还有长春和广州。正式提出建设“光谷”的主要有这三个城市。我们光学学会的人都参与了这三个城市的“光谷”建设，都了解一些情况。
现在很少有人谈“光谷”了，但是，很多地方都在做光电子，光学工程和微电子家光子工程，包括上海，深圳，还有北京的中关村。所以在中国，实际上大家都看好光电子的发展前途，在技术上，在产业上都积极介入光电子领域，从这个意义上说，在中国，这几年确实形成了一个热点，我们也可以把它也叫“光谷”。2001年的科协讨论会把它作为热点来讨论，这是非常重要的，也是很有必要的。今天大家来参加这个会，表现出大家对这件事很热心。
我们谈“光谷”，跟美国的“硅谷”有些相似，又不相同。而光在用起来之后，有光又不是都是光，而光的概念又不是那么窄，所以在这里我想谈一些情况供大家参考。美国对战略研究很重视。美国有一个科学研究中心，它在1999年做了一个战略研究报告，叫做《21世纪的光学工程》，同时出版了一本战略研究的书，题目叫做《驾驭光》。他们把光学当做一项技术，当做一门科学，试图驾驭它，获得最好的社会效益，给人类生活带来好的影响。这个报告在我们的建议下，长春光机所已经把它翻译出来了。这个报告虽然已经出台两三年了，但是我们现在回过头来看看它，还是有许多非常有价值的东西。
简单地说，这个报告把光当做一个产业来考虑，全面考虑了人们对光的需求，包括生活需求，社会需求，以及将来我们可能遇到的光产品，从而把光学的发展分为7个方面的内容。
第一个方面是光通信。现在大家看得很清楚，将来的通信手段主要是光通信。不管是宽带介入，还是最后一公里问题，都需要大量的光学和光学器械。也就是把传统的光学和现代的电子技术以及光子学结合起来，去发展宽带光学，发展网络，因此，光通信是今后网络发展的物质基础和技术基础，我们必须紧紧抓住它。
第二个方面是进入家庭和医院的激光和光学的应用。这方面现在大家谈得比较少，但是在未来的20年里，这将是一个很大的产业部门，现在已经有了一些苗头。人除了需要通信以外，更重要的是要提高我们生活的质量。医学，生命科学的发展，对光学提出要求，要求把光的技术，，光子的技术应用到医学，生命科学中去，要求把光学，光电子技术和微电子技术结合起来，应用到医学里，应用到生物学里，把这个产业做成一个大产业。
第三个方面是遥感、感和信息采集系统。我们常常不特别注意这件事情，但是我们仔细想一想，既然我们把它叫做消费电子学，什么不消费呢？美国人预测，在未来的20年里，遥感、传感和信息采集系统将是光学产品领域一个很重要的方面。
第四个方面是现代武器设备、设施的光电化。刚才我提到的那些还都不是军用的，只有传感技术还沾点边。这么说吧，军事装备到处需要光学，军事现代化之一就是现代武器的设备、设施的光电化，没有这个就没有自动化。
第五个方面是重大制造工业里光电子、光技术的应用。我们现在常常讲，说现在常常讲，说现在世界顶尖的技术是芯片。这没错，现在的芯片可以做到点8吋，点12吋了，但是它的核心技术是什么呢？它的核心技术就是光学、光电子学。芯片怎么能刻画出几吋来呢？它是用μ微，用紫外光来刻画了。不解决这个问题，就不能刻画出芯片这种产品来。而芯片的生产，美国不行，它们自己生产不了，还是靠日本。所以在重大工业里面。包括飞机的制造、汽车的制造，包括现代化工、现代控制的生产线，没有光电子技术是不行的，没有光学技术是不行的。
第六个方面是光学本身的发展。在新的情况下，光学不在是那些老的光学，最大的一个变化是用微元件产生一个调制，来控制大的宏观的光学行为，这就是二元光学、微光学。这些新技术的生产，使得现在很多的设备完全变了样。所以在美国人的预见里面不只预见了一个光通信，而是比较全面地预见了光学在这六七个方面的发展，这是未来20年社会的需要，它对人类的生活和人类的行为将产生重要的影响。所以我想我们看到这些之后，我们很可能会对光的发展、光工程的发展、光电子的发展有新的思考，而不是大家都挤在几个项目上。现在申报项目，还有企业的生产，集中在某些方面的现象很明显。一方面是社会需要，另一方面也有一个重复竞争、重复竞争的问题，也许将来会有所调整。所以我想借这个机会，向大家介绍美国建议的7个方面，值得我们考虑。这是一个很大的领域，推动着世界科技的发展，除了产生“硅谷”之外，还产生了“光谷”。这是我讲的第一个大问题。
现在讲第二个问题，市场是推动我们产业发展的前提。在这礼里面，技术归技术，技术成不了商品的，那技术还只是个技术，不能把高科技和高技术产业混为一谈。从产业的角度来看，光学是一个什么样的大产业呢？它的未来将会怎样？虽然我们现在还不能看得十分清楚，但光确实是一个有远大前景的产业，这一点我们很多的企业家和工厂师都看得很清楚，在这里我稍微罗嗦两句。
提到消费光电子，这个市场现在看得非常明白，它是一个风险比较小的大市场。这不是我说的，而是我参加一些比较大型的公司调研会，从国外得到的信息。国内的一些动向也证明了这一点。主要有两项产品，一项是数码相机，，一项是背投电视。为什么单说这两项产品呢？因为你得研究日本人的产品，它有很多东西在里面，通过研究一个细节，研究一个产品，你能发现很多问题。我们来看一看照相机。三四十年前，照相机可是个珍贵的东西，没有多少人有照相机。那时，我虽然是搞光学的，也搞工业设计，但我买不起照相机，没有照相机。直到后来，20世纪70年代我才开始有照相机，那时照相机还不普及。可日本人抓住了这个时机，看到了世界市场上潜在的需求。那个时候日本并不具有很大的优势，当时优势在德国人手里，德国照相机高日本照相机一筹。但是日本人看到照相机时常将是一个巨大的市场，实际证明日本人的看法没有错。现在全世界有多少台照相机？已经生产出来卖出去的照相机有14亿台，其中有40%~50%是日本人造的。日本人从德国人的手里把照相机市场抢了过来。先开始做机械照相机，改善镜头，降低重量，进一步做自动照相机，再去做傻瓜照相机，再进一步做数码照相机。日本人一直不断地改进照相机，不断地发展照相机，使照相机时常始终掌握在他们手里。
从照相机的核心技术角度看，日本人也在不断地更新技术，开发自己的知识产权。他们不仅把照相机市场垄断了，而且把光刻、高级镜头的技术也掌握在他们的手中。日本由于发展了照相机，所以把镜头的技术也掌握在手中，芯片的核心技术它也掌握了。各种精密制造和光学的产品，随着照相机业的发展，日本也深入进去。所以日本通过照相机这么一个产业，不断地更新，不断地深入，使日本在光学界具有举足轻重的位置，包括美国的哈勃望远镜，也有日本的技术在里面。
日本就是这样从一个具体的产品出发来发展自己的多个产业。你到日本数一数，没有几家照相机生产商，有日光、索尼、理光等，不超过5家。日本人从德国人手里把光学优势夺过来后，现在世界上的光学产品就数日本的最好，很少人提到德国的劳莱斯和美国的柯达。但是在新的一轮的数码照相机竞争中，美国人胜利了。
我想上面的例子说明，核心技术在于创新，是产品不断地升级，占领市场，这才是技术的生命力所在。日本并没有成立什么“光谷”，但是照相机还是要买日本的，现在知名品牌的照相机、摄象机，大都是日本生产的。这里给我们一个启示，消费性的产品既能有市场，有能发展工业，这是一条非常重要的发展途径。
现在照相机有两个发展趋势，一个是化学胶片的照相机，另一个是电子成像的照相机，也就是数码相机。从光学来看，数码相机具有很大的发展优势。虽然数码相机的价钱还稍微贵一点，质量比化学胶片的照相机稍微差一点，但是它的发展速度会很快，它是一个新兴的市场。数码相机的瓶颈在哪里呢？数码相机要获得进一步的发展，必须提高它的分辨率，而分辨率的提高不是光学本身的事情，需要传感技术的支持，CCD要尽可能做得好，微电子技术也要做得好，CMOS更要做得好。所以实际上是把微电子技术和精密技术、光电技术结合在一起，这样才能在数码相机上有竞争力。
这个事情对我们来说有困难，我知道国内有几家企业引进可数码相机生产线，全部对外加工，自己没有任何技术在里面。这等于说我们的工厂是别人的加工厂，卖的是别人品牌的产品，目前正是这样的情况。这里面的难点我们能不能克服呢？关键问题在于我们能不能把CCD做好，能不能把CMOS做得更好。如果一个企业家有承担风险的胆量去做这件事，我们不见得就不行；但如果我们不这样做，那钱去买个生产线，虽然暂时可以赚些钱，将来一定不行的。
下面我们再说一说电视。大家知道，我们现在做的CRT电视，当初是赚了点钱，全国大概有百十条生产线，都赚了一点钱。现在大家都发愁了，CRT卖不出去了。如果不生产电视，企业的产值就没了，工厂就要倒；如果生产电视，一台电视连200元都赚不到。为什么呢？因为技术达不到密集度就不赚钱，生产线里没有我们的技术，完全是引进来的。所以，CRT完了。企业就完了。
但是，无论CRT也好，化学胶片的一般照相机也好，都不会很快被淘汰出局。因为在技术很成熟的市场上，产品的存续还有相当长的时间。所以一般照相机还是有前途的，还不是夕阳工业，还能继续发展。但是我们也应该看到，照相机的发展在得看数码相机。电视也是如此，我们应该看到电视是怎么发展的，能不能在目前的情况下，抓住机会，迎头赶上。
那么现在电视是怎么发展的呢？大家都看好大屏幕电视，都不希望在家里摆一个有很大管子的大屏幕，如果这个管子很大的话，一是尺寸做不大，做到40吋以上就做不上去了。二是功率一大，里面的X射线就强，对看电视大于电视屏幕几倍的距离。所以现在大家都在盼望新的电视出现，新的大屏幕电视将成为下一步消费的热点。
过去我们家里谁买台30吋的电视就觉得很了不起，但是现在人们早已不满足这样了。有关的技术马上就要出台。是什么技术呢？就是TFT-LCD，第一个T是thin（薄），第二个F是film（膜），第三个T是transistor(晶体管)TFT-LCD就是液晶电视。为什么这个技术现在没有推广呢？因为它的投资太大，而它的效果还没有达到很高的分辩率要求。与是问题就产生了，我们又想引进别人的东西。但很多外国人不是这样的，他们在想办法克服TFT的困难。TFT的困难在于它做在玻璃板上，在玻璃上来做这个thin film transistor(薄膜晶体管)，投资非常大，而且效果也不好。那么有什么技术能解决这个问题呢？液晶不能取消，把这个玻璃底层改变silicon(硅)，用硅的技术来做新的微显示器，这样就可以了，而且取得了成功，所以叫做LCOS(liquid crystal on silicon)。在硅上做液晶显示器，以下子就把投资成本降低了很多，如果原来用五亿美元的话，那么现在五百万美元就够了。因为硅的技术不用单独设厂，设计完以后，就可以请上海的华宏或者摩托罗拉的厂子做流片就行了，在这上面可以做新的器件，分辨率也可以提高。这个东西跟光学结合起来，就变成下一步的背投电视。现在这个已变成新的很重要的热点，我不是特意宣传这个东西，我是觉得像这样考虑问题，可以使我们的企业节省投资。
站在新的起点上，还有没有问题了？其实问题很清楚，大家都在做LCOS，包括日本的公司和（中国）台湾的公司。问题是成品率比较低，成品率低表明有些工艺还不稳定。我们现在看到了这个困难，我们是擦肩而过，还是知难而上？克服了困难，我们就可以赢得一个大市场。当然，搞这个技术，不只是投点资，建一个大园区，建多少平方米的大楼，而是把人集中起来，把设备放上去，谁有胆量这样做呢？我想敢做者一定会成功。当然这样的企业家、这样的资本家蜗牛不是很多。我刚才举的例子也是为了进一步说明，在消费光电子学里，有两个市场很重要，很有前途，一个是数码相继，一个是背投电视，这是呼之欲出的大市场。如果在这种情况下，我们还是跟别人屁股后面搞一些制造，没有在关键技术上得到突破，那么我们将来还是会和机遇擦肩而过，丧失发展的大好时光，这是我一贯的观点。
我决的，我们国内光学事业现在处于新的起点，这是百年不遇的好机会，虽然我们还没有在全国协调好，有很多技术还不行，但是我们在产业方面应该说还是有很好的机遇。昨天我听了深圳副市长李德成的报告，深圳虽然没有叫“深圳光谷”，大它的光电产业发展的很好，他的光电产业的值占深圳工业产值的百分之七八十。而且它的机制非常灵活，很多都是中小企业，同时外边来的企业也把很多新技术带进来，在那里运作。从我跟踪学习的情况来看，我们国家已经处在新的发展阶段，昨天杨振宁用“新新中国”来形容我们现在的情况，我们已不是过去的中国了，今天我们在各方面都具有基础。我们光学的工程力量，我们光电子的力量，包括微电子的力量都具有一定的基础，这个基础与美国前20年的基础没有什么差别，甚至还优于它。为什么美国企业现在想把光学的很多东西放在中国呢？因为它们看到中国有这方面的基础。所以在“新新中国”的情况下，我们只要把机制调整一下，深化改革，我想我们还是有希望的。
前两天，在深圳召开第三届光电产业博览会，事先我们预计可能有二三百个单位参加、参展，但实际上有五百个单位参展。看到这种情况我很高兴，很多是新的企业在这里参展，产品是新的，人是年轻的，从这些情况看，我们国家的光电产业是大有希望的。但是我们应该把视野放得宽一点，不要大家都集中在一个方面，都搞光通信。我们要看得更宽一些，使我们有更大的发挥我们能力的空间。谢谢各位！
问：液晶屏能不能使用到黑板作为液晶屏显示，这样就可以把老师从一个恶劣的环境中解放出来，因为粉尘对教师、对学生的健康影响非常大，能不能把液晶屏应用在黑板上？
母国光：我是这样理解的，对于写字并显示出来，已经在不太大面积的液晶屏上实现了，这个不成问题。但是作为一个黑板，作为老师给学生写字的黑板，用液晶做这么大面积的显示屏，恐怕不是一个做不到的问题，而是成本和价钱的问题。刚才我说到E-Book，就是现在有一种液晶，你写上字以后，就等于写在纸上，不需要用电维持，所以它不费电，只要有E-Book这样的液晶就可以，而这种液晶的涂法，起成本高低与液晶面积的大小有关，所以现在只能做到四吋左右。
问：我是吉林大学的学生，我想问母国光院士一个问题。我们吉林大学的光学还是很不错的，但是它很分散，化学系、物理系、电子系和通讯系都有与光学有关的专业。我想请问母国光院士，它们有没有联合起来的必要？请问您对吉林大学发展光学事业有什么建议？另外我想问一下，光学最尖端的技术就是所谓的“光脑”，好像有人说，微电子达到一定的精密程度就不能再往下发展了。但是，现在出现纳米技术，又使电子技术有了一个飞跃，那么，在这种情况下，“光脑”还有哪些方面的优势？是否值得我们国家重点投入来发展它？谢谢你！
母国光：现在光学已渗透到各个领域，在电子里面有，在物理里面有，在各种工程里都有。刚才那位同学问吉林大学应该怎么设置这个专业，我想这是另外一个问题了。恕我直言，光不能局限在一个专业里去发展，虽然我是光学的。因为我们现在说的光电子产业，或者说光电产业，都是光和光电子、微电子交叉融合在一起的一个新兴产业。这个产业里面有光，可以由一个科学去做更深入的发展，但是作为产品来说，作为应用来说，光必须而且也只能和微电子、光电子结合在一起，这样才有更好的发展前途。所以，我觉的大学里面设科学，不宜设得过窄。
我们中国大学生的素质并不低，我觉得我们的教学方法、教学设施应该改一改，我们应该给学生创造一个广阔的学术环境，让学生有更多的选择。比如，你念物理，同时念生物有什么不好啊？你念光学，同时又念生物又有了解，这两科都学有什么不好，我对文学就有深厚的爱好，我对文学的爱好使我对社会有更多的了解，我把文学的思想运用到我的教学和研究中，昨天讲生物心态学，不就有这个要求吗？
您刚才提的问题我是这么理解的。现在搞光学的是不是一定要成立光电子科学系、光信息科学系？把信息和光融合在一起，或者成立什么光上午科学系光什么系，我认为不必。根据我对社会发展的了解，在大学里，基础是最重要的。这个基础我想大家很清楚，就是那些东西，不是很多。但是没有这些基础，大学毕业之后工作起来就很困难。在座可以想一想，如果在大学里数学没念好，到处都是“拦路虎”，这个文章看不懂，哪个文章看不明白，你就没法进步。物理不清楚，概念不清楚，你也没法搞很高级的产品。化学学不好，很多材料问题就会很不清楚。所以基础的东西教会学生后，学生将来会在自己的实践里，成为这个家，成为那个家。所以吉林大学的专业怎么设，我认为还是宽点好，大家向宽的方向发展，给学生更宽的空间，让他们自己去努力，这比我们划定条框更好。
现在回答那位学生提出第二个问题。我觉得可能是这样的，任何事物都有极限，光波长也有极限。那么极限在什么地方呢？波长的分辨率是个极限，所以，利用光的成像，那个点不可能比波长的尺度更小。然而，人们可以用新的方法成像，不用波长的方法也能成像。我们可以用所谓的近场显微镜的方法，用这种隧道显微镜的方法成像，它的分辨率可以不受光波长的限制。光在里面传输，比这个孔小就不行，孔很小，里面光波的效果是衔射效果。在种情况下，可不可以在超短方面，在飞秒方面，做一些变相的光波效应不那么强的东西来使光波在这里面通过？所以在这种情况下，很多人研究飞秒，把飞秒技术应用到现代工业里面。飞秒，比如说10的负次方这么一个短的东西，这个东西跟过去的光是不一样的东西，虽然还是光，还是粒子，还是波，但短到那种（10的负15次方）程度。
我们南开大学有一个特聘教授，从美国回来，他演示了一种技术。他说，打孔，精密加工打孔，如果用皮秒打孔，那个孔是个洞，旁边有很多刺儿；如果用飞面打孔，这个孔就是像几何一样的一个窟窿，10的负15次方秒短的时间打完了，没有热这种问题，这是一个新的东西。那么，它能不能用在将来的光学里面呢？它可以把波长短缩。所以在技术上，如果把基础的东西再往深研究的话，虽然不能克服物理的极限，但是可以满足工艺进步的要求，一步一步是可能的。而关于基本问题的研究，我同意你的观点，怎么克服某一个物理量的极限还没有解决，但是，这并不表示技术就停带了。我这些话不知说得对不对？
问：今天有幸听到母院士的讲话，非常荣幸。我是一个大学生，也是学光学的，我想请教母院士一个问题。大家都知道，光学产品在很多方面都优于电子产品，比如说它的传输信息量大，它的传输速度快，还有它的保密性好。我想问一下，会不会有一天，光学的发展使光子产品能够完全代替电子产品？如果发展到这种地步，需要多长时间？大约多少年？而且会不会有一天人类发展出光子计算机这样的成果？谢谢！
母国光：我努力地试着回答这个问题吧，当老师的什么问题都必须回答，答错了也得答。我觉得，光学在发展，但是从基本的东西来说，现在主要是在技术方面发展的更多一些。从光的量子行为、光的波动行为这些特性来说，还没有看到有什么新的突破。所以不管是哪本教科书，如果把这两个事情搞清楚的话，那我们就可以说，这本书是可以的。
刚才您提到光学的发展，光在通信方面，确实像你说的，它的频带宽、容量大，传输速度快，还不受干扰。光在通信方面确实有优点，因而现在才有光通信这样的事情。大家知道，光通信这件事情，我们应该特别感谢的不是光学家，而是搞材料的高琨先生，他先看到了光通信的特点。光纤做传像不是近几年的事情，早在30年前就有了。从光纤内窥镜来看，传像，一两米的尺寸没问题，但是作为长距离传输信息却是高琨先生的贡献。1966年，高琨先生在英国发表文章，提出了介质波导、光频率传输这样的概念，之后才真正有了光纤传输。这个也没有把光的基本概念破开，而仅仅说这样一个介质，这样的二氧化硅介质，它能够有这种能力，由此开辟了一个新的光通信世界及现在的网络，所以你提出的问题是对的。我想一个光学专业的学生不应该仅仅研究工程性的、技术性的东西，而应该对一些问题有所了解，知道是什么样的问题，这样便于以后我们献身光学事业。我的话完了。

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