專訪 | 浙江大學劉旭教授:傳承光學事業,積蓄光學「後浪」

你可能知道小孔成像來自墨子，你或許也知道李四光、王大珩、龔祖同這些光學大家的過往故事，你或許還聽說過「王大珩班」，但是當這些片段串聯起來的時候，你可能對我國整個光學體系的發展又有了全新的認識。

借濱松中國十周年活動之際，我有幸跟隨並採訪了中國光學學會秘書長、浙江大學光電科學與工程學院劉旭教授。他對世界及中國光學發展脈絡的侃侃而談；對教育創新模式的積極推動；對光學學科未來前景的一片看好和對青年學子的殷殷期盼……無不把我們帶到了更高的層面去環視現在的光學事業。「聽君一席話，勝讀十年書」大概就是這個樣子。

這篇文章，我們將一起梳理我國光學體系發展之脈絡，了解背後的故事，並以此向即將和正在從事光學事業的同仁，分享一些對未來光學發展的看法。

中國光學學會秘書長、浙江大學光電科學與工程學院劉旭教授

劉旭教授的本科和碩士學位都是在浙江大學光儀系完成的，而後便去了法國繼續攻讀信息工程博士學位，畢業後繼續回到浙江大學，博士後出站一直工作至今。

他從事過光學薄膜的研究，後又承擔液晶顯示方向的國家項目，研製出了我國自己的高亮度高分辨大屏幕顯示設備，2000年後他大力發展真三維顯示技術，建立了國際首臺全彩色大尺度光場真三維顯示系統。近年來他關注超分辨顯微成像，提出移頻超分辨成像機制，解決了非螢光標記樣品的超分辨顯微成像難題。

30多年的光學領域學習經歷和研究經驗，讓他對整個光學體系發展脈絡了如指掌。他將我國光學體系的發展歸納為三個階段。

第一階段：古代光學從2400多年前的墨子開始

1015年，伊拉克物理學家海什木(Ibn Al-Haytham，西方人也稱他為Alhazen)發表了光學的開山之作《光學》(Book of Optics)，系統地描述了當時人們對「光」和「像」的認識，許多人將它叫做「光學之父」，甚至聯合國教科文組織也將此作為設立 「國際光年」（2015年）的依據之一。

但事實上，早在2400多年前，古代墨子就發現了小孔成像原理，並對自然界的光學現象進行了充分的觀察和實驗，總結出的許多光學成像和光線傳播理論。不過遺憾的是，我們古人並不崇尚科技，許多優秀的光學學說並未被完整的傳承下來。而歐洲彼時的情況也與我們類似。19世紀，歐洲社會對科技不夠重視，致使許多著名科學家的多部著作很快在歐洲失傳。

因此，在第一階段的古代文明發展中，全球各地對光學的認識大多只是停留在少數的個人觀察和興趣之中。

第二階段：明末之後，我國物理學雛形開始顯現

北宋的沈括在《夢溪筆談》中重新實驗了光的直線傳播和小孔成像，並做了水的傳光實驗（這是光波導的起源）。但是我國光學真正發展起來則是在明末時期。

隨著西方傳教士的進入，望遠鏡、眼鏡等物件也隨之而來，在上海、蘇州等地流通甚廣。蘇州更是建立了國內最早的眼鏡製造廠，主要製備顯微鏡、望遠鏡、眼鏡等簡單的光學器具。

在日本明治維新的影響下，「戊戌變法」轟轟烈烈地展開，彼時清朝政府派出大量留學生，帶回了西方國家關於「科學」的思想，我國的物理學思想雛形也開始顯現。同時，清末國內開始創辦大學，留洋學生擔任講師。至此，我國的光學作為物理學中的一個分支，開始在教育體系中建立起來。

第三階段：伴隨國家項目的建設，開始布局光學體系

「二次大戰後，各國開始積極恢復本國經濟和生產。當時（新中國成立後），國外對我國進行技術和經濟封鎖。於是，1952年開始了我國的第一個五年計劃（簡稱『一五』計劃）。」 劉旭介紹道。

「一五」計劃中，中國要建立十大工程，包括人民英雄紀念碑、人民大會堂等。而工程建設中急需量測技術。當時國務院委託李四光擔任地質學家，研製量測所需的經緯儀。李四光找到了王大珩，選址長春，籌建長春儀器館（現長春光機所），同時委託浙江大學物理系系主任何增祿在浙江大學建立國內首個光學儀器專業。

浙大各類早期的光學學科書籍

「實際上，建國以後我國的光學事業可分為兩支：一支是留學英國的王大珩，一支是留學德國的龔祖同。龔祖同布局建設了全國光儀廠，上海光儀廠便是全國成立最早的光儀廠。而後他被調到長春儀器館（長春光機所的前身），主做光學玻璃。」劉旭補充道。

1952年，王大珩先生和龔祖同先生在長春成立了長春儀器館，浙江大學成立光學儀器專業，研究民用光學路線。次年，北京工業學院（現北京理工大學）也成立了光學儀器專業，研究軍工光學路線。1958年王大珩創辦長春光學精密機械學院(現長春理工大學)。國內光學教育體系開始逐漸完善起來。

同時，科研系統跟隨我國重大科技項目的建設，也在緊鑼密鼓的籌備中。1961年，由王之江領導設計，鄧錫銘、湯星裡、杜繼祿等人共同研製成功的中國第一臺雷射器在長春光機所誕生。龔祖同因「兩彈」研發需要，於1962年組建成立了西安光機所，專門研製拍攝「兩彈」爆炸的高速攝影機。王之江則被派往上海，專門從事雷射研究，並於1964年成立了上海光機所。飛彈研製成功後需要光電經緯儀進行衛星跟蹤，於是便在1970年國家又成立了中國科學院光電技術研究所（簡稱成都光電所）。

就這樣，我國的光學教育和科研機構跟隨著國家建設的需要，由老一輩光學人歷經20年左右的時間，一步步布局和完善，各有所長，各司其職。

「浙大光電學科的發展與全國光電教育發展基本同步。」從20世紀60年代，浙大開始承擔國家重大任務，拍攝氫彈爆炸的高速攝影機，到20世紀80年代從事航天工程關鍵拍攝載荷的研發，同時開始加大民營光學產業的推進力度。

浙江大學光電科學與工程學院曾為「嫦娥」系列等多項國家項目研製儀器

其實，從建立之初，浙江大學物理系系主任何增祿就將浙大光學儀器專業定位於民用領域，經過半個多世紀的傳承和發展，浙大光儀系幾經更名和調整，這一思想卻從未改變，並深深影響著幾代光儀人，以開闊發展的眼光，積極建立了許多社會以及國際合作。其中日本濱松就是合作淵源比較深遠的企業之一。

1992年，經時任中國光學學會理事長母國光介紹，日本濱松光子學株式會社前任會長晝馬輝夫與浙大光儀系陸祖康（劉旭的導師）建立了聯繫。通過三年交流和磨合，最終於1995年正式建立合作，成立「浙江大學濱松國際光子學實驗室」（ZJU-Hamamatsu），致力於生物醫學光學成像的研究，包括超短時間領域生物光學現象研究、PET高分辨探測技術、圖像重建(PET、DOT)等。此外還開展了諸多學術和人才交流活動。

浙江大學濱松國際光子學實驗室

1998年，劉旭開始主導院系工作後，與濱松的溝通逐漸增多。他表示之所以浙大可以與濱松保持30多年的良好合作關係，是因為雙方都有著「長期發展」這一共同理念。而且他認為，晝馬輝夫並不是那種盈利至上的商人，很有國際主義精神。在擴大企業經營的同時，他更希望能夠為社會、為光學產業做點貢獻。這種真誠在幾十年的交往中，是能體會到的。

劉旭介紹道，與濱松的合作，一定程度上也助力了浙大光儀系科研水平的提升。不僅有捐贈大量光學器件和設備的硬體支持；從人才培養方面，每年浙大會選送博士生至日本濱松中央研究院研修，為學生提供了更廣的視野和寶貴經驗。這些交流生後來大多也投身於中國光學行業的建設，擔任重要角色。例如現任ZJU-Hamamatsu實驗室主任的劉華鋒教授，入選了國家傑出青年，也是與濱松接洽的第三代浙大光儀人。

「隨著在民用領域的推進，目前浙大已經做到了幾個國內第一。」劉旭自豪地說。「第一是，目前手機裡所有的光學模組的產量佔到國際市場的40%。這就是浙大與舜宇合作的成果，如今我們雙方又成立了研究中心，用以研究新型手機的光學設計；第二個是現代辦公投影儀中的光學元件，有『浙大技術基因』完成的光學元件，佔全球市場的80%；第三個是全球監控相機市場中，有『浙大技術基因』完成的光學元件，佔全球市場的70%。」

「你只有跟民用緊密貼合，你才是真正地活著，解決了產業化的問題，你就能活在社會當中。」 這正是浙大光電科學與工程學院的發展思路。

近10年，我國國民經濟高速發展，人均GDP急速上升。國家的發展不僅體現在經濟上，也體現在了教育上。

教育部直屬院校的高等學校數量，從文化大革命結束時候的幾十所，一躍發展到現在2800多所，與成為全球高校數量最多的美國並駕齊驅。而在2800多所高校中，我國擁有光電系或者光電學院的高校約230所，加上研究生，每年光電專業畢業生近四萬人。相比之下，美國只有3所高校擁有獨立的光電學院，每年以光電專業畢業的美國本科生不超過百人。「我國研究生和本科生人數超過了整個歐洲的總和。我們幾乎以一己之力為全球培養了大量的光電後備力量，總量佔全球一多半。」 

「我剛進入浙大光儀系學習的時候，條件非常艱苦，實驗設備匱乏，最開始的實驗就是磨玻璃。隨著國家經濟的快速發展，硬體教學條件有了極大的改善，已經不再是制約人才培養的主要因素了。而國內高校之間的合作和交流甚少，有些甚至壟斷優質生源，成為了人才培養的新問題，這不利於我國光學綜合人才的培養，」劉旭指出，「我國科技水平的發展，最終還是落實到人，必須要打破各高校之間的壁壘，培養高素質高水平人才，為我國光學事業積累堅實的後備力量。」

在歐洲，一項名為「瑪麗·居裡國際智力引進行動計劃」 （MSCA）享有極高聲譽。它是歐盟針對成員國之外的優秀人才實施的專項資助計劃，旨在通過先進的跨學科、跨領域、跨部門和跨國家的學術訓練，增強科研人員創新能力和創造潛力，支持科研人員學習和轉移新的知識和技能。

了解到這項計劃後，劉旭也希望能夠在中國開展類似的人才培養模式，實現各高校和科研機構的教學互通。但是他也坦言，MSCA計劃是在歐盟框架協議下執行的，實際操作和執行會比較便利。而我國尚沒有一個指導性協議，也沒有先例，推動困難巨大。「但是這個事得有人去做。」

當劉旭擔任教育部高等學校光電信息科學與工程專業教學指導分委員會主任委員、電子信息類專業教學指導委員會副主任委員時，光電教指分委便召集中國科學技術大學、北京理工大學、電子科大、華中科技大學、浙江大學、天津大學和長春理工大學等六所高校負責人及五大光機所負責人，共同探討中國的人才培養模式，推進落實。

「從6所主要的光學教育學校中抽出兩屆共48名學生組成『王大珩班』。每個學期在合作的高校中學習，選修這些學校中最好的專業，最好的老師的課，連續完成4年的大學生活。學習結束後再去各光機所實習。這種資源整合的教學計劃，既可以打破各學校之間的壁壘，為相關領域輸送優秀的後備人才，又可以讓學生獲得最好的教育資源，提升自身本領。」

目前第一批輪值學生已經進入大三階段的學習。下一步，劉旭計劃將「王大珩班」的本科生送到日本濱松學習交流，開展國際間的交流，將這種模式擴展成為文化較為相近的東亞教育圈的人才培養。

第一批「王大珩班」同學於浙大合影（圖中為浙大光電科學與工程學院院長劉向東（第二排左五））

「光學與其他的工科不一樣，它涉及很強的基礎物理學問題，也涉及太多人類未來的東西，從這一方面來說，光學的任何一個大的突破，都可能會對人類的發展和變革產生巨大的影響。所以光學這個學科會長久的存續下去。」 劉旭說道。

誠然，21世紀是光的世紀。智慧機器人、手機中的光晶片、傳統製造業中的雷射加工、智能醫療診斷、現在的5G，未來的6G等等，都有光技術的身影，並作為主導的傳播媒介。尤其是在疫情肆虐的環境下，數字網絡無疑成為了工作和生活主要工具，即使不出家門，也可無國界交流，即時獲得國內外的海量數據，而這其中光通信技術更是無可替代。還有可摺疊時空的量子信息技術，正在開啟新的機遇之門，成為全球信息化戰爭的新戰場。

光子技術的無處不在

圖源：浙江大學出版社出版的晝馬輝夫著作《21世紀的光子學》

「這些以光為主要傳輸媒介的技術發展到最後，帶來的變革很可能是具有顛覆性的，會讓我們人類重新審視、認知自己，認知這個世界。這倒讓我想起老晝馬（晝馬輝夫）的那句話：光是物質的膠水，把光發展起來了，你才能真正的認識物質的本質。」

「我們的學生正處在一個很好的時代，經濟快速發展，物質條件富足。作為學生，要打破範式禁錮，擁有獨立的人格和獨立的思想。因為當你成為這個世界上『唯一』的時候，你才能獨立的思考社會應該發展的方向和他應該擁有的社會形態，站在更高的角度，明辨是非，不為各種輿論、利益所誘惑，而真正為著你的人生價值去奮鬥。」

採訪最後，劉旭對學子們提出了這樣的期盼。正如他在浙大教師個人主頁中介紹自己的那樣「一名教師，一名希望與年輕人共創明天的老師。」他的所學、所做、所想，最終都是為了更好地培育光學人才，積蓄光學「後浪」。

‍‍‍延伸閱讀：一脈相承的世界光學發展軌跡‍‍‍

在採訪中，劉旭教授還分享了世界光學發展的軌跡，頗為有趣，筆者將此處作為延伸閱讀分享給大家。

1590年，荷蘭人研製出了世界上第一臺複式顯微鏡；1609年義大利的伽利略發明了第一臺天文望遠鏡；1678年，英國的胡克發現了胡克定律；1687年牛頓定律問世……但是這些成就很快便在當地沒落了，真正傳承下來的只有德國。

做光學鏡片的卡爾･蔡司、完成了大部分光學成像設計理論的恩斯特·卡爾·阿貝和做玻璃的奧託·肖特組成了絕配，在德國耶拿（Jena）成立了蔡司公司。德國的精密光學便從這開始迅速發展起來，他們也成為了現代系列光學的鼻祖。

二次大戰後，德國被分為東德和西德，耶拿劃歸為東德。美國在東西德快分開之前，從耶拿轉移了一批科學家，至此，美國光學工程開始發展；蘇聯佔領了東德，將東德的光學技術轉移到了蘇聯的列寧格勒（現在的聖彼得堡），成立了光學研究院，蘇聯的光學工程也開始發展；尼柯爾（尼康的前身）聘請幾名德國光學技師，成立了日本第一家光學企業，開始生產鏡頭。

而我們其實也算是一脈相承。「戊戌變法」之後，清政府派出的留學生正是留學德國，帶回了德國光學思想，撰寫著作、開辦兵工廠、組建教學課堂，形成了現代中國光學體系的雛形。

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