学术与技术的博弈朱涛享受科研的乐趣

学术与技术的博弈朱涛享受科研的乐趣

2008年，中国工程院学者、光学技术专家黄尚廉去世。这一年,曾在他的影响下,踏进重庆大学光电工程学院的朱涛刚刚获得博士学位,正式进入科研的殿堂。生命有时如同四季的轮回般,充满了承接与交替的美。在黄尚廉教授的影响下,志在成为科学家的朱涛,如今继承了前人的遗志,继续在光电技术的道路上前行,感受光学的美,创造光学的美。对科技的追求1996年,朱涛考入重庆大学光电信息工程系(现光电工程学院)精密仪器专业,而他选择这所学校、这个专业都是因为对心中偶像的向往,这个偶像就是重庆大学学术委员会主任、光电信息工程系教授黄尚廉。当时,黄尚廉院士在国内率先开拓了光纤传感技术研究方向,最先提出培养光机电算全面发展的综合性人才。如同一束光在指引,朱涛在黄尚廉的影响下,就这样进入了光学专业。他的目标很明确,就是要成为一名科学家。“早年的教育一直认为当一个科学家是神圣的,这个念想一直在脑海里。”重庆大学务实、严谨的学风为朱涛的学习提供了养分充足的沃土。从1996年到2003年,朱涛在这里相继获得了学士与硕士学位,随后便留在了母校。“当科学家是我的梦想,但是我并不只是想当一名技术开发人员,我更想探索一些未知的东西,我一直在为此努力。”2004年,还在光电工程学院当助教的朱涛再次踏上继续深造的旅程,开始攻读博士学位。2008年,朱涛获得重庆大学光学工程博士学位,同年10月被破格提为副教授并入选“教育部新世纪优秀人才支持计划”,2010年10月,他被特聘为教授。从本科生到博士生,从助教到教授,朱涛用十余年的时间在母校完成了一系列成长与蜕变。科研的高度也逐渐聚沙成塔,推着他探索更高层面的知识。2010年,朱涛走出国门,与加拿大渥太华大学和加拿大皇家科学院院士X.Bao教授进行合作研究。在X.Bao教授的影响下,他对追求卓越、注重平等的科研精神有了更深的理解。回国后,朱涛参与并承担了一系列国家、省部级重大课题,包括国家自然科学重点及面上基金、国际合作基金等。在项目的研究过程中,他愈加显得干练成熟。当年那个成为科学家的梦想也终于从一颗种子到落地生根、开花结果。材料与关键技术研究光纤传感与通信技术、光纤激光器技术及应用是朱涛的科学阵地。光纤技术是近30年来飞速发展的科学技术之一,由它派生出的光纤通信技术和光纤传感技术是“信息社会”、“智能地球”的重要支撑技术之一。直到现在,光纤技术的发展仍然非常强劲,得到了国内外学者的广泛关注。从2000年开始,朱涛便进入光纤技术领域进行研究,主要围绕光纤光栅、光纤干涉以及基于瑞利散射的分布式光纤传感和受激瑞利散射等内容。在光纤通信及传感器件研究领域,朱涛已先后在微光栅型器件及传感技术、微光纤干涉传感技术领域取得了系列成果。其中,在微光栅型器件及传感技术领域,朱涛系统研究了利用二维扫描的CO2激光脉冲在各种光纤上写入光栅的制作工艺,并建立了特种光栅结构的理论分析方法;自2006年以来先后提出并制作出了边缘折变、旋转折变以及非对称折变三类光栅结构,从而拓展了光纤光栅的结构和研究领域。此外,合理利用耦合出长周期光纤光栅的信号光是基于光栅的耦合器件的研究关键之一。这方面,朱涛与香港城市大学郑建成教授展开了长期合作,比较系统地研究了基于长周期光纤光栅的方向耦合器,波长可控光栅型耦合器以及基于光栅的信号延迟器和微波领域用可调滤波器等。微光纤干涉传感技术是朱涛斩获的又一项研究成果。光纤珐珀干涉传感器是光纤传感器中重要的一支,在军民用大型结构健康监测中起到了重要作用。但这类传感器还有几个问题需要进一步解决:如何实现特种光纤熔接?如何实现大容量复用及解调?如何在高温环境(如800℃)等恶劣条件下应用?针对上述问题,朱涛近年来展开了一系列探索研究,他提出了一种基于气压辅助的实现任意光子晶体光纤与普通单模光纤之间的低损耗熔接方法,实现了实芯PCF/SMF低于0.4dB、空芯PCF/SMF低于1.05dB的损耗。这一成果在光学顶级期刊OpticsExpress报道后(OpticsExpress,2012,vol.20,no.22,pp.24465–24471),国际光电权威期刊LaserFocusWorld也对此进行了专题报道(LaserFocusWorld,November2012,pp16-18)。与此同时,他还提出并制作了一类基于光子晶体光纤的长干涉腔珐—珀(F-P)干涉器件,其传感结构一方面为频分复用的大容量(>100)FFPI网络系统提供了可选器件,另一方面由于空芯光子晶体光纤独特的波导结构,也为高灵敏度气体、液体等的测量提供了可能;提出了一种大范围可调的全光纤可调谐珐珀滤波器,该滤波器充分结合了空芯光子晶体光纤的纤芯可容纳微结构光纤,并可支持光在纤芯中单模传输的优点,这种滤波器的插入损耗很低,调谐范围可达数毫米量级;提出了一种可工作在1200℃以下的Tip型高温传感器,这种传感器在电力系统、锅炉、航空航天等领域将有极大的应用价值,传感器已获得发明专利授权。近年来,有了一定前沿知识与技术积累的朱涛在发展上走得越来越平稳。在超窄线宽光纤激光器技术和分布式振动传感技术领域,他再次收获了系列发明专利,技术上的突破也让他格外兴奋。瑞利现象经过几十年的研究发展而今已经得到了广泛的应用。但受激瑞利现象自20世纪60年代人们在体材料、特殊液体和气体中观察到之后,由于受到结构和材料的限制,研究就相对较少。近几年来,由于制作特殊波导结构,以及各种新的材料的诞生使得受激瑞利的深入研究再次成为可能。朱涛于2010年在光纤中观察到了这种弱现象,基于康宁公司研制的一种受激布里渊阈值大幅度提高的特种光纤,朱涛发现当特种光纤中的受激布里渊阈值增加到足够大以后,在输入激光功率达到一定量时也可以在光纤中观察到受激瑞利现象。这预示着通过设计特殊的光纤结构(包含优化掺杂的种类及数量),在光纤中产生受激瑞利是完全可能的。朱涛利用受激瑞利初步实现了环形激光器的模式压缩、设计制作了一个自增益窄带激光器。2012年,朱涛已经实现了小于800Hz的超窄线宽激光器的研究。该方面创新性的研究成果成功发表在OpticsExpress、JournalofLightwaveTechnology和LaserPhysicsLetters上。2013年,朱涛带领团队已将超窄线宽光纤激光器的线宽压制到100Hz左右。朱涛说:“以超窄线宽激光器技术为例,技术的突破在于找到了另外一种可以继续压窄激光器线宽的方法,即瑞利散射和受激瑞利散射。这就像在系统里面安装了一道线宽控制的门,这道门的宽度会随进入信号的频谱宽度来变,每次进入这道门后出去时频谱线宽就会变窄,循环成千上万次之后,输出的信号频谱就变得超级窄。这就实现了激光线宽的窄化。”朱涛说,当这种激光器技术用于激光雷达时,可探测的距离就会更远,当用于相干通信时,可传输的距离就会更长;同时,它还可以作为频率的基准等。从2010年开始,朱涛基于瑞利开展了分布式传感方面的研究,并有效将受激瑞利研究的内容用于传感系统中。他先利用φ-OTDR在1千米的传感光纤上实现了5米的空间分辨率和1kHz的最大探测频率。随后在此基础上采用保偏光纤和保偏器件,实现了1米空间分辨率和最大探测频率为2.25kHz,并且振动源离保偏光纤的最大感应距离为18厘米。最近,朱涛提出了一种基于脉冲调制的分布式振动测量技术,实现了高空间分辨率及大范围频率响应的振动测量,从而将为分布式振动传感从位置探测到故障诊断方向发展提供更有力的保证。多年的科研从业经历使朱涛的工作重点逐渐聚焦在“做优质的激光光源”和“研究一些具有原创性的功能器件和小系统”之上。他说,未来,他希望通过自己的努力,能够推动这些技术转化为生产力。这样的愿望也推动着他更加努力地在基础研究领域开拓疆界。朱涛的自我救赎在很多人眼中,基础研究工作是枯燥而寂寞的,然而,在朱涛看来却并非如此:“外人看基础研究是在坐冷板凳,说他们不像那些‘出了名的人’有钱、有地位等等。但我认为研究的真正意义就是潜心的那个过程。”在科研的成败上,朱涛是淡薄而乐观的。他说:“做事肯定有失败,有失败才表示我们的想象或者我们的做法有错误,这就预示着成功就在下一步。”朱涛说,他从来不觉得做科研是艰辛的,也谈不上所谓付出,因为他喜欢这样的过程,也享受着这个过程。在科研之外,朱涛还有一个重要的身份,就是教师。他总是说:“无论何时,作为教师,基于研究培养出更多优秀的学生永远都是我的第一要务。”刚刚走过求学岁月的朱涛更加了解学生需要什么、关心什么。在学生的心中,他既是老师,也是朋友。他对自己的学生给予了最大的信任,他相信每个学生都是优秀的、勤奋的,而他所要做的就是时不时为他们修正一下方向,给他们前进的动力。现在,朱涛不仅自己成为了一直梦想的科学家,更培养着未来更多的科学家。带着学生在光学的国度旅行,朱涛正延续着自己的梦想。他醉心科研,也用心对待自己的每一项成果。他说:“科学研究的终极目标就是造福人类,进行发明创造就是其体现之一。知识产权的保护是推动创新的重要保证,这是我要进行专利申请的原因。”他说,现在人们看到的是“电无处不在”,今后大家感受到的可能是“光无处不在”。未来,光子计算机、星际通信、全光通信、随时光学3D影像、恶劣环境的健康监测、人体疾病的健康诊断等将陆续实现,而这些以往只能在科幻电影中看到的科技产品,如今已经慢慢进入人们的生活。朱涛正在为此努力着,他所看到的是人们目前还无法企及的未来。闲暇时,朱涛喜欢让自己慢下来,听听音乐,看看电影,放空心灵。他说自己骨子里是一个特别爱家的人,能陪夫人和儿子到处走走是让他感到最幸福的事。他的生活和他的工作一样,淡薄而有韵味,他说:“如果一辈子都能做自己喜欢的事情,我觉得这比什么都好。”我国专利和职业资格朱涛,博士,教授,博士生导师。主要研究方向是光纤传感与通信技术、光纤激光技术及应用等。到目前为止,在国内外共发表学术论文200余篇,其中SCI收录近80篇,SCI引用950余次(h指数为16);出版《光纤光栅原理及应用》专著1部;获得授权发明专利近20项,其中已转让5项。获得2008年度教育部自然科学奖一等奖和2004年度重庆市技术发明奖二等奖各1项。博士期间,获2006年度仪器仪表特等奖学金和2007年度“王大珩光学奖”高