把脉冲光束表达成载波和包络的乘积

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与 　光 　同　 行

——记致公党浙江省委会副主委、浙江大学光学研究所所长林强教授



发布日期：2009年11月2５日

文 王晨



　　浙江大学光学研究所所长、德国洪堡基金获得者、浙江省自然科学基金青年人才专项基金获得者、浙江省151人才工程第一层次人员、国务院特殊津贴获得者、国家技术发明三等奖、全国“百篇”优博论文导师……一路行来，一系列的光环，林强教授的人生因“光”而精彩，而他的努力也为光学事业增添了华彩。


“光”之子


　　作为一位光学专家，林强教授深知从激光器发出的激光束到达应用目标之前，必然要经过自由空间的传输或光学系统的变换，而如何有效快速处理该变换是一个重大研究课题。尽管针对圆对称的高斯光束的传输和变换，美国科学家Kogelnik已提出著名的abcd定律描述，并被广泛用于激光束的传输、聚焦、激光谐振腔的分析和设计等。但如果激光束不具有圆对称性呢？或者，如果光学系统不具有轴对称性呢？答案便是——此时此地，标量形式的abcd定律不再适用。基于此，林强提出了椭圆高斯光束经过非轴对称光学系统变换的张量ABCD定律，并发展出一整套张量方法来处理非轴对称光学系统中光束传输和变换，从多方面解决了实际光学系统中的光束变换问题。自该定律发表后，得到了国内外同行的广泛认可，他撰写的《张量光学》获得原国家教委科技进步三等奖，《矩阵光学》、《激光光学》等6本专著和教材收录了张量光学的成果，该定律也先后被引用300余次。欧洲激光学会原理事长、德国柏林工业大学H.Weber教授在一篇综述性文章中，更是多次引用了张量光学的结果，认为张量光学方法是处理激光束的三维和四维变换的规范方法之一。

　　

与诺贝尔获得者Roy.j.Glauber教授合影

　　 近年来，林强又把原先适用于完全相干光的张量ABCD定律推广到部分相干光，提出了部分相干光的张量ABCD定律。该定律现已被广泛用于研究部分相干的高斯－谢尔模光束经过复杂光学系统、色散介质、扰动大气的传输特性，以及部分相干光的分数傅立叶变换、符合成像和符合衍射等。据此发明的时空位相调制型光学谐振腔，可以输出部分相干的平顶光束，实验上首次实现了相干性可控的激光输出，获国家发明专利；同时，在激光核聚变实验中，为消除干涉引起的光强不均匀性，需要在激光到达靶面以前消除或降低激光束的相干性，部分相干激光器恰恰为激光核聚变等应用提供了一种新的可选用光源。而凭借该系列成果，林强也先后捧回2004年浙江省高校优秀科研成果一等奖和2007年全国高校自然科学二等奖。

　　此外，林强教授在单周期和亚周期光学、物质波光学领域也做出了突出的成绩。
　　在长期的科研中，他发现，人们往往以载波——包络近似描写超短脉冲光束，即把脉冲光束表达成载波和包络的乘积。当脉冲宽度远大于载波的光学周期时，这自然是一种很好的近似；但当脉冲宽度接近于载波的振荡周期时，由于载波——包络近似中包含一个很大的直流分量，不满足麦克斯韦方程组，这种近似也就不再适用。为解决这一问题，林强给出了少周期、单周期和亚周期脉冲光束的严格解，不仅满足麦克斯韦方程组，还可用来描写脉冲宽度小于光学周期的任意偏振脉冲光，而以往的近轴表达式可以作为一个特例从严格解中得到。在此基础上，他又发现了单周期脉冲具有内禀啁啾特性。

　　与光学相守多年，新世纪之初，林强即敏锐地感觉到现代光学由电磁波到物质波的延伸趋势。2002年起，他开始从事激光冷却原子和原子光学领域的实验研究。在较短的时间里，他带领课题组研制成功纯二维的磁光阱，自行设计和制造了用于半导体激光器的高精度恒流源和温度控制器，已达到或超过国内外同类产品的性能指标；利用直接数字频率合成技术，实现了激光调谐的数字化控制，这一技术具有输出频点多、相对带宽宽、频率转换速度快、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等优点。2008年，他又把张量光学方法推广到了物质波光学领域，定义了物质波的张量ABCD定律，用于处理物质波的线性和非线性传输与变换。

　责之深

　　1964年出生的林强，不仅有着对光学研究的执著，还有着为光学献身的责任感。 教学中，他是深受学生们喜欢的教授、博士生导师；科研上，他是事务繁忙的浙江大学光学研究所所长；社会职务里，他又兼任着浙江省人大常委、中国致公党中央委员、浙江省副主委、浙江大学主委，还曾担任国家教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会专业物理指导组成员、浙江省光学学会常务理事、浙江省物理学会理事等职务。他长期从事激光物理和量子光学等方面的研究工作，在张量光学、部分相干光学、单周期和亚周期光学、物质波光学等方面取得一系列有特色的工作。先后主持国家高技术（863）、国家重大科学研究计划、国家自然科学基金、霍英东基金、省自然科学基金等课题10余项，被授予浙江省自然科学基金青年人才专项基金获得者、浙江省151人才工程第一层次人员的荣誉，并曾获得国家技术发明三等奖、全国高等学校科技进步奖二等奖、国务院特殊津贴、浙江省高校优秀科研成果一等奖等多项奖励。

　　

与其课题组及2009在读博士和硕士学位的研究生合影（后左五为林强）

为了更好地总结科研中的经验教训，加强激光物理和量子光学领域的学术交流，在繁重的科研攻关之余，林强教授以纸为田，执笔作犁，洋洋洒洒之中写下不少优秀的科研论文，至今已在国内外学术刊物上发表180余篇。其中，有100余篇论文被SCI收录，多篇论文发表在本专业权威杂志Physicsl Review Letters, Optics Letters,Optics Express, Physics Review等上，论著被引用600余次。不仅如此，他还曾先后多次赴德国、奥地利、意大利、美国、日本等国家进行合作研究和学术交流，极大地开拓了他的科研视野，为其一直行走在光学研究的前沿奠定了基础。

　　科研上的发展、学术上的进益固然令人欣喜，然而由始至终，教学在林强教授的心底却一直都占据着首要的位置。走上岗位以来，他不仅先后承担了《普通物理》、《高等光学》、《激光物理》、《量子光学》等本科生和研究生的主干课程的教学任务，还自编了《现代光学》的讲义。他的授课干净、生动，一言一行，都有独到之处，令人闻之受益匪浅。45岁的他，在科研或者师资队伍中，都只能算是一个年轻者。但屈指算来，他所指导毕业的研究生中，已经有不少已经成为高等院校和科研所的教授、副教授了。而他所培养的博士生更是获得2007年度全国“百篇”优秀博士学位论文。责之深、行之切，人说“桃李不言，下自成蹊”，那么，在林强教授这里，无疑得到了一个很好的注脚。
　　因为有责任，所以瞄准国际前沿动态，面向国家需求，不断前行；因为有责任，所以痴心育人，为光学事业的发展培养着后继人才。2009年，林强又光荣入选国家杰出青年基金。时代在发展，光学也在发展，但无论世事如何，他也还是那个与光同行的追梦者，在尘世浮华中找寻着属于自己的那一片光明。





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