云南大學校慶99周年感懷——60年經歷剪影

李俊昌

2022年4月20日，迎來母校云南大學校慶99周年。作為1962年考入云大物理系的學生，彈指一揮60年過去了。“30年河東，30年河西”，回顧這60年的經歷，改革開放后，在云大物理系受到的出色教育改變了我的人生歷程！我高中畢業(yè)于昆明第一中學（前排右二），身高1.51米，體重37.5公斤。1962年9月進云大校門時守門人將我當為“小毛孩”多次拒之門外，學校發(fā)的校徽帶上后才開始能順利進學校。當年守校門的老師傅在我大學畢業(yè)后十多年都因此還記得我。<br> 進大學一年便出奇地身高長了20公分，畢業(yè)時已經1.73米（前排左二，背景是當年的大課堂，現(xiàn)為慶來堂）。上世紀60年代的云大物理系，其名氣不低于北大物理系。據目前還健在的云大前輩告知，1953年全國大學物理系統(tǒng)考四大力學，云大獲得兩個第一，一個第二及一個第三名，獨占鰲頭。云南大學物理系因此在全國享有盛名。大學期間開始了文化大革命，本來1967年該畢業(yè)的到1968年底才離開學校。那時的中學生常到大學與大學生一起鬧革命，這是離校前和當年老同學及幾位高中生的合影（我在第二排左三，背景是物理館）。文革停課鬧革命的兩年不能學習自然科學，但有時間發(fā)展業(yè)余美術愛好，繪畫創(chuàng)作能力得到極大的鍛煉。這是1968年為慶祝云南大學成立革命委員會時為當年“校報”創(chuàng)作的刊頭畫。 1968年，和全國早該畢業(yè)的大學生一樣，我們被分配到部隊農場大學生連接受解放軍的再教育。由于是全軍事化管理，每人每個月只有一個周日可以請假6個小時離開營房。能夠批準外出的學生通常是到離營房兩里路的“螞蝗溝”湖去游泳及洗衣服。這是一幅衣服洗好后放在草地上曬著時，我們一群大學生的幸存紀念照（我在后排正中）。周末留在營房的大學生可以有時間發(fā)揮自己的才能，在小提琴及手風琴的伴奏下放聲一樂（我是右二，背景是1970年防地震自己建成的臨時居住棚）。在部隊農場的兩年種了兩季水稻，兩季甘蔗，兩季花生。我學會了放牛、犁田、放羊及養(yǎng)豬種菜。當了三個月炊事班長的經歷讓我能組織做一百多人的飯菜。1970年4月拍攝的這張照片中，包含來自北京、上海及河北等多所大學的學生。離開農場時，部分同學留部隊參軍，多數被再分配到工廠當工人，繼續(xù)接受工人階級的再教育。我被分配在工廠工作了十年。由于不能從事物理專業(yè)的工作，原來業(yè)余的美術愛好基本變成了專業(yè)。主要工作是為單位及上級部門的“大批判專欄”畫刊頭、漫畫及插圖；一年一度被借調去進行云南省電子工業(yè)產品展覽的美工設計……為今后前途著想，開始認真學習繪畫，多次參加云南省文化廳組織的美展創(chuàng)作組體驗生活及創(chuàng)作，參加省美術展覽，并出版連環(huán)畫。然而，用嚴謹數學表示的物理學始終是我鐘情的學科。1976年文革結束，通過數年的努力，1980年終于調入昆明理工大學任教，1984年被學校派往法國進修激光技術。雖然大學沒有學習過激光理論，但當年在云大物理系受到的出色教育讓我能讀懂近代光學名著《傅里葉光學導論》。基于該名著中相干光成像的近似理論，在強激光整形變換領域取得被國外采用的成果。回國后在學校的支持下成立了激光研究所，從此，在激光應用研究領域開展了30多年與法國四所大學聯(lián)合培養(yǎng)博士生的教學及科研合作。 1995年開始在昆明理工大學接待并指導法國巴黎高等工業(yè)大學的留學生。當時的主要研究內容是材料表面激光熱熱處理中的激光傳播、激光對金屬材料的熱作用及金屬材料的相變計算。由于學校實驗條件差，我讓留學生按照我在國內承擔的國家或省自然科學基金的需要在國外做好實驗，帶到昆工進行理論分析與計算。在完成他們的學位論文的同時，我也完成了國內承擔的科研工作。 1995年出版的《激光熱處理優(yōu)化控制研究》專著總結了與法國的10年合作研究成果。上世紀80年代末我國教育部代表團訪問法國時，中國工程院副院長師昌緒先生是代表團成員。法方向代表團介紹了我在法期間提出并被法相關部門采用的強激光整形系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)的理論研究后來寫入該書。《激光熱處理優(yōu)化控制研究》出版時，非常榮幸?guī)煵w先生為該書作序。<div>1998年為承擔“數字信號處理”課教學任務，上課的經歷讓我系統(tǒng)學習了以離散傅里葉變換為基本計算工具的數字信號處理理論。基于新學習的知識，較好地總結了一套衍射的數值計算理論，讓標量衍射理論中的基爾荷夫公式及瑞利—索末菲公式不但能夠利用FFT進行計算，而且導出滿足取樣定理應遵從的計算方法。為便于計算光波通過傍軸光學系統(tǒng)的衍射，基于矩陣光學及瑞利的成像理論，從新的研究途徑導出了1970年美國學者柯林斯Collins按照程函理論導出的衍射計算公式。基于該成果，導出成像系統(tǒng)像光場復振幅的準確計算公式。該公式修改了光學名著《光學原理》及《傅里葉光學導論》的近似理論。這些研究工作于2002年寫入受科技部資助出版的《激光的衍射及熱作用計算》專著。當認識到研究成果的價值后，部分成果在2007年及2021年才先后整理成研究論文在雜志發(fā)表。</div> 1999年昆明理工大學與云南工業(yè)大學合并為新的昆明理工大學。我非常幸運地與原云南工業(yè)大學激光所長，云南大學老校長熊慶來之子熊秉衡教授共事。在熊秉衡教授的熱情幫助下，我逐漸熟悉了全息理論與技術。通過近20多年的科研合作，我和熊秉衡先生結下深厚的友誼。在信息光學研究領域，我們除合作發(fā)表研究成果外，共同出版過兩部專著及一部教材。我們都是上世紀60年代云南大學物理系的畢業(yè)生，這是2016年在會澤院前的留影。熊秉衡教授所領導的研究團隊在大景深全息拍攝研究領域取得過國際領先的成果。諾貝爾獎獲得者楊振寧曾到云南工學院激光所參觀熊秉衡教授拍攝的全息照片。由于兩校合并后的激光所有較好的從事信息光學研究的實驗條件。為了不依賴國外實驗條件更好地開展國際科研及教學合作，我將研究工作逐漸轉到數字全息的理論及應用研究方向。 <br><br> 基于法國學者的介紹，2005年我和法國知名的數字全息研究專家PICART教授聯(lián)系上。此后，不但與該專家建立了聯(lián)合培養(yǎng)博士生的關系，而且基于合作研究成果，于2012年在法國巴黎及英國倫敦共同出版了法文及英文版的“數字全息”專著。<br><br> 與法國學者聯(lián)合出版專著的科技合作得到法國政府的關注與支持。通過近三年日以繼夜的努力，法文及英文著作終于出版。這是2012年9月法國教育及科學研究部長Vincent Peillon收到巴黎出版的法文專著時給我的祝賀及感謝。 <h3 style="text-align: center">2015年在清華大學的講座</h3><div>衍射計算是近代光學研究中的難題。2004年后，先后應邀在法國里昂應用科技學院、香港城市大學、法國巴黎光學院、法國緬茵大學、四川大學、西北工業(yè)大學、成都光電所、中國科學院研究生院、中國科學院力學研究所、清華大學、北京郵電大學、南開大學、天津大學、國防科技大學、北京理工大學、中國科學院大學，北京工業(yè)大學、臺灣師范大學、廣州中國科學院先進技術研究所、上海光機所、云南大學、河北工程大學、云南師范大學......等國內外二十多所大學及研究院所進行相關理論及應用研究的講座。<br></div> 讓我最感高興的是10多年前能夠回到母校云南大學，為物理學院的研究生及年輕教師講述了我受云大物理系教育取得的成果。由于國內外均沒看到對衍射的數值計算進行系統(tǒng)介紹的專著或教材。為適應信息數字化時代的需要，我與熊秉衡先生編著了一部專著——《信息光學理論與計算》，2009年由科學出版社出版。然而，該書篇幅太大，雖然深受科技工作者歡迎，但較難用于本科及研究生教育。于是，我和熊秉衡先生重新編著了《信息光學教程》，該教程第一及第二版先后于2011年及2017年出版。第二版被科學出版社列為“普通高等教育十三五規(guī)劃教材”，被國內清華大學等多個知名院校采用為本科及研究生教材或主要參考書。曲面光源的衍射計算是近代光學研究中的一個難題，雖然國內外有不少研究報導，但其計算均較繁雜。2013年在臺灣師范大學的講座后，借助于該校鄭超仁教授實驗室的高質量空間光調制器，我總結的曲面發(fā)光體的快速衍射計算理論在數字全息3D顯示實驗中得到證明。相對于當時流行的點源及面元算法，在同等分辨率下該計算理論的衍射計算速度提高了一個數量級。研究成果2014年形成美國應用光學雜志的邀請論文發(fā)表。<div><br></div> <br>為較好地總結20多年從事衍射計算及數字全息的研究成果，2012年著手《衍射計算及數字全息》專著的撰寫。上述研究有效補充了當年正在撰寫的專著內容。經國內北京理工大學等光學專家評審，《衍射計算及數字全息》獲得我國科技部資助，列為“十二五”國家重點出版規(guī)劃項目于2014年由科學出版社出版。該書出版時，非常榮幸得到中國工程院院士，清華大學金國藩先生撰寫的序言。<br> 我是學習光學名著《傅里葉光學導論》第一版的相干光成像理論開始科學研究生涯的，對該名著有深厚感情。2017年《傅里葉光學導論》的英文第4版不但介紹了光波通過光學系統(tǒng)衍射計算的柯林斯公式，而且對衍射的數值計算也進行了討論，成為一部內容更豐富的近代光學經典著作。然而，第4版仍然保留了第1版只能近似計算像光場振幅分布的理論，該理論與諾貝爾獎獲得者玻恩—沃耳夫（Born & Wolf）所著《光學原理》中等暈區(qū)近似下描述的成像理論相似。50多年來，兩名著中的相關干光成像的近似理論一直被國內外專著及教材廣泛引用。2017年，我將2002年在《激光的衍射及熱作用計算》一書中導出的準確計算公式進行了認真討論，寫入適用于國內本科及研究生教學的《信息光學教程》第二版。期望能為相干專業(yè)的研究生及科技工作者在該領域的理論及應用研究發(fā)揮積極作用。<br> 與法國學者PICART教授聯(lián)合培養(yǎng)的博士生先后于2010年及2018年在昆工答辯。2018年的答辯非常榮幸地請到我國光學界的年輕才俊，上海光機所的周常河研究員及清華大學的曹良才教授主持答辯會。讓我高興的是我的母校，云南大學物理與天文學院的普小云及楊睿兩位教授是答辯委員會成員。 2002年發(fā)表于《激光的衍射及熱作用計算》以及2017年發(fā)表在《信息光學教程》第二版的相干光成像研究改寫了50多年國內外一成不變的近似理論。由于該理論涉及對世界光學名著理論的修改，所有雜志對該研究工作的發(fā)表均持謹慎態(tài)度。在2016及2017年間曾經在國內外多個著名雜志的投稿得到的回答基本是：“理論推導無誤，但不適合在本雜志發(fā)表，建議投稿到其它雜志”。通過不懈的努力，2021年6月及10月，體現(xiàn)該研究成果的第一篇及第二篇論文終于在國內《光學學報》及《激光與光電子學進展》發(fā)表了。發(fā)表于光學學報的這論文基于所導出的相干光成像理論，不但重新定義了成像系統(tǒng)傳遞函數的物理意義，而且從理論上證明，光學名著《光學原理》中假設的等暈區(qū)不存在。發(fā)表于激光與光電子學進展的論文通過理論分析及實驗，將所導出的相干光成像理論與現(xiàn)流行的近似理論進行比較，直觀地證明了計算理論的正確性，被列為該雜志的特邀論文......<div>在此，要衷心感謝2020年國防科技大學周樸教授的邀請，讓我在研究生暑期學校作線上講座，向來自國內外90多所院校的研究生及科研人員較詳細地介紹了該研究成果。同時，也衷心感謝國內對這兩篇論文的每一位評審專家。<div>相干光成像的計算理論在現(xiàn)代光學檢測中具有重要意義，由于長期以來沒有準確計算理論。著名科學雜志《Nature》2016年的論文“Standardizing the resolution claims for coherent microscopy”在引用顧德門教授在《傅里葉光學導論》中介紹的近似理論時，期望科技工作者能夠建立根據實驗結果獲取帶有振幅及相位的理想像的數學方法。<br></div></div> 2021年8月，基于相干光成像的精確計算理論，我在中國光學學會全息與光信息處理專業(yè)委員會年會上作了“數字全息像的全場探測及波前重建研究”邀請報告，較好地回答了這個問題。邀請報告的內容已于2022年7月再次發(fā)表于《光學學報》。值得高興的是，相干光成像的精確計算理論雖然在2002年科學出版社出版的《激光的衍射及熱作用計算》專著以及2017年科學出版社出版的《信息光學教程》（第二版）中作了介紹，但畢竟兩書在一定程度是中文發(fā)表的“自媒體”，以上三篇論文的發(fā)表實際上是通過科學雜志在國內外充分肯定了該理論研究成果。該成果將有效補充國內外信息光學教材的內容，并在近代光學應用研究中發(fā)揮積極作用。<div><br></div> 為慶祝云南大學百年校慶，今年4月20日云大開啟為期一年的慶祝活動，其中，包含重要的學術交流活動。我非常榮幸能將改革開放后近30年來在國內外的出版的專著、教材及相關科學研究資料捐贈云南大學檔案館。回顧改革開放后能夠較好地從事科研的經歷，由衷感謝當年云大物理系受到的出色教育。 <p class="ql-block">數學家及教育家熊慶來1937年到1949年任云南大學校長，他在抗戰(zhàn)烽火中篳路藍縷，含辛茹苦，把云大建設成一座國內外知名的綜合性大學。解放初期云大的成就與熊校長嘔心瀝血地為云南大學的發(fā)展作出的杰出貢獻分不開。明年是校慶100周年，懷著對老一輩科學家及教育家的崇敬及對母校的感恩之情，經過近五年的努力創(chuàng)作，中、英、法三種文字“熊慶來畫傳”的出版將為云南大學百年華誕的慶典做出一分貢獻。</p> <div style="text-align: center;">編后記</div><div style="text-align: center;">****************************</div>文革蹉跎了我們這一代最有創(chuàng)造力的年華。1970年從部隊農場再分配時，無論分配到哪一個單位，大學生仍然是被工農兵繼續(xù)再改造及教育的對象。多數同學被分配到云南邊遠縣城工廠當普通工人，一些被分配到山區(qū)當小學教師的同學要到達目的地時，乘坐兩天汽車及一天馬車后，還得自己背著行李走一天的山路……那時，結合專業(yè)工作完全不可能，能夠到離省城昆明最近的地方有一個工作，已是奢望。<br>我是被分配到昆明工廠工作的幸運者，其原因是在部隊農場期間多次被部隊及鄰近縣城抽調去從事宣傳工作，或者去畫毛主席像，或者為階級教育展覽畫插圖及布展。再分配時，部隊曾打算讓我留部隊搞宣傳。但與此同時，云南省政府派人到農場大學生連隊挑選有較好美術基礎的大學生，為當年的樣板戲作舞美設計，我被選中了。大約是雙方相持不下，一個到昆明工作的名額虛位以待......我最終被告知是分配到廠址在昆明的云南無線電廠......<br>改革開放迎來我國科學發(fā)展的春天。十年文革中止了十年高考，文革開始時在校的初中一年級到高三的學生基本都下鄉(xiāng)當了知青。1977年恢復高考后，我成了我所在工廠的年輕工人——返城知青報考大學的補習班老師，每天晚上在工廠為年輕人講授高中的數學物理。十年文革也讓大學里能夠從事自然科學教育的年輕師資奇缺，通過幾年的努力，1980年我終于從工廠調入現(xiàn)昆明理工大學任教，特別幸運的是1984年趕上我們這一代出國學習的末班車。為了挽回失去的光陰，時至今日，每天早晨6點便開始了一天的工作與學習。當年云大物理系老師們給予的出色教育，為我打下重新學習新知識的堅實基礎。<div>美國工程院院士顧德門（Joseph W. Goodman）教授的《傅里葉光學導論》是50年來在國內外最具影響的光學著作。2018年，為慶祝該名著第4版的發(fā)表及第1版發(fā)表50周年，美國奧蘭多專門組織了一次國際會議。當年我并不知道第4版是否完善了相干光成像理論，直到2020年看到科學出版社出版的顧德門教授的《傅里葉光學導論》第4版的中文譯本后，才知道該近似理論形成后，50年來沒有任何改變。</div><div><br></div><div>2020年8月我在國防科技大學暑期學校的視頻講座——“相干光成像理論及應用”分別放在清華大學云盤及中國光學前沿在線網，其網址分別是：</div><div><br></div><div>https://cloud.tsinghua.edu.cn/f/20d812f80176496dbd76/</div><div><br></div><div>http://opticsjournal.net/columns/online?posttype=view&postid=PT210112000094qWtZw<br></div><div><br></div><div>有興趣的讀者可以鏈接上網進行較詳細了解。</div><div><br></div><div>必須指出，雖然我所做的上述研究修改及完善了相干光成像理論，但相干光成像只涉及玻恩—沃耳夫所著《光學原理》及顧德門教授所著《傅里葉光學導論》兩名著中篇幅十分有限的內容。兩部名著將始終是從事近代光學研究的科技工作者應認真學習和研究的經典著作。</div><div><br></div><div>1962年考入云南大學物理系的都是學習優(yōu)秀的學生，然而，由于歷史的原因，大學畢業(yè)后十多年，通過艱難的努力最終能夠從事與物理專業(yè)相關工作的同學不到20%。我只是我年級的普通一員。如果改革開放能夠提前十年，我們班的許多優(yōu)秀同學會做得更好。<br><br><br></div>

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云南大學校慶99周年感懷——60年經歷剪影

李俊昌