自強(qiáng)不息 科研報(bào)國
——記廈門大學(xué)物理系劉守教授

文／本刊記者 王 郁

全息技術(shù)是利用干涉原理將物光波以干涉條紋的形式記錄下來，再通過衍射效應(yīng)再現(xiàn)原始光波而記錄物體真實(shí)的三維圖像的技術(shù)。激光是制作全息圖最理想的光源，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，全息技術(shù)在全息干涉計(jì)量、全息顯微、信息存儲(chǔ)等方面有著重要的作用。

我國激光全息技術(shù)的飛速發(fā)展是從上世紀(jì)八十年代中期開始的，而這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展離不開一個(gè)人的推動(dòng)，他就是廈門大學(xué)物理系博士生導(dǎo)師劉守教授。

科研人生 上下求索

出生于1948年11月的劉守，生在新中國，長在紅旗下，從小就有著科研報(bào)國的理想。1976年從廈門大學(xué)半導(dǎo)體專業(yè)畢業(yè)后，被分配到武漢郵電科學(xué)研究院擔(dān)任科研人員，后來到福建師范大學(xué)物理系任講師，期間曾于北京郵電學(xué)院助教研究生班學(xué)習(xí)。1986年作為訪問學(xué)者到丹麥技術(shù)大學(xué)物理系，在吉爾吉斯斯坦共和國科學(xué)院院士徐大雄教授指導(dǎo)下從事激光全息術(shù)的研究及應(yīng)用工作，從此，他便與激光全息技術(shù)結(jié)下不解之緣。

上世紀(jì)80年代末90年代初，劉守在導(dǎo)師徐大熊院士的指導(dǎo)下，完成了《激光模壓全息技術(shù)及其應(yīng)用》項(xiàng)目，使其在“無油墨印刷包裝材料”、“防偽標(biāo)識(shí)”等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?？萍既?qǐng)?bào)等媒體進(jìn)行了報(bào)道。

1987年，當(dāng)劉守偶然聽說我國激光科研機(jī)構(gòu)上百個(gè)，但很多激光科研成果獲獎(jiǎng)后卻無法得到生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化時(shí)，他毅然選擇了回國，希望用自己豐富的知識(shí)和開闊的國際視野為祖國激光科研的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。他首先受聘于青島琪美圖象有限公司，任高級(jí)工程師，這也是青島創(chuàng)辦的國內(nèi)第一家生產(chǎn)激光全息圖像的企業(yè)，在這里，他帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)將激光全息圖像應(yīng)用于防偽領(lǐng)域和激光彩虹燈等領(lǐng)域，首次為公安部制作了海南、深圳、廈門等經(jīng)濟(jì)特區(qū)居民身份證的全息防偽標(biāo)識(shí)及一些名牌產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)，使該技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)也促使模壓全息術(shù)的飛速發(fā)展。

1992年，劉守受聘母校廈門大學(xué)物理系，擔(dān)任副研究員，并牽頭組建具有國內(nèi)一流水平的激光全息實(shí)驗(yàn)室，先后提出了一系列突破性的新技術(shù)和方法，如“加密碼全息防偽標(biāo)識(shí)的研制”，“閃耀彩虹全息術(shù)”，“光莫爾技術(shù)在防偽中的應(yīng)用”等，其中，他為冠華公司和中國食品工業(yè)協(xié)會(huì)研制的國家名優(yōu)酒加密防偽標(biāo)識(shí)全息圖，以其高超優(yōu)異的設(shè)計(jì)和質(zhì)量獲得1993年國際全息包裝印刷會(huì)議防偽標(biāo)識(shí)全息圖優(yōu)秀設(shè)計(jì)和研制金獎(jiǎng)，也是該次會(huì)議唯一的金獎(jiǎng)，為國家爭得榮譽(yù)。這之后，他又與張向蘇副研究員合作，將光電領(lǐng)域中的莫爾技術(shù)與激光模壓全息技術(shù)相結(jié)合，研制出計(jì)算機(jī)光莫爾防偽標(biāo)識(shí)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，該技術(shù)技術(shù)含量高，極難仿制，市場(chǎng)前景廣闊。

1996年，劉守晉升為教授、博士生導(dǎo)師，他在光全息技術(shù)及應(yīng)用方面的研究領(lǐng)域也不斷拓展，其研究方向主要包括：全息微型透鏡、全息顯示技術(shù)、全息防偽技術(shù)、全息光子晶體技術(shù)、全息光學(xué)元件等。到目前為止已經(jīng)在國內(nèi)外權(quán)威期刊發(fā)表論文130余篇，參與《實(shí)用全息攝影術(shù)》的編著。獲得專利項(xiàng)目33項(xiàng)，而目前，他研究的“激光全息瞄準(zhǔn)器”也正在等待鑒定中。在教學(xué)方面，除了本科生課程外，還先后培養(yǎng)了20多位碩士、博士生。這些畢業(yè)的研究生，今天有的已是教授、副教授；部分是華為的技術(shù)骨干。在籌備、審核廈大進(jìn)入“211”、“985”期間，正如前校長陳傳鴻所說：劉守為物理學(xué)科建設(shè)打下了“半壁江山”。

上個(gè)世紀(jì)90年代末21世紀(jì)初，劉守帶領(lǐng)碩士、博士專門從事《光全息術(shù)的研究》，完成了“用全息元件制作大面積光子晶體技術(shù)”，并在“微結(jié)構(gòu)制作”、“提高LED發(fā)光效率”、“激發(fā)等離極子”等方面得到應(yīng)用。

多年來，劉守的付出得到了國家和社會(huì)的認(rèn)可，其科研成果先后獲得福建省科學(xué)成果三等獎(jiǎng)，福建省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)，國家教委科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)等榮譽(yù)，“彩虹全息新技術(shù)及其應(yīng)用”被定為“九五”國家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，充分展示了其科研項(xiàng)目的創(chuàng)新性。

快速準(zhǔn)確 全息瞄準(zhǔn)

2006年，劉守開始“激光全息瞄準(zhǔn)器”項(xiàng)目研究。實(shí)際上，這項(xiàng)技術(shù)美國早在實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)用，而且擁有了多項(xiàng)專利。劉守的研究走出了自己的路，從光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到技術(shù)性能和成本都優(yōu)于美國產(chǎn)品，目前在軍工廠已投入生產(chǎn)。

激光全息瞄準(zhǔn)器以其捕抓目標(biāo)快速，準(zhǔn)確，操作簡單，隱蔽性好，并且有在惡劣環(huán)境下發(fā)揮可靠作用等功能，目前備受軍方關(guān)注。

眾所周知，在軍事領(lǐng)域，瞄準(zhǔn)器具是必不可少的工具，因此，尋找具有快速、精確、隱蔽性好得瞄準(zhǔn)器，一直是研究人員追求的目標(biāo)。激光全息瞄準(zhǔn)鏡作為一種新型的高科技輕武器瞄準(zhǔn)鏡，具有獨(dú)特的特點(diǎn)，非常適用于短兵相接的城市巷戰(zhàn)和野外近距離作戰(zhàn)，使用機(jī)械瞄具和普通光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡，只能進(jìn)行單眼瞄準(zhǔn)，必然會(huì)影響射手對(duì)環(huán)境的觀察，而使用全息瞄準(zhǔn)鏡可以實(shí)現(xiàn)雙眼全視場(chǎng)快速瞄準(zhǔn)，極大地提高先敵射擊的能力，方便搶奪短兵對(duì)抗的先機(jī)。

近十多年來，激光全息瞄準(zhǔn)鏡是美軍、以色列和其他北約軍隊(duì)士兵槍械的標(biāo)配瞄具，發(fā)達(dá)國家的警察和自衛(wèi)部隊(duì)也早已大量裝備，在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)上，隨處可見北約士兵使用全息瞄準(zhǔn)鏡。可見，激光全息瞄準(zhǔn)鏡在戰(zhàn)爭中已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。

作為激光全息術(shù)研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，劉守發(fā)現(xiàn)，美國制造的全息瞄準(zhǔn)器雖然具有圖像清晰、視覺感好，冗余度高，視覺與觀察位置無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格非常昂貴。為了降低激光全息瞄準(zhǔn)鏡的成本，他不斷開拓新的思路，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，保持全息瞄準(zhǔn)鏡的優(yōu)勢(shì)，最終探索除了一種多功能元件，達(dá)到了準(zhǔn)直、濾波、偏轉(zhuǎn)LD光波的目標(biāo)。目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出了三種新型全息瞄準(zhǔn)器系統(tǒng)，即直立式、緊湊式和折疊式。

與美國產(chǎn)品比較，劉守設(shè)計(jì)的激光全息瞄準(zhǔn)鏡成本下降、誤差更小，并且可以設(shè)計(jì)更緊湊系統(tǒng)。該系統(tǒng)自身具備波長補(bǔ)償功能，因此瞄準(zhǔn)精度不受環(huán)境溫度變化及光電子元件（包括LD）使用時(shí)間長短造成波長漂移的影響。瞄準(zhǔn)目標(biāo)的“全息分劃板圖案”無視差、像差，并且視場(chǎng)大，在30米～500米內(nèi)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)不存在任何圖像漂移。

與國內(nèi)外其它全息瞄準(zhǔn)器產(chǎn)品相比，激光全息瞄準(zhǔn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)采用了一個(gè)全息光學(xué)元件（HME）來實(shí)現(xiàn)濾波、準(zhǔn)直、折射等功能。HME還具有與全息圖匹配的效果，使全息圖重現(xiàn)的全息分劃板圖像清晰、無視差。不僅克服了國內(nèi)外其它同類產(chǎn)品存在的缺陷，而且造價(jià)低，因此更具市場(chǎng)潛力。

劉守發(fā)明的激光全息瞄準(zhǔn)鏡相比于美國使用的全息瞄準(zhǔn)鏡，具有更可靠的高低溫環(huán)境適應(yīng)能力，擁有國家二項(xiàng)專利，通過了國家和軍方產(chǎn)品鑒定審查會(huì)的嚴(yán)格試驗(yàn)鑒定，自2014年起開始大批量生產(chǎn)并裝備部隊(duì)，獲得指戰(zhàn)員使用后高度的好評(píng)。

突觸記憶 再踏征程

劉守近期的課題屬于純理論，他對(duì)記者說，這很有意思?！斑€是老本行，即采用光全息理論去破解腦的記憶問題。由于目前國內(nèi)外所有的研究結(jié)論是腦的記憶存儲(chǔ)在神經(jīng)元之間的‘突觸’處。但卻無法解釋為什么在‘突觸’處能存儲(chǔ)那么久（一個(gè)人童年時(shí)的事，到老年還記得），又如何能迅速提取信息（即回想、回憶）？”劉守說。

從亞里士多德的《論記憶》研究到今天，人腦對(duì)學(xué)習(xí)記憶的機(jī)理一直沒有解決。

根據(jù)目前的文獻(xiàn)，人腦細(xì)胞神經(jīng)元有1000億個(gè)左右，每個(gè)神經(jīng)元與相關(guān)神經(jīng)元之間的鏈接（即突觸）有1000多個(gè)，就是說人腦中有10的14方個(gè)突觸，從而構(gòu)成了錯(cuò)綜復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中要瞬間捕捉信息（即Lenning過程），并且進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)，一直到提取信息（即Memory過程），顯然是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。

目前國內(nèi)外所有的研究結(jié)論是：記憶信息存儲(chǔ)在神經(jīng)元的“突觸”處。但無法解釋在“突觸”處為什么能存儲(chǔ)那么久，又如何能迅速被提取。只有《人腦對(duì)記憶信息存儲(chǔ)的物理模型假說》才能合理解釋以上問題。達(dá)到（或符合）人腦的運(yùn)算速度。否則所有正常人無論是學(xué)習(xí)還是工作，都會(huì)顯得十分緩慢。

“我們是物理光學(xué)專業(yè)，文章用物理理論剖析人腦的記憶問題，盡管創(chuàng)新性強(qiáng)，但深度有可能達(dá)不到。然而正如費(fèi)曼所說：物理學(xué)家有個(gè)習(xí)慣，對(duì)任何一種現(xiàn)象，只研究它們最簡單的形式，而把更復(fù)雜的情況看做其它領(lǐng)域的事?！眲⑹卣f。

劉守介紹，這個(gè)課題的意義至少有二點(diǎn)：為“智能機(jī)器人”的研發(fā)提供有價(jià)值的參考；為“防止老年癡呆癥”的研究工作提供理論依據(jù)和手段。

劉守團(tuán)隊(duì)在前人關(guān)于人腦記憶學(xué)習(xí)的大量實(shí)驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上，提出人的大腦通過外界獲取信息的同時(shí)，刺激了部分神經(jīng)元產(chǎn)生“能量波”，這個(gè)帶著信息的“能量波”傳遞到新皮層區(qū)域神經(jīng)元突觸處時(shí)，與來自受意識(shí)控制的海馬區(qū)神經(jīng)元傳遞的“能量波”相遇，從而在突觸端構(gòu)成干涉場(chǎng)。文中論述了由于干涉場(chǎng)能量強(qiáng)度的周期性分布調(diào)制了突觸端的神經(jīng)體，形成了類似光纖光柵結(jié)構(gòu)的全息圖。這樣，記憶信息就被編碼存儲(chǔ)在全息結(jié)構(gòu)中。當(dāng)海馬區(qū)受意識(shí)控制再次發(fā)出的“能量波”經(jīng)過突觸端時(shí)，就提取了存儲(chǔ)的信息。從而論證了人腦為什么能存儲(chǔ)海量信息，并且部分信息能長久保存。

正所謂胸懷大局才有大作為，劉守卓絕遠(yuǎn)見的目光、運(yùn)籌帷幄的能力，讓他在科研攻關(guān)中，總是以沉著面對(duì)挑戰(zhàn)，守得烏云散盡明月開。作為國內(nèi)激光全息技術(shù)的領(lǐng)航者，劉守以其卓爾不凡的風(fēng)采和執(zhí)著的求索精神，不斷地展示出旺盛的生命力和創(chuàng)造力。我們期待他能不斷地攀上一個(gè)又一個(gè)頂峰……