吴鸿兴与国际上第一台万兆瓦可调谐新型钕玻璃
激光装置的研制
“回想起来,我这一生也就是这三件事”,为激光奉献一切,是吴鸿兴一生的追求。创建全国高校第一个激光专业,首次开设激光原理课程;研制国际上第一台万兆瓦可调谐新型钕玻璃激光装置(华光装置);研制成了我国首台激光冲击强化装置,开启了我国高功率激光装置走向工程应用的先河,就是吴鸿兴这一生中最重要的三件事。
1956年,吴鸿兴考入交通大学电机工程系,并随交大从上海内迁至西安,随后在无线电系从事微波量子方向的学习。1961年,吴鸿兴从西安交通大学毕业,来到中国科大技术物理系进修学习,并留在中国科学技术大学技术物理系任教,也正是在这里,吴鸿兴与激光初次结缘。
1963年11月,吴鸿兴等人被选派前往长春光机所,进修学习受激光发射技术,并参与完成了我国首台调Q红宝石巨脉冲激光器的研制。在长春光机所进修期间吴鸿兴的目标很明确,就是要在进修归来之后在中国科大讲授激光课程和开设激光实验。随后吴鸿兴在学校的安排下,继续前往上海光机所参与激光研究工作,并在1964年8月底掌握了红宝石激光器的制造与测量技术,从上海光机所返回中国科大,同时开始了激光教学与科研工作。
1964年8月19日,吴鸿兴向技术物理系及学校领导提交报告,建议1964年下学期开始在技术物理系60级光谱专门组学生中开设受激光发射讲座及实验,并向学校提出了在技术物理系光谱专门组的基础上筹建受激光发射专门组(草案)的方案。
1964年9月,根据学校领导的审批意见,吴鸿兴以在中国科学院长春光机所进修期间所编写的受激光发射课程讲义草稿为基础,在技术物理系光谱学专业60级学生中率先开设和讲授了受激发射(激光)原理课程。
1965年8月3日,吴鸿兴向学校正式提出建立受激光专业的报告。1965年底,中国科大率先成立全国第一个激光专业,在实验室建设和激光科研等方面都逐步打开了局面。可惜的是,接踵而来的南迁使这些工作被迫中断。改革开放和恢复普通高考后,激光技术的发展再次受到重视,人员的调入也为激光和光学发展注入了新鲜的血液,使得激光教研室的力量也得以进一步加强。中国科大强激光物理实验室师生同心,迅速重振旗鼓,投身于新的科研任务。
20世纪70年代,上海光机所在合肥科学岛建立了激光打靶系统,项目组撤离时将其中储能电容器系统等器材留给了中国科大,供强激光实验室使用,也正是这套设备为华光装置的研制提供了前期的物质基础。
1979年,强激光实验室开始华光装置的前期准备工作,1980年正式着手装置的建设。吴鸿兴带领团队成员高级工程师郭大浩、助教王声波、助理实验师戴宇生在没有专项经费来源、没有专职科研编制、不计入工作量和不影响正常教学任务的情况下坚持科研,前后经过近10年时间的艰辛努力,终于在1989年研制成功,并顺利通过了中国科学院鉴定。

万兆瓦可调谐钕玻璃激光装置局部
在装置建设过程中,光学专业的硕士生也参与了进来,除此之外,遇到难以解决的实验问题时,上海光机所还先后派遣20余名从事相应研究工作的科研人员前往中国科大,帮助完成激光发射角测量等单元技术工作,研究人员在没有报酬的条件下,积极回应中国科大,以纯粹的学术志业打通华光装置攻坚长路的阻滞,为装置研制工作的高水平完成发挥了重要作用。

研究人员在进行装置调试(右起:郭大浩、吴鸿兴、王声波、戴宇生)
当时担任装置鉴定委员会主任的是我国著名光学专家、学部委员王大珩院士,在中国科大上报这项科研成果时,他最开始对中国科大一个光学实验室的几位教员能够完成这样的大型激光装置存有疑虑,由此他提出,需要当时参与研制“神光Ⅰ”装置的范滇元院士前来,对装置技术和综合性能进行严格测试。然而测试验收结果让鉴定委员会的专家为之震撼。
1989年11月25日,该课题通过了中国科学院院级鉴定,以王大珩为首的鉴定委员会对装置的全系统进行了严格的测试,确认在万兆瓦级的高功率激光系统上,实现了激光输出波长在宽范围内可调谐,各项指标均达到或超过设计水平,确认这是中国自力更生发展激光技术的一项新成果,并对装置的成功研制给予了高度评价。专家们还高度赞扬了研制人员在完成教学任务的同时仍然坚持不懈、为国争光的献身精神。

万兆瓦可调谐钕玻璃激光系统鉴定会合影
装置通过鉴定后,引起了国内外新闻媒体的极大关注,人民日报(海外版)在头版头条以通栏标题全文刊登了由新华社合肥分社记者所写的报道。解放军报、光明日报、中国日报,各省、市、自治区以及朝鲜、澳大利亚等国的30多家报纸都作了转载和报道。对于一个科研单位的一项科研成果,海内外媒体进行如此大量的集中报道,这在国内科研单位中是少有的,为科大赢得了很大的荣誉,在国内和国际之间享誉颇丰。
万兆瓦可调谐窄线宽新型钕玻璃激光装置是中国科大在新的历史条件下所建成的新型实验装置,整套装置规模庞大,构造复杂,精密度和技术条件要求极高,在可调谐窄带钕玻璃调Q激光振荡器、不同波长输出激光能量的准确补偿技术等方面均取得了理论的创新和技术的突破,于1990年获中国科学院科技进步二等奖。

人民日报(海外版)在头版头条以通栏标题全文刊登
1994年,中国科大强激光实验室与有关航空业部门合作,针对飞机关键疲劳区铝合金小孔疲劳寿命的提高为应用目标,在国防科技委的大力支持下,进行了激光冲击强化处理研究,通过两年左右时间的努力,研制出了国内首台激光冲击强化装置,开创了我国激光冲击强化新技术。
作为一项新兴的前沿技术,由于高功率激光的条件限制,激光冲击强化在国内还尚未发展起来,在大型激光系统中,不光是经费,在技术层面也很难达到。吴鸿兴等人与南京航空航天大学合作,制成了一个总长约15m的高功率钕玻璃激光器,对由中国航空工业总公司第611研究所提供的航空铝合金试件进行了激光冲击强化处理,使航空铝合金的抗疲劳寿命得到了4~10倍的大幅度提高。
1996年7月12日,中国科学院受国家高技术“863”强激光技术主题专家组的委托,对这一重要成果进行了鉴定。专家们认为,这项工作是高功率钕玻璃激光系统走向工程应用取得的重要突破,开创了我国激光冲击强化表面处理新技术,已达到了国际上90年代同类工作的先进水平。该激光冲击强化装置通过了中国科学院组织的鉴定,并获得了科技进步二等奖。

中科大研制的首台高功率激光冲击强化装置
第三件事就是激光教学——让吴鸿兴为之奉献一生的事业。
1964年,吴鸿兴在中国科大开设激光原理课程,这是国内高校第一门激光课程,开创了我国高校激光教学的先河。在此之前,中国科大的专业课程都是由研究所的老师来授课,这也开启了本校专职老师上专业课的先例。
吴鸿兴给科大学生讲授了激光课程近40年,不管科研任务有多重,也一直坚持在教学一线。其中,给本科生开设的课程是“激光原理”,给硕士生开设的则是“高等激光技术”。在教学期间,上海光机所、安徽光机所、山东光机所、西安光机所等研究所的硕士研究生第一年都来中国科大上课,每年都有六七十个人来听课,学生的充足也保证了课程的顺利开设。
吴鸿兴将科研和教学结合到一起,对于激光领域的一些概念问题力求不断深化,在深入浅出地讲授激光理论的同时,结合激光领域最新的进展和发展趋势,对学生进行启发式教育。同时,吴鸿兴也鼓励学生独立思考,引导学生对许多研究问题进行探索。“虽然当时不一定能解决,但提出问题是非常重要的。”吴鸿兴如是说到。
“好的学校应当让学生向往,好的老师也一定要多听学生的想法。”在吴鸿兴看来,问题是多元的,一个人往往有自身的局限,无法考虑到问题的方方面面,因此需要集思广益,面对面和学生交流,多角度地思考问题,如此才能探究知识的本源。正是这样谦逊致学的态度,感染了一批学子,鼓舞和振奋了学生们的科研热情。
我们总喜欢在卓越的成功之前,冠以天才之名,仿佛自愿退身到天赋与平凡的鸿沟之后,就能抹消长久的坚持之于成功的意义,让一切变得更加容易接受。对吴鸿兴来说,成功需要的是一以贯之的努力,更是不得懈怠的人生。
“步履不停”似乎是科研工作者们人生最真实的写照,更是吴鸿兴一生践行的准则。从实验室到讲台,从万兆瓦可调谐新型钕玻璃激光装置到高功率激光冲击强化装置,在科研和教学之路上,吴鸿兴稳步前行,以己之微光,耀国之远方。