1992 年10 月ღღ◈,“庆祝王大珩教授从事科研活动五十五周年座谈会”在北京举行ღღ◈,并出版了学术论文集ღღ◈。拿起这本论文集ღღ◈,时年77岁的王大珩不禁掩卷沉思ღღ◈:论文集仅收录了他的5 篇学术论文ღღ◈,全部是他早年留学英国期间完成的ღღ◈。
为了开创和领导中国的光学乃至科学事业ღღ◈,王大珩无暇从事具体的科学研究ღღ◈。他是否常常怀念在英国投身光学研究的岁月?
对于王大珩来说ღღ◈,选择光学作为专业有诸多理由男同versios视频ღღ◈。他的父亲王应伟是一位天文与气象学家ღღ◈。在早年北京和青岛的求学岁月里ღღ◈,王大珩常常跟随父亲进行天文与气象观测ღღ◈,亲身感受到当时仪器设备的不完善与精度不足ღღ◈。这种经历让他深知精密仪器对于科学研究的重要性ღღ◈,也为他日后投身光学领域埋下了伏笔ღღ◈。
20世纪30年代ღღ◈,清华大学的吴有训等人正致力于通过实验推动中国科学的独立与自主发展ღღ◈。在这样的学术氛围中ღღ◈,王大珩接受了扎实的理论与实验物理教育ღღ◈,并在毕业论文中选择了光学作为研究方向ღღ◈。
1936年夏清华大学物理系毕业生合影(前排左起ღღ◈:王大珩ღღ◈、戴中扆(黄葳)ღღ◈、许孝慰ღღ◈、何泽慧ღღ◈、郁钟正(于光远)ღღ◈;后排左起ღღ◈:钱三强ღღ◈、杨镇邦ღღ◈、陈亚伦ღღ◈、杨龙生ღღ◈、谢毓章)
1938年春太阳集团电子游戏官网ღღ◈,受战争影响ღღ◈,王大珩被派到汉口从事炮兵技术试验工作ღღ◈。此时ღღ◈,吴有训南下途经汉口ღღ◈,建议他参加庚款留英考试ღღ◈。庚款留英考试源于英国退还庚款利息的15%ღღ◈,用于选拔赴英留学生ღღ◈。考试竞争激烈ღღ◈,录取率不足10%ღღ◈,确保了录取人员的高质量ღღ◈。当时ღღ◈,物理方面仅设理论物理和应用光学两个专业名额ღღ◈。吴有训希望王大珩报考应用光学ღღ◈,最终他成功考取ღღ◈。
1938年9月ღღ◈,王大珩得知被录取后ღღ◈,已来不及返乡与家人告别ღღ◈,立即前往香港与同届留英学生会合ღღ◈。17日ღღ◈,在香港等待转道前往昆明大后方的吴有训也特地赶到码头ღღ◈,为这批留英学生送行ღღ◈:“你们好好学习去吧ღღ◈!待你们学成归来ღღ◈,抗战届时终了ღღ◈,你们能更好地为祖国效劳男同versios视频太阳集团电子游戏官网ღღ◈。”
经过二十几天的海上颠簸ღღ◈,他们终于抵达法国马赛ღღ◈,再经巴黎抵达伦敦ღღ◈。根据中英庚款董事会章程ღღ◈,学生可根据专业自由选择学校ღღ◈。王大珩选择了帝国理工学院物理系ღღ◈,师从光学专家马丁(L.C. Martin)ღღ◈。当时ღღ◈,帝国理工学院物理系的名义教授是小汤姆孙(Sir George P. Thomson)ღღ◈,电子发现者汤姆孙(J. J. Thomson)的独子ღღ◈。他因发现电子衍射现象获得1937年诺贝尔物理学奖ღღ◈。小汤姆逊于1940 年担任了莫德委员会(MAUD Committee)主席太阳集团电子游戏官网ღღ◈,这个委员会对启动英ღღ◈、美原子弹研制起到过关键作用ღღ◈。这一事件或许对王大珩日后成长为战略科学家或许有些启发ღღ◈。
克服了伦敦的潮湿气候和单调饮食ღღ◈,王大珩开始了异国求学的日子ღღ◈。秉承节俭的生活习惯ღღ◈,他租住在一个只有8 平方米的顶层阁楼里ღღ◈,一床ღღ◈、一桌ღღ◈、一椅等少量家具和四处堆放的书籍便是他的全部家当ღღ◈。令王大珩满意的是ღღ◈,不仅房租便宜ღღ◈,而且离实验室只有5分钟的路程ღღ◈,他可以把全部的时间都用在研究工作上ღღ◈。
帝国理工学院的光学研究历史悠久ღღ◈,其起源可追溯至第一次世界大战期间ღღ◈。当时ღღ◈,英国光学工业薄弱ღღ◈,依赖从德国进口光学器件ღღ◈。为摆脱这种局面ღღ◈,1917年太阳集团电子游戏官网ღღ◈,伦敦高等教育委员会在帝国理工学院设立了光学设计系ღღ◈,任命熟悉军需光学装置的切舍(F.J. Cheshire)为系主任ღღ◈,马丁则担任讲师ღღ◈。1919年ღღ◈,该系开设了英国最早的技术光学课程ღღ◈,对国际光学领域产生了深远影响ღღ◈。然而ღღ◈,由于战后经济状况的限制ღღ◈,光学设计系招生情况不佳ღღ◈,1926年本科教学被迫停止ღღ◈。此后ღღ◈,光学设计系改名为技术光学系ღღ◈,并于1931年并入物理系研究生部ღღ◈,成为技术光学组ღღ◈。马丁教授凭借其在光学仪器领域的深厚知识和经验ღღ◈,成为该组的主管ღღ◈。
王大珩在帝国理工学院的研究方向是光学设计ღღ◈,特别是光学系统中的像差校正问题ღღ◈。他的研究重点是透镜的球差(球面像差)ღღ◈,这是光学系统中最基本的像差之一ღღ◈。球差的存在导致光线通过透镜时无法聚焦于同一点ღღ◈,从而影响成像质量太阳集团电子游戏官网ღღ◈。王大珩通过优化理论ღღ◈,提出了一种简化计算的方法ღღ◈,用于确定包含球差的光学系统的最佳焦点位置ღღ◈。他的研究不仅考虑了初级球差ღღ◈,还深入探讨了二级和三级球差的影响ღღ◈,这在当时的光学研究中具有开创性ღღ◈。
1940年ღღ◈,王大珩完成了他的硕士论文ღღ◈,并将其核心内容整理为论文《在有球差存在下的最佳焦点》ღღ◈,在导师的推荐下发表于《伦敦物理学会会刊》ღღ◈。论文中ღღ◈,他首次提出用低级球差平衡残余的高级球差ღღ◈,并通过适当离焦来优化成像质量的理论ღღ◈。他还通过近似公式计算得出ღღ◈,初级ღღ◈、二级和三级球差允许的范围分别不应超过1ღღ◈、4和15个波长()ღღ◈。
王大珩的这篇初露锋芒之作ღღ◈,是当时国际上象差校正最佳研究方案中一项具有开创性的工作ღღ◈,至今仍被国内外有关著作引用ღღ◈,广泛应用于大孔径小像差光学系统的设计中ღღ◈。例如ღღ◈,日本光学家小仓磐夫在其专著《现代照相机和照相物镜技术》中专门引用了王大珩的论文三级球差和波动光学的最佳象面ღღ◈:摘自中国光学学会理事长王大珩先生青年时代的论文”并对其清晰的物理概念和明确的结论表示高度赞赏ღღ◈。小仓磐夫提到ღღ◈,尽管论文中仅使用了初等数学知识ღღ◈,ღღ◈,但其清晰的物理概念和明确的结论ღღ◈,令人印象深刻ღღ◈。
王大珩在帝国理工学院完成光学设计的学习后ღღ◈,于1941年前往谢菲尔德大学ღღ◈,师从著名的玻璃学家特纳(W.E.S. Turner)ღღ◈,攻读玻璃制造技术的博士学位ღღ◈。尽管他不久便中断学业进入昌司玻璃公司ღღ◈,但与特纳教授间的合作研究仍持续了数年ღღ◈。
他的研究领域从光学设计转向光学玻璃制造并非偶然太阳集团电子游戏官网ღღ◈。光学玻璃是光学仪器的核心材料ღღ◈,其制造技术ღღ◈,“由于军事上的需要ღღ◈,一直被各国视为要害技术ღღ◈,竞相强化ღღ◈,竭尽保密之能事”而特纳教授是英国玻璃工业与教育界的开创性人物ღღ◈,他所在的谢菲尔德大学玻璃技术系在国际上享有盛誉ღღ◈。
谢菲尔德大学的玻璃技术系成立于1915年ღღ◈,是英国第一个以玻璃制造为研究和教学对象的大学机构ღღ◈。它的诞生与第一次世界大战密切相关ღღ◈。当时ღღ◈,英国的光学玻璃主要依赖进口ღღ◈,战争爆发后ღღ◈,进口渠道被切断ღღ◈,光学玻璃的供应变得极为紧张ღღ◈。为了满足军事需求ღღ◈,谢菲尔德大学成立了玻璃制造系ღღ◈,特纳教授被任命为系主任ღღ◈。
1916 年太阳集团电子游戏官网ღღ◈,他成立玻璃技术学会ღღ◈,邀集同行ღღ◈,制定研究纲领ღღ◈,组织教学会议ღღ◈,收集文献资料ღღ◈,发行学术期刊ღღ◈。在漫长的学术生涯中ღღ◈,特纳教授遍访各地参观交流ღღ◈,解决工业生产中的实际问题ღღ◈。随着玻璃技术系的规模不断增加ღღ◈,该系的影响也越来越大ღღ◈,直至闻名整个英国ღღ◈。到20 世纪30 年代ღღ◈,玻璃技术系和玻璃技术学会在特纳的统一领导下ღღ◈,其学术研究ღღ◈、应用和交流功能得到充分发展ღღ◈,吸引了包括中国和日本在内来自世界各国的学者ღღ◈。1950 年男同versios视频ღღ◈,特纳教授当选国际光学委员会首任主席ღღ◈。
光学玻璃的制造并非易事ღღ◈。它需要精确控制玻璃的成分ღღ◈、熔炼工艺以及后续的加工处理ღღ◈。与普通玻璃相比ღღ◈,光学玻璃要求更高的透明度和均匀性ღღ◈,这意味着在制造过程中需要严格控制杂质和应力分布ღღ◈。很长时期内ღღ◈,各国对于各种光学玻璃的成分是严格保密的ღღ◈。
王大珩在特纳教授的指导下ღღ◈,开始用分光光度测量技术进行玻璃的性质与光学研究ღღ◈。分光光度计是一种用于测量材料光学性质的仪器ღღ◈,它可以分析材料对不同波长光的吸收情况ღღ◈。然而ღღ◈,对于高度透明的光学玻璃ღღ◈,传统的分光光度计测量方法存在很大局限性ღღ◈。因为光学玻璃几乎不吸收可见光ღღ◈,测量信号非常微弱男同versios视频ღღ◈,容易受到杂质和应力的影响ღღ◈。为了解决这一问题ღღ◈,王大珩提出了一种改进的测量方法男同versios视频ღღ◈。他摒弃了传统的点光源ღღ◈,改用大口径的均匀散射光源ღღ◈。这种光源可以更好地照亮玻璃样品ღღ◈,使得测量信号更加稳定ღღ◈。通过这种方法ღღ◈,他成功测量了厚度达13cm的光学玻璃样品ღღ◈,在此之前ღღ◈,玻璃样品一般不能超过7mmღღ◈。
光学玻璃的成分对其光学性质有着决定性的影响ღღ◈。例如ღღ◈,铁离子是玻璃中常见的杂质ღღ◈,它会导致玻璃呈现黄色或褐色ღღ◈,从而影响透明度ღღ◈。特纳教授曾研究过玻璃中铁离子的价态变化ღღ◈,应用新的分光光度测量技术而ღღ◈,王大珩则进一步探索了铁离子浓度对光学玻璃性能的影响ღღ◈。
在实验中ღღ◈,王大珩在钠钙硅酸盐玻璃中逐步加入氧化铁(Fe₂O₃)ღღ◈,并观察其对玻璃光学性质的影响ღღ◈。他发现ღღ◈,当氧化铁浓度低于0.6%时ღღ◈,铁离子的离解度与光吸收呈线性关系ღღ◈。随着氧化铁浓度的增加ღღ◈,玻璃的颜色会从黄色变为褐色ღღ◈。此外ღღ◈,他还研究了氧化砷(As₂O₃)作为脱色剂的作用ღღ◈。氧化砷可以通过氧化作用将二价铁离子转化为三价铁离子ღღ◈,从而减少玻璃的黄色调ღღ◈。
直到1945 年ღღ◈,王大珩还与特纳合作发表关于氧化硼对玻璃性质影响的研究ღღ◈,以钠硼硅酸盐玻璃为对象男同versios视频ღღ◈。实际上那时候他早已离开谢菲尔德ღღ◈,但与特纳的研究工作仍长期保持联系ღღ◈。
在英国的学习经历中ღღ◈,最为关键的一步是进入昌司玻璃公司(Messrs. Chance Brothers)ღღ◈。这段经历不仅让他接触到光学玻璃制造的核心技术ღღ◈,还为他日后成为中国光学事业的奠基人积累了宝贵的工业实践经验ღღ◈。
在谢菲尔德的研究工作仅仅进行了一年时间ღღ◈,一个偶然的机会来到他的面前ღღ◈。其在《我的自述》中称ღღ◈:“我的英国同学汉德先生告诉我ღღ◈,英国昌司玻璃公司急需一位懂应用光学专业的科研人员ღღ◈,担任新型光学玻璃开发研究工作ღღ◈。这真是一个难得的机遇ღღ◈,我的祖国是多么需要这种技术啊ღღ◈!为了能学到制造光学玻璃的真实本领ღღ◈,我毅然放弃攻读博士学位的机会ღღ◈,抓住二次大战的时机ღღ◈,经汉德先生的推荐ღღ◈,离开学校ღღ◈,到昌司玻璃公司工作ღღ◈。”无可否认ღღ◈,王大珩留英最大的遗憾莫过于没有拿到博士学位ღღ◈。如果有一家公司值得王大珩放弃如此优越的科研条件和在望的博士学位ღღ◈,那只会是昌司玻璃公司ღღ◈。
昌司玻璃公司位于英国中部的伍斯特ღღ◈,是英国光学玻璃制造的先驱ღღ◈。早在1875年ღღ◈,这家公司就制成了英国最早的光学用途玻璃ღღ◈。一战期间ღღ◈,昌司公司作为英国唯一的光学玻璃工厂ღღ◈,承担了大量军事光学玻璃的生产任务ღღ◈。二战期间ღღ◈,随着光学玻璃需求的多样化ღღ◈,昌司公司进一步扩大了生产规模ღღ◈,并开始研发新型光学玻璃ღღ◈。
王大珩在昌司玻璃公司的工作主要集中在光学玻璃的配方研发和生产工艺改进上ღღ◈。他的工作内容不仅包括实验室研究ღღ◈,还涉及对生产过程的观察和分析ღღ◈。尽管公司规定他不能进入生产车间ღღ◈,但作为研究实验部的物理师ღღ◈,他能够接触到光学玻璃生产的各个环节ღღ◈,从而对生产组织形式和技术关键问题有了深刻的理解ღღ◈。
在昌司公司工作的5年里ღღ◈,王大珩参与了约300炉的玻璃熔炼实验ღღ◈,积累了丰富的实践经验ღღ◈。当时ღღ◈,光学玻璃的研究重点是通过添加新的氧化物来改变玻璃的性能ღღ◈,尤其是稀土氧化物的应用ღღ◈。比如ღღ◈,加入氧化镧可以让玻璃的折射率更高ღღ◈,而加入氧化钍则可以降低玻璃的色散ღღ◈。王大珩是英国最早研究稀土光学玻璃的科学家之一ღღ◈,他的研究成果为昌司公司申请了多项专利男同versios视频ღღ◈。
其中ღღ◈,最为重要的专利之一是含氧化镧和氧化钍的镧冕光学玻璃系列ღღ◈。这种玻璃主要用于摄像镜头ღღ◈,具有高折射率和低色散的特性ღღ◈。王大珩与同事合作ღღ◈,通过改变配方中各成分的比例ღღ◈,成功开发出5种不同性能的光学玻璃ღღ◈。这些玻璃的折射率在1.645到1.717之间ღღ◈,阿贝数(一种衡量色散的指标)在47.7到58.8之间ღღ◈,满足了不同光学仪器的需求ღღ◈。
除了镧冕光学玻璃ღღ◈,王大珩还参与了其他光学玻璃的配方研发ღღ◈。例如ღღ◈,他与同事合作开发了一种钡硼硅酸盐玻璃ღღ◈,其中加入了14.5%的氧化钍ღღ◈。这种玻璃的折射率为1.650ღღ◈,阿贝数为58.5ღღ◈,同样用于摄像镜头ღღ◈。这些研究成果不仅提升了昌司公司在光学玻璃领域的竞争力ღღ◈,也为王大珩日后在中国开展光学玻璃研究奠定了坚实的基础ღღ◈。
在英国申请专利ღღ◈,王大珩还谈到过一件趣事ღღ◈:“因为申请一个专利ღღ◈,要到专利局去ღღ◈,首先要我把手放在他的圣经上ღღ◈,说我讲的话都是真的ღღ◈。在这种情况下ღღ◈,我何必说我不信你的教呢?算了ღღ◈,我也就随大流了ღღ◈,你爱怎么样我就跟着走了ღღ◈。”
在昌司公司工作期间ღღ◈,王大珩还致力于光学测量仪器的改进ღღ◈。其中最为突出的成就是他于1945年创研的V-棱镜精密折射率测定装置(折射仪)ღღ◈。这种仪器主要用于测量玻璃的折射率ღღ◈,具有测量精度高ღღ◈、样品要求低的优点ღღ◈。现在ღღ◈,V-棱镜折射仪已经成为测量光学材料性质的经典仪器ღღ◈。1966 年ღღ◈,英国科学仪器展览会在天津举办ღღ◈,开幕式上还特地展示了这件当年由王大珩设计制造的仪器ღღ◈。
此外ღღ◈,王大珩还对玻璃的热处理性质进行了研究ღღ◈。热处理是光学玻璃制造过程中的一个重要环节ღღ◈,它能够确保玻璃在退火过程中达到物理均匀性ღღ◈。王大珩的研究成果为光学玻璃的精密退火提供了理论基础ღღ◈,进一步提升了光学玻璃的质量和性能ღღ◈。
此外ღღ◈,王大珩还研究了玻璃的热处理性质ღღ◈,这是保证光学玻璃精密退火以得到物理均匀性的理论基础ღღ◈。在昌司公司的5 年里ღღ◈,王大珩不仅掌握了光学玻璃制造中许多保密性很强的关键技术问题ღღ◈,还学会了一套从事应用研究和开发工作的思路和方法ღღ◈,特别是讲求经济实效的意识这对他回国后从事新技术创业和应用研究的开发工作ღღ◈,有着深刻的意义ღღ◈。
王大珩在英国10年的学习和工作经历ღღ◈,对其一生从事光学事业有着决定性的影响ღღ◈。这期间ღღ◈,他分别在帝国理工学院接受光学设计训练ღღ◈,在谢菲尔德大学师从特纳学习光学玻璃制造技术ღღ◈,并进入昌司玻璃公司生产实践ღღ◈。王大珩接触到英国光学技术ღღ◈、玻璃制造技术和工业的最前沿ღღ◈,他的研究涵盖光学理论ღღ◈、光学仪器及光学玻璃工业生产ღღ◈,为他开创中国的光学事业积累了宝贵的知识和经验ღღ◈。
然而ღღ◈,要成为一位卓越的战略科学家ღღ◈,专注科学训练是不够的ღღ◈。除了工作和学习外ღღ◈,王大珩在英国还接触到左翼思想ღღ◈,与钱三强ღღ◈、李薰ღღ◈、彭桓武ღღ◈、朱树屏ღღ◈、王承绪ღღ◈、柯俊等人交往密切ღღ◈。他们相约报国ღღ◈,在新中国科技事业的起步阶段ღღ◈,留英科学家群体发挥了较为重要的作用ღღ◈。关于这些故事ღღ◈,就需要我们用另外的篇幅展示了ღღ◈。太阳成集团官网ღღ◈,太阳成tycღღ◈,太阳成集团tyc234ccღღ◈!太阳成官方网站ღღ◈,澳门太阳城ღღ◈,tyc太阳成
