中国科学院上海光学精密机械研究所学科简介

一级学科中文名称:光学工程

英文名称:Optics engineering

 

一、学科概况

1、学科发展概述

光学是一门具有悠久历史而又与时俱进的学科,其历史可追溯到2000多年前。19世纪初,杨氏双狭缝干涉实验与解释标志着波动光学的初步形成;在20世纪初,光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波;热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等证明了光的量子性——波粒二相性。此后,光学开始进入了一个新的时期,由认知阶段向应用阶段拓展。光学工程学科在原有光学仪器方向的基础上,开拓了信息光学、激光光学、激光光谱学、瞬态光学、生物光学等新的研究方向。20世纪50年代,博立叶光学与激光全息术的结合,形成了光学信息处理学科。光纤通信就是依据这方面理论的重要成就,它为信息传输和处理提供了崭新的技术。1960年,梅曼红宝石制成第一台可见光的激光器。此后,激光拉曼光谱学、高分辨率光谱和超短脉冲,以及可调谐激光技术的出现,使激光光谱学成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。

二十一世纪是光子学的世纪,是光学工程与其它前沿学科交叉融合的世纪,是信息光学、激光光学、大型先进光学仪器装备拓展应用的世纪。美国的哈勃望远镜,兆焦耳级大型激光驱动器NIF装置是光学工程的光辉典范。而凝聚态物理研究、光纤基互联网、生物分子光学、超精密半导体制造技术也是光学工程学科方兴未艾的研究领域。

而上海光机所是国内首批被国务院学位委员会批准具有光学专业硕士学位博士学位授予权和首批设立光学专业博士后流动站的单位之一。1997年根据国务院学位委员会文件精神要求,光学仪器专业不设二级学科,改为一级学科光学工程。

上海光机所光学工程学科历史上主要以激光工程为研究方向,其中包括高功率、大能量钕玻璃激光器装置及其相关核心单元技术。在2003年,我所荣获全国“光学工程”一级学科第二名。

2、学科现状

目前,光学工程学科分为四个研究方向:(1)高功率激光技术与工程;(2)空间激光与信息处理技术;(3)光学仪器与微纳光学技术;(4)信息存储技术。

上海光机所光学工程学科点学术队伍强大,导师队伍实力雄厚。目前共有两院士3名,突出中青年专家5人,在岗博士生导师18人。

王之江院士、邓锡铭院士(已故)等科学家曾研制出我国第一台红宝石激光器,为我国光学工程学科的发展做出了巨大的贡献。在多位院士领衔的老一辈科学家的带领下,我所光学工程学科具有崇高的学术声望和相当的国际影响。上海光机所光学工程学科点一直承担着国家863高技术计划、973项目、国家自然科学基金等众多国家级重大科研项目。近五年来,项目总计295项,其中千万以上的项目23项,总经费在十亿元以上。

专业实验室面积总合计19096平方米,拥有5个专业实验室,其中一个为中科院重点实验室,两个省部级重点实验室;50万以上仪器设备52台,仪器设备值总计17453万元。本学科培养点已经建立了完备的一流硬件平台,已经建立起科研教学,生产平台,测试,实习和生产技术培训等层次分明、完整配套的科学人才培养体系。

3、科研成果、人才培养成果

多年来,光学工程学科的项目先后获得国家科技进步一等奖1项、二等奖1项、省部级一等奖3项,中科院科技进步一等奖2项、上海市科技进步一等奖6在光学工程方向累计获得授权发明专利268项。

本学位点分别在1996年和2000年被遴选为中国科学院博士生培养重点基地。2004年被批准为中国科学院—第三世界科学院奖学金学者培训基地。近五年来,光学工程学位点已培博士生210名、硕士生129名,在学博士生107名、硕士生157名,共有近50名研究生荣获中国科学院院长奖学金等各项冠名奖学金。

二、学科内涵与特色

1)高功率激光技术与工程

研究对象与领域:围绕聚变用高功率驱动器研究,分别在方案与系统、关键激光分系统、关键技术单元等三个层次开展研究工作。

以邓锡铭院士(已故)和王世绩院士领衔开创的上海光机所高功率激光技术与工程研究方向是我国高功率激光驱动器研究的开创者与奠基者。主要研究方式是面向国家重大需求,依托高功率激光大型装置平台开展相关研究工作。其主要特色是研究基础雄厚、层次丰富,既有综合设计模拟,又可以开展相关硬件单元的工程研制,注重多学科的协调与融合,为各类人才提供学习和科研的基础条件。该专业分别在上述三个层面开展设计与模拟以及综合集成研究。具体研究方向包括种子源技术;高能超短脉冲技术;大口径光机系统与工艺技术研究;固态激光技术研究与应用。

主要学科带头人:

林尊琪,中国科学院院士,博士生导师。组织并完成神光II精密化项目,获胡刚复物理奖及多个省部级奖项。

滇元,中国工程院院士,博士生导师。长期从事大型激光装置的研制及应用。先后参加1010,1011瓦和1012瓦高功率玻璃激光系统研制,其中当时最大的"激光12号实验装置"1990年国家科技进步一等奖,获得首届陈嘉庚奖。

朱健强,研究员,博士生导师。现任高功率激光物理联合实验室主任。“国家中长期科技发展规划激光聚变重大项目预先研究”项目首席科技专家。近年来负责国家大型驱动器项目的组织领导工作。曾获何梁何利技术科学奖等多项奖励。著有《光学机械设计原理》。

2)空间激光与信息处理技术

研究对象与领域:针对激光技术及其空间应用中的重大物理和工程问题,围绕我国未来在空间科技领域的发展战略,开展相关激光技术与应用研究工作。

其特色研究方向是空间激光载荷技术;空间激光通信技术;空间激光遥感技术;空间机械电子学。主要研究方法是通过直接参与和承担空间激光载荷研制、对地观测系统和空间激光通信系统等国家重大科研和工程任务,培养学生解决空间激光载荷和空间通信系统中的复杂物理和工程技术问题的能力。

主要学科带头人:

王之江,中科院院士,博士生导师。是我国光学仪器与激光技术的奠基者和开拓者。在光学设计领域造诣深厚,领导研制成中国第一台激光器。

陈卫标,研究员,博士生导师。中科院百人计划,现为中科院上海光学精密机械研究所副所长,兼任上海市红外与遥感学会秘书长。

3)光学仪器与微纳光学技术

其主要研究领域是围绕高端EUV光刻机技术及其应用,光学生物传感、光学干涉检测、光散射测量、精密光电测控等先进光电检测技术的研究及其应用研究。

特色研究方向:信息光电子技术;高端光刻机技术;纳米干涉检测技术;生物医学光学成像技术;先进光传感技术;偏振光技术与应用。研发的多种光刻机原位检测技术在我国第一台自主研发的高端光刻机上得到了成功应用。开展的多种新型光学生物传感技术,为北京奥运会和上海博会的安全运营提供了技术保障。

主要学科带头人:

王向朝,研究员,博士生导师,入选中科院“百人计划”。作为项目负责人先后完成国家863计划、国家自然科学基金项目等二十余项科研任务。

黄惠杰,研究员,博士生导师。负责实施并完成了多个国家及省部级项目。

4)信息存储技术

研究对象与领域:主要研究激光与存储介质相互作用中的微观光学机制、光电调控技术和光电信号处理方法等。

本方向有特色的研究主要包括:全系列光存储材料的静态和动态光学测试平台;新型光学的高密度信息存储技术;研究开发了特殊的原子力显微镜、扫描探针近场光学显微镜和磁力显微镜;特殊显微镜物镜;激光直写纳米光刻机研究。

主要学科带头人:

徐文东,研究员,博士生导师。先后主持过十余项国家、中科院和上海市的研究课题和十多项企业技术开发项目;申请发明专利五十余项。

三、培养对象与目标

1. 培养对象

有志于光学工程研究与应用的物理学、光学、电子、机械、信息与光电技术等专业的本科毕业生。

2. 本学科培养点的人才培养目标

本学科授予工学硕士博士学位,培养德、智、体全面发展的学术型和专业性硕士博士研究生。通过培养,可使研究生具有前沿性的视野,掌握本领域的最新学术进展与动态,锤炼严谨而有效的研究思维,并能够运用所学知识于工程开发实践,具备从事光学工程领域、前沿交叉学科中光电技术及应用领域的研发能力。