姚建铨:“激光致声”让网络通信穿透深海大洋

来源:海洋国家实验室    关键词:姚建铨院士, 固体九州体育,    发布时间:2019-04-15

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今天2019-19日,海洋试点国家实验室学术委员会成员、国家教育部科技委副主任、天津大学精密仪器与光电子工程学院教授、中国科学院院士姚建铨来到海洋试点国家实验室参加学术年会。会议期间,满头银发、精神矍铄的姚建铨院士接受了记者采访,介绍了他目前研究的“激光致声通信”技术情况。“简单的说,激光致声通信就是在空气中利用激光、在水中利用声波,通过机载激光对水的作用完成光波到声波的转换,把两种介质中最佳的信道物理场结合起来,形成了强大的技术优势,为空中与水下载体间的通信开辟一条新的技术途径。”姚建铨解释道

“与出席海洋试点国家实验室学术年会的很多专家相比,我算是行当差别较大的”,姚建铨微笑着说。姚建铨于1962年毕业于天津大学精密仪器工程系,1965年在天津大学完成研究生学业。但正当他满怀豪情壮志、意气风发,准备用自己的科研知识报国之时,却遇到了十年动荡的文革时期。姚建铨谈道,“我搞科研本该精力最旺盛的阶段遇上了‘文革’,没办法,后来我总想把失去的时间补回来,所以就拼命工作。”改革开放后,中国科研界迎来了创新发展的春天,从那时起他便像一个上了发条的时钟,每天都在争分夺秒、高速运转。

1981年,作为上世纪80年代中国第一批公派的访问学者,姚建铨赴美国斯坦福大学、加利福尼亚大学深造。对于这来之不易的学习机会,他抓紧每一分钟思考、学习。除了在实验室就是参加英文补习班,他甚至有时因为实验时间长,来不及吃饭就去补习班,饿得头晕摔倒。然而,就是在这样的艰苦条件下,他最终以优异的成绩完成进修任务。学成之后,面对导师的挽留,姚建铨婉言拒绝,放弃了国外优裕的生活和工作条件,毅然返回中国。因为在他心中,始终装着那个百废待兴的祖国,“祖国的需要,就是我的选择”。

回国后,由于实验条件简陋,姚建铨就用更多的付出来补足。别人工作八小时,他就工作十小时,几十年如一日,姚建铨用努力和汗水为中国激光研究赢得了一次次荣誉和盛赞。在高功率倍频激光领域,姚建铨发明的双轴晶体最佳相位匹配的精确计算理论,被国际学术界称为“姚技术”“姚方法”并广泛应用。在新型九州体育及应用技术方面,他成功研制了高效固体九州体育、可调谐九州体育、高效倍频系列九州体育等,均达到了国际先进水平。他还获得国家技术发明奖二等奖、国家教委及天津市科技进步奖二等奖共4次、中科院特等奖、军队科技进步奖一等奖、第36届尤里卡国际发明博览会金奖以及该博览会个人最高荣誉奖“一级骑士勋章”……

“海洋是国家战略资源的重要基地,提升我国海洋权益维护能力迫切需要研究水下通信动态组网技术和信息融合技术。”姚建铨说。但是,水下通信远比日常生活中通信困难得多。空中与水下的通信是各国正在研究但未完全解决的问题。由于海水导电率非常高,一般的无线电波进入海水,很快会被损耗掉,无法满足远距离水下组网要求,所以目前主要通过在海底铺设光缆,借助光纤传输信息。这让那些在地面和海面主要依靠无线电台收发电报的水下潜艇、无人潜水器等“行走”的深海装备无计可施。“问题是发展的重要引擎,科技发展的过程其实就是解决问题的过程。水下通信短板让我和海洋结缘。”姚建铨谈道。

研究发现,在透明的液体如淡水或海水中,当激光脉冲在能量和功率上均达到或超过该液体的作用阈值时,会产生声波,该现象称为激光致声。当从空中向水中发射一串带信息编码的激光信号,激光将在水中转换为声信号,水下目标接收该声信号并恢复编码信息,实现海气信道中空中到水下的激光致声通信。

“借助这个技术,在深远海环境下,水下潜艇与舰艇、浮标和其他节点之间就能建立可靠通信网络,构建空、天、水面、水下立体网络,实现海洋多维、多源、海量信息的采集和传输。”姚建铨介绍道。相比其他方式,激光致声通信机动性更强,隐蔽性更高,已经成为海洋强国、军事强国竞相发展的重要领域。“这不仅是学术发展的前沿,更是国家海洋发展的重大需求。”姚建铨说。相比欧美激光强国,我们在理论研究和基础实验上已经落后,不及时发展激光致声通信技术,我国难以在短时间内打破他国水下通信的技术垄断,战时将无法在信息战中抢占先机。

“有了海洋试点国家实验室这个大平台,我们将拥有更强大的专家队伍和平台支撑,突破机构之间隔阂,整合人才、平台、资源优势,集中力量办大事,激光致声通信定能取得突破性进展。”这位80岁高龄的院士自信地说,“作为海洋试点国家实验室学术委员会的一员,看到海洋试点国家实验室一步步成立、发展,感受到了国家发展海洋科研事业的信心和决心,感到十分欣慰和自豪。”