张希成与太赫兹技术

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位于纽约州特洛伊的仁斯利尔理工大学创建于1824年，是英联邦国家中最早的理工科大学。在这所大学里，只要提起张希成教授，人们都会异口同声地告诉你，“他是一个杰出的物理学家，也是我们大学的骄傲”。

今年59岁的张教授1981年留学美国，早年攻读光学与半导体专业，目前是世界范围内最早从事太赫兹（T-RAY）科学与技术研究的带头人。所谓的太赫兹科学，就是研究电滋波中的某一段，但这段电滋波能“看透”许多东西。100多年前，在红外天文学上人们曾提到太赫兹，但在科研和民用方面很少有人触及。在微波、可见光、红外等技术被广泛应用的情况下，太赫兹发展滞后的主要原因在于缺少探测器和发射源，直到近10几年，随着科研手段的提高，人们在这一领域的研究才有了较大发展。

张希成教授说，太赫兹不能代替X光，但却有X光做不到的一些长处。X光和超声波能发现物体的轮廓和状态，但却无法侦测物体的化学性质，无法分辨爆炸物品和药品的区别，然而太赫兹却有这种本领，这对国际上的反恐斗争具有特别重要的意义。对目前人类发明的上百种类型爆炸物和地雷，太赫兹已能识别出其中的50多种。最新的进展是在30米左右，太赫兹就能准确地发现爆炸物品。当然，30米并不是什么了不起的距离，但其实用价值非常大，与其它安检手段相比，这已是独一无二的成就了。

美国政府在反恐方面的投资非常大，日本也投入了几千万美元进行研发。张教授说，在工业领域，已有50多个公司参与或资助他的研究工作，他们介入的原因是太赫兹有“非损伤探测”的商业利用价值。如今，美国宇航局已正式将张教授研制出来的成果，作为该局检测各种材料的手段。

张教授估计，在未来数年内，太赫兹技术应用最广泛的领域首属安检和反恐。近期张教授所写的一篇文章，专门谈到“太赫兹光谱与成像在国防和安全方面的应用”，指出太赫兹对各种爆炸物和指纹，都有非常清晰的成像功能。与目前机场的常规安检设备相比，采用太赫兹安检技术的最大优点在于安全性好，因为太赫兹能量小、震动与转动谱可用光学与化学进行探测、辐射量极小，其对人体的辐射能量比X光小100万倍，因此不会对人体造成脱发等辐射性伤害。

张教授认为太赫兹在未来的一些应用主要有：工业太赫兹系统能被用于国防安检和质量控制应用，而且太赫兹通讯体系为安全提供史无前例的频带宽度，超高清晰度的无线视频。太赫兹传感系统对环境研究和空间科学很有吸引力，太赫兹成像医疗系统能用来诊断、治疗某些癌症等疾病。太赫兹/远紫外线系统可以研究分子水平的动态成像。亚洲和欧洲已投入了大量的资金到太赫兹科学与技术研究中，并且已建成了几个主要的国家项目和国际研究中心。例如X射线和太赫兹同步源和一个具有强太赫兹源的非线性太赫兹光谱仪一个新概念是将结合太赫兹光子、电子和等离子体技术，发展多尺度的太赫兹光子、电子和等离子体元件，能大幅降低新型太赫兹系统的成本，太赫兹技术应用于医疗、安全和工业领域的时代即将到来。

张教授认为太赫兹源的发展过程中的有两个里程碑：第一个是证实了在可见或近红外波段通过使用短激光脉冲产生脉冲太赫兹。这个工作是80年代末90年代初由Gerard Mourou, David Auston, and Dan Grischkowsky首创。第二个是太赫兹量子串级激光器的发展。1997年Federico Capasso的研究团队证实量子串级激光器产生红外持续激光，2002年，Alessandro Tredicucci从量子级联激光器获得了红外持续激光。不久之后，麻省理工学院的胡青教授制造了一个更好用更灵活的太赫兹量子串级激光器。该发明打开了工业应用之门，并且推动了许多研究的进步和发展。另外，高强度太赫兹源的发展很可能成为第三个里程碑。高蜂值功率的太赫兹波，它可以由倾斜的光学波阵面入射到LiNbO3或气体中，双色激光混合产生等离子体辐射得到。这个情况为研究基础太赫兹科学提供了新的机会。

科研与教书育人相结合

与张教授接触过程中，记者发现张教授笑口常开。细问原因，张教授说他对人生和事业有许多感悟，对名利看的也很淡泊。这里面原因有二，一是年轻时有过在怀柔下乡插队的经历，不怕吃苦，勇于奋斗，懂得什么是“来之不易”和“知足长乐”，二是6年前大病一场，“死里逃生”后，对生活的看法改变了许多，更愿意做好事，做善事，回馈社会，每天都在迎接新的一天，这样自然就活得很快活了。2004年东南亚发生海啸，张教授就一次性捐出讲课费1万美元。

平日，张教授不仅指导学生掌握最新试验技术，还教导他们如何做人，而他的方法又有独特之处，那就是组织他们到中国“上山下乡”。有一年，他自费带13个美国学生到中国搞社会实践，出发前对他们说：“当年我来美国洋插队，现在你们和我回中国上山下乡。”我带他们看了许多中国的城市，也带他们到农村，他们看到了农村的大土炕、做饭的大铁锅，也看到了农民用的简易厕所。

经过3周的考察，他们返回美国后写的考察报告都非常感人，因为他们看到了真实的中国，对中国的和平发展也有了深刻的了解。更为重要的是，通过比较，他们内心都在反省。这些都对他们的做人原则和学习态度，产生了非常重要的影响。张教授认为，中美之间这种深层交流和学习是互动的，其结果也是双赢的。

作为太赫兹科学领域的领头人，张希成教授在谈及自己的成功时，特别不忘记早年在国内中学和北京大学所受的教育，感谢老师们为他打下了扎实的基本功。张教授的学生来自世界各地，他们毕业后回到各自祖国，都成了科研、医学等方面的骨干力量。可以这么认为，仁斯利尔理工大学的太赫兹研究中心，也是一个培养专业人才的摇篮。

      

2014年，国际红外、毫米波和太赫兹波学会Kenneth J Button奖委员会宣布了电磁频谱科学领域最高奖结果张希成由于在太赫兹时域光谱技术与应用领域的突出贡献，荣获2014年Kenneth J Button（简称K. J. Button或KJB）奖。K. J. Button奖为红外、毫米波、太赫兹波领域的国际最高奖，由英国皇家物理学会（IOP）组织评审与颁发。该奖自1990诞生以来，每年表彰一位在毫米波—红外线领域作出杰出贡献的科学家。中国科学家朱国瑞教授(台湾)、刘盛纲院士(成都)和沈学础院士(上海)获得2001、2003和2006年K. J. Button奖。

张希成于1981年获得北京大学物理学士学位，1986年获得美国布朗大学物理硕士及博士学位。1984年——1991年先后在麻省理工学院（MIT）、阿莫科研究中心（Amoco ResearchCenter）和哥伦比亚大学（ColumbiaUniversity）从事研究工作。期间担任美国物理学会、美国电气与电子工程师协会及美国光学学会委员。张教授是美国科学基金会获得者，也是多家学术期刊杂志的编委，累计在国内外期刊发表了论文300余篇、参与了20多本书及相关章节的编写工作、拥有26项美国专利。获得过J. Erik Jonsson杰出科学教授，Meggers奖和William Streifer科技成就奖等众多荣誉。1992年进入伦斯勒理工学院任教，伦斯勒理工学院太赫兹研究中心主任。现任美国罗彻斯特大学光学研究所所长、教授，华中科技大学武汉光电国家实验室（筹）教授和太赫兹光电子学研究团队负责人。

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