云南大学校庆99周年感怀——60年经历剪影

李俊昌

2022年4月20日，迎来母校云南大学校庆99周年。作为1962年考入云大物理系的学生，弹指一挥60年过去了。“30年河东，30年河西”，回顾这60年的经历，改革开放后，在云大物理系受到的出色教育改变了我的人生历程！ 我高中毕业于昆明第一中学（前排右二），身高1.51米，体重37.5公斤。1962年9月进云大校门时守门人将我当为“小毛孩”多次拒之门外，学校发的校徽带上后才开始能顺利进学校。当年守校门的老师傅在我大学毕业后十多年都因此还记得我。
进大学一年便出奇地身高长了20公分，毕业时已经1.73米（前排左二，背景是当年的大课堂，现为庆来堂）。上世纪60年代的云大物理系，其名气不低于北大物理系。据目前还健在的云大前辈告知，1953年全国大学物理系统考四大力学，云大获得两个第一，一个第二及一个第三名，独占鳌头。云南大学物理系因此在全国享有盛名。 大学期间开始了文化大革命，本来1967年该毕业的到1968年底才离开学校。那时的中学生常到大学与大学生一起闹革命，这是离校前和当年老同学及几位高中生的合影（我在第二排左三，背景是物理馆）。 文革停课闹革命的两年不能学习自然科学，但有时间发展业余美术爱好，绘画创作能力得到极大的锻炼。这是1968年为庆祝云南大学成立革命委员会时为当年“校报”创作的刊头画。 1968年，和全国早该毕业的大学生一样，我们被分配到部队农场大学生连接受解放军的再教育。由于是全军事化管理，每人每个月只有一个周日可以请假6个小时离开营房。能够批准外出的学生通常是到离营房两里路的“蚂蝗沟”湖去游泳及洗衣服。这是一幅衣服洗好后放在草地上晒着时，我们一群大学生的幸存纪念照（我在后排正中）。 周末留在营房的大学生可以有时间发挥自己的才能，在小提琴及手风琴的伴奏下放声一乐（我是右二，背景是1970年防地震自己建成的临时居住棚）。 在部队农场的两年种了两季水稻，两季甘蔗，两季花生。我学会了放牛、犁田、放羊及养猪种菜。当了三个月炊事班长的经历让我能组织做一百多人的饭菜。1970年4月拍摄的这张照片中，包含来自北京、上海及河北等多所大学的学生。离开农场时，部分同学留部队参军，多数被再分配到工厂当工人，继续接受工人阶级的再教育。 我被分配在工厂工作了十年。由于不能从事物理专业的工作，原来业余的美术爱好基本变成了专业。主要工作是为单位及上级部门的“大批判专栏”画刊头、漫画及插图；一年一度被借调去进行云南省电子工业产品展览的美工设计……为今后前途着想，开始认真学习绘画，多次参加云南省文化厅组织的美展创作组体验生活及创作，参加省美术展览，并出版连环画。 然而，用严谨数学表示的物理学始终是我钟情的学科。1976年文革结束，通过数年的努力，1980年终于调入昆明理工大学任教，1984年被学校派往法国进修激光技术。虽然大学没有学习过激光理论，但当年在云大物理系受到的出色教育让我能读懂近代光学名著《傅里叶光学导论》。基于该名著中相干光成像的近似理论，在强激光整形变换领域取得被国外采用的成果。回国后在学校的支持下成立了激光研究所，从此，在激光应用研究领域开展了30多年与法国四所大学联合培养博士生的教学及科研合作。 1995年开始在昆明理工大学接待并指导法国巴黎高等工业大学的留学生。当时的主要研究内容是材料表面激光热热处理中的激光传播、激光对金属材料的热作用及金属材料的相变计算。由于学校实验条件差，我让留学生按照我在国内承担的国家或省自然科学基金的需要在国外做好实验，带到昆工进行理论分析与计算。在完成他们的学位论文的同时，我也完成了国内承担的科研工作。 1995年出版的《激光热处理优化控制研究》专著总结了与法国的10年合作研究成果。上世纪80年代末我国教育部代表团访问法国时，中国工程院副院长师昌绪先生是代表团成员。法方向代表团介绍了我在法期间提出并被法相关部门采用的强激光整形系统，该光学系统的理论研究后来写入该书。《激光热处理优化控制研究》出版时，非常荣幸师昌绪先生为该书作序。

1998年为承担“数字信号处理”课教学任务，上课的经历让我系统学习了以离散傅里叶变换为基本计算工具的数字信号处理理论。基于新学习的知识，较好地总结了一套衍射的数值计算理论，让标量衍射理论中的基尔荷夫公式及瑞利—索末菲公式不但能够利用FFT进行计算，而且导出满足取样定理应遵从的计算方法。为便于计算光波通过傍轴光学系统的衍射，基于矩阵光学及瑞利的成像理论，从新的研究途径导出了1970年美国学者柯林斯Collins按照程函理论导出的衍射计算公式。基于该成果，导出成像系统像光场复振幅的准确计算公式。该公式修改了光学名著《光学原理》及《傅里叶光学导论》的近似理论。这些研究工作于2002年写入受科技部资助出版的《激光的衍射及热作用计算》专著。当认识到研究成果的价值后，部分成果在2007年及2021年才先后整理成研究论文在杂志发表。

1999年昆明理工大学与云南工业大学合并为新的昆明理工大学。我非常幸运地与原云南工业大学激光所长，云南大学老校长熊庆来之子熊秉衡教授共事。在熊秉衡教授的热情帮助下，我逐渐熟悉了全息理论与技术。通过近20多年的科研合作，我和熊秉衡先生结下深厚的友谊。在信息光学研究领域，我们除合作发表研究成果外，共同出版过两部专著及一部教材。我们都是上世纪60年代云南大学物理系的毕业生，这是2016年在会泽院前的留影。 熊秉衡教授所领导的研究团队在大景深全息拍摄研究领域取得过国际领先的成果。诺贝尔奖获得者杨振宁曾到云南工学院激光所参观熊秉衡教授拍摄的全息照片。由于两校合并后的激光所有较好的从事信息光学研究的实验条件。为了不依赖国外实验条件更好地开展国际科研及教学合作，我将研究工作逐渐转到数字全息的理论及应用研究方向。

基于法国学者的介绍，2005年我和法国知名的数字全息研究专家PICART教授联系上。此后，不但与该专家建立了联合培养博士生的关系，而且基于合作研究成果，于2012年在法国巴黎及英国伦敦共同出版了法文及英文版的“数字全息”专著。

与法国学者联合出版专著的科技合作得到法国政府的关注与支持。通过近三年日以继夜的努力，法文及英文著作终于出版。这是2012年9月法国教育及科学研究部长Vincent Peillon收到巴黎出版的法文专著时给我的祝贺及感谢。

2015年在清华大学的讲座

衍射计算是近代光学研究中的难题。2004年后，先后应邀在法国里昂应用科技学院、香港城市大学、法国巴黎光学院、法国缅茵大学、四川大学、西北工业大学、成都光电所、中国科学院研究生院、中国科学院力学研究所、清华大学、北京邮电大学、南开大学、天津大学、国防科技大学、北京理工大学、中国科学院大学，北京工业大学、台湾师范大学、广州中国科学院先进技术研究所、上海光机所、云南大学、河北工程大学、云南师范大学......等国内外二十多所大学及研究院所进行相关理论及应用研究的讲座。

让我最感高兴的是10多年前能够回到母校云南大学，为物理学院的研究生及年轻教师讲述了我受云大物理系教育取得的成果。 由于国内外均没看到对衍射的数值计算进行系统介绍的专著或教材。为适应信息数字化时代的需要，我与熊秉衡先生编著了一部专著——《信息光学理论与计算》，2009年由科学出版社出版。 然而，该书篇幅太大，虽然深受科技工作者欢迎，但较难用于本科及研究生教育。于是，我和熊秉衡先生重新编著了《信息光学教程》，该教程第一及第二版先后于2011年及2017年出版。第二版被科学出版社列为“普通高等教育十三五规划教材”，被国内清华大学等多个知名院校采用为本科及研究生教材或主要参考书。 曲面光源的衍射计算是近代光学研究中的一个难题，虽然国内外有不少研究报导，但其计算均较繁杂。2013年在台湾师范大学的讲座后，借助于该校郑超仁教授实验室的高质量空间光调制器，我总结的曲面发光体的快速衍射计算理论在数字全息3D显示实验中得到证明。相对于当时流行的点源及面元算法，在同等分辨率下该计算理论的衍射计算速度提高了一个数量级。研究成果2014年形成美国应用光学杂志的邀请论文发表。

为较好地总结20多年从事衍射计算及数字全息的研究成果，2012年着手《衍射计算及数字全息》专著的撰写。上述研究有效补充了当年正在撰写的专著内容。 经国内北京理工大学等光学专家评审，《衍射计算及数字全息》获得我国科技部资助，列为“十二五”国家重点出版规划项目于2014年由科学出版社出版。该书出版时，非常荣幸得到中国工程院院士，清华大学金国藩先生撰写的序言。
我是学习光学名著《傅里叶光学导论》第一版的相干光成像理论开始科学研究生涯的，对该名著有深厚感情。2017年《傅里叶光学导论》的英文第4版不但介绍了光波通过光学系统衍射计算的柯林斯公式，而且对衍射的数值计算也进行了讨论，成为一部内容更丰富的近代光学经典著作。然而，第4版仍然保留了第1版只能近似计算像光场振幅分布的理论，该理论与诺贝尔奖获得者玻恩—沃耳夫（Born & Wolf）所著《光学原理》中等晕区近似下描述的成像理论相似。50多年来，两名著中的相关干光成像的近似理论一直被国内外专著及教材广泛引用。2017年，我将2002年在《激光的衍射及热作用计算》一书中导出的准确计算公式进行了认真讨论，写入适用于国内本科及研究生教学的《信息光学教程》第二版。期望能为相干专业的研究生及科技工作者在该领域的理论及应用研究发挥积极作用。
与法国学者PICART教授联合培养的博士生先后于2010年及2018年在昆工答辩。2018年的答辩非常荣幸地请到我国光学界的年轻才俊，上海光机所的周常河研究员及清华大学的曹良才教授主持答辩会。让我高兴的是我的母校，云南大学物理与天文学院的普小云及杨睿两位教授是答辩委员会成员。 2002年发表于《激光的衍射及热作用计算》以及2017年发表在《信息光学教程》第二版的相干光成像研究改写了50多年国内外一成不变的近似理论。由于该理论涉及对世界光学名著理论的修改，所有杂志对该研究工作的发表均持谨慎态度。在2016及2017年间曾经在国内外多个著名杂志的投稿得到的回答基本是：“理论推导无误，但不适合在本杂志发表，建议投稿到其它杂志”。通过不懈的努力，2021年6月及10月，体现该研究成果的第一篇及第二篇论文终于在国内《光学学报》及《激光与光电子学进展》发表了。 发表于光学学报的这论文基于所导出的相干光成像理论，不但重新定义了成像系统传递函数的物理意义，而且从理论上证明，光学名著《光学原理》中假设的等晕区不存在。 发表于激光与光电子学进展的论文通过理论分析及实验，将所导出的相干光成像理论与现流行的近似理论进行比较，直观地证明了计算理论的正确性，被列为该杂志的特邀论文......

在此，要衷心感谢2020年国防科技大学周朴教授的邀请，让我在研究生暑期学校作线上讲座，向来自国内外90多所院校的研究生及科研人员较详细地介绍了该研究成果。同时，也衷心感谢国内对这两篇论文的每一位评审专家。

相干光成像的计算理论在现代光学检测中具有重要意义，由于长期以来没有准确计算理论。著名科学杂志《Nature》2016年的论文“Standardizing the resolution claims for coherent microscopy”在引用顾德门教授在《傅里叶光学导论》中介绍的近似理论时，期望科技工作者能够建立根据实验结果获取带有振幅及相位的理想像的数学方法。

2021年8月，基于相干光成像的精确计算理论，我在中国光学学会全息与光信息处理专业委员会年会上作了“数字全息像的全场探测及波前重建研究”邀请报告，较好地回答了这个问题。 邀请报告的内容已于2022年7月再次发表于《光学学报》。值得高兴的是，相干光成像的精确计算理论虽然在2002年科学出版社出版的《激光的衍射及热作用计算》专著以及2017年科学出版社出版的《信息光学教程》（第二版）中作了介绍，但毕竟两书在一定程度是中文发表的“自媒体”，以上三篇论文的发表实际上是通过科学杂志在国内外充分肯定了该理论研究成果。该成果将有效补充国内外信息光学教材的内容，并在近代光学应用研究中发挥积极作用。

为庆祝云南大学百年校庆，今年4月20日云大开启为期一年的庆祝活动，其中，包含重要的学术交流活动。我非常荣幸能将改革开放后近30年来在国内外的出版的专著、教材及相关科学研究资料捐赠云南大学档案馆。 回顾改革开放后能够较好地从事科研的经历，由衷感谢当年云大物理系受到的出色教育。

数学家及教育家熊庆来1937年到1949年任云南大学校长，他在抗战烽火中筚路蓝缕，含辛茹苦，把云大建设成一座国内外知名的综合性大学。解放初期云大的成就与熊校长呕心沥血地为云南大学的发展作出的杰出贡献分不开。明年是校庆100周年，怀着对老一辈科学家及教育家的崇敬及对母校的感恩之情，经过近五年的努力创作，中、英、法三种文字“熊庆来画传”的出版将为云南大学百年华诞的庆典做出一分贡献。

编后记

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文革蹉跎了我们这一代最有创造力的年华。1970年从部队农场再分配时，无论分配到哪一个单位，大学生仍然是被工农兵继续再改造及教育的对象。多数同学被分配到云南边远县城工厂当普通工人，一些被分配到山区当小学教师的同学要到达目的地时，乘坐两天汽车及一天马车后，还得自己背着行李走一天的山路……那时，结合专业工作完全不可能，能够到离省城昆明最近的地方有一个工作，已是奢望。
我是被分配到昆明工厂工作的幸运者，其原因是在部队农场期间多次被部队及邻近县城抽调去从事宣传工作，或者去画毛主席像，或者为阶级教育展览画插图及布展。再分配时，部队曾打算让我留部队搞宣传。但与此同时，云南省政府派人到农场大学生连队挑选有较好美术基础的大学生，为当年的样板戏作舞美设计，我被选中了。大约是双方相持不下，一个到昆明工作的名额虚位以待......我最终被告知是分配到厂址在昆明的云南无线电厂......
改革开放迎来我国科学发展的春天。十年文革中止了十年高考，文革开始时在校的初中一年级到高三的学生基本都下乡当了知青。1977年恢复高考后，我成了我所在工厂的年轻工人——返城知青报考大学的补习班老师，每天晚上在工厂为年轻人讲授高中的数学物理。十年文革也让大学里能够从事自然科学教育的年轻师资奇缺，通过几年的努力，1980年我终于从工厂调入现昆明理工大学任教，特别幸运的是1984年赶上我们这一代出国学习的末班车。为了挽回失去的光阴，时至今日，每天早晨6点便开始了一天的工作与学习。当年云大物理系老师们给予的出色教育，为我打下重新学习新知识的坚实基础。

美国工程院院士顾德门（Joseph W. Goodman）教授的《傅里叶光学导论》是50年来在国内外最具影响的光学著作。2018年，为庆祝该名著第4版的发表及第1版发表50周年，美国奥兰多专门组织了一次国际会议。当年我并不知道第4版是否完善了相干光成像理论，直到2020年看到科学出版社出版的顾德门教授的《傅里叶光学导论》第4版的中文译本后，才知道该近似理论形成后，50年来没有任何改变。

2020年8月我在国防科技大学暑期学校的视频讲座——“相干光成像理论及应用”分别放在清华大学云盘及中国光学前沿在线网，其网址分别是：

https://cloud.tsinghua.edu.cn/f/20d812f80176496dbd76/

http://opticsjournal.net/columns/online?posttype=view&postid=PT210112000094qWtZw

有兴趣的读者可以链接上网进行较详细了解。

必须指出，虽然我所做的上述研究修改及完善了相干光成像理论，但相干光成像只涉及玻恩—沃耳夫所著《光学原理》及顾德门教授所著《傅里叶光学导论》两名著中篇幅十分有限的内容。两部名著将始终是从事近代光学研究的科技工作者应认真学习和研究的经典著作。

1962年考入云南大学物理系的都是学习优秀的学生，然而，由于历史的原因，大学毕业后十多年，通过艰难的努力最终能够从事与物理专业相关工作的同学不到20%。我只是我年级的普通一员。如果改革开放能够提前十年，我们班的许多优秀同学会做得更好。