作者: 李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2016/7/27 9:49:39
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国内首个水下光学战略平台将启动
送海洋一个“光明之目”

 

■本报见习记者 李晨阳

今年5月底,中科院西安光学精密机械研究所(西安光机所)侯洵院士、副所长李学龙等一行人来到碧波环抱的青岛,与青岛海洋科学与技术国家实验室签订了一项战略合作协议,要将双方在光学和海洋学领域的研究优势结合在一起。

经过6月底到7月的一系列建设方案、运行预算等研讨会,“海洋光学联合实验室”的建设工作正式启动。

光学研究照进幽暗海水

对大多数人而言,“水下光学”或“海洋光学”,还是一个比较陌生的概念。

但对拥有300万平方公里内水和领海的中国而言,如何在海下睁开一双明目,看清海面之下的地貌、物产、过程等信息,是关乎国防安全、资源管理和经济民生的重要命题。

“意义重大”,是中科院院士侯洵对这一领域的评价。

人对外界事物的认知,有80%~90%都来自于视觉。但海水本身具备的高吸收、强散射等特点,给“看海”带来了很大的障碍。

“即便是在海水中吸收损耗最小的蓝绿色光,在海水中传播也不过十几到几十米,这在应用上远远不够。”侯洵告诉《中国科学报》记者,“水下光学的研究,就是要解决这些问题。”

潜艇活动和对潜通讯,需要直观的光学图像;水产养殖行业需要水下观测系统来辅助管理;对水下光的合理利用,能帮助实现水产的增产和疾病防护;再加上水生生物光合作用研究、海洋资源的探索……水下光学的应用渗透进军事、民生、科研等方方面面。

然而,出于种种原因,我们国家在这一领域的发展程度还远远不够。市场上,大约90%的水下光学设备都来自国外。

即便在研究更为深入的国家,这一学科的发展也受到海水散射、吸收性质的强烈制约。“从国际整体来看,水下光学特别是海洋光学的应用,都不是太理想。各个国家都在加紧这方面的研究。” 先进光仪室副主任吴国俊说。

28年夙梦焕发新生机

说起西安光机所和“水下光学”的缘分,从1988年就开始了。

时任所长的侯洵,看到水下光学这一领域的研究前景。后来当选中国工程院院士的中科院沈阳自动化所所长蒋新松,当时正牵头研发“水下机器人”,得知机器人需要专门的水下光测系统,侯洵便从蒋新松那里“要来”了这个项目。

西安光机所的“水下光学项目组”就这样成立了,研究员陈良益带着一群学生,研制“深潜1000米水下照相机”。这种胶片照相机不仅要能在水下实现清晰成像,还要耐受深水内压。项目组用很好的作品交上了答卷。

据陈良益介绍,这期间水下光学项目组先后开展了水下高速微光电视、光学水听器等方面的研究工作,培养了一批优秀的研究生,为水下光学这一学科的拓展和延伸,作出了很重要的贡献。

然而,在那个年代,国家和学界对水下光学研究的重视程度普遍不足。相比所里同时发展的空间光学等领域,水下光学的研究步伐要缓慢很多。对陈良益和他的团队来说,那种与水下光学紧密“切题”的项目其实并不常有。

如今,28年过去了,国家对海洋的重视、对水下光学研究的认识都有了长足的发展。对即将投身进海洋光学联合实验室的科技人员来说,他们对研究前景有着更多的信心和期待。

“青岛海洋国家实验室是一个很好的平台,我们希望借助这个平台,把我们所在这方面取得的技术基础更好地用在国家相关海洋探测中。”吴国俊说。

值得期待的新平台

现在,光谱成像重点实验室主任胡炳樑和他的团队,已经处于整装待发的状态,只等青岛那边的实验室装修好后,就一起“搬家”。

对胡炳樑而言,转战之后的科研目标,已经勾画得相当清楚。他们将研究海洋火山爆发的特性、海水纵深剖面的水质特点、海下地形地貌等。

“利用过去的技术,我们只能看到简单的地形地貌,但是这些形态是由什么组成的,我们并不知道。”他说,“如果发展光谱成像技术,利用珊瑚、礁石等产生的特殊谱信息,就能对地形地貌及其属性进行详细判断。这在测绘史上将是跨越式的发展。”

他们的研究还有很大的转化和应用空间,包括水质监测仪、水下可视化捕鱼器、海底观测摄像机等。此外,水下光谱学还能应用在虾种的选择、鱼病的检测、养殖密度和集群密度等参数的获取上,有望促成智能化的水产养殖业。

对于这样的愿景,胡炳樑显得很期待:“西安毕竟是内陆城市,与海洋研究相关的储备并不全面。但是青岛海洋国家实验室这个平台,凝聚了非常广泛、深入、系统的海洋研究经验,这样能有效缩短我们对研发需求的调研,也更容易在学术交流中迸发火花;此外,这里已有的密封、高低温等设备,也大大降低了工程化开发的难度。”

胡炳樑团队是即将奔赴海洋光学联合实验室的4个西安光机所团队之一。“据我所知,还有很多团队希望加入到海洋光学的大事业中。”胡炳樑说,“我相信,随着工作的开展,未来会有更多的科学家参与进来。”

《中国科学报》 (2016-07-27 第4版 综合)
 
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