激光前沿路 科研促应用 —访清华大学电子工程系高以智教授 | 校友专访
高以智 1936年出生于浙江省新市镇，1953年自北京师大女附中考入清华大学无线电系电真空器件专业，1958年毕业。于1956年提前抽调为该专业助教，1960年调入半导体教研组调研、筹备量子电子学方向新专业。1965年升为讲师。1970年末赴清华大学绵阳分校，1978年返京。20世纪80年代初升为副教授，1991年升为教授。1971年至1988年任激光教研组副主任，1988年至1996年任激光教研组主任，2001年退休。
1950年，高以智以优异成绩考入位于西单辟才胡同的北京师范大学女子附属中学（今北京实验中学）。那是建国之初火热进取的年代，校园里洋溢着一种昂扬向上的精神风貌，人人勤奋好学，崇德树人。师大女附中是北京师范大学的附属中学，只要毕业，无需参加高考，即可直接升入北京师范大学。但高以智认为：精金百炼，骐骥千里，又何妨一考！至今她还记得，做出这一决定的高考前一年，师大女附中曾组织班上同学前往清华大学参观，情景历历在目。
年少结缘清华园
时值夏末，清华园内，青砖黛瓦的中式庭院与券柱拱门的西洋建筑中西合璧，交相辉映，大草坪开阔平坦，碧草如茵，远近胜景，尽入眼帘。步出清华大学西校门外，但见一片片的翠绿果园，梨树上果实累累，她和一个同学赶去，凑钱买了一个梨。一口下去，细腻纯甜，清冽满口，真个是：落尽梨花果实香，景美果甘。从此，在她的记忆深处，清华园内外便留下了“清风澄夏”的难忘一观。五十年代初，新中国万象更新，北京作为首都，在五一、国庆等重要节日都会举行庆典游行、晚间广场集会。这一年高以智正在读高三，清华大学电机系的一个班学生邀请她所在班全体同学前往天安门广场举行联欢。十一的夜晚，天安门广场上欢声笑语，烟火璀璨，舞曲悠扬，“迎春舞”、“狂欢舞”、“大家跳”等大型集体舞，将无数年轻人的心凝聚起来，沉浸在这激情澎湃的时刻。在那朝气蓬勃的年代，目睹新中国的蒸蒸日上，师大女附中与清华大学的青年学子在共同追求理想的道路上，结下了勤勉奋斗的缘份。
清华电机系即将毕业的学生凌瑞骥（后来曾任清华电机系总支书记）又在师大女附中组织了电机方面的课外活动小组，高以智和班上一位女同学贺坚莹参加了这一课外小组。凌瑞骥在课外活动小组提到，清华大学准备成立一个新专业——电真空器件专业，以填补我国不能制造电真空器件的空白。对此高以智深有体会，她家里正好有一台收音机，可是电子管坏了，购买电子管产品需从国外进口，而且必须向公安部申请，非常麻烦。在师大女附中时，化学课上讲解元素周期表，她好奇于周期表背后的规律，回家后深入探究、思考，渐渐地，产生了对化学的兴趣，原本想报考化工专业。听了凌瑞骥的介绍后，毅然决定放弃化工，和贺坚莹一起改报清华大学电真空专业。
1953年，高以智与贺坚莹顺利考入了清华大学无线电工程系，成为新设立的电真空技术专业的一名学生。到校后，才知道原来贺坚莹的表哥张克潜就是筹建这个专业的青年教师。入校当天，秋高气爽，云轻风淡，清华园内笔直的高杨耸立道旁，此前未见，却又似曾相识。入学后，由于她基础厚、底子好，各门功课无不驾轻就熟。每学期6、7门考试都采用口试，20分钟准备一三道题目，在老师面前，她不仅现场详解题目本身，往往还能引申触类，融会贯通，因此总能获得满分。对于清华繁重紧张的学业，她迅速适应，平时还能保持中学时代看小说的习惯。记得临考之前，她会独自来到工字厅后的水木清华，荷叶亭亭，莺啼婉转，满池烟絮，在优美的景色中消化一学期学到的知识，疲劳时以看小说调节神经。恍然间她发现，自己与清华结缘仿佛已有了年头。
初试教研多受益
三年级暑假，高以智在北京家中，忽然接到电话，通知马上返校。回校后得知，系里已决定让她“留校任教”（学制5年），并令立即前去报到。1956年夏天，高以智所在的电真空专业管八一、二两班一共60名同学，有8人改学半导体，8人提前留校任教，高以智是其中之一。那年她20岁，直接当上了班主任。新生来了，其中不少年龄比她还大，她身着一条花裙子参加中秋班会——人称“来了个小姑娘老师”。
留校以后，除了继续学习部分课程外，她主要参加电子管课程设计和教学实验辅导，并接手前任老师留苏后遗留的一个阴极科研小专题。并与江剑平同往科学院电子所，学习新型阴极方面的研究。进入大跃进时期，清华对大炼钢铁等实际采取了应付的姿态、却开始发动群众大搞科研。在这种形势下她大胆提出了一个星期研制出钡钨新型阴极的指标，随后，赶赴电子管厂等各处搜罗材料，与职工一起搭建了真空高温炉，并着手研制新型钡钨阴极。初生牛犊不怕虎，误打误撞，居然在六天之内得到了发射——但时强时弱，时有时无。尽管方法多有不当，但首次接触科研，她体会到了“锲而不舍，金石可镂”的巨大力量；那股奋发图强的精神更持续激励着她，使她这个在生活中相当胆小的女子在科研中有一点敢打敢拼的精神、日进有功已成为那段难忘岁月的最佳注脚，让她受益良多。
激光领域获大奖
1960年，量子电子学的新研究热点有蓬勃兴起之势，以原子钟和固态微波量子放大器（受激辐射微波放大，MASER）等已成为新的研究热点，以铁氧体为代表的新磁性材料也受到了重视。无线电系领导层就从电真空、半导体、无线电物理三个专业抽调高以智、田立生、陈效建、李瑞伟等组成量子电子学组，调研、筹备新的量子电子学专业。其间适逢世界第一个红宝石激光器诞生，1962年周炳琨留苏归国，明确了以激光技术为学科发展方向，与高以智、石秉学、陈效建等组成激光科研组，隶属于半导体教研组。科研组人员边调研学习，边进行一些自选专题研究。同时通过指导毕业设计，培养一些学生。其总目标是筹建激光专业。在这期间做出了红宝石激光器的实验装置并获得了高峰值功率调Q光脉冲。
昌平虎峪村被称为200号，核电新技术的孕育之地，在此清华大学核能与新能源技术取得了重大突破。1965年，在全校掀起了学习“200号”的热潮，颂扬自力更生精神。时值周炳琨等人参加四清运动，而为了筹建激光新专业，一些本校和复旦大学毕业的新教师和系协作单位十院进修人员的到来使激光科研组骤然膨大。且已为预期的激光专业以半导体专业的名誉招了半个班的学生（寄存在半导体专业）。高以智与科研组成员深感过去三、四人小组时的自选专题科研方式已不能满足形势需要，应该像200号那样，做出对社会有用的实际贡献，以此带动新专业建设。随后，在一次展览会上，留校的青年教师刘国存邂逅常州第二电子仪器厂书记，了解到仪器厂也希望进军新的产业，却苦于缺乏技术与途径。在与厂方共同调研中，高以智、刘国存获悉总参测绘局亟需激光航空测高仪以精确测绘地形。很快，厂校达成合作协议。但向系领导汇报时，系领导并不同意，原因之一是觉得这个小组只是做过些自选专题，从未承担过正式的科研任务，而一下子接一个要上飞机的军工任务，总参对任务要求又很高，是否能完成是个问题。并且作为在职研究生的高以智本应着手论文工作。在高以智汇报了技术方案和措施，并提出任务完成后保证写成研究生论文后，系领导批准了这一项目，激光航空测高仪的研制项目正式开启。
总体方案确定后，第一步是进行发射、接收望远镜光学元件的设计，那时，连计算器都没有，于是只能采取笨办法：全组人员借用数学教研组的手摇计算机分头进行光学元件的计算，如果大家的结果一致就算正确，不一致就重算。然后，据《系史》记载：“1966年春，由高以智、刘国存和十院协作队的赵先尧带领几名半6班的学生到常州第二电子仪器厂。利用几年来掌握的知识和所做的专题研究经验，结合工厂的具体情况，很快就完成了机械设计，并绘制出全部光学和机械部分的图纸。正当等待加工，准备装调之际，爆发了‘文革’，下厂人员被全部被召回学校。1966年11月趁着大串联，学校无人管辖之际，四清归来的周炳琨，和高以智、诸庆麟、谢志铭、刘国存、赵先尧等又借革命大串联之名回到常州第二电子仪器厂。那时工厂生产也已不正常，但尚来完全停顿，好在加工已经完成。经过日夜奋战，终于调试出高功率红宝石激光器和计数器。后来形势更加混乱，研制工作只能时断时续，研制组成员多次奔赴常州、西安，和工厂及部队的技术人员一起联机调试,终于制成初步样机。”
这是高以智所在科研组首次开展“硬碰硬”的科研项目。1968年激光航空测高仪的首次试飞取得成功，并由常州第二电子仪器厂生产，交付部队使用。该激光航空测高仪于1978年荣获全国科技大会奖。对于高以智来说，这也是首个较为成功完整的科研项目。不过，原来答应系领导的研究生论文自然因文化革命而破产。
绵阳分校铸意志
1969—1970年，高以智在半导体教研组的工艺线上当“氧化”工人。有一次奉命参加学校召开的关于新专业建设的座谈会，看到何东昌等原校领导已解放参会，原本胆小的高以智斗胆发言，引用毛主席“激光很重要，要给他们饭吃”的最高指示，提出下厂开门办学，在接受再教育中加快建设激光新专业的要求。经同意后又提出希望周炳琨也能一起下厂（当时不知道周在那里，后来才知道他早已去绵阳。）
1970年春，高以智、刘国存、谢志銘、赵华凤、杨雪郁由北京出发到达无锡光学仪器厂，不久，又惊喜地迎来了自绵阳到达的周炳琨、姚敏言（物理教研组）、姜亚南和潘安培（精仪系），汇合后组成下无锡光学仪器厂小分队，为某部队研制炮兵测距仪。由于已有测高仪的经验积累（测距仪无非是水平方向），只需精度等指标加以提高即可，秋后野外实地测距成功。小分队成员各自撤回原地，回京人员受命于年底前搬迁绵阳建立激光专业。为了去绵阳后能顺利开展科研与教学，高以智与周炳琨、姜亚南三人还抓紧赴绵阳前的有限时间去五机部争取到炮兵测距仪的任务，订购了几台光学镜片加工研磨机和镀膜机，同时走遍校内的废品仓库，搜罗到一批可用器材，如瓶装氦气、氖气和抽真空机械泵等。
1970年12月底，高以智等抵达绵阳，开始了长达8年的绵阳分校生活。搬迁绵阳后，在无锡下厂小分队基础上吸收了精仪系的李克兰及一批“新工人”和青工， 约20余人，从半导体教研组分出，在绵阳分校正式成立了最年轻的激光教研组，并逐渐形成了一支近40人的教学科研队伍。
炮兵测距仪的设计，仍由高以智担任，由分校201车间加工，有的金属材料分校没有，只好到绵阳城里的工厂求援。那时由分校去城里的汽车只有早晚各一趟，有一次高以智去工厂求得一根特殊金属棒，但已错过返程汽车，只能手持金属棍，步行三小时，天黑后才回到分校。许多器材必须到成都去采购。新的科研任务虽然提高了指标，条件虽然艰苦，但由于已有激光测高仪和破兵测距仪的经验，所以很快完成，并由”新工人”潘安培和赵华风下部队试用。但可笑的是任务已宣告完成，分校教改组却发现经费尚未到达（想必所需费用均由教改组垫付），于是，探亲回京的高以智只得担起催讨经费之责。
高以智和“新工人”一起组装测距仪用激光器（于绵阳分校）
高以智负责教研组的教学工作，经常随学员下厂，并随学生至平武参加抗振救灾。在绵阳期间，激光教研组增设了气体激光器科研方向。原计划周炳琨参加气体激光科研，高以智留在原有固体激光及测距仪方向。但是新从基建岗位上下来的男性新工人力气太大，不是拧断玻璃活塞就是忘了放大气返油，真空系统经常返修。无奈，只能把本是学电真空，又力气小决不会拧断活塞的高以智也调入气体激光组。该组研制成功长寿命氦氖激光器，相关成果转给了成都一家温度表厂，并在高以智带学员下工厂期间，帮助该厂产出了该厂第一台氦氖激光器。
《激光原理》成经典
文革结束后，各大院校都有意开设激光专业，但苦无教材。电子部正好组织成立了教材编写指导小组（教学指导委员会），在西安召开了首次教材编纂会议，参加会议的廖延彪接受了两个任务：清华大学与天津大学合编《物理光学》，与成都电讯工程学院（即成电，今电子科技大学）合编《激光原理》，并确定了出版计划、经费。此时正值高以智等搬迁回京，准备迎接正式招生的大学生之际。与其他教研组不同的是，激光教研组只招过工农兵学员，从未招过正规的大学生，真正是毫无教学积累，编写教材迫不及待。激光教研组周炳琨、高以智、陈家骅等等承担了合编《激光原理》的任务，撰写了除谐振腔（由成电负责）之外的所有部分。
《激光原理》1-7版
《激光原理》教材于1980年出版，填补了国内空白，并已成为国内同行公认的名优教材，曾被清华大学、天津大学、哈尔滨工业大学、东南大学、电子科技大学等高校的相关专业采用为本科生、研究生教材或参考书，并被指定为全国相关专业自学硕士生考试的参考书。
在以后三四十年中，《激光原理》因受到高校相关专业及科研单位相关领域研究人员的欢迎而年年加印，取得了良好的社会效益。1987年《激光原理》获电子工业部优秀教材特等奖，1988年获全国高校优秀教材奖，2001年获北京市教育教学成果（高等教育）一等奖。高以智等所授“激光原理”课程也被评为“清华大学一类课”。因编写《激光原理》教材、及参与“光电子系列课程建设”，1993年，周炳琨、高以智等于1993年获北京市教育教学成果（高等教育）一等奖；1997年，因“《物理电子学与光电子学》重点学科建设”，获北京市教育教学成果（高等教育）一等奖。
激光原理课和光电子技术基础课教师和实验课教师在讨论教学内容
如今来看，《激光原理》教材的各部分内容基于长期教学实践积累，内容兼收并蓄，充类至尽。科技在不断发展，激光领域又处于前沿，因此每过数年便有刊改。比如，当年尚无光纤放大器，后来其问世后，由于光纤联通，光泵与信号光均为纵向传输，处理方法大不相侔，故增加了相应内容。《激光原理》教材1—4版印数约10万册，2004出版的5版重印5次，印数达25000册，2009年出版的6版已印4次，印数已达21000册，目前《激光原理》已是第7版，仍然每年加印，盛况不减。
超短脉冲拓应用
1979年回京后，激光教研组的研究方向逐渐转为以信息光电子学为主。其中，光孤子的研究源自一个偶然的机会。高以智从事半导体激光器超短光脉冲产生的研究已有多年，但尚未付诸应用——没有应用就没有前途。90年代初，廖延彪教授受邀参加一个研讨光纤中光孤子传输的研讨会，但他不想参加。而高以智正在寻找半导体超短脉冲激光器的应用机会，就想到替他参会找找机会。但她并不知道光孤子为何物，为此她花了一天时间看了一些有关光孤子的文献，初步了解了光孤子传输原来是利用光脉冲在光纤中传输时的非线性效应克服色散展宽效应，以使长距离传输时光脉冲宽度不变的一种手段，对于长距离光通信有重要意义。但仍一知半解。到会后才知道原来是已从事多年光孤子多年光传输理论研究的东南大学向基金委提出了设立光孤子传输重点基金课题的建议，于是国家自然科学基金委召开此次会议研讨设立此重点研究课题的必要性和可能性。与会大多数专家都认为此课题很重要，但太难了，半导体激光器超短光脉冲的产生与测量，光纤放大器等都是大难题，设立的重点基金后如何实现是个大问题。
八十年代初期，组装氦镉激光器
听了几个报告后，高以智就惊喜地发现他们所说的大难题不就是我校已经研制成功的半导体超短脉冲激光器和即将研制成功的光纤放大器吗，所需脉宽的测试也已经突破，光孤子传输不就是我们苦苦寻找的极妙应用吗。于是她当机立断，向一位专家要了几张空白胶片，借了一管水笔，匆匆写了几张胶片，并要求发言。发言中介绍了清华研究利用0.8微米和1.3微米半导体激光器产生超短光脉冲、脉宽测试的方法和成果，以及1.5微米光纤放大器的研究进展，并提出了实现光孤子传输的方案建议。发言后，与会专家和基金委领导都兴奋不已，原来实现光孤子传输技术的许多难题清华大学已经解决或正在解决，立项有望、纷纷希望清华大学能参与这项科研。
八十年代中期的高以智
回京后，高以智立即向基金委，提交了“光孤子传输”重点基金的建议和申请，经答辩表决后，由东南大学和清华大学共同承担“光孤子传输”重点基金，项目首家建议单位东南大学为第一承担者，清华大学为第二承担者，分到35万元经费。随后，1550nm的超短脉冲产生与脉冲宽度测量很快突破，当彭江得教授组研制的光纤放大器获得成功后，立即成功地实现了1550nm、2.5GHz光孤子在21公里光纤中的无畸变传输，并组织了成果的专家鉴定，获得了很高的评价。随后，基金委有关成员将此作为一个成功范例，在公开刊物上发表了一篇如何选题和选择支持单位的总结经验文章，认定需要选择确有研究基础和能力的单位作为支持对象才能获得迅速成功。随后，基金委又主动向清华大学补充支持了数十万元经费，用于后续研究。
《光孤子通信技术基础研究》
梧桐已着秋色，石阶堆黄，院落清和，清华园的一隅，我们与高以智教授交谈良久。岁月倏忽，此时距离她当年第一次踏进这片园子已近七十载。如今退休在家且已无法独立行走的的她，仍然看看小说，做做数独，绣绣花，虽然身已残不能行，但思路犹敏，不输当年。仍过着轻松惬意的晚年生活，早已沉寂了青春年代的火热激情，她为之奋斗一生的激光事业也后继有人。但追忆往昔，在老一辈电子人的领航下，她与周炳琨等电子人筚路蓝缕，一同参与建设激光专业，不仅获得建树，取得荣誉，更因之强国富民、造福社会，其中让高以智教授体会最深的是，作为科研教育工作者，一定要看准方向，敢为人先，大力促进发展与国家需要联系最紧密的科技应用。一番谆谆嘱托，一片殷殷厚望，是清华电子人代代传承的心声。瞬间，让人仿佛回到了从前那段青春永驻的时光：在那茵茵芬芳的大草坪上，在那翠绿成荫的果园里，依旧回荡着朗朗动人的笑声。
采访合影
采访 | 陈宏伟、张洪明、霍力、乔元春、万军
撰稿 | 万军
排版 | 付蓉
责编 | 乔元春