我国首台高速相机诞生记

赵宗尧

摘要：

       龚祖同院士(1904-1986)是新中国光学事业的奠基人之一，曾任中国科学院西安光学精密机械研究所(简称西安光机所)首任所长和中国科学院西安分院首任专家副院长(兼)，是新中国光学玻璃材料、高速摄影与光子学、纤维光学、光电子学领域的创始人和开拓者。

　　龚祖同院士(1904-1986)是新中国光学事业的奠基人之一，曾任中国科学院西安光学精密机械研究所(简称西安光机所)首任所长和中国科学院西安分院首任专家副院长(兼)，是新中国光学玻璃材料、高速摄影与光子学、纤维光学、光电子学领域的创始人和开拓者。1981年，美国电影及电视工程师协会为表彰他在高速摄影与光子学领域做出的杰出贡献，特向他颁发了福托-索尼克斯(Photo- Sonics)成就金奖，是我国科学家中获此殊荣的第一人。

　　高速相机是光机电一体化的高技术，是高精尖仪器。它是观测武器爆炸、弹道轨迹以及核爆炸等高速瞬态过程不可或缺的重要设备。由于它的重要性，巴黎统筹委员会历来对我国实行禁运。中科院为了打破这一技术封锁，1962年决定成立西安光机所，其主要任务是研发高速相机，为发展我国原子能事业和国防建设服务。同时，指派著名光学专家龚祖同先生出任所长。

　　1963年初，在制订年度科研计划时，龚所长胸有成竹地提出研制“三幅电光快门高速相机”的计划，并作为年度的重点项目来完成。

　　一天，龚所长和我深谈了关于研制高速相机的总体设想。他说，电光快门高速相机原来只能照一幅图像，我们要将三台同样的电光快门高速相机用电的方法“捆绑”为一体，在一次瞬态过程拍摄中获得三幅不同时刻的图像照片，而且每台相机的曝光时间都要达到1微秒，以填补国内高速相机的空白。

　　在龚所长的带领下，西安光机所组建了一个电光快门高速相机研制团队，委派我是电控课题组组长，并责成我为项目的总体协调人。

　　刚成立一年的西安光机所，实验室还在建设中，附属工厂也正在筹建。在这种极度困难的情况下，龚所长坚持“边干边建”的建所方针。他说:“时间不等人，必须一边搞科研，一边搞建所，做到两不误。”在他的领导下，大家心往一处想，劲往一处使。他鼓励研究人员亲自采购所需的一些关键材料、器件和仪器，认为这样买回的东西更合用，不致造成浪费，同时把实验室建设也带动起来了。我们做实验急需一种特殊的高压闸流管。它是控制电光快门曝光达到1微秒的关键器件，又是当时国家严格控制的军品。为此，我曾去北京两次，通过多种途径，终于买到了性能指标符合要求的这一关键器件。

　　工作开始后，龚所长首先带领我们到陕西省图书馆和西安交通大学图书馆等部门，亲自指导我们查阅文献。在当时，对大多数刚从学校毕业的人来说，这是非常重要的一步。他又以渊博的知识和丰富的经验，在文献调研的基础上，指导我们制订具体研制方案。

　　他深知电光快门高速相机的核心技术是电光快门的制作及其对快门的控制，所以对快门制作组和电控组的工作抓得特别紧。在研制过程中，龚所长经常到这两个组轮流蹲点指导，把他的想法耐心地讲给大家，对出现的问题进行认真地分析指教。

　　我们电控组在研制中遇到两大难题。一个难题是如何研制出1微秒脉宽的高压单脉冲发生器，控制电光快门达到1微秒的曝光时间。另一个难题是如何将三台相机“捆绑”为一体，实现在一次瞬态过程拍摄中自动控制三台相机，拍到不同时间点的三幅图像照片。对此，龚所长极力支持我们创新。他反复强调，在科研上是没有平坦道路可走的，要敢于创新，勇于克服难题，不要怕失败，失败是成功之母。在他的鼓励下，我们终于完成了一个符合要求的三幅电光快门高速相机控制系统，实现了高速相机全自动拍摄的目标。

　　他虽是一位著名的老科学家，但他毫无学术权威作风，总是那么平易近人，耐心教导我，我在和他的工作交往中大受其益，令我至今难以忘怀。不仅对我如此，凡是向他讨教者，都受到他诲人不倦的指教。

　　在他的带动下，大家加班加点，苦干加实干，终于在当年七月份完成了实验室阶段的研制任务，并在实验室条件下拍到了曝光时间为1微秒的高压放电产生的等离子体照片，标志着这项任务已基本告成。这是国内首次获得如此短的等离子体曝光照片，填补了国内空白。

　　这一科研实践引起了上级领导和有关专家学者的关注。曾先后有中共中央西北局第一书记刘澜涛、书记高克林，以及中科院有关领导钱三强、王淦昌、竺可桢等前来西安光机所参观指导。他们在龚所长的陪同下到实验室参观时，我向他们一一做介绍，并进行现场演示。拍到的等离子体照片，获得了大家的认可。龚所长那时的心情显得非常之好。一个星期六的晚上，他来到实验室，一则是关照我们加班做实验，二则是告知我明天(星期天)九点陪他到兴庆宫公园会见一位西安交通大学的老朋友。第二天，我们如约一同前往。在公园里，我们和西安交通大学的老朋友一起畅谈，轻松地度过了一个上午，吃过中午饭后才返回所里。事后才知道，这是龚所长忙里偷闲、特意安排的一次放松活动，至今忆起此事我心里依旧十分感动。

　　在此期间，我有一次到北京出差。龚所长说:“地球物理所赵九章所长对我们的电光快门高速相机非常关心，你去把研制情况向他汇报一下，拿上拍的照片让他看一看。”在一个星期天的早上，我到赵九章所长家里(当时他住在中关村地区的中科院家属区专家楼)按龚所长的嘱托办了这件事。赵所长听了很高兴，并让我带口信向龚所长祝贺、问好!由此来看，老科学家之间在研究上互相关心支持，已成为一种优良作风。

　　最后，进入高速相机的整机安装和总体调试阶段。经过多次整机拍摄，表明相机性能达到了设计要求，最后通过了鉴定。这是建所以来完成的首台高速相机，也是我国拥有自主知识产权的首台高速相机。

　　注：赵宗尧，86岁，中国科学院西安分院高级工程师，曾任处长。

　　本文源自：《我心向党 科学报国 - 科学家精神在这里闪光》，科学出版社，2021