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发表于
2009-2-5 23:50:17
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1952 年，他在《电信科学》杂志第２期上发表了《毫米波波导传输的一些问题》。这是国际上早期研究毫米波的论文之一。５０年代后期，国家科委将毫米波波导传输列为国家重点项目（即３０１工程）。黄宏嘉旋即受聘于中国科学院电子学研究所任微波传输研究室主任。该所与苏联科学院无线电技术与电子学研究所建立合作关系，苏联著名科学家卡杰林堡（Б．З．Ｋаченеленбаум）来我国进行合作研究。并于１９５９年，电子所在北京敷设了一条长约１公里的埋地波导实验线，成功地进行了电视及照片的传输。黄宏嘉结合工程实践对毫米波传输的基础理论进行了深入的研究；
在微波传输理论基础研究中，黄宏嘉的突出贡献，在于他建立了自己的理论体系。二次大战后，各国对毫米波波导传输都倾注了巨大的力量进行实验研究和相关的基础研究。在基础研究上有许多悬而未决的理论问题亟待解决。其中最主要的是研究电磁波在既具有横向不规则性，又具有纵向不规则性的波导传输线中传播特性。这是一类很复杂、很难严格求解的电磁场边值问题。在微波研究中，将波导传输中可能存在和数学上适合运用麦克斯韦方程并满足波导边界条件解的每一种场结构都称为一种模式。在实际波导中，由于存在着各种各样的不规则性，如截面的微小变化，传输线走向的转弯，结头处的错位等，使得可能存在的各种模式间发生功率转换即耦合。耦合模式理论就是研究模式及其功率转换的一种基本分析途径，是微波波导传输中的重要基础研究；
为了研究第三个模式对弯波导中两个强耦合模式的影响，黄宏嘉对当时数学文献中一直没有解决的Ｎ阶变系数微分方程组的求解进行了潜心的研究；于１９６１年在我国《数学学报》第１、３期上发表了《缓变系数法》的论文，并在同年的全国第一次微分方程学术会议上作了以此为题的报告。该论文在国际上最早提出了Ｎ阶变系数微分方程的求解方法，从而使Ｎ个模式发生耦合的传输特性得到了解决。同年，苏联科学院出版的题为《缓变系数不规则波导理论》（《Теория Нерегулярных Велноводов ｃＭедлеＨно Ｍеняюшимися》Параметрами，В．Ｚ．Ｋаценеленбаум，１９６１）专著中引用了黄宏嘉的方法和主要公式。继后，黄宏嘉结合３０１工程实际中提出的问题，进行了多项带概括性的研究。一项是提出了“波导壁的阻抗微扰概念”，把不同型式的波导不规则性对电磁波传输的影响统一地用阻抗微扰所产生的模式耦合来描述并导出了各种不规则性的阻抗微扰解析式。与此有关的论文《Ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ＩｍｐｅｄａｎｃｅＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ａｓ Ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ》发表在外文版《中国科学》（《ＳｃｉｅｎｔｉａＳｉｎｉｃａ》）１９６５年第３期上。另一项研究，是将耦合模式理论的数学方法，即正交函数的展开作了进一步发展，使之不仅能用于单一波导中的模式耦合，而且也可用于多个波导不同模式集之间的耦合。其他有关模式耦合的研究，如离散耦合，各向异性媒质中的模式耦合，空腔中的耦合等，黄宏嘉的研究都取得了令人瞩目的成果。１９６３～１９６４年，黄宏嘉的１００万字专著《微波原理》由科学出版社出版。该著作用耦合波理论的统一观点描述了一系列微波基本原理。书中有许多内容是黄宏嘉本人的研究成果，从而在微波波导传输中确立了他自己的理论体系；
黄宏嘉的《微波原理》的出版，在国际微波理论研究界引起广泛关注。国内外许多学者评论这部书时，认为这是一本“为中国人争气的书”。加拿大一位华裔科学家认为“这是一部继柯林的《导波场论》之后又一微波巨著”。黄宏嘉的“耦合模式理论研究”成果，在１９７８召开的全国科学大会上被授予重大贡献奖；
黄宏嘉也是我国光纤学科最早的创导人之一。在单模光纤研究领域，他是我国最早的开拓者。他于１９６５年撰写的《从微波到光》的论文，论证了从微波波导到光波导的发展，并建议开展光波导的研究。“文化大革命”，使他的这一有重大价值的建议被搁置十年之久。但就在这十年多的时间内，光纤技术研究，由于其独特的优点及经济价值而得到飞速发展。波导传输研究用于光纤成为主要方面。毫米波波导传输的研究成果，仍具有科学实践的重要意义，只要对它的基础研究的理论——系统的模式耦合理论做些必要的补充和发展，就能用于光纤传输问题；
黄宏嘉在光纤传输的模式耦合理论方面，其主要贡献是在已有理论框架的“理想模式”和“本地模式”之外，提出了“超模式”的概念，并在数学上利用变元矩阵相似性导出了理想模式、本地模式和超模式三者间的变换公式，使理论研究得到突破；从而将微波与光纤的模式耦合理论建立在三种模式的完整理论体系上，使微波传输与光纤传输问题得到统一而完整的处理，对微波与光纤的实践和发展具有普遍的指导意义。黄宏嘉的这一超模式概念，经过多次国际光纤学术会议讨论（１９８０年在加拿大魁北克，１９８１年在美国旧金山，１９８３年在中国桂林，１９８４年在西德莱森堡，１９８５年在意大利威尼斯），逐步得到国际上的承认和重视；
在文献上，“超模式”并不是前人未曾用过的术语。外国科学家曾用这个术语来描述复杂波导中的本征模。黄宏嘉的贡献是用此术语来描述非均匀、非正规波导中的准本征模即“超模式”，并在数学上找出了“准本征模”和本地模及理想模三种模式集之间在Ｌｏｗｅｙ意义下的相似性。黄宏嘉所得的结果比美国数学家凯勒得到的类似结果要早两年；
１９８１年，黄宏嘉的《耦合模式和非理想波导》（Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍｏｄｅｓ ａｎｄ ＮｏｎｉｄｅａｌＷａｖｅｇｕｉｅｄｓ）的论文专集，在美国纽约理工学院（原布鲁克林理工学院）出版。１９８４年，他与澳大利亚国家科学院院士斯奈德（Ａ．Ｗ．Ｓｎｙｄｅｒ）教授共同主编的《光波导科学》（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）论文集在荷兰ＭａｒｔｉｎｕｓＮｉｊｈｏｆｆ出版社出版。同年，黄宏嘉的专著《耦合模式理论及其在微波与光纤传输中的应用》（Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍｏｄｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｓＡｐｐｌｉｅｄ ｔｏ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ ＯｐｔｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）在荷兰科学出版社出版。近年来，由Ｅｌｓｅｖｉｅｒ出版社（阿姆斯特丹，牛津，纽约，东京）陆续出版的题为《光波科学与技术》丛书，包括了法、德、意、美、中各国著名科学家的专著，由黄宏嘉任主编。在研究光波导基础理论的同时，黄宏嘉对发展中国自己的光纤技术，投入了大量的精力进行实验和探索。７０年代末，光纤研究的主流究竟是多模还是单模，国际上也还不十分清楚。黄宏嘉提出了单模光纤研究的主攻方向。他在１９７９年调到上海科技大学任副校长之后，立即在大学内创建了波科学研究室，并与当时分属电子工业部和国家机械委员会的传输线研究所和上海石英玻璃厂合作，大力开展单模光纤的研究。他的研究，得到了国家科委、上海市科委和学校领导的支持。经过一年多时间的努力，攻克重重难关，终于研制出了中国最早的单模光纤。这项成果在１９８０年５月召开的国际激光会议上公开宣布。这次国际会议组织的“光通信展望”专题讨论会，由黄宏嘉和美国贝尔实验室柯尼克博士共同担任主席。会上，贝尔实验室的科学家认为我国制成的单模光纤处于当时“国际平均”水平。１９８２年５月，黄宏嘉领导的小组又完成了上海市重点科研项目“单模光纤研究”。同年６月，由上海市科委主持通过了鉴定。由３名中科院学部委员和国内主要光纤专家组成的鉴定委员会，对这项成果给予了高度评价：“这项成果不仅填补了我国在这一重要科技领域的空白，而且以较快的速度赶上了国际水平。”消息在国内报导后，香港和国外报刊随即转载并加以评论。１９８５年底，由黄宏嘉领导的研究组，完成了国家“六五”攻关项目“单模光纤技术”的研究。并在北京邮电学院和上海交通大学的配合下，进行了１４０和４００兆比特、３０．７公里无中继传输系统的实验，获得了成功。１９８６年２月２５日，受国家科委委托、上海市科委主持通过了对这一成果的技术鉴定； |
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