加拿大華人科技之星IEEE微波理論與技術協會主席：吳柯

2016-10-10 by:CAE仿真在線來源:互聯網

吳柯

2014年,吳柯獲頒魁北克獎。

吳柯辦公室的書架上,擺滿了他獲得的獎章與獎牌

吳柯在實驗室指導博士生做研究

他在微波、毫米波、光電與微電子領域中大名鼎鼎。他早在2001年就當選為加拿大歷史上最年輕的工程院院士,2005年又當選為加拿大皇家科學院院士。他領導著世界著名的POLY-GRAMES微波和太空電子先進研究中心,又親手創建了由12所大學組成的國家射頻電子研究中心。他在世界一流科學刊物和會議上發表的論文已逾千篇,被引用超過2萬多次。 2014年,他當選為2015-2016年度IEEE國際微波理論和技術協會主席,并成為加拿大魁北克最高獎——魁北克獎設立以來首位華人獲得者。他就是世界著名華裔科學家和工程師吳柯教授。

吳柯1962年12月出生于江蘇溧陽,自幼就喜歡讀書,文學的科普的,只要能找到的書,他都喜歡讀。他還喜歡觀察事物,比如觀察天體運行,觀察動植物的生長等等。1978年,吳柯考入南京工學院(即現在的東南大學),1982年畢業后又考上出國留學預備研究生,被派往法國格勒諾布爾大學學習,用了4年半的時間,就先后拿到該大學和法國國家工程院光電子及微波專業的碩士與博士學位。自此,吳柯開啟了科學探索之路。

1、取得一系列突破性科研成果

在法國獲得博士學位后,吳柯跟隨自己的德國朋友兼博士后導師來到加拿大,先在維多利亞大學作為研究員從事教學和科研工作,隨后到蒙特利爾大學工學院任教。在此期間,吳教授的一系列創新性研究成果得到了國際同行的承認,常常受邀到美、德、法、意、比、日、瑞士、瑞典、新加坡等國講學。近30年來,他一直在加拿大從事他所喜愛的專業領域的工作,從未離開。因為他在加拿大親手創建了世界一流的射頻和微波研究基地并出任主任,這個研究中心是他的“獨生愛子”,他不能離開它。吳柯教授所感興趣的科學研究包括非常基礎的和非常實用的課題,從器件到電路、從天線到系統、從新材料到新應用、從數字建模到測試方法,吳柯取得了一系列舉世矚目的突破性成果。

首先是基片集成電路的發明(1998年)。此前普遍使用的微帶開放電路損耗大,且封裝成本極高;而波導電路雖然損耗小,卻不能集成,又龐大笨重。吳柯將原來立體的非平面的電路平面化,使其既可以集成,性能又得到極大提高,則大為縮小。原來安裝在雷達上的桌子般大小的電路,現在則可以做成像盤子一樣大小了,性能高而體積小,所以飛機雷達都采用它。這是一個革命性的變化。吳柯于上世紀90年代最早提出這一設想,至今這一革命性的創造——基片集成電路已在世界上得到廣泛開發和應用。此項成果獲得了國際電子電氣工程師協會的嘉獎。2011年11月,世界權威的《微波雜志》將這一創造發明列在10大可改變未來的創造發明的首位,吳柯的頭像上了雜志的封面,同愛因斯坦等多位世界大科學家的頭像排在一起。他和他的合作者們發表的2篇有關論文至今仍然保持著2個國際著名學術刊物 IEEE-MWCL和IET- MAP 創刊以來的最高引用紀錄。在2009年1月到2011年12月的3年,他作為IEEE國際微波理論和技術協會當選的杰出演講師,應邀到世界各地進行演講。

吳柯的另一項杰出成就是在世界上首創了高速多端口接收發送機(1993年)。除了經典的超外差和直接變頻方法以外,這個技術已經被視為波干涉,現在已被劃分為世界上第三種射頻收發機的設計平臺。這為低功率和寬帶無線系統的開發創造了無數機遇。這項成果可用于特種醫學和交通管理的無線射頻傳感器和通訊機的設計。這項成果在2014年獲得了IEEE頒發的微波應用獎,證明了他在此領域所做出的開拓性貢獻。

實現電磁場—電路模型統一化是另一項重大成果(1996年)。它解決了電路模型準確度的問題,使其達到了場模型的精確度,從而使得商業設計軟件的準確度大大提高。它可用于所有的集成電路,對計算機輔助設計和建模設計和優化產生了革命性的影響。這項成果獲得了1997亞太微波獎。

2、目前正在進行三個重要研究

吳柯還向記者介紹了他所領導的小組目前正在進行并已取得突破性進展的三個重要研究課題:

一是無線功率傳輸和收集。吳柯說,環境無線電磁功率和其他環境能源的有效收集,對于未來的無線系統和未來無處不在的物聯網分布式設備和器件至關重要。他和他的合作者們提出了不同于傳統方法的革命性的新思想,比如用自旋二極管和隧道二極管替代傳統的肖特基二極管,來進行低功率密度無線能源的回收。他們于2014年10月發表在國際電子電氣工程師協會的頂級綜合刊物 (Proceedings of the IEEE)的有關文章受到了國際上的極大關注。此外,他和他的學生們在短距和長距無線功率有效傳輸等難題上取得了一系列突破性進展。

二是二維調諧智能技術。傳統調諧通常是在一維中進行的,如在電路或電子器件中改變與電場或磁場有關的參數。這種方法實際上屬于典型的場微擾法,因而射頻電路和系統的可調范圍極為有限并且效果不好。吳教授另辟蹊徑,提出了二維可調電路概念,即同時并有機地改變電場和磁場,使電和磁相結合產生模式可調效應,從而大大提高可調和可控范圍。這給高速和高效電磁可調和可重構技術帶來了全新的革命性變化,這會對未來智能器件、電路和系統產生重大影響。盡管這個技術剛剛公布不久,但已經被許多同行廣泛引用。

三是聯體接收發送機。以前,雷達傳感和數據通信是分開的兩大類系統。吳柯將二者合為一體,使無線收發系統既可以作為雷達裝置又可以作為通信數據傳輸系統。最近,吳教授還將無線功率傳輸功能集成進入了這個系統,由此將傳感技術、數據傳輸和無線傳輸三者合為一體,并且還能使得這三大無線功能之間能有效地產生交互作用,這個技術將會成就顛覆性5G和未來無線技術和系統的開發,在無線領域實現一次革命性跨躍。

3、培養一大批杰出的科技人才

吳柯的貢獻不僅僅在于這些開創性的創造發明,更在于為世界培養了一大批杰出的科技人才。由他親手指導并已畢業的碩士生有83人、博士生有50多人,不少人已成為名牌大學和著名企業的研究骨干和領導人才,比如全球聞名的渥太華大學光學研究中心主任貝利尼教授就是他指導的博士生。中國學生中,有任教于電子科技大學的知名教授程鈺間。在他所指導的博士生中,有1/3是從中國各大學招收來的學生。吳柯現在主持的這個射頻和微波研究中心共有100多人,博士生和博士后約有80人,他親自指導的有20多人。每年,他都要到中國的許多大學講學,向國內介紹光、電和微波方面的前沿研究和進展。中國最知名的通訊公司正同他的中心商談合作事宜。

采訪中,記者問吳柯為何能有這么多的發明創造和突破性成果?吳柯笑著告訴記者,他做科研選題時有3個原則:首先,課題必須是原創性或開創性的;其次,課題要有突破性,要能產生重大影響;第三,其成果要有實用價值,而不能僅僅停留在理論層面。

吳柯說,在研究目標和方向確定后,重要的就是要堅韌不拔、持之以恒。基片集成電路的發明就是如此。“難關即是創新機遇”,當“山重水復疑無路”時,拓展思路,可能就會“柳暗花明又一村”了。

那么,如何培養學生的創造性?吳柯說:“知識多并不等于有創造性,學校更應注重的是培養學生的個性,為學生的個性發展創造一個自由寬松的環境,讓他們有可以獨立思維的自由空間,而不能僅僅是灌輸知識、追求高分。”

他告訴記者,他從世界各地遴選研究生時,有時只要在電話里交談一下,大概就可以確定他(她)有沒有發展前途。在交談中主要不是看他(她)有多么深厚的專業功底和知識,而是考察他(她)是否具有開拓性思維,是否有獨立思辨和研究能力。他指導的研究生,每周三下午要在小組里作研究進展報告,回答其他人的提問,讓他們接受質疑和批評,從相互交鋒中撞出火花,這對他們未來展開獨立研究非常重要。吳柯認為,真正有用的人才是在自己的極大興趣基礎上全面鍛煉培養出來的,包括理論、實驗和經歷;而不是簡單地靠書本、考試和說服中培養出來的,他們在研究的困境和挑戰中顯示出自己與眾不同的堅韌和力量。當然,知識的積累是必要的。人才必須具備獨立的人格和優良的品德,需要在批評和被批評的寬松環境中成熟起來。有趣的是,每個人才的成長道路和文化背景都不一樣。因此,人才不是靠一種固定模式“培育”出來的。

當我問吳柯對中國科教有什么建議時,他提出了兩點看法。

首先,他認為科研和教學不應分開,應該教研結合。中國的發展不能僅僅靠引入外國人才,主要還是要靠大批本土人才,但這些本土人才必須擁有國際視野和經歷。如果將教育比作地基的話,那么科技發展就如高樓,而人才則是大廈中的鋼筋。必須讓那些對國家發展有戰略性意義的人才有更大的用武之地和發展空間,盡量減少行政干預和那些無用的兼職。

其次,他認為國家對軟件工程和硬件工程都要兼顧,不能只重軟件開發而忽視硬件。軟件工程和軟件企業的成功是才智的短暫爆發,效益來得快,引人矚目;但其基礎仍然依賴于硬件的發展。而硬件工程是需要長期科研積累的,其效益也是長期才得以顯現的。從事硬件工程研究的人也是這樣,他們一生從事研究,雖然年歲大了,但其知識經驗積累深厚,厚積薄發,仍然寶貴可用。所以,在用人方面不宜以年齡劃線,搞一刀切,否則將是人才的一大浪費。

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