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太赫兹对于普通大众而言是一个陌生的词,从20世纪80年代首次被提出描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围后,它便游走在重要的交叉前沿领域,引领着技术创新、国民经济发展和国家安全踏上更高一阶.
近几十年来,得益于超快激光技术的迅速发展,太赫兹脉冲有了稳定、可靠的激发光源,相关辐射机理研究、检测和应用技术也得到了迅猛的发展.而自其崭露头角以来,各国纷纷为抢占技术高地制定战略型科技方向：2004年,美国政府将太赫兹科技评为“改变未来世界的十大技术”之一；日本则于2005年1月8日将太赫兹技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首,举全国之力进行研发；我国与日本同年召开了“香山科技会议”,专门讨论了太赫兹事业的发展方向,并制定了系列技术的发展规划……
身处太赫兹研发热潮,钟舜聪面向光学和太赫兹无损检测的前沿研究,基于太赫兹波长、辐射产生方式等特征提出设计理论、建立传播模型、完善操作方法,为新型高功率太赫兹器件设计、太赫兹评价体系建立、特种材料和结构无损检测等方面做出了重要的学术和工程贡献.
不重利益谋创新
介于宏观经典理论和微观量子理论的过渡区域,综合电子学和光子学的特色,太赫兹技术虽被称为国际研究热点,但由于缺乏有效的辐射产生和检测方法未能得到重用,相关新理论、技术长期处于待开拓的状态.太赫兹位于电磁波段中的特殊位置,使它拥有其他波段的电磁波无法比肩的独特之处.其性能被赋予广泛的应用前景,在基础研究、等离子体物理与工程、生物医学工程、光谱与成像技术乃至现代通信技术等领域皆表现出巨大的应用潜力.所以近十几年来,伴随时代演进的各类方法研究成熟,太赫兹技术在国际及国内的研发势头也渐渐显露,已有众多科研机构相继开展了系列技术研究,数百家公司瞄准了它的“无损伤探测”商业利用价值.
暗藏的巨大市场效益是谋利者趋之若鹜的根本原因,但对诸如钟舜聪这样的科研工作者来讲,没有什么比在这片尚未开垦的新领域一展身手更令人激动,更能满足他们对创新研究的执着追求.
本、硕就读于汕头大学机械电子工程系,兜兜转转,辗转在香港理工大学、英国曼彻斯特大学和兰卡斯特大学深造学习,钟舜聪最终决定投入到太赫兹成像光谱和成像技术、健康状态监测和无损检测等研究当中.多年经历让他足够清楚地意识到自己想要什么,“要树立自己的目标,我们需要的是做实事而不是凭文凭,以利益为中心的方式始终不利于研究的深入发展,而我更喜欢创新”.
入职福州大学,面向国家战略需求,钟舜聪6年间主持了国家自然科学基金、高等学校博士学科点科研基金(博导类)、国家卫生与计划委员生育委员会科研基金、福建省特检院、厦门特检院等的科研项目23项,参与科技部国家重大仪器设备专项、英国科技战略委员会项目、英国工程与自然科学委员会项目、香港创新科技基金项目等14项.针对光学和太赫兹无损检测等研究,他提出了表面等离子体共振增强的高功率太赫兹器件设计理论,通过改变金属表面亚波长结构调节表面等效等离子频率,实现了太赫兹波空间局域增强,建立了太赫兹波在材料中的传播特性模型,并系统阐述出太赫兹无损检测和诊断机理.除此之外,考虑到健康状态检测应用市场所面临的技术诊断问题,他建立了光学相干振动层析和光学位感条纹测量理论,提出一系列微弱缺陷识别的高灵敏度新方法,实现了超高精度的结构健康监测和设备故障诊断.
相关研究工作受到领域专业学者肯定,部分成果也已经应用于9家特种设备无损检测之中,完成技术升级的同时产生了客观的经济效益.因此,钟舜聪也被授予2011年、2014年福建省杰出青年科学基金和2017年福建省科技进步奖二等奖等荣誉.除此之外,他还于2012年入选“福建省引进高层次创业创新人才”,先后在Mechanical System andSignal Processing、Optics Express、IEEE和AE Trans. 等高水平期刊发表论文132篇,获国内外授权发明专利24项,更新了国际振动与冲击传感器磁灵敏度的校准方法,为我国在全球振动测量领域取得了话语权.
开展多面攻关
不论是深度钻研理论技术,还是研发新的无损检测系统,对钟舜聪而言,都是为了解决传统太赫兹应用集中出现的难题.他表示,就无损检测来说,射线照相检验、超声检测、磁粉检测等多种常用方法均有不足之处,而新型技术的开发便是旨在解决传统技术精度低等问题,提高材料和结构无损检测的可靠性.
为了实现对飞机复合材料、压力容器、生物制药、太阳能电池等多层结构进行成像及缺陷无损检测和定量评价,以钟舜聪为首的技术团队提出了基于有限时域差分法,研究太赫兹波在多层涂层结构的传播特性以及多层涂层结构定量无损检测模型.他们依靠涂层结构中材料的化学和结构改变判断电磁特性变化,进而通过获取太赫兹信号包含的缺陷、材料氧化信息等,实现了对太赫兹波涂层缺陷的定量无损检测.研究成果受到佐治亚理工学院Citrin教授等人的高度评价,被确认为海洋防腐、防护涂层无损定量检测的崭新工具.
深知太赫兹辐射能够深入到无极性非金属材料当中,太赫兹成像的无伤害、非电离、不接触等优势对于医疗、工业领域尤为重要,钟舜聪果断开展了多层薄膜结构的光学和太赫兹诊断新理论和应用.直面传统太赫兹光电导天线输出功率较低的问题,他提出了基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线,极大地增强了太赫兹光电导天线的发射功率和系统动态范围.同时,研发高精度、高可靠性的太赫兹脉冲成像系统,他成功将太赫兹技术应用到缓控释涂层的在线监测,解决了工业环境下太赫兹检测诸多技术难题,研究成果得到美、日、德公司的全面认可,顺利获得美国FDA认证.
开展研究工作之际,钟舜聪积极组建光学和太赫兹及无损检测创新团队,大力培养学术骨干和青年学生,以团队的形式围绕结构健康监测新理论和方法持续攻关.他们提出了一系列的光学位感条纹的类O C V T的振动测量和设备故障诊断系统：以一种结构三维振动同步测量的新方法,精确地实现了结构微米量级到厘米量级大振幅范围的三维振动同步测量；基于线性变密度光学位感条纹系统,实现转轴转速测量和故障的诊断；运用连续小波变换重构方法、频谱校正技术等提取微弱的缺陷信息,能够及早对结构的健康状态进行智能诊断.
热衷创新与思考,执着于“眼高手低”,钟舜聪说：“眼高是要有长远的计划,对新方向有了解；手低则是要去实践,踏踏实实地完成.”以高标准自我要求,他反对闭门造车,善用综合技术,力创太赫兹领域研究新气象.科
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