張志三

張志三，物理學家。直隸（今河北）玉田人。1943年畢業於西南聯合大學物理

系。後任中國科學院物理研究所研究員。1951年起從事發射光譜的研究，建立實驗室，發展了發射光譜分析方法。負責建立的紅外吸收光譜實驗室，同喇曼光譜相結合，成為較完善的研究分子振動的實驗手段。 為中國光譜學的發展做出了貢獻。熱心進行激光光譜的應用研究，促進了中國激光物理，原子、分子物理的發展。

1920年6月22日 出生於河北省玉田縣。

1939～1943年 在西南聯合大學物理系學習，畢業。

1943～1946年 任北平研究院物理研究所助理員。

1946～1949年 任北平研究院物理研究所助理研究員。

1949～1989年 任中國科學院應用物理研究所（1958年起改名為物理研究所）助理研究員（1949）、副研究員（1953年1月）、研究員（1978 年3月）。1989年 退休。

固體光譜學

張志三，1920年6月出生於河北省玉田縣。在北平讀高中時，日本侵略軍

佔領了北平城，因無法忍受奴化教育，隻身逃難到昆明，並於1939年考入西南聯合大學，1943年畢業於該校物理系。幾十年來，張志三一直在光學領域中工作，偏重光譜學的研究。工作初期，參加光學顯微鏡的製造，其後轉入實用光譜的發展工作。50年代為中國建立了分子振動光譜實驗室，推廣拉曼光譜與紅外吸收光譜研究及應用。改革開放後，致力於激光光譜的應用研究。張志三多次參加制定中國光學的發展規劃，曾任中國物理學會常務理事，中國光學學會副理事長，基礎光學專業委員會主任委員，原子與分子物理專業委員會主任委員等職，並是多所重點大學的兼職教授。他是中國首批博士生導師，先後招收碩士、博士生16名，他們在國內外已成為一批重要的科技力量。張志三在研究工作中注意發揮中青年的骨幹作用，鼓勵他們勇挑重擔。在他擔任物理研究所光學研究室主任期間，一方面自編教材，加強對年輕科技人員的業務培訓，同時多方籌措經費，購置研究設備來支持各研究組工作，為此後的大發展作出了努力。除了組織和參與研究工作，張志三對教育事業也十分關心。50年代中，他曾在北京大學兼課，其後對中國科學技術大學物理系光學專業的發展和提高也傾注了巨大的心血，先後講授了“分子光譜與分子結構”“高等光學”等課程。在幾年教學期間，認真備課，除了閲讀有關經典專業著作外，還參閲近代文獻，選擇其中水平高、成就顯著的內容充實在講義中，使之能反映出科學的進展。

中華人民共和國成立後，張志三繼續在物理所工作。50年代初，上級交付他一項緊急任務，要求檢查美國在朝鮮戰場上投擲的細菌彈各組成部分的元素成分。張志三利用光譜分析技術完成了這項任務，為此，他得到了衞生部的獎勵。

發射光譜分析技術在鋼鐵工業、有色金屬工業、地質採礦等方面都有廣闊的應用。應各方面的要求，物理所於1952年年初舉辦學習班，為有關廠礦培養技術人員約20人。同年夏，鋼鐵局邀請張志三等去湖北黃石市的鋼鐵廠協助建立發射光譜分析實驗室，其內容有兩個，一是建立快速分析法，二是確定微量雜質元素的含量。當時還沒有光電記錄的設備，只能利用照像方法來記錄光譜線。在鍊鋼過程中，從爐中提取鋼水到得出分析結果，最快也得四五分鐘，為了滿足鍊鋼的需要，張志三及其同事們儘量縮短分析時間，在不影響精度的條件下，採取流水作業，在3分鐘的時間內可以完成一個樣品的數種雜質的定量分析。

在光譜定量分析中，不僅要求分析速度快，而且要求有可靠的精度。在分析中，不論使用電弧還是電火花作為激發光源，都是不穩定的，即使是同一樣品，光譜線的強度也起伏不定。為了消除光源不穩定性所帶來的過大誤差，需要利用不同元素的光譜線的強度差來確定元素的含量。當元素的含量在一定的範圍內時，譜線的強度差同含量成正比，基本上不受光源不穩定的影響。張志三及其同事的主要工作便是精選用來測定其強度差的光譜線對。經過半年的努力，出色地完成了鋼鐵廠的工作。

本世紀40年代，原子光譜的理論研究已趨成熟，分子光譜還有多方面的問題需待解決，50年代張志三的工作轉向分子光譜，及其應用的研究。當時大連石油研究所（現在的大連化學物理研究所）提出確定國產石油成分及石油質量的任務，張志三即同他們合作，在物理所建立了拉曼光譜實驗室，承擔國產石油的鑑定工作。

石油的成分很複雜，包含着各種碳氫化合物，不同地區所產石油的成分不同，有的地區的石油成分以烷烴類為主，而另一地區則以芳香族和環烴族為主。石油不僅是重要的燃料，而且也是多種有機化學制品的原料，因此，搞清石油的成分是急待解決的問題。石油中每種分子都有其特徵振動光譜。因此，利用拉曼光譜技術便可以認定分子。而拉曼光譜線的強度則反映分子的濃度。張志三等人的工作便是制定測定樣品中分子濃度的實用方法，用此方法便能進行日常的石油分析工作。其中重要的一環是研究如何建立測定拉曼光譜線的標準強度的問題。為此要消除照像乳膠對不同光譜波段的感光靈敏度對光譜線產生的影響，減小光源的激發時間不同及激發強度不同對拉曼譜線強度造成的起伏等。這樣，便可減小不同條件下可能發生的分析誤差。經過近兩年的工作，制定出了可行的日常分析技術，為中國石油工業的拉曼光譜分析奠定了基礎。

在拉曼光譜的研究方面除了石油分析外，還進行了弱鍵的研究，特別是氫鍵的研究，氫鍵的重要性在於它在凝聚相中無所不在，特別是在生物系統中。氫鍵是一種特殊的化學鍵，當羥基中的氫原子被類似分子中的電負性原子氧所吸引時，便可形成氫鍵。氫鍵比尋常化學鍵弱，但強於範德瓦爾力。氫鍵在凝聚相中顯示出若干不尋常的現象，例如水、酒精之類的分子是由氫鍵聯合起來而成為大分子的，因而水、酒精便不易蒸發；當水凝結成冰時，也出現了熱縮冷脹的反常現象。張志三等利用拉曼光譜技術觀測了若干種分子的氫鍵結合方式，其中羅謝爾鹽（KNaC4H4O6·4H2O）是研究的對象之一。它含有4個結晶水，當時的一個論點是4個結晶水有兩種不同的鍵聯方式，並基於此，導出羅謝爾鹽的鐵電效應；而另一種論點認為4個結晶水在羅謝爾鹽中的結合方式是相同的。前一種是紅外吸收光譜的結論，後一種為中子衍射的結論。張志三等在實驗中多次觀測，結果沒有能證明羅謝爾鹽中的4個結晶水有不同的結合方式。其後在紅外吸收光譜中也得到了同樣結果。時至今日，氫鍵的性質仍是一個熱烈討論的課題。

為了全面開展分子振動光譜的工作，還必須建立紅外吸收光譜實驗室。拉曼光譜與紅外吸收光譜的結合可以提供較完整的分子振動知識，從而成為研究分子結構的有效手段。在中國科學院的支持下，於1958年從原德意志民主共和國購置了當時最新型的紅外吸收光譜光度計及有關附件與配件。從設備上講，分子振動光譜的實驗室大體完備了。在當時，物理所的分子光譜實驗室頗為國內同行所注意，不少單位派人來參加工作，先後進行過物理、化學、生物、天文等方面的研究課題。其中包括分子成分分析，分子結構的測定。當時的分析工作主要是確定合成物質或天然物質中所含分子的種類及主要成分。在兩年的時間內，在這方面積累了相當多的資料。

1979年夏，張志三率團出訪原德意志聯邦共和國，在近兩個月的時間裏共訪問了6個著名的研究機構並參加了第四屆國際激光光譜會議及激光應用會議，歸途中經巴黎，訪問了巴黎大學的光學實驗室。

自本世紀40年代以來，經典光學的發展比較緩慢，國際的研究主力轉而發展新興的固體物理及原子核物理。但自1960年激光問世以後，光學又煥發出新的生命力。由於激光具有方向性、單色性、高強度等特性，在科學研究、工業生產、國防建設、醫療製藥等方面有廣闊的應用前景。國內在60年代初也開展了一些工作，但顯得零散重複，“文化大革命”又迫使許多工作中斷。通過這次訪問，張志三具體地瞭解了國外當時光學研究的發展情況及趨勢，深感國外科技發展迅速，人員交往頻繁，而我們自己在過去十多年中停步不前。相比之下，他對已逝的時日深為惋惜，感到快速發展中國的科技事業刻不容緩！

張志三回來後不久，科學院撥了一筆經費來充實已被削弱了的光學實驗室。一方面從國外購進了一批新設備，同時張志三也招收到了研究生，各研究組得到了加強。張志三雖已非年輕人，在處理日常的研究室事務外仍參與研究工作。他仍惦念中斷已久的弱鍵的光譜研究，這種研究在80年代初已成為弱鍵聯的中性複合物動力學的問題，在研究氣相與液相之間的關係中佔重要地位。但這項研究需要高分辨的光譜設備。而當時國內還無法解決，尤其缺乏合適的激光光源，於是他選擇色心激光器件為起點。所謂色心，即晶體格子中的點缺陷：在離子空穴俘獲一個或多個電子，這些點缺陷在許多晶體中是很普遍的，過去對鹵化鹼晶體，如NaCl、KCl晶體等已作了很多研究。當這種缺陷出現在鹵化鹼晶體中時，晶體會呈現美麗的色彩，從紫色到紅色，這由格子的性質確定，故名為色心。色心的光學物理之所以重要在於它可以作為優良的激光介質。利用不同類別的色心，可以在0.8—4μm波長範圍內產生激光，這是色心激光器獨特的優點，而別的類別的激光器如染料激光器不能在這個波長範圍內產生激光。另外，這種激光器是寬帶調頻和連續工作更便於產生超短脈衝，因此，它可能成為有用的激光光源。張志三及其研究生選擇了LiF晶體中的色心作為研究對象，這種色心有強的偶極矩，較大的斯托克斯位移足以使其自吸收減小，而且效率高，並在1～2μm區域內有寬的發射帶，這些性質使得這種晶體成為很有發展前途的激光介質。其缺點是穩定性不高，其原因當時尚不清楚。張志三等試圖產生濃度較大穩定性較高的色心。他們利用放射性鈷為輻照源，在各種不同條件下輻射不同來源的晶體以尋求產生高濃度的色心的實驗條件。從熒光光譜中可以證明產生的色心的密度能滿足製造激光器的要求，在低温下也有較長的穩定性。但不同來路的晶體在同一實驗條件下，色心的穩定性差別很大。這可能由於不同雜質的干擾所致。雖然用於實驗的晶體都是國內生長的最優質的晶體，但熒光顯示光晶體中有雜質存在。他們的研究證明了製作色心激光器必需有高純的、尺寸足夠大的晶體。這些研究對於發展色心激光器提供了重要的參考材料。

除了激光光譜外，張志三十分重視用激光的方法獲得有特殊性能的、在國民經濟中有廣泛應用前景的新型材料。他相信利用激光技術來製備新的高硬度材料是有經濟效益的，因此同一位研究生合作，研究碳化硅微粒產生的技術。碳化硅超細粉末可燒結成各種固體部件，用途很廣。利用激光引發的化學反應可以有效地產生碳化硅超細粉，當時在國內尚未見諸報導，但在國外已開始了這種研究。張志三等的研究內容是以高功率二氧化碳激光來照射C2H4及CH4的混合氣體，當實驗條件適當時便可產生碳化硅的球形顆粒，其平均半徑約為300埃。研究的重點是探索能產生顆粒大小均勻、不發生凝聚現象並且產額較高的實驗條件。這種技術的結果可以應用於生產。目前，用激光化學的方法來得到各種超細微粒已是一種常用的技術。張志三及其合作者對此做出了貢獻。

張志三於80年代末離開了科研第一線，退休後他仍關心着科學的最新發展及其應用，並開始科普創作，以通俗的語言介紹科學上的新成就，以便使更多的人瞭解科學的進展及其對社會發展的作用。 ^[1]