曹昌祺 - 簡歷

1932年5月15日 出生于安徽省安慶市。

1949年9月-1952年7月 在北京大學物理系學習（本科）。

1952年9月-1952年7月 在北京大學研究生院學習。

1955年9月-1957年1月 在蘭州大學物理系任教。

1957年2月-2000年7月 在北京大學任教。

1983年5月-1996年1月 被選為北京市物理學會理事長。

2000年7月 退休。

曹昌祺 - 生平

曹昌祺，安徽省安慶市人，1932年5月出生于一個知識分子家庭，按祠堂家譜，系曹植后代。祖父為中國第一任臺灣巡撫劉銘傳的幕友，祖母陳氏為臺灣當?shù)厝�。父親在12歲時由于祖父去世而返回大陸，后勤工儉學赴法國學習化學，歸國后曾在中央大學（現(xiàn)南京大學）、安徽大學、武漢大學等校任教授。曹昌祺小學和初中都是抗日戰(zhàn)爭時期在四川省輾轉就讀的。當時生活很艱苦，尤其是初中一年級在國立九中住讀時，由于吃不飽，同學們常到農民菜地里偷點瓜豆吃，到了食堂“打牙祭”（吃肉）的日子，全校學生整個上午都興奮得連課都聽不進去。

1946年抗日戰(zhàn)爭結束后回到安慶，在省立安慶高中就讀。高中階段是一個人的人生觀形成的重要時期，并要決定中學畢業(yè)后的生活走向。高一時他讀了朱光潛的“給青年的十二封信”，不但在情操方面深受影響，也促進了他獻身科學、為社會作貢獻的志向。1949年夏他和其弟曹昌祐（后來成為導彈專家）冒著未息的戰(zhàn)火去上海報考大學，由于崇尚和向往蔡元培先生在北大所倡導的兼容并包、自由爭鳴的學術民主精神，他倆都選擇進了北京大學物理系。當時大學生的生活也很艱苦，食堂是包伙制，平時難得吃到細糧和肉食。除了節(jié)日外，改善伙食主要是在每個月底。這是因為各學生食堂都由學生（基本上是文科）組成膳團，通過競選和“膳友投票”來承辦，每月改選一次。月底改善伙食就是為了爭取連任。那時曹昌祺1個月的零用錢只相當于10斤糙米的價錢，因此牙膏都被看作奢侈品，只用牙粉來刷牙。那一代人就是在這種艱苦的環(huán)境下奮斗出來的，因此他至今仍習慣于過比較簡樸的生活。

1952年夏，國家即將開始第一個五年計劃，急需大批建設人才，決定將1949級提前一年畢業(yè)。曹昌祺本來是想一心搞學術的，這時也為國家的蓬勃發(fā)展所鼓舞，在畢業(yè)前加入了青年團，表示愿服從分配到任何崗位上去。當年該系相當大一部分畢業(yè)生被分到新建的工科學院當教師，或到地礦部門從事物理探礦工作，少數(shù)去了中國科學院（與物理有關的研究所）。曹被留校作研究生（當年暑期剛進行了院系調整，清華的理科并入了北大。北大也從城內遷到原燕京大學校址），導師是黃昆教授。那時中國半導體學科剛在起始階段，硅和鍺等高級材料國內還沒有，黃昆教授也剛轉到這個方向上來。研究生學制3年（尚未建立學位制），曹的畢業(yè)論文是對氧化亞銅整流器的機制進行理論探討。一般認為該整流器的結構是金屬-p結，曹根據他對銅在高溫下氧化過程的理論分析，提出該整流器的可能結構是金屬-n-p結。

1955年曹昌祺研究生畢業(yè)。當年該系的重點任務是支援蘭州大學，在應屆畢業(yè)的4名研究生中，3名（包括曹昌祺在內）分配去蘭州大學。在蘭大一年半的時間里，曹擔任了兩門理論物理課（電動力學和熱力學統(tǒng)計物理，每門都是一年的課程）的講授，并指導若干名本科畢業(yè)論文，科研方向也轉到了理論物理。由于這個原因，1956年5個大學在北大聯(lián)合辦半導體專業(yè)時，他未能奉教育部調令回北大。次年二月，由于周光召（當時在北大講授電動力學）被派去蘇聯(lián)杜布納核研究所工作，曹才奉教育部調令回北大接電動力學課程，此后一直在北大工作。

1978年高校恢復教師學術職稱時，在王竹溪教授和沈克琦系副主任的舉薦下，曹昌祺越級晉升為教授。1981年以來多次應邀出國訪問和合作研究，先后包括意大利、奧地利、瑞士、德國、瑞典、英國、法國和美國。中國設立博士學位后，于1985 年被教育部評定為博士生導師。1998年從美國國家科學基金會申請到一項國際合作基金，以支持他在1999至2002年期間每年在美國從事4個月的量子光學理論研究。

曹昌祺 - 教學工作

曹昌祺具有較深厚和廣博的理論物理基礎，常成為許多人士（包括外單位）來咨詢的對象。在教學方面他以概念的清晰闡述和理論的深入分析見長。擔任過許多課程的講授，如電動力學、熱力學統(tǒng)計物理、量子力學、積分變換和積分方程、基本粒子理論、量子規(guī)范場論、光場和輻射的量子統(tǒng)計理論等，其中后兩門是北大物理系首開的新課。在各門課中，以講授電動力學和后兩門研究生課程的時間最長，并編著了有關教材，其中《電動力學》一書被許多高等學校采用，具有廣泛影響。

在學校評價方面，他最看重的因素是學風。因為風氣對年輕人有很強的感染力，好的風氣能激發(fā)一個人的主動上進心，終生都會起到好的作用。曹昌祺對學習紀律有他自己的要求。他曾在課堂上公開宣布：“你們若能通過自學達到教學要求，可以不來上課。來了也可以打瞌睡，但不能影響別人聽課；在劇場看劇，遲到了還只能在幕間休息時才能坐到座位上去，何況課堂！”在那學習風氣較差的年代，為了糾正一些學生經常性的遲到，他在開始講課時就把教室門從里面扣住，讓遲到的學生在外面等到課間休息才能進來，通過這種斷然措施終于使課堂秩序得到了整頓。他自己也以身作則，教了一輩子的課只遲到過1次，還是因為自行車在路上漏了氣。即使如此，他也向學生道了歉。對于考試評分，他既認真又不死板苛刻，從不因為只少三四分就給人不及格（他認為這是在誤差范圍內），但實在不夠格的都堅決不予及格，不論比例有多大。

對一些比較特殊的學生他也熱心地給予幫助。例如1986級的李立新，對理論物理特別有興趣，常提前自學或選修高年級的理論課程，但對其他某些課程則不重視，到畢業(yè)時平均成績只不過中等偏上。1989年春夏之交時由于發(fā)生政治風波，研究生入學考試被取消，李立新畢業(yè)后被分配到一家從事技術工作的單位，完全不符合他的志趣與專長。為此，曹昌祺特別將他推薦給北師大的一位教授作研究生，從事廣義相對論天體演化方面的研究，工作表現(xiàn)很出色，后赴普林斯頓大學攻讀博士學位。曹還為此事致信北大研究生院，對他們在招生方面不如其他院校靈活提出了批評意見。

曹昌祺 - 量子光學

改革開放后，曹昌祺獲得機會出國進行學術交流。從1981 年起，曹昌祺在國外學術機構的邀請和資助下，先后訪問了西歐7國，并作為瑞典科學家代表團成員出席了在巴黎舉行的第21 屆國際高能物理會議。遺憾的是，10年“文化大革命”使他錯過了基本粒子理論迅速發(fā)展的時期。弱作用與電磁作用的統(tǒng)一理論已在1967-1968年建立，強作用的色動力學理論也于1973年提出。而正在研討中的強弱電大統(tǒng)一的理論雖然提出了不少模型，但實驗檢驗所需的加速器能量太高，超出了現(xiàn)實的能力。1981年曹昌祺在意大利訪問時，薩拉姆教授（弱電統(tǒng)一理論的創(chuàng)立人之一）曾建議他對剛興起的超對稱性進行研究，但他認為該對稱性缺乏實驗基礎，始終沒有投入。正當他感到有些迷惘的時候，一門年輕的學科——量子光學引起了他的注意。

量子光學研究的對象是光場的量子相干、統(tǒng)計性質，以及光場與原子或介質相互作用的量子統(tǒng)計過程（后來，量子信息和量子計算也成為它的重要研究內容）。在20世紀70、80年代，理論預言的一些特征性量子光場（如反群聚光場和擠壓態(tài)光場）先后被觀察到。在中國，它是光學幾個分支中唯一的缺門。80年代前期國內有少數(shù)人開始轉到這一方向，另外還有一些從國外回來的留學人員。大家感到有相互交流和向青年學生進行宣傳的需要，就借中國光學會激光專業(yè)委員會名義于1984年在安徽滁縣瑯玡山召開了第一次全國性的量子光學討論會，并約定以后每兩年舉行一次。會議還決定爭取建立自己的學術組織。曹昌祺參加了這次會議，并受托先后與中國光學會和中國物理學會進行聯(lián)系，最后中國物理學會同意在其屬下成立量子光學專業(yè)委員會。經過籌備，該委員會于1990年在成都舉行的第四屆討論會上得以正式成立，并推舉曹昌祺為主任，王育竹、彭堃墀、郭光燦、譚維翰為副主任，郭并兼秘書長，后都經中國物理學會批準。隨后該專業(yè)委員會積極籌備自己的學術刊物《量子光學學報》。經過努力該學報于1995年出版，由彭堃墀任主編，郭光燦、虞仲博任副主編，曹昌祺為顧問。第二屆專業(yè)委員會（1994-1998）仍繼續(xù)推選曹昌祺為主任。1985年后國內的量子光學實驗室陸續(xù)建立，量子光學隊伍也逐漸成長壯大。

曹昌祺 - 突出貢獻

曹昌祺在量子光學方面的研究有下列幾個方面。由于提倡國際交流，主要論文都發(fā)表在國外刊物上。

1.耗散介質中愛因斯坦A系數(shù)的修正和譜線的附加寬度

20世紀80年代末，普林斯頓大學Suckwer實驗組測出等離子體中的愛因斯坦A系數(shù)隨著其濃度有很大變化（減少）。這一結果在學術界引起了爭議。1991年曹昌祺和曹蕙（其女，當時為Suckwer組的博士生）合作對此作了理論探討，他們指出：由于等離子體為耗散介質，不能用通常的量子力學來處理。他們用量子朗之萬方程計算的結果，在一定條件下A系數(shù)可能顯著減少，并在濃度進一步增高時又恢復原值。隨后他倆與秦克誠合作又進一步研究了介電效應的影響，得出出現(xiàn)極化耦子的條件。另外，曹昌祺和曹蕙還從量子朗之萬方程導出，由于光子在耗散介質中有一有限壽命，原子或離子在該介質中的輻射譜線將出現(xiàn)一個附加寬度（這一結果從光子壽命與其能級寬度間的測不準關系來看也容易理解）。

2.光場擠壓態(tài)和微腔QED（量子電力動學）

這是20世紀80年代后期以來量子光學的主要研究方向之一。擠壓態(tài)是指這樣的光場，在它的一對共軛量中，其中之一的量子漲落被壓縮到比相應的真空漲落值還小，而與它共軛的另一量的漲落則擠漲得比相應的真空值大。利用擠壓態(tài)可以作超高精密的測量，還能極大地提高光載信息的容量。微腔QED是利用微腔的選模和增強耦合強度的特點，來研究強耦合條件下原子與腔場的作用。曹昌祺和他的研究生研究了通過注入原子來擠壓腔內已存在的相干光，求出了獲得最大擠壓的條件。他還求出了規(guī)則抽運下的Golubev-Sokolov方程的生成函數(shù)的精確解，不僅可精確計算腔場的擠壓度還可得出輸出場噪音的頻譜。

3.激子超輻射、共振熒光和激子激光

這屬于半導體物理與量子光學交叉領域，國際上從事這方面研究就不多，在中國則幾乎是空白。曹昌祺認為由于半導體技術的高度發(fā)展，這一交叉學科可能具有重要的實用前景。曹昌祺與其博士生劉玉璽，以及曹蕙進行了上述課題的理論探討。激子的超輻射與氣體原子的超輻射有不同的特點，已有的理論只計算了其輻射率，曹昌祺等進一步研究了過程的演化和輻射場的量子統(tǒng)計性，得出了不少新的結果。在激子共振熒光的研究中，發(fā)現(xiàn)其譜線并不出現(xiàn)拉比振蕩的三峰結構，只在計入激子—激子相互作用項后，譜線才可能出現(xiàn)雙峰分裂，并可能生成較強的反群聚態(tài)光場。他們還得出：激子激光的輸出場在考慮了激子—激子相互作用后將出現(xiàn)擠壓的效應。

4.原子自發(fā)輻射的非馬爾可夫修正

通常采用的韋斯科普夫—維格納理論是馬爾可夫近似下的結果，其中的衰減率又采用了愛因斯坦A系數(shù)（它只適用于原子尺度比所發(fā)光的波長小得多的情況）。當原子序數(shù)Z大時，對于內層電子的發(fā)光這兩個近似都將成問題。非馬爾可夫理論處理起來難度較大，過去的一些研究文獻中采用傅立葉變換的方法，要作許多近似處理。曹昌祺和曹蕙推導出了原子自發(fā)輻射的實際關聯(lián)譜公式，并和他的研究生們采用20世紀90年代發(fā)展起來的隨機量子軌跡方法進行了具體計算，發(fā)現(xiàn)在Z大時修正是明顯的。隨著又研究了加上反旋波項后修正結果。鑒于此方法還有相當誤差，曹昌祺等又發(fā)展了一種新的處理方法，即通過求出關聯(lián)函數(shù)本身再求解有關的微分積分方程，得出較精確的結果，并顯示出實際關聯(lián)函數(shù)的面貌。下一步他們還將考慮相對論修正以及磁偶極和電四極躍遷所引起的自發(fā)輻射等情況。

5.其他方面

①原子集合的相干態(tài)理論是1972年提出來的，只限于二能級原子情況。但許多光學過程要涉及三（或更多）能級原子，曹昌祺與Haake教授合作成功地發(fā)展了多能級原子集合的相干態(tài)理論，他們還引入原子態(tài)的全純表示，用它可較方便地求出了二能級原子集合與外場作用的精確解。②對原子在球對稱的非均勻介質中的多極輻射，曹昌祺等求出了解析解，從而給出了這種情況下愛因斯坦A系數(shù)的提高因子。③在介質的極化理論中有兩種局域場改正因子，即克勞修斯一莫索提因子和昂薩格因子，分別適用于非極性和極性介質。至于在介質中作自發(fā)輻射的原子究竟該用何種因子，文獻中有不同取法。曹昌祺和他的研究生以及曹蕙通過經典理論和量子理論兩種不同的考慮都得出該因子與昂薩格因子一致。④Haake教授和他的合作者提出一種超輻射激光的理論，得出該激光器不少的新特點：如零閾值（并表現(xiàn)為一級相變），抽運達到一定值時激射又中止，以及輸出場為擠壓態(tài)光場等�？紤]到微激光器作為低功耗的元件在集成光電路中的重要性，曹昌祺和他的研究生采用隨機量子軌跡方法研究了只含幾十個原子的超輻射微激光器。他們的結果表明在微激光器中上述突變都不出現(xiàn)。在某些參數(shù)范圍，微激光器并表現(xiàn)出不同的特點和趨勢。⑤曹蕙發(fā)現(xiàn)了一種新的激光機制，相應的器件被稱作無序激光器。她還首先做成了微盤量子點激光器，以及成功地采用微腔來提高二次諧波的生成。曹昌祺在這些方面都給予了理論上的協(xié)助，還并提出通過無序激光機制來實現(xiàn)X射線激射的建議，并作了某些理論估算。這一問題目前還存在一些難點，需要進一步研究。

曹昌祺已于2000年退休，但目前仍在科研第一線工作，并著手寫他的第三本書《輻射和光場的量子統(tǒng)計理論》。量子光學是一門年輕的學科，曹昌祺為它在中國的發(fā)展作出了貢獻，是中國量子光學學科的奠基人之一。

曹昌祺 - 參考資料

[1] 物理網 http://mphy.ustc.edu.cn/news.php?id=649