蓝国祥先生在我国光散射研究方面的贡献- 工业快报

南开大学是国内开展光散射研究得比较早的单位之一。早在1935年，我校的沈寿春先生就与吴大猷、饶毓泰先生合作，在北京大学开始了拉曼光谱研究。抗日战争时期，在昆明西南联大，沈寿春和吴大猷二位先生合作研究了硝酸镍氨晶体的拉曼光谱，考察了晶体场对硝酸根离子的效应。解放后，在沈寿春先生领导下，陈文驹、王之仁等老师较早开始了拉曼光谱的工作，研究最多的是有机磷化合物。

1965年教育部决定在北大、复旦、南开三校成立固体能谱科研组，由复旦的谢希德先生牵头，合作开展半导体的基础研究，教育部定期给三校下达研究经费。张光寅先生利用该项经费，购买了一台在当时很先进的英国产的Hilger E612型拉曼光谱仪。该仪器采用石英棱镜分光，光源是汞弧光灯，记条仪是笔式的。但在十年文革期间三校的固体能谱研究组都中断了研究工作，这台光谱仪就一直闲置到20世纪七十年代末。此时南开物理系固体物理教研室正式恢复，固体能谱研究组也就合并到固体物理教研室。当时固体物理教研室主要从事激光技术所需要的非线性光学晶体钽酸锂和铌酸锂的研究及其光学器件的研制。时任教研室主仼的是王华馥先生和副主仼张光寅先生。蓝国祥教授是王华馥先生研究组的成员，当时研究组主要从事非线性光学晶体基础性方面的研究。鉴于蓝国祥教授有扎实的晶体学和晶格动力学的基础知识，又从事晶格振动光谱的研究，从仪器设备、晶体样品的选取和基础知识的储备这三方面考虑，都具备了开展非线性光学晶体激光光谱研究的条件。因此，王华馥先生决定由蓝国祥先生和青年教师李兵承担此项课题的研究，王先生还把他的第一个博士研究生分配到该课题组一起参加研究工作。课题组对Hilger E612光谱仪进行了改造，配置了自行研制的氩离子激光器，开始了非线性光学晶体的拉曼光谱研究。当课题组获得第一批研究成果时，正好迎来1981年在厦门大学召开的全国第一届光散射学术会议，课题组在会议上宣读了相关的研究成果。虽然参加此次学术会议的单位不少，但受制于当时的科研条件，国内有条件开展光散射研究的大学和研究单位毕竟比较少，能提供研究论文的单位并不多。

在南开，有很多位老师从事过光散射的研究，力量非常之强，据了解到的，还有陈文驹、陈亭、张春平、刘思敏等多位老师，涉及多种材料。例如，非线性光学晶体偏硼酸钡、钽酸锌锂、铌酸锂和钽酸锂等，关注压力、温度对晶体结构的影响；利用拉曼光谱研究晶体中的电磁激元、铁电性质、铁弹性质，缺陷和非晶化过程等；随着表面增强效应的发现，我校也开展了表面增强光谱的研究，首次观察了吸附于银胶体表面的邻菲啰啉等分子的表面增强拉曼光谱。在从事光散射研究的几十年过程中，蓝国祥教授对待研究生宽严相济，以身作则，学生深刻体会到研究者应该具备的素养和追求。蓝先生带领组内老师和学生，在国内外学术期刊上发表论文百余篇，取得了丰硕的成果。

非线性光学晶体的拉曼光谱一直是南开固体教研室关注的重点。对于铌酸锂和钽酸锂的光谱研究非常细致深入，取得一些重要的结果。铌酸锂和钽酸锂室温下是铁电晶体，属于三角晶系的单轴晶体。为获得钽酸锂晶体的异常声子的色散，在蓝先生的指导下，老师和学生精心设计实验方案，共制备11个不同取向的样品，用来获得波矢与光轴成不同夹角的光谱。由于钽酸锂和铌酸锂的折射率约2.1左右，所以表面反射率高达14%。为了消除内反射光引起的附加散射，在样品的表面上镀了增透膜（SiO₂）。经过细致的实验测试和严谨的理论分析，获得了钽酸锂晶体的全部13个异常声子，也对之前相关研究报道中的疑点进行了澄清；通过分析测试钽酸锂晶体的变温拉曼光谱，结合中子衍射的晶体结构数据，做出了钽酸锂的铁电相变是有序-无序型的推论，并用结构相变的先兆丛团理论给予解释。

20世纪80年代我国的紫外非线性光学晶体的研制得到了飞速发展，例如偏硼酸钡（BBO）、三硼酸锂（LBO）以及三硼酸铯锂（CLBO）等。蓝国祥教授带领课题组的师生对这些晶体的室温、低温以及高压下的光谱进行了较为全面的研究，利用层状和阴离子基团模型，并结合群论和理论计算分析对晶体的外振动、内振动以及阴离子基团的特征振动谱进行了识别和确认。BBO晶体单晶高压拉曼光谱的研究表明了在50 Kbar的压力下拉曼光谱发生突变，预示着存在由压力导致的结构相变。获得非晶材料的传统方法有多种，如熔体急冷，蒸发沉积和离子注入等。上世纪90年代，蓝国祥教授研究组开始利用拉曼光谱进行晶态物质在高压下非晶化转变的研究，先后研究了硼酸盐（硼酸钡、硼酸锂），锗酸盐（锗酸铅、锗酸锂、锗酸铜），以及铌酸锂、钽酸锂等晶体的高压拉曼光谱，在原子水平上研究了这些晶体的非晶态转变机制。对于硼酸盐而言，是由于硼酸基团被破坏，导致结构发生塌缩，由晶态变成非晶态。

课题组另外的一项重要工作是有关碳材料的制备和拉曼光谱研究，包括石墨、石墨插入化合物，C60碱金属插入化合物，碳纳米管等。其中一个非常重要和难度很大的问题是单壁碳纳米管的呼吸模谱峰的认定。因为呼吸模的频率与碳管的直径密切相关，困难的原因在于样品中碳管的直径和类型不是单一的；另外，用可见和近红外光激发的单壁碳纳米管拉曼光谱中存在共振散射效应，使得谱峰数目较多且随激发光波长而变化，所以将这些谱峰归属于何种碳管不是显而易见的。为了进行这种认定，我们计算了一系列碳管的电子态密度、呼吸模的频率，并考虑到双共振增强效应，建立了一个图表法，可以对单壁碳纳米管光谱中的呼吸模特征峰进行指认。这种指认包括管子类型的确定，是金属的还是半导体的，是扶手椅管、锯齿管还是一般的手性管，当然也可确定碳管的直径和指数。

SPEX 1403 激光拉曼光谱仪（小图：实验室自制的碳纳米管制备装置）

为了给研究生开展晶格振动光谱研究打好基础，张光寅先生率先开设了晶格振动光谱课程，并编写了讲义，两年后由蓝国祥先生接替讲授晶格振动光谱学直到退休。这本讲义经过多年的教学积累和反复修改，著成《晶格振动光谱学》一书，由高等教育出版社出版。该本书先后发行了两版，成为教育部研究生教学的推荐用书。

无论是科学研究还是教书育人，先生对中国光散射事业的发展都做出很大的贡献。从第一届厦门光散射会议开始直到退休前的第十一届，没有错过一届会议；从第二届光散射会议开始担任光散射专业委员会副主任；退休前一直担任《光散射学报》副主编，全心全力支持学报的发展。80年代国内很多学校科研单位都购置了Spex系列的谱仪，南京大学物理系也有一台Spex激光光谱仪，在使用过程中缺少了一个小部件，张明生老师就向南开大学物理系借用这个部件。考虑到我们这个部件休置不用，就送给南京大学。这也是先生一直秉承的理念：兄弟院校之间和同行之间要有相互帮助和团结的精神，不要彼此拆台闹予盾。