刘忠齐最早研究的专业领域是超声。1957年，刘忠齐考入西北大学。刘忠齐是一个很刻苦的学生，但是那是一个斗争的年代，学生们把更多的时间投入到反右和红专大辩论中去了，学习的时间很少。直到最后毕业前的一年，他被分配到理论物理专业，学习超声。
在那个年代，超声在中国还是一个新专业，在全国也就只有西北大学刚刚开设这个专业。正是因为这个原因，急需人才的科学院没有更多的选择余地，将大学刚毕业的刘忠齐招进了中国科学院电子所。
刘忠齐清楚地记得他与电子所某主任的第一次对话。主任问："你是哪个大学毕业的？"刘忠齐回答很有个性："西北高中"。所长惊异地问为什么这样说？刘忠齐感叹一声："搞运动，没学什么"。
主任非常失望："没用，不符合要求！。"
不过，主任还是交给刘忠齐一项超声无损检测设备研制的任务想试一试刘忠齐。他提供给刘忠齐的唯一可用的资料是一套俄文文件，并要求1个月完成任务。
要强的刘忠齐不想让人看不起。接到任务后，他认真研究资料，大胆进行实验，仅用了29天就完成了任务。刘忠齐的研究能力顿时使主任刮目相看。刘忠齐由此开始了超声研究，并从此揭开了他从事影象技术这条人生之路。
超声是一个全新的专业，从事这一方面研究的人在那个时代不多，因此社会上在应用超声技术遇到难题时，就找电子所帮助。刘忠齐因此得到了大量实践的机会。在解决难题的同时，刘忠齐的技术水平也获得很大的提高。1964年，中国科学院成立声学所，刘忠齐被分到该所超声研究室工作。
超声的早期应用主要是在军工方面，因此，刘忠齐大量的工作也是为军工服务，主要集中在工程物理方面的无损探伤，比如对武器质量的检测，包括炮管和枪管探伤、飞机发动机涡轮探伤等，同时也从事一些民用建材的探伤。
到文化大革命前，刘忠齐在超声探伤方面已作出很大的成绩。他创造了我国超声探伤领域的多个第一：他设计了我国第一台超声探伤仪，第一台自动超声探伤仪和第一台晶体管钢轨超声探伤仪。
文革期间，和大多数科学家一样，刘忠齐虽然只是一个一般研究人员，仍然受到一些冲击。
受冲击是件痛苦的事，但反过来也促使刘忠齐思考人生的追求。从这时起，郭沫若的一句话成为他一生的座右铭。这句话是"努力切勿后人，成功不必在我"。他决心作一个科学的圣徒，不求名利得失，但求在科学的沃土上默默耕耘，奉献一生，对科学和社会有所贡献。
作为超声界的技术权威，尽管在政治上可以被造反派革命，但是在实打实遇到技术难题时，权威毕竟是权威，谁也无法替代。1967年，北京301医院（中国人民解放军总医院）的超声室进口了一台日本超声设备。为了节省费用，医院只订购了主机，辅机准备在国内配。机器买回来时，刘忠齐已经靠边站了。应医院的请求，中科院多次派人去协助安装，均不能使机器转起来。机器不能启用，301医院超声室的主任受到上级的严厉批评。可301医院主任对此不服，提出不是机器订购失误，而是没有找到有真才实学的超声专家。他点名刘忠齐出山，并保证只要刘忠齐出山，机器就一定可以转动。在他的强烈要求下，301医院出面点名请中科院派刘忠齐帮助。正在接受审查的刘忠齐被特批戴罪立功。刘忠齐到医院对设备检查之后，提出配套修改方案，二个星期后，设备便正常运转起来，为医院挽回了损失。
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