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潛心研究 獻身光學(xué)——訪中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所鏡面實驗室主任袁呂軍

2012-07-17 08:32:10
科學(xué)中國人 2012年21期
關(guān)鍵詞:離軸非球面鏡面

本刊記者 張 欣

一百年前,我們甚至不知道銀河系的存在,而今天我們已經(jīng)知道大約起源于137億年前的宇宙是由數(shù)以十億的星系組成;一百年前,我們還只能用光學(xué)望遠鏡和照相干板研究天空,而現(xiàn)在我們能采用最尖端的科技,從地面和空間來觀測宇宙。

中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所作為我國專業(yè)天文儀器研制及天文技術(shù)研究和發(fā)展的重要基地,自其1958年成立起五十多年來,共為我國天文觀測研制了50多種門類齊全的天文儀器,在天文技術(shù)研究方面取得了以“天文望遠鏡光學(xué)的研究”(獲國家自然科學(xué)二等獎)為代表的一大批研究成果。

在自主創(chuàng)新成為整個國家戰(zhàn)略的今天,在強調(diào)不斷提高科學(xué)素質(zhì)理念的今天,南京天光所現(xiàn)任鏡面實驗室主任袁呂軍教授與他的科研團隊一起,奉獻著各自的精彩……

科學(xué)實踐中孜孜不倦的探索者

天文觀測的對象是宇宙間極為遙遠暗弱的天體,因此,追求盡可能強的集光能力、盡可能高的分辨能力和靈敏度是望遠鏡研制工作永恒的主題。望遠鏡的口徑、精度、集光能力與分辨能力之間是成正比例關(guān)系的,口徑、精度決定了集光能力的強弱、分辨能力的高低。而這一系列的參數(shù)卻給望遠鏡研制帶來了前所未有的困難與挑戰(zhàn)。為盡量減輕望遠鏡的重量、降低造價,就要選用非球面度更大,厚度更薄的光學(xué)鏡面做望遠鏡的主鏡,這就要求不斷地研究和發(fā)展大口徑高精度非球面光學(xué)鏡面的研制技術(shù)。

袁呂軍教授主要從事天文光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)和天文大鏡面的光學(xué)工藝與檢測,包括新型光學(xué)材料的大鏡面天文光學(xué)工藝的研究;大口徑主鏡輕量化工藝;高精度非球面加工工藝及檢測。特別是近幾年來在大口徑離軸非球面的磨制新工藝、新技術(shù)和新方法的研究與應(yīng)用方面取得了優(yōu)秀的成績。

多年來,他先后負責(zé)完成了多臺重大的天文儀器的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)試和天文和空間大鏡面的光學(xué)工藝與檢測工作,完成了多塊高精度、大口徑鏡面的工藝和定量檢測;參與和獨立完成多項科研課題方面的研究工作,包括“S-H夏克哈特曼鏡面定量檢測課題”中的CCD圖像采集和圖像處理、刀口儀初定量檢驗研究、用于哈特曼檢測課題中CCD拼接等多項研究。此外,還完成了2.16米望遠鏡、口徑600毫米多通道望遠鏡、三型光電等高儀、太陽光譜望遠鏡等多臺套光學(xué)精密儀器的裝校工作。

在新材料的工藝方面,為滿足空間光學(xué)與天文光學(xué)系統(tǒng)的重大需求,袁呂軍教授帶領(lǐng)科研及技術(shù)支撐人員在國內(nèi)率先開展了國產(chǎn)碳化硅鏡坯材料光學(xué)反射鏡工藝技術(shù)研究。碳化硅是上個世紀70年代發(fā)展起來的新型光學(xué)材料,由于其比剛度高、熱穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)小、機械性能各向同性等優(yōu)點,在空間光學(xué)與天文光學(xué)等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用前景。課題組在國內(nèi)第一個磨制出口徑520mm國產(chǎn)碳化硅材料光學(xué)反射鏡,精度優(yōu)于λ/70(λ=632.8nm),粗糙度均方差值已達0.89nm,達到國際先進水平。國內(nèi)著名光學(xué)與材料專家組成的驗收組對該項工作給予了高度評價,指出該項工作“在國內(nèi)首次成功解決了大口徑輕量化碳化硅非球面反射鏡的光學(xué)鏡面磨制的關(guān)鍵技術(shù)”。該技術(shù)成功入選2010年中國天文十大進展。

在大口徑反射鏡的輕量化方面,袁呂軍教授在國內(nèi)最早利用傳統(tǒng)加工方法磨制出空間相機光學(xué)系統(tǒng)的Ф520mm輕量化主鏡,輕量化率接近50%。多年來,帶領(lǐng)課題組在國內(nèi)較早開展了數(shù)控機床在光學(xué)制造領(lǐng)域的應(yīng)用研究。在資金不充足的情況下,通過對傳統(tǒng)機床的改造,實現(xiàn)了大口徑反射鏡輕量化的數(shù)控加工。利用改造后的機床成功磨制出多塊空間相機光學(xué)系統(tǒng)的口徑520mm輕量化主鏡;完成某所的1米級大口徑離軸非球面高精度定位孔及支撐孔的磨制;完成口徑400mm離軸非球面輕量化研制,輕量化率超過60%,最薄處玻璃面板厚度僅8mm;完成了大口徑橢圓形平面反射鏡的研制,輕量化率超過60%,成功實現(xiàn)了該輕量化平反的國產(chǎn)化研制;完成了多塊復(fù)雜形狀的反射鏡輕量化成型研制工作,精度均優(yōu)于設(shè)計要求。在大口徑離軸非球面的工藝與檢測方面,他在繼承天光所老一輩科學(xué)家良好的磨制工藝與檢測方法基礎(chǔ)上,通過非球面數(shù)控成型、離軸非球面的數(shù)控拋光、新的離軸量檢驗方法等技術(shù)革新大大提高了離軸非球面的加工精度與研制周期,創(chuàng)建完善的現(xiàn)代化大口徑離軸非球面研制平臺。近年來承擔(dān)了多塊航天工程中大非球面度高精度離軸非球面,例如某所的300mm口徑離軸非球面,非球面度0.11mm;某所400mm口徑離軸非球面度,非球面度0.21mm;目前,實驗室成功研制出1米級大口徑離軸非球面,精度優(yōu)于λ/50(λ=632.8nm)。

在國家重大科學(xué)工程“大天區(qū)面積多目標光纖光譜望遠鏡”(LAMOST)中,袁呂軍教授課題組負責(zé)16套光譜儀的光學(xué)元件研制項目和30塊非圓形、超薄平面反射鏡MA的研制。在光譜儀項目的研制中,攻克了64塊口徑234mm范圍內(nèi)非球面度達0.54mm的高次非球面鏡研制中的多個技術(shù)難題。30塊MA反射鏡是LAMOST望遠鏡的反射式施密特改正鏡,外形為正六邊形,對角線尺寸為1.1米且厚度僅為25mm,徑厚比達到44:1,為超薄平面鏡,是LAMOST項目的主要難點之一。由國內(nèi)著名光學(xué)專家組成的驗收專家組給予該項目成果高度評價:“國內(nèi)首次創(chuàng)造性地掌握了用環(huán)拋機磨制大口徑高精度非圓形超薄鏡面技術(shù);首次建立了采用主動支撐系統(tǒng)的大口徑高精度平面鏡檢測系統(tǒng)。該項工作在大口徑高精度非圓形超薄平面研制方面處國內(nèi)領(lǐng)先,并達到國際先進水平。該項工作的成功為LAMOST工程的建造奠定了重要基礎(chǔ),并對我國研制未來巨型望遠鏡和其它大型光學(xué)工程有重要意義?!?011年,高精度大口徑非圓形超薄鏡面研制技術(shù)獲得江蘇省科技進步二等獎。

向白春禮院士講解儀器構(gòu)成

科學(xué)從實踐中來,實踐到科學(xué)中去

每當(dāng)談及袁呂軍教授所取得的成績時,他總是強調(diào)“我們是一個團隊”。他說,只有培育一支優(yōu)秀的科研團隊,才可能在先進光學(xué)制造的前沿領(lǐng)域取得一定創(chuàng)新性的研究成果,并處于領(lǐng)先地位。這個團隊包括專家隊伍、青年科技人員,還包括技術(shù)支撐人員。尤其在談到技術(shù)支撐人員時,他強調(diào)技術(shù)支撐人員是科研成果的直接實現(xiàn)者,我國在這個層次人才的培養(yǎng)方面還有很大欠缺。

對于技術(shù)支撐人員的培養(yǎng),他又“鼓動”大家多動腦勤思考,多學(xué)習(xí)光學(xué)的理論知識。他說,光學(xué)是一門比較抽象的科學(xué),只有具有一定的理論知識,光學(xué)加工的技能才能更上一層樓。

“春蠶到死絲方盡,蠟炬成灰淚始干”。袁呂軍教授動情地說,“我還沒有這么高的境界,但是無論做什么事都要自己心里踏實”。對研究生,他總是盡可能地安排他們深入到實驗室,參與到科研項目中。他希望學(xué)生不僅要理論功底好,而且要動手實踐能力高;不僅光學(xué)知識要精通,而且機械和電方面的知識也要足夠用,做一名復(fù)合型的人才?!安皇俏覍λ麄円蟾撸枪鈱W(xué)領(lǐng)域的特點使然。我希望他們都能成為光學(xué)制造領(lǐng)域的精兵強將,在他們的科研道路上邁出堅實的一步,為我國的光學(xué)事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻”。袁呂軍教授解釋到。

再談到人才時,他引用了中科院院長白春禮在人才隊伍建設(shè)方面的概括,“想干事給他們機會,能干事給他們崗位,干成事給他們地位”。

一直恪守“勤奮可以贏得一切”的信條,袁呂軍在自己的科研崗位上厲兵秣馬,建樹頗豐。2009年,他獲得江蘇省五一勞動獎?wù)隆?010年,他又入選“2009年度中國科學(xué)院現(xiàn)有關(guān)鍵技術(shù)人才”。

面對所取得的屢屢戰(zhàn)功,袁呂軍教授不以為然:“面對榮譽,更加明白其對自己承載的信任和期望;只有保持一顆淡泊、平靜的心態(tài)對待榮譽,才能認為是一個人成功的助推器”。光學(xué)制造領(lǐng)域是一份十分枯燥的行業(yè),袁呂軍教授正是靠著這份摒棄浮躁、甘于沉默及淡泊名利之心潛心前行近三十年;正是靠著奉獻自我、腳踏實地的工作精神,在先進光學(xué)制造技術(shù)領(lǐng)域的多個方面攻城略地,絲毫不知疲倦。

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