潛心研究 獻(xiàn)身光學(xué)——訪中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所鏡面實(shí)驗(yàn)室主任袁呂軍

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(yuǎn)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(cè)宇宙。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所作為我國(guó)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(guó)天文觀測(cè)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(yuǎn)鏡光學(xué)的研究”（獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)）為代表的一大批研究成果。

在自主創(chuàng)新成為整個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略的今天，在強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室主任袁呂軍教授與他的科研團(tuán)隊(duì)一起，奉獻(xiàn)著各自的精彩……

科學(xué)實(shí)踐中孜孜不倦的探索者

天文觀測(cè)的對(duì)象是宇宙間極為遙遠(yuǎn)暗弱的天體，因此，追求盡可能強(qiáng)的集光能力、盡可能高的分辨能力和靈敏度是望遠(yuǎn)鏡研制工作永恒的主題。望遠(yuǎn)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(qiáng)弱、分辨能力的高低。而這一系列的參數(shù)卻給望遠(yuǎn)鏡研制帶來了前所未有的困難與挑戰(zhàn)。為盡量減輕望遠(yuǎn)鏡的重量、降低造價(jià)，就要選用非球面度更大，厚度更薄的光學(xué)鏡面做望遠(yuǎn)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(cè)，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(cè)。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(jī)。

多年來，他先后負(fù)責(zé)完成了多臺(tái)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(cè)工作，完成了多塊高精度、大口徑鏡面的工藝和定量檢測(cè)；參與和獨(dú)立完成多項(xiàng)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(cè)課題”中的CCD圖像采集和圖像處理、刀口儀初定量檢驗(yàn)研究、用于哈特曼檢測(cè)課題中CCD拼接等多項(xiàng)研究。此外，還完成了2.16米望遠(yuǎn)鏡、口徑600毫米多通道望遠(yuǎn)鏡、三型光電等高儀、太陽(yáng)光譜望遠(yuǎn)鏡等多臺(tái)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(guó)內(nèi)率先開展了國(guó)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(gè)世紀(jì)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(jī)械性能各向同性等優(yōu)點(diǎn)，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(guó)內(nèi)第一個(gè)磨制出口徑520mm國(guó)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(dá)0.89nm，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。國(guó)內(nèi)著名光學(xué)與材料專家組成的驗(yàn)收組對(duì)該項(xiàng)工作給予了高度評(píng)價(jià)，指出該項(xiàng)工作“在國(guó)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(guó)天文十大進(jìn)展。

在大口徑反射鏡的輕量化方面，袁呂軍教授在國(guó)內(nèi)最早利用傳統(tǒng)加工方法磨制出空間相機(jī)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(guó)內(nèi)較早開展了數(shù)控機(jī)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(duì)傳統(tǒng)機(jī)床的改造，實(shí)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(jī)床成功磨制出多塊空間相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的口徑520mm輕量化主鏡；完成某所的1米級(jí)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(shí)現(xiàn)了該輕量化平反的國(guó)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(jì)要求。在大口徑離軸非球面的工藝與檢測(cè)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(cè)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(yàn)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(tái)。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(shí)驗(yàn)室成功研制出1米級(jí)大口徑離軸非球面，精度優(yōu)于λ/50（λ=632.8nm）。

在國(guó)家重大科學(xué)工程“大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡”（LAMOST）中，袁呂軍教授課題組負(fù)責(zé)16套光譜儀的光學(xué)元件研制項(xiàng)目和30塊非圓形、超薄平面反射鏡MA的研制。在光譜儀項(xiàng)目的研制中，攻克了64塊口徑234mm范圍內(nèi)非球面度達(dá)0.54mm的高次非球面鏡研制中的多個(gè)技術(shù)難題。30塊MA反射鏡是LAMOST望遠(yuǎn)鏡的反射式施密特改正鏡，外形為正六邊形，對(duì)角線尺寸為1.1米且厚度僅為25mm，徑厚比達(dá)到44:1，為超薄平面鏡，是LAMOST項(xiàng)目的主要難點(diǎn)之一。由國(guó)內(nèi)著名光學(xué)專家組成的驗(yàn)收專家組給予該項(xiàng)目成果高度評(píng)價(jià)：“國(guó)內(nèi)首次創(chuàng)造性地掌握了用環(huán)拋機(jī)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(dòng)支撐系統(tǒng)的大口徑高精度平面鏡檢測(cè)系統(tǒng)。該項(xiàng)工作在大口徑高精度非圓形超薄平面研制方面處國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。該項(xiàng)工作的成功為L(zhǎng)AMOST工程的建造奠定了重要基礎(chǔ)，并對(duì)我國(guó)研制未來巨型望遠(yuǎn)鏡和其它大型光學(xué)工程有重要意義。”2011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(jìn)步二等獎(jiǎng)。

向白春禮院士講解儀器構(gòu)成

科學(xué)從實(shí)踐中來，實(shí)踐到科學(xué)中去

每當(dāng)談及袁呂軍教授所取得的成績(jī)時(shí)，他總是強(qiáng)調(diào)“我們是一個(gè)團(tuán)隊(duì)”。他說，只有培育一支優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)，才可能在先進(jìn)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(gè)團(tuán)隊(duì)包括專家隊(duì)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(shí)，他強(qiáng)調(diào)技術(shù)支撐人員是科研成果的直接實(shí)現(xiàn)者，我國(guó)在這個(gè)層次人才的培養(yǎng)方面還有很大欠缺。

對(duì)于技術(shù)支撐人員的培養(yǎng)，他又“鼓動(dòng)”大家多動(dòng)腦勤思考，多學(xué)習(xí)光學(xué)的理論知識(shí)。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(shí)，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(dòng)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(shí)”。對(duì)研究生，他總是盡可能地安排他們深入到實(shí)驗(yàn)室，參與到科研項(xiàng)目中。他希望學(xué)生不僅要理論功底好，而且要?jiǎng)邮謱?shí)踐能力高；不僅光學(xué)知識(shí)要精通，而且機(jī)械和電方面的知識(shí)也要足夠用，做一名復(fù)合型的人才?！安皇俏覍?duì)他們要求高，是光學(xué)領(lǐng)域的特點(diǎn)使然。我希望他們都能成為光學(xué)制造領(lǐng)域的精兵強(qiáng)將，在他們的科研道路上邁出堅(jiān)實(shí)的一步，為我國(guó)的光學(xué)事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)”。袁呂軍教授解釋到。

再談到人才時(shí)，他引用了中科院院長(zhǎng)白春禮在人才隊(duì)伍建設(shè)方面的概括，“想干事給他們機(jī)會(huì)，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(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆?010年，他又入選“2009年度中國(guó)科學(xué)院現(xiàn)有關(guān)鍵技術(shù)人才”。

面對(duì)所取得的屢屢戰(zhàn)功，袁呂軍教授不以為然：“面對(duì)榮譽(yù)，更加明白其對(duì)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(duì)待榮譽(yù)，才能認(rèn)為是一個(gè)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(xiàn)自我、腳踏實(shí)地的工作精神，在先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)領(lǐng)域的多個(gè)方面攻城略地，絲毫不知疲倦。