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

本刊記者 張 欣

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

中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所作為我國專業天文儀器研制及天文技術研究和發展的重要基地，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，在天文技術研究方面取得了以“天文望遠鏡光學的研究”（獲國家自然科學二等獎）為代表的一大批研究成果。

在自主創新成為整個國家戰略的今天，在強調不斷提高科學素質理念的今天，南京天光所現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。而這一系列的參數卻給望遠鏡研制帶來了前所未有的困難與挑戰。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，厚度更薄的光學鏡面做望遠鏡的主鏡，這就要求不斷地研究和發展大口徑高精度非球面光學鏡面的研制技術。

袁呂軍教授主要從事天文光學系統的裝調和天文大鏡面的光學工藝與檢測，包括新型光學材料的大鏡面天文光學工藝的研究；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、新技術和新方法的研究與應用方面取得了優秀的成績。

多年來，他先后負責完成了多臺重大的天文儀器的光學系統調試和天文和空間大鏡面的光學工藝與檢測工作，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，為滿足空間光學與天文光學系統的重大需求，袁呂軍教授帶領科研及技術支撐人員在國內率先開展了國產碳化硅鏡坯材料光學反射鏡工藝技術研究。碳化硅是上個世紀70年代發展起來的新型光學材料，由于其比剛度高、熱穩定性好、熱膨脹系數小、機械性能各向同性等優點，在空間光學與天文光學等領域具有極其重要的應用前景。課題組在國內第一個磨制出口徑520mm國產碳化硅材料光學反射鏡，精度優于λ/70（λ=632.8nm），粗糙度均方差值已達0.89nm，達到國際先進水平。國內著名光學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鏡面磨制的關鍵技術”。該技術成功入選2010年中國天文十大進展。

在大口徑反射鏡的輕量化方面，袁呂軍教授在國內最早利用傳統加工方法磨制出空間相機光學系統的Ф520mm輕量化主鏡，輕量化率接近50%。多年來，帶領課題組在國內較早開展了數控機床在光學制造領域的應用研究。在資金不充足的情況下，通過對傳統機床的改造，實現了大口徑反射鏡輕量化的數控加工。利用改造后的機床成功磨制出多塊空間相機光學系統的口徑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%，成功實現了該輕量化平反的國產化研制；完成了多塊復雜形狀的反射鏡輕量化成型研制工作，精度均優于設計要求。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家良好的磨制工藝與檢測方法基礎上，通過非球面數控成型、離軸非球面的數控拋光、新的離軸量檢驗方法等技術革新大大提高了離軸非球面的加工精度與研制周期，創建完善的現代化大口徑離軸非球面研制平臺。近年來承擔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，精度優于λ/50（λ=632.8nm）。

在國家重大科學工程“大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡”（LAMOST）中，袁呂軍教授課題組負責16套光譜儀的光學元件研制項目和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范圍內非球面度達0.54mm的高次非球面鏡研制中的多個技術難題。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。由國內著名光學專家組成的驗收專家組給予該項目成果高度評價：“國內首次創造性地掌握了用環拋機磨制大口徑高精度非圓形超薄鏡面技術；首次建立了采用主動支撐系統的大口徑高精度平面鏡檢測系統。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領先，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，并對我國研制未來巨型望遠鏡和其它大型光學工程有重要意義。”2011年，高精度大口徑非圓形超薄鏡面研制技術獲得江蘇省科技進步二等獎。

向白春禮院士講解儀器構成

科學從實踐中來，實踐到科學中去

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

對于技術支撐人員的培養，他又“鼓動”大家多動腦勤思考，多學習光學的理論知識。他說，光學是一門比較抽象的科學，只有具有一定的理論知識，光學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。他希望學生不僅要理論功底好，而且要動手實踐能力高；不僅光學知識要精通，而且機械和電方面的知識也要足夠用，做一名復合型的人才。“不是我對他們要求高，是光學領域的特點使然。我希望他們都能成為光學制造領域的精兵強將，在他們的科研道路上邁出堅實的一步，為我國的光學事業做出應有的貢獻”。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章。2010年，他又入選“2009年度中國科學院現有關鍵技術人才”。

面對所取得的屢屢戰功，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、平靜的心態對待榮譽，才能認為是一個人成功的助推器”。光學制造領域是一份十分枯燥的行業，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，在先進光學制造技術領域的多個方面攻城略地，絲毫不知疲倦。