潜心研究 献身光学——访中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所镜面实验室主任袁吕军

本刊记者 张 欣

一百年前，我们甚至不知道银河系的存在，而今天我们已经知道大约起源于137亿年前的宇宙是由数以十亿的星系组成；一百年前，我们还只能用光学望远镜和照相干板研究天空，而现在我们能采用最尖端的科技，从地面和空间来观测宇宙。

中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所作为我国专业天文仪器研制及天文技术研究和发展的重要基地，自其1958年成立起五十多年来，共为我国天文观测研制了50多种门类齐全的天文仪器，在天文技术研究方面取得了以“天文望远镜光学的研究”（获国家自然科学二等奖）为代表的一大批研究成果。

在自主创新成为整个国家战略的今天，在强调不断提高科学素质理念的今天，南京天光所现任镜面实验室主任袁吕军教授与他的科研团队一起，奉献着各自的精彩……

科学实践中孜孜不倦的探索者

天文观测的对象是宇宙间极为遥远暗弱的天体，因此，追求尽可能强的集光能力、尽可能高的分辨能力和灵敏度是望远镜研制工作永恒的主题。望远镜的口径、精度、集光能力与分辨能力之间是成正比例关系的，口径、精度决定了集光能力的强弱、分辨能力的高低。而这一系列的参数却给望远镜研制带来了前所未有的困难与挑战。为尽量减轻望远镜的重量、降低造价，就要选用非球面度更大，厚度更薄的光学镜面做望远镜的主镜，这就要求不断地研究和发展大口径高精度非球面光学镜面的研制技术。

袁吕军教授主要从事天文光学系统的装调和天文大镜面的光学工艺与检测，包括新型光学材料的大镜面天文光学工艺的研究；大口径主镜轻量化工艺；高精度非球面加工工艺及检测。特别是近几年来在大口径离轴非球面的磨制新工艺、新技术和新方法的研究与应用方面取得了优秀的成绩。

多年来，他先后负责完成了多台重大的天文仪器的光学系统调试和天文和空间大镜面的光学工艺与检测工作，完成了多块高精度、大口径镜面的工艺和定量检测；参与和独立完成多项科研课题方面的研究工作，包括“S-H夏克哈特曼镜面定量检测课题”中的CCD图像采集和图像处理、刀口仪初定量检验研究、用于哈特曼检测课题中CCD拼接等多项研究。此外，还完成了2.16米望远镜、口径600毫米多通道望远镜、三型光电等高仪、太阳光谱望远镜等多台套光学精密仪器的装校工作。

在新材料的工艺方面，为满足空间光学与天文光学系统的重大需求，袁吕军教授带领科研及技术支撑人员在国内率先开展了国产碳化硅镜坯材料光学反射镜工艺技术研究。碳化硅是上个世纪70年代发展起来的新型光学材料，由于其比刚度高、热稳定性好、热膨胀系数小、机械性能各向同性等优点，在空间光学与天文光学等领域具有极其重要的应用前景。课题组在国内第一个磨制出口径520mm国产碳化硅材料光学反射镜，精度优于λ/70（λ=632.8nm），粗糙度均方差值已达0.89nm，达到国际先进水平。国内著名光学与材料专家组成的验收组对该项工作给予了高度评价，指出该项工作“在国内首次成功解决了大口径轻量化碳化硅非球面反射镜的光学镜面磨制的关键技术”。该技术成功入选2010年中国天文十大进展。

在大口径反射镜的轻量化方面，袁吕军教授在国内最早利用传统加工方法磨制出空间相机光学系统的Ф520mm轻量化主镜，轻量化率接近50%。多年来，带领课题组在国内较早开展了数控机床在光学制造领域的应用研究。在资金不充足的情况下，通过对传统机床的改造，实现了大口径反射镜轻量化的数控加工。利用改造后的机床成功磨制出多块空间相机光学系统的口径520mm轻量化主镜；完成某所的1米级大口径离轴非球面高精度定位孔及支撑孔的磨制；完成口径400mm离轴非球面轻量化研制，轻量化率超过60%，最薄处玻璃面板厚度仅8mm；完成了大口径椭圆形平面反射镜的研制，轻量化率超过60%，成功实现了该轻量化平反的国产化研制；完成了多块复杂形状的反射镜轻量化成型研制工作，精度均优于设计要求。在大口径离轴非球面的工艺与检测方面，他在继承天光所老一辈科学家良好的磨制工艺与检测方法基础上，通过非球面数控成型、离轴非球面的数控抛光、新的离轴量检验方法等技术革新大大提高了离轴非球面的加工精度与研制周期，创建完善的现代化大口径离轴非球面研制平台。近年来承担了多块航天工程中大非球面度高精度离轴非球面，例如某所的300mm口径离轴非球面，非球面度0.11mm；某所400mm口径离轴非球面度，非球面度0.21mm；目前，实验室成功研制出1米级大口径离轴非球面，精度优于λ/50（λ=632.8nm）。

在国家重大科学工程“大天区面积多目标光纤光谱望远镜”（LAMOST）中，袁吕军教授课题组负责16套光谱仪的光学元件研制项目和30块非圆形、超薄平面反射镜MA的研制。在光谱仪项目的研制中，攻克了64块口径234mm范围内非球面度达0.54mm的高次非球面镜研制中的多个技术难题。30块MA反射镜是LAMOST望远镜的反射式施密特改正镜，外形为正六边形，对角线尺寸为1.1米且厚度仅为25mm，径厚比达到44:1，为超薄平面镜，是LAMOST项目的主要难点之一。由国内著名光学专家组成的验收专家组给予该项目成果高度评价：“国内首次创造性地掌握了用环抛机磨制大口径高精度非圆形超薄镜面技术；首次建立了采用主动支撑系统的大口径高精度平面镜检测系统。该项工作在大口径高精度非圆形超薄平面研制方面处国内领先，并达到国际先进水平。该项工作的成功为LAMOST工程的建造奠定了重要基础，并对我国研制未来巨型望远镜和其它大型光学工程有重要意义。”2011年，高精度大口径非圆形超薄镜面研制技术获得江苏省科技进步二等奖。

向白春礼院士讲解仪器构成

科学从实践中来，实践到科学中去

每当谈及袁吕军教授所取得的成绩时，他总是强调“我们是一个团队”。他说，只有培育一支优秀的科研团队，才可能在先进光学制造的前沿领域取得一定创新性的研究成果，并处于领先地位。这个团队包括专家队伍、青年科技人员，还包括技术支撑人员。尤其在谈到技术支撑人员时，他强调技术支撑人员是科研成果的直接实现者，我国在这个层次人才的培养方面还有很大欠缺。

对于技术支撑人员的培养，他又“鼓动”大家多动脑勤思考，多学习光学的理论知识。他说，光学是一门比较抽象的科学，只有具有一定的理论知识，光学加工的技能才能更上一层楼。

“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”。袁吕军教授动情地说，“我还没有这么高的境界，但是无论做什么事都要自己心里踏实”。对研究生，他总是尽可能地安排他们深入到实验室，参与到科研项目中。他希望学生不仅要理论功底好，而且要动手实践能力高；不仅光学知识要精通，而且机械和电方面的知识也要足够用，做一名复合型的人才。“不是我对他们要求高，是光学领域的特点使然。我希望他们都能成为光学制造领域的精兵强将，在他们的科研道路上迈出坚实的一步，为我国的光学事业做出应有的贡献”。袁吕军教授解释到。

再谈到人才时，他引用了中科院院长白春礼在人才队伍建设方面的概括，“想干事给他们机会，能干事给他们岗位，干成事给他们地位”。

一直恪守“勤奋可以赢得一切”的信条，袁吕军在自己的科研岗位上厉兵秣马，建树颇丰。2009年，他获得江苏省五一劳动奖章。2010年，他又入选“2009年度中国科学院现有关键技术人才”。

面对所取得的屡屡战功，袁吕军教授不以为然：“面对荣誉，更加明白其对自己承载的信任和期望；只有保持一颗淡泊、平静的心态对待荣誉，才能认为是一个人成功的助推器”。光学制造领域是一份十分枯燥的行业，袁吕军教授正是靠着这份摒弃浮躁、甘于沉默及淡泊名利之心潜心前行近三十年；正是靠着奉献自我、脚踏实地的工作精神，在先进光学制造技术领域的多个方面攻城略地，丝毫不知疲倦。