English | 繁体 | RSS | 网站地图 | 收藏 | 邮箱 | 联系我们
首页 新闻 机构 科研 院士 人才 教育 合作交流 科学普及 出版 信息公开 专题 访谈 视频 会议 党建 文化
  您现在的位置: 首页 > 专题 > 旧专题 > 创新专题 > 中国科学院科技创新案例(一)
知难而上 攻克仪器研制难关
  文章来源: 发布时间:2004-10-10 【字号: 小  中  大   

肖体乔 中国科学院上海原子核研究所研究员。1965年5月生,湖南邵阳人。1996年在中国科学院上海光学与精密机械研究所获博士学位。在“X射线全息显微术的高分辨率图象重构研究”中,在国内第一个实现了数字重构。在短波长全息显微术包括X射线全息和电子全息等领域取得了一系列很有意义的成果,为该领域的进一步发展打下了坚实的基础。1999年起负责上海同步辐射光束线工程中的重要检测仪器--长程面形仪(LTP)研制,用于大尺寸非球面镜的高精度面形检测。该仪器在国际上首次采用位相板衍射准直技术,从原理上消除了现有仪器对环境因素和光源稳定性的苛刻要求。在2001年上海同步辐射装置预研项目鉴定中,LTP被专家评为具有创新性的项目。

在上海同步辐射装置拟建的首批光束线中,需要一些大尺寸、精度相当高的反射镜和聚焦镜,且多采用压弯机构,面形为非球面。满足这些参数的反射镜和聚焦镜需要从国外进口,价格昂贵,并且质量无法保证,到货复检大约只有50%的合格率。而国内一直没有测试这些镜子的设备,北京和合肥的同步辐射装置,就经常要将这些镜子送到国外去测试,费用相当昂贵。因而,就需要我们自己拥有这样一台测试设备--长程面形仪(LTP)。鉴于其重要性,上海同步辐射装置工程指挥部决定在预研期间开展该长程面形仪的研制工作。

在1999年3月在项目开题报告会上,该项目的研制受到了与会许多专家的质疑,认为该仪器的研制难度极大,国内没有这方面研究的经验,国外倒是有不少失败的例子,自行研制的风险很大。

是就此停止,还是勇于开拓新的思路和方法?基于大量的国内外调研以及多年来对光学领域的深入了解,肖体乔和其他青年科技人员认为我国有着很好的光学仪器研制基础,依靠自身的努力,吸收国内外新发展的先进技术,完全有能力研制出拥有自主知识产权、性能达到甚至超出国际现有水平的仪器来。因此,他们勇敢地承担下了该项目的研制课题。

大尺寸非球面光学镜表面的高精度测量一直是光学检测界的难题,国际上已发展的长程面形仪(LTP)是迄今最为成功的检测仪器。它主要利用的是准直笔形激光束在被测表面逐点扫描实现轮廓测量,可实现任意面形的高精度测量。它通过探测反射光束的偏移量来测量光学镜表面面形的微小变化,这与著名的牛顿扭秤实验相类似。因此,如何精确测定光束在探测器上的位置是提高测量精度的关键。

在大量的原理实验中发现,基于国际上现有方案即双光束干涉的长程面形仪,由于它对环境因素的变化(如温度的细微变化、空气扰动等)和光源稳定性非常敏感,调试相当困难,而且测量的精度误差比较大,距离设计要求相去甚远。而且采用双光束干涉的方法,就必须首先花费大量的时间和资金来改造实验环境,整个设备的造价比较昂贵,而他们面临的现实是时间和资金都不允许。因此,在长程面形仪的研制中,必须要开拓新的思路和方法。如果寻找到一种新的技术,既能满足测量的精度,又能降低对环境和光源的苛刻要求,将是一个很大的突破,这也是从事仪器研制的科技工作者追求的意境。

在进一步的研究中,他们注意到了近年来激光准直技术中新发展起来的衍射准直技术,它利用衍射条纹对光源平漂不敏感这一特点,可将准直测量精度提高一个量级。而双光束干涉方案的最主要的误差来源之一是两束空间分离的光束在大气中传输的相关度很低,如果将衍射准直技术引入LTP中,采用单束光的衍射条纹即可实现测量光斑的精确定位,从原理上可以降低环境因素及光源稳定性对测量精度的影响。在认真分析研究了衍射准直技术的特点后,他们提出了基于位相板衍射的设计方案,在国际上首次创造性地采用了位相板衍射光束精确测定束斑位置。这一创新性的方案提出后,课题组立即着手进行原理性实验,结果令人振奋。采用这个方案不但能更精确测定光束的位置,并且大大简化了光学系统,降低了成本,在没有恒温恒湿的普通实验室中测量的精度优于国际上现有水平。经过两年的努力,终于研制成功了我国首台350mm量程长程面形仪,并已通过了国家计量院的检定,可用于实际工件检测。通过测试专家组和机构近乎苛刻的测试,该仪器精度高于国际上同类仪器,整体性能居国际领先水平,并承担了北京和合肥同步实验室的精密测试任务。

撰稿人:张平

点评:

肖体乔先生承担的研制任务,用已有的方法、时间和资金都不允许,惟一选择是突破原来的方法。在进一步的研究中,从衍射准直技术中受到启发,提出了基于位相板衍射的设计方案,在国际上首次成功采用位相板衍射光束精确测定光束斑位置。作为一名青年科学家,他不因许多专家质疑而止步不前,敢于突破思维定势,解决了被喻为“难度极大”、“风险很大”的问题;他重视知识的积累,更重视知识的广度和深度的合理结构,合理的知识结构使他触类旁通。

  打印本页 关闭本页
© 1996 - 中国科学院 版权所有 京ICP备05002857号  京公网安备110402500047号  联系我们
地址:北京市三里河路52号 邮编:100864