作者:王敏 来源:中国科学报 发布时间:2023/8/14 8:13:36
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洪义麟:斑斓世界里的追光者

 

 洪义麟   受访者供图

■本报记者 王敏

中国科学技术大学(以下简称中国科大 )国家同步辐射实验室教授级高级工程师洪义麟,是一位衍射光栅研制专家。但在同事眼中,他不仅是一位工程师,更是缺什么设备就能想办法造出什么设备的能工巧匠。

多年来,他始终围绕国家重大战略需求,长期从事衍射光栅研究,带领团队自主研发出多套光栅研制关键工艺设备,逐步解决了制约我国强激光技术发展的大口径光栅“卡脖子”问题。日前,他获得了中国科学院第四届“科苑名匠”称号。

“国家的需求,就是我的目标。攻坚克难,废寝忘食,乐在其中。”洪义麟说。

结缘光栅

前不久,第十九届“中国光谷”国际光电子博览会在武汉举行。洪义麟团队携带多项创新成果参会。

“我们展示的成果有米级口径脉冲压缩光栅、反射式宽带镀金光栅、高性能光谱合束光栅、AR衍射光波导光栅、高衍射效率透射光栅……”洪义麟向《中国科学报》介绍这些成果时,如数家珍。

何为光栅?“光栅是一种具有纳米精度周期性微结构的精密光学元件,因形如栅栏,故名光栅。”洪义麟介绍,光栅表面上看像是一块玻璃或镜子,但在电子显微镜下看,其表面均匀分布着无数根平行的线条。由于衍射作用,光栅可以把射入的白光给色散开,形成光谱。光栅是光谱仪器的“心脏”,不同的物质光谱特征不同,由此可以分析出构成物体的“成分”。

一般来说,光栅线条数量越多,精度越高,分析“本领”越强,光谱分析结果越精确。但无论将光栅“做大”还是“做精”都很困难,两个同时做到,更是难上加难。

时间回到1991年,我国第一个国家级实验室——国家同步辐射实验室一期工程建设接近尾声,即将接受国家验收,但从国外定制的光栅到货时间却还遥遥无期。工程建设团队曾尝试联系国内多家光学元件研制单位,但都无法解决这一棘手难题。

情急之下,时任中国科大副校长、国家同步辐射实验室工程总经理包忠谋,找到洪义麟所在的衍射波带片研制攻关小组,要求团队“一定要研制出光电子能谱光束线的光栅,需要的条件,只要有可能,一律满足”。

然而,此时小组里的4个人,谁都不知道如何制作光栅。“我们只能按照书本知识,从头开始摸索工艺,幸运的是实验室已经配备了国产的激光器、光学平台、离子束刻蚀机等基本研制设备。”洪义麟回忆道。

因全息曝光实验室靠近马路,白天汽车经过产生的震动会使线条“模糊”,他们只能下半夜做全息曝光实验;刻蚀机口径不够大,自己动手改造;全息掩模做好了,装到刻蚀机里,抽上真空,他们就抓紧时间睡一会儿,醒来再继续做刻蚀和电镜实验……

就这样,全组人员经过3个月的昼夜奋战,终于研制出我国第一块技术指标合格的同步辐射光栅,保障了国家同步辐射实验室一期工程的顺利验收。

从那时起,洪义麟正式与光栅结缘。

向高精密光栅进军

走进衍射光学元件精密加工实验室,十多台仪器设备都在有序工作。“这是涂胶机、离子束刻蚀机、清洗机、衍射效率测量系统……”洪义麟按照光栅制作的步骤,依次介绍了他们自主研发的一系列国内大光栅研制关键工艺设备。

正是凭借这些“金刚钻”,他们研制出多种大口径脉冲压缩光栅。比如,目前国际上最大口径1400毫米的介质膜高阈值脉冲压缩光栅。这些成果已应用在国内主要强激光装置上,助力我国高能激光系统达到世界先进水平。很难想象,上世纪末,我国大口径光栅制作还是一片空白。

洪义麟介绍,作为高性能激光的核心元件,不同于普通光栅,这类大口径光栅的主要特点是“一大三高”:米量级大口径(达到1米以上)、高衍射效率(达到95%以上)、高精度衍射波前(线条均匀性好和光栅基片面型精度高)、高抗激光损伤阈值(耐强激光照射能力强)。

“将这么多难点汇集在一块光栅上,制作难度之大、工艺之复杂,不言而喻。”洪义麟直言。当时,国际上仅有法国和美国各一家公司可以制作,且最大口径仅有900毫米左右。

为了打破困局,2002年,国家“863计划”攻关项目“大口径衍射光学元件研制”开始实施。由中国科大牵头,联合清华大学、苏州大学、四川大学、中国科学院上海光学精密机械研究所组成大光栅团队进行攻关,目标是研发半米量级的脉冲压缩光栅。

工欲善其事,必先利其器。洪义麟牵头开始研制中等口径旋转涂胶机、中等口径离子束刻蚀机、等离子灰化机等关键工艺设备。

有了设备,团队很快研制出第一块100毫米口径的介质膜脉冲压缩光栅,实现了国内脉冲压缩光栅从无到有的跨越。2009年,团队研制出430毫米口径的光栅,圆满完成攻关任务。

有了信心,团队开始向更高目标进军——承担国家重大专项“衍射光学元件中试验证与关键技术攻关”项目,制作米量级(1400毫米)口径脉冲压缩光栅,并实现批量供货。

“光栅口径一下从430毫米增长到1400毫米。对应到设备上,几乎所有关键工艺设备都需要重新研制,甚至有些设备的技术路线都要作出改变。”洪义麟说,从口径上来看,这些设备几乎都是国际上最大的。

时间紧,任务重,难度大。洪义麟再次带领团队从技术方案到关键器件、从机械设计到加工工艺、从安装调试到实验工艺,进行了一系列的创新和关键技术攻关。最终,历经7年时间,他们啃下了这块“硬骨头”,完成了关键大口径光栅工艺设备的自主研制。

除了研制设备外,洪义麟带领团队创新工艺技术——首创等离子掩模修正技术,实现光刻胶光栅线条的高精度修正。同时,研制出一批关键工艺在线监测系统,光栅工艺控制实现了从凭“经验”到科学“定量”控制的跨越。

在洪义麟看来,强国之梦,需要高新技术支撑。要想赶上国际先进水平,没有捷径,只有付出更多努力。

“要坚信我们不比别人差”

可能是“骨子里的遗传”,洪义麟从小就喜欢动手鼓捣各种小东西。“我的父亲很早就评上了7级钳工。小时候,父亲经常带着我在家里做一些玩具、桌椅板凳等。这为我的童年带来了很多乐趣,也培养了我的动手能力。”洪义麟自豪地说。

1981年,洪义麟考入浙江大学光学仪器专业,这是我国光学工程里的顶尖学科。“当时,我对照相机、电影放映机等特别好奇,梦想着以后能亲手接触这些‘高大上’的仪器,觉得那就是最好的工作。”洪义麟说。

1985年,洪义麟加入国家同步辐射实验室。回首38年科研生涯,洪义麟感慨道:“干事情要有信心,要坚信我们不比别人差。但凡国际上有人可以做出来的东西,我们一定也能做出来,甚至能比别人做得更好。”

付绍军是1977年中国科大物理系毕业生,1984年初从物理系调入国家同步辐射实验室。30多年来,作为中国科大教授级高级工程师,他一直与洪义麟并肩作战,是洪义麟的“老领导”,也是最好的“搭档”。

“洪义麟既聪明又能干,而且多年如一日,踏踏实实、认认真真做事情,这是非常难得的。”谈起洪义麟,付绍军赞赏连连。

作为大光栅团队负责人,洪义麟经常勉励学生,动手是工程师的基本技能,只有亲自做过,才能更好、更快地找到解决难题的方法;要重视理论的指导作用,在理论上多花时间,做实验就会事半功倍。同时,还要具备很强的持续学习能力和良好的团队合作精神。

“我们赶上了一个伟大的时代,也是光栅广泛应用的时代。我将继续带领团队顺应国家需求、顺应市场需求,攻坚克难,不断提升光栅性能,为中国制造、中国创造贡献自己的力量。”洪义麟表示。

 
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