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    沒(mei)有(you)測(ce)(ce)量(liang)(liang)就沒(mei)有(you)科學技(ji)術(shu)，沒(mei)有(you)超(chao)精密(mi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)儀器，就不(bu)會(hui)有(you)高(gao)端(duan)(duan)裝備(bei)制造。然(ran)而多年來(lai)(lai)，中國(guo)制造業升級幾(ji)乎是(shi)由國(guo)外超(chao)精密(mi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)儀器來(lai)(lai)支(zhi)撐，這(zhe)是(shi)我(wo)國(guo)高(gao)端(duan)(duan)制造的(de)短板之(zhi)一。中國(guo)在超(chao)精密(mi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)儀器領域，是(shi)否能夠實(shi)現顛(dian)覆性技(ji)術(shu)突破和技(ji)術(shu)的(de)持(chi)續躍遷，從(cong)而實(shi)現追隨(sui)、并行、趕超(chao)，讓“卡(ka)脖子”不(bu)再(zai)來(lai)(lai)？

     漸(jian)進(jin)式創(chuang)新常有，顛(dian)覆性(xing)創(chuang)新不常有，尤其(qi)是(shi)在(zai)(zai)歷經幾十年發(fa)展的激(ji)光(guang)(guang)(guang)測量(liang)技術領域(yu)。為了追求“變不能為能，使激(ji)光(guang)(guang)(guang)測量(liang)儀(yi)器(qi)(qi)具有更(geng)高精度、更(geng)小體積(ji)、更(geng)方便使用、更(geng)低造價”，清(qing)華大學(xue)教授張書練不介意是(shi)否進(jin)“冷(leng)門”坐“冷(leng)凳”，深挖激(ji)光(guang)(guang)(guang)現(xian)象(xiang)(xiang)不止，轉化(hua)激(ji)光(guang)(guang)(guang)現(xian)象(xiang)(xiang)為納米(mi)測量(liang)技術不停(ting)。從發(fa)現(xian)現(xian)象(xiang)(xiang)開(kai)始(shi)，到把現(xian)象(xiang)(xiang)推化(hua)為儀(yi)器(qi)(qi)原理，他取得了一系列顛(dian)覆性(xing)技術成果：發(fa)明了新型原理雙(shuang)折(zhe)射（-塞曼）雙(shuang)頻激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)，開(kai)發(fa)出十多種激(ji)光(guang)(guang)(guang)納米(mi)測量(liang)儀(yi)器(qi)(qi)。目前(qian)，多種儀(yi)器(qi)(qi)已(yi)經實現(xian)應用，部分實現(xian)規模產業化(hua)，在(zai)(zai)光(guang)(guang)(guang)刻機、機床、航空航天等領域(yu)得到廣泛應用，帶(dai)動了納米(mi)測量(liang)，對科學(xue)技術做(zuo)出了的重大貢獻(xian)。

張書練教授

     近日，儀器信息網有幸采訪(fang)到這位(wei)非常具有創(chuang)新性且多(duo)產(chan)的(de)科學家，請他談一談自己(ji)這條深耕了40年(nian)的(de)偏振正交激光器納米測量技(ji)術(shu)的(de)研究和應用(yong)之路。

路自創新開，果從問題來

     張書練生于農(nong)(nong)村，每(mei)每(mei)假期，他(ta)都下(xia)地干活，十分賣力。經歷過多次旱澇，也(ye)常見春天的(de)鹽堿覆(fu)蓋農(nong)(nong)田，缺苗少棵。百姓(xing)靠天吃(chi)飯(fan)，常靠政(zheng)府救濟。鋤頭的(de)力量實在(zai)有限，既解決(jue)不(bu)好溫飽更幫(bang)不(bu)了別人。他(ta)從高中(zhong)課堂(tang)里，學(xue)到了蒸(zheng)汽機(ji)、內燃機(ji)、電(dian)力、化肥(fei)，知道(dao)這才(cai)是“改天換(huan)地”的(de)力量。

     20世紀60年代，清華(hua)大(da)學(xue)在(zai)四川綿陽(yang)建(jian)立分校(xiao)(xiao)，張書練(lian)作為清華(hua)大(da)學(xue)精(jing)儀系(xi)（原(yuan)機械系(xi)）光(guang)學(xue)儀器專業學(xue)生，隨校(xiao)(xiao)遠赴綿陽(yang)，畢(bi)業后留(liu)校(xiao)(xiao)，被(bei)納入分校(xiao)(xiao)（現在(zai)的清華(hua)電子系(xi)）激(ji)光(guang)專業任教(jiao)(jiao)。70年代，國家恢復研究生招(zhao)考(kao)，張書練(lian)考(kao)入清華(hua)大(da)學(xue)精(jing)儀系(xi)光(guang)學(xue)儀器專業，并回到北京。碩士論文的研究內容是(shi)激(ji)光(guang)陀螺，畢(bi)業后又在(zai)精(jing)儀系(xi)任教(jiao)(jiao)。

     激光技術的基(ji)礎和精密儀器(qi)系的環境，使張書練走進了(le)“激光”和“納米測量(liang)”學科(ke)交叉的方(fang)向(xiang)，心底的追求使他邁向(xiang)“不(bu)創(chuang)新我何(he)用，不(bu)應用我何(he)為(wei)”的道(dao)路。

     《不(bu)創新(xin)我何用，不(bu)應(ying)用我何為——你所沒有(you)見過的激(ji)光精密測(ce)量(liang)儀器(qi)》是張書練教(jiao)授于2021年3月(yue)出版的學術書，總結了自己近40年有(you)新(xin)意和有(you)重要性(xing)的成果。在寫作過程中，他從(cong)回(hui)顧中感悟到：失敗和質疑是開辟創新(xin)之路的動力。

     在(zai)中國(guo)儀器界，過去長(chang)期大幅度落后于西方先進國(guo)家，這給了我國(guo)一(yi)個模仿、學習(xi)、跟(gen)進的快(kuai)速成(cheng)長(chang)機會。但(dan)現在(zai)或不遠的未來，如何在(zai)無人引領的前沿(yan)儀器領域保持創新？張(zhang)書(shu)練教授(shou)認為(wei)(wei)，“科學家應(ying)該見問題而喜，我們(men)就是為(wei)(wei)解(jie)決問題才當(dang)教授(shou)的。有(you)(you)失(shi)敗(bai)和質疑，就有(you)(you)需要解(jie)決的問題，才會有(you)(you)連(lian)續(xu)不斷的成(cheng)果(guo)并(bing)產(chan)生各種應(ying)用。”

     例(li)如，張(zhang)書練(lian)教授在研究環形激(ji)(ji)光(guang)器測量(liang)弱磁場(chang)和測量(liang)位移受阻，產生(sheng)了(le)雙(shuang)折(zhe)射-塞(sai)曼雙(shuang)頻激(ji)(ji)光(guang)器，今(jin)(jin)天顯(xian)示出其突(tu)出重要性；申請“激(ji)(ji)光(guang)器納米測尺”，被專利審查(cha)員(yuan)質疑，因為(wei)形似(si)一樣實(shi)為(wei)不同(tong)，抗辯中接觸(chu)了(le)激(ji)(ji)光(guang)回饋，把(ba)他創新的(de)正交(jiao)偏振(zhen)激(ji)(ji)光(guang)器引入激(ji)(ji)光(guang)回饋又(you)開辟了(le)一個(ge)新的(de)方向，如今(jin)(jin)已是“枝繁葉茂(mao)”。

堅韌不拔，金石可鏤

    談及對創新(xin)的(de)執著，張(zhang)書(shu)練教授(shou)說“堅韌不拔，金(jin)石可鏤，才能攀上創新(xin)高(gao)峰，落實到應(ying)用(yong)”。他研究的(de)雙折射(she)雙頻激光(guang)器，歷經30余年(nian)才實現(xian)批(pi)量應(ying)用(yong)，是(shi)張(zhang)書(shu)練教授(shou)攀上高(gao)峰的(de)范例之(zhi)一(yi)。

     近50年來，塞(sai)曼氦(hai)氖雙頻激(ji)光(guang)(guang)器作為(wei)(wei)光(guang)(guang)源的(de)(de)(de)干(gan)(gan)涉儀(yi)(yi)——雙頻激(ji)光(guang)(guang)干(gan)(gan)涉儀(yi)(yi)，一直(zhi)是機(ji)械制(zhi)造、IT（光(guang)(guang)刻機(ji)）等(deng)行業重(zhong)要的(de)(de)(de)納(na)米(mi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)儀(yi)(yi)器。而由于(yu)原(yuan)理限制(zhi)，這種傳(chuan)統塞(sai)曼雙頻激(ji)光(guang)(guang)器存在三大缺憾(han)。首先(xian)，兩個(ge)頻率(lv)(lv)之差(cha)一般(ban)在3兆(zhao)赫茲左(zuo)右。這一小頻率(lv)(lv)差(cha)成為(wei)(wei)雙頻激(ji)光(guang)(guang)干(gan)(gan)涉儀(yi)(yi)提(ti)高測(ce)(ce)量(liang)(liang)速(su)度(du)的(de)(de)(de)瓶頸，測(ce)(ce)量(liang)(liang)速(su)度(du)一直(zhi)不超過1米(mi)/秒，成為(wei)(wei)提(ti)高測(ce)(ce)量(liang)(liang)導軌(gui)、光(guang)(guang)刻機(ji)、機(ji)臺等(deng)設備測(ce)(ce)速(su)的(de)(de)(de)障礙。第二，需要加大頻率(lv)(lv)差(cha)時(shi)，激(ji)光(guang)(guang)器的(de)(de)(de)功率(lv)(lv)大幅度(du)下降，7兆(zhao)赫茲頻率(lv)(lv)差(cha)激(ji)光(guang)(guang)功率(lv)(lv)下降到一百多微瓦(wa)，甚至(zhi)幾十微瓦(wa)，測(ce)(ce)量(liang)(liang)路數受到瓶頸性限制(zhi)。此外(wai)，塞(sai)曼雙頻激(ji)光(guang)(guang)器輸出的(de)(de)(de)偏(pian)振旋轉的(de)(de)(de)光(guang)(guang)束，需要經(jing)轉化才成為(wei)(wei)偏(pian)振與光(guang)(guang)傳(chuan)播方向垂直(zhi)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)（線偏(pian)振），這給干(gan)(gan)涉儀(yi)(yi)帶來幾納(na)米(mi)，甚至(zhi)10納(na)米(mi)的(de)(de)(de)非線性誤差(cha)。

     中國計量院的測試表明，非(fei)線性誤(wu)差不僅是塞曼雙頻干涉儀的缺憾(han)，也存在于單頻干涉儀和其他類型的激光干涉儀中。

     該(gai)如何(he)跳出這一窠(ke)臼(jiu)？從(cong)物理原理再(zai)出發！

     張書練教(jiao)授自1985年起(qi)開始了(le)尋(xun)找產(chan)生大頻(pin)(pin)(pin)率差(cha)方法，也即偏振(zhen)(zhen)正交激(ji)光(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)研究。通(tong)過(guo)梳(shu)理(li)、探(tan)究激(ji)光(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)原理(li)、特性(xing)和頻(pin)(pin)(pin)率穩(wen)定(ding)技術，從(cong)普通(tong)的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)體雙(shuang)折(zhe)射(she)(she)現(xian)象中，他找到了(le)解決問題的(de)(de)(de)契機。基于此，通(tong)過(guo)在激(ji)光(guang)(guang)器(qi)內(nei)置晶(jing)(jing)(jing)體石英(ying)片(pian)，使激(ji)光(guang)(guang)頻(pin)(pin)(pin)率分(fen)裂，一(yi)個(ge)頻(pin)(pin)(pin)率分(fen)成兩個(ge)偏振(zhen)(zhen)方向互相垂(chui)直的(de)(de)(de)光(guang)(guang)頻(pin)(pin)(pin)率，晶(jing)(jing)(jing)體石英(ying)片(pian)的(de)(de)(de)厚度，放置角(jiao)度的(de)(de)(de)微(wei)小改變，即可實現(xian)頻(pin)(pin)(pin)率差(cha)的(de)(de)(de)大范圍改變，一(yi)個(ge)全(quan)新的(de)(de)(de)雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)產(chan)生了(le)——雙(shuang)折(zhe)射(she)(she)雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)，其可輸出(chu)40MHz到數百(bai)MHz頻(pin)(pin)(pin)率差(cha)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)。如再(zai)加(jia)上橫向磁場，成為雙(shuang)折(zhe)射(she)(she)-塞(sai)曼雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)，輸出(chu)~0MHz到數百(bai)MHz頻(pin)(pin)(pin)率差(cha)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)。雙(shuang)折(zhe)射(she)(she)（-塞(sai)曼）雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)為雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)干涉儀性(xing)能的(de)(de)(de)階躍(yue)（減小非線性(xing)誤差(cha)，提高測速，增加(jia)測量路數）做(zuo)好了(le)準備。

     利用雙(shuang)折射(she)(she)(she)產(chan)生雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)是把石英(ying)晶體片安放于激(ji)光(guang)(guang)器內，張(zhang)書練證明(ming)(ming)雙(shuang)折射(she)(she)(she)雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)器的(de)(de)(de)可行性。進(jin)一(yi)步，找到了消除兩(liang)個(ge)頻(pin)(pin)(pin)率相互競爭的(de)(de)(de)“死區”，解(jie)放出0~40兆赫茲頻(pin)(pin)(pin)率差的(de)(de)(de)方(fang)法，這其中有(you)復雜(za)的(de)(de)(de)物(wu)理問題(ti)，又有(you)復雜(za)的(de)(de)(de)技(ji)術問題(ti)。再進(jin)一(yi)步，就(jiu)是找到能實(shi)(shi)(shi)用、最優的(de)(de)(de)雙(shuang)折射(she)(she)(she)雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)器的(de)(de)(de)結構(gou)，包括實(shi)(shi)(shi)現全內腔，真空封(feng)接方(fang)式，消除環境溫度變化影響等。為此，十幾位研究生（博士，碩士）和工程師長期持續攻關(guan)，難以(yi)計數(shu)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)(shi)驗，否定之否定，最終(zhong)發明(ming)(ming)了內應力(li)激(ji)光(guang)(guang)腔鏡，即把雙(shuang)折射(she)(she)(she)做(zuo)在(zai)激(ji)光(guang)(guang)器反(fan)射(she)(she)(she)鏡內。這一(yi)激(ji)光(guang)(guang)器稱(cheng)之為雙(shuang)折射(she)(she)(she)-塞曼雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)器。這一(yi)激(ji)光(guang)(guang)器技(ji)術站(zhan)在(zai)了世界(jie)雙(shuang)頻(pin)(pin)(pin)激(ji)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)前列(lie)。

     最(zui)后的勝(sheng)利要體現在雙頻激光干涉儀(yi)上，只有把雙折(zhe)射雙頻激光器作光源的雙頻激光干涉儀(yi)做(zuo)出來，并在應用中(zhong)糾錯(cuo)改進(jin)，被應用認(ren)可，推(tui)廣開(kai)，才算成(cheng)功。從原理(li)設計、實驗(yan)驗(yan)證裝置、工(gong)程樣機(ji)到儀(yi)器產品的跨越，可謂“古來征戰幾人回”。

     “熬人！”張書練教授用(yong)兩(liang)個(ge)字表(biao)達了自己(ji)的體會，但(dan)他的臉上(shang)卻洋溢著(zhu)自豪。

 ;    “從提出原理，到實(shi)驗(yan)驗(yan)證，再到產(chan)品化，并應用(yong)到雙頻激光干涉儀中。一開始儀器不穩定，我們就(jiu)不停做(zuo)調整，做(zuo)工藝(yi)改造。在這個過(guo)程中，十幾年就(jiu)過(guo)去了(le)。”張書練教授說(shuo)到。

     如今，張(zhang)書(shu)練教授(shou)發(fa)明的(de)(de)(de)(de)(de)以雙(shuang)(shuang)折(zhe)射雙(shuang)(shuang)頻激(ji)光(guang)(guang)器為(wei)核心的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)干涉儀已成(cheng)功實現(xian)批量(liang)(liang)商用。該儀器可(ke)廣泛應用于科學研(yan)究(jiu)、光(guang)(guang)刻機(ji)、數控機(ji)床、航空航天(tian)、艦船等行業；其核心部件(jian)——雙(shuang)(shuang)頻激(ji)光(guang)(guang)器，基于雙(shuang)(shuang)折(zhe)射產生激(ji)光(guang)(guang)雙(shuang)(shuang)頻的(de)(de)(de)(de)(de)原理，比國內外(wai)傳統的(de)(de)(de)(de)(de)塞曼雙(shuang)(shuang)頻激(ji)光(guang)(guang)器的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)功率(lv)平均高四倍、頻率(lv)差(cha)大一倍或兩三倍、最近達(da)到13倍（40MHz），且沒有兩個頻率(lv)之間耦(ou)合串混，分(fen)辨率(lv)達(da)到1納米(mi)，線性測(ce)量(liang)(liang)長度(du)范圍0到70米(mi)，非線性誤差(cha)小于1納米(mi)，測(ce)量(liang)(liang)速度(du)超過2米(mi)/秒。這些技(ji)術指標，滿足了(le)機(ji)床檢定(ding)、高端光(guang)(guang)刻機(ji)工件(jian)臺(tai)定(ding)位(wei)等應用的(de)(de)(de)(de)(de)要求。據(ju)透露，華為(wei)等經(jing)過廣泛調(diao)研(yan)，選定(ding)了(le)張(zhang)書(shu)練教授(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)頻激(ji)光(guang)(guang)干涉儀，此外(wai)，相(xiang)關機(ji)構(gou)也選定(ding)了(le)張(zhang)書(shu)練教授(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)頻激(ji)光(guang)(guang)器。

    獨辟蹊徑，步步生花

    雙折(zhe)射-塞曼雙頻激光(guang)器(qi)和干(gan)涉儀的(de)(de)成功是是從“冷(leng)門”里出(chu)來的(de)(de)，張書練(lian)教授認(ren)為，“被世(shi)界公認(ren)為那種(zhong)‘紅的(de)(de)’、‘紫的(de)(de)’領域，最有創新的(de)(de)工作往(wang)往(wang)已經完(wan)成了，再跟(gen)過去，雖然也(ye)能發表文章，也(ye)能突破，但僅僅是在(zai)人(ren)家(jia)設計好的(de)(de)大(da)筐(kuang)子里做。”

     “冷門”研(yan)究(jiu)，說起(qi)來(lai)容易，做(zuo)起(qi)來(lai)難。因(yin)為探索的(de)(de)(de)是新原理的(de)(de)(de)儀器(qi)，研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)是幾(ji)乎空(kong)白(bai)的(de)(de)(de)領(ling)域，張書練(lian)教授(shou)在工作(zuo)展開過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)不(bu)可(ke)避免地遇到了(le)太多的(de)(de)(de)問題，他卻對此(ci)保(bao)持了(le)一(yi)(yi)個非(fei)常樂觀(guan)的(de)(de)(de)心態(tai)。在激(ji)光器(qi)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，他深入揭示了(le)其(qi)物理現象（獲教育(yu)部(bu)自然科學一(yi)(yi)等獎兩項），如以往不(bu)能(neng)觀(guan)察的(de)(de)(de)激(ji)光模(mo)分裂(lie)、模(mo)競爭、正交(jiao)偏(pian)振，正交(jiao)偏(pian)振回饋等，并(bing)從新發現的(de)(de)(de)這些現象中(zhong)(zhong)思(si)考，獨辟蹊(xi)徑(jing)，步步生花(hua)。

     在為雙(shuang)(shuang)頻(pin)(pin)激光(guang)干涉儀研(yan)究雙(shuang)(shuang)折(zhe)射（-塞曼）雙(shuang)(shuang)頻(pin)(pin)激光(guang)器的同(tong)時，張書練(lian)教授研(yan)究了(le)雙(shuang)(shuang)折(zhe)射雙(shuang)(shuang)頻(pin)(pin)激光(guang)器的兩個(ge)(ge)(ge)頻(pin)(pin)率(lv)之間(jian)的耦合，也就是(shi)它們相互爭奪（競(jing)爭）能量的過程(cheng)，看到一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)頻(pin)(pin)率(lv)光(guang)強(qiang)度增加伴隨另一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)頻(pin)(pin)率(lv)的光(guang)強(qiang)度減小，直至一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)到最(zui)大時另一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)被熄滅，周(zhou)而復始。一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)全過程(cheng)正好是(shi)激光(guang)諧振(zhen)長(chang)(chang)度變化半個(ge)(ge)(ge)光(guang)波長(chang)(chang)（316納(na)(na)米），電路處理后，一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)上升沿、下(xia)降(jiang)沿是(shi)78納(na)(na)米。這就是(shi)張書練(lian)教授發(fa)(fa)明的氦氖激光(guang)器納(na)(na)米測(ce)尺等(deng)儀器，獲得了(le)國家發(fa)(fa)明二等(deng)獎（2007年(nian)）。

     激光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)兩個(ge)偏振正交的(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)是(shi)(shi)因(yin)在激光(guang)(guang)(guang)器(qi)內放入了(le)晶體石英(ying)或(huo)應力(li)元件(jian)(jian)產生的(de)(de)(de)，反過來，測出激光(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)差就(jiu)(jiu)知道了(le)激光(guang)(guang)(guang)器(qi)內的(de)(de)(de)元件(jian)(jian)有多大內應力(li)，多大內部雙折(zhe)射(she)，這就(jiu)(jiu)發(fa)明了(le)世界最高精度(du)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學波片(pian)(pian)和雙折(zhe)射(she)的(de)(de)(de)測量(liang)(liang)儀(yi)(yi)(yi)器(qi)，比傳統儀(yi)(yi)(yi)器(qi)高一個(ge)量(liang)(liang)級。特別(bie)是(shi)(shi)測量(liang)(liang)方(fang)法(fa)可(ke)溯(su)源到(dao)自然(ran)基準——光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)波長。其至今成為**的(de)(de)(de)國(guo)家(jia)標(biao)準的(de)(de)(de)測量(liang)(liang)方(fang)法(fa)，也是(shi)(shi)世界上(shang)***波片(pian)(pian)相位(wei)延遲標(biao)準。客戶利用(yong)這種儀(yi)(yi)(yi)器(qi)對加工過程(cheng)中激光(guang)(guang)(guang)陀螺的(de)(de)(de)元件(jian)(jian)進行內應力(li)檢測，找到(dao)了(le)殘余(yu)應力(li)的(de)(de)(de)成因(yin)，顯(xian)著提高了(le)精度(du)。上(shang)海光(guang)(guang)(guang)機所用(yong)標(biao)準儀(yi)(yi)(yi)器(qi)校準了(le)用(yong)于(yu)核聚變研究(jiu)的(de)(de)(de)激光(guang)(guang)(guang)玻(bo)璃內應力(li)測量(liang)(liang)的(de)(de)(de)儀(yi)(yi)(yi)器(qi)。這款儀(yi)(yi)(yi)器(qi)使(shi)他再次(ci)獲國(guo)家(jia)發(fa)明二等(deng)獎(jiang)（2010年）。

     氣(qi)體(ti)HeNe激(ji)光器可以做(zuo)出(chu)以上儀(yi)器，固體(ti)微(wei)片(pian)(pian)（毫(hao)米尺寸）激(ji)光器能有所作為嗎？張書練(lian)教授指導(dao)博士生(sheng)開始固體(ti)微(wei)片(pian)(pian)（毫(hao)米尺寸）激(ji)光雙頻激(ji)光干(gan)涉儀(yi)的研(yan)究，也取得了成功，研(yan)制出(chu)國內外第一(yi)臺固體(ti)微(wei)片(pian)(pian)激(ji)光雙頻干(gan)涉儀(yi)，第一(yi)臺固體(ti)微(wei)片(pian)(pian)激(ji)光回饋位移(yi)測(ce)尺。

     張書練(lian)教(jiao)授(shou)從最基本的(de)激(ji)光原(yuan)(yuan)理(li)和光學原(yuan)(yuan)理(li)出(chu)發(fa)，以解決問題為導(dao)向(xiang)，一(yi)個又一(yi)個的(de)創(chuang)新(xin)思維，指導(dao)開發(fa)出(chu)這些世界獨(du)一(yi)份(fen)的(de)納(na)(na)米(mi)儀器，應用并產業化，從而創(chuang)建了“偏振正交激(ji)光器納(na)(na)米(mi)測量(liang)”學術(shu)體系。

儀儀相連，都是“中國創”

    張(zhang)書練(lian)教授帶領團隊展開的研究工作，像葡萄樹一(yi)樣，一(yi)直向(xiang)上開花結果。行進中，來了一(yi)個又一(yi)個“中國創(chuang)”的機會(hui)，橫向(xiang)看去，儀儀相(xiang)連成(cheng)片，都是(shi)顛覆(fu)性(xing)的技(ji)術。

     激光回饋本(ben)來是激光系(xi)統(tong)中“絕對的害群(qun)之馬”，張(zhang)書練教(jiao)授之前看過(guo)相(xiang)關的文(wen)獻，卻(que)沒有想到要去研(yan)究它。因(yin)“位移自傳感器氦氖激光器系(xi)統(tong)及其(qi)實現方法”專(zhuan)利在申請的時候被專(zhuan)利審(shen)查(cha)員駁回，說其(qi)與美國伯克利分(fen)校的一個(ge)專(zhuan)利相(xiang)同(tong)，張(zhang)書練教(jiao)授便仔(zi)細閱(yue)讀(du)了審(shen)查(cha)員提供的對比(bi)文(wen)件(jian)，發現兩個(ge)專(zhuan)利在結構上非常雷同(tong)，核(he)心元件(jian)一樣(yang)多(duo)，擺放順序一個(ge)樣(yang)，卻(que)因(yin)一個(ge)鏡片(pian)的差別，使(shi)其(qi)原理(li)完全(quan)不同(tong)，屬于兩個(ge)分(fen)支。

     張(zhang)書練教授(shou)的(de)(de)(de)專利(li)(li)，在鏡片(pian)(pian)兩面都鍍上了激(ji)光(guang)(guang)消反(fan)(fan)射(she)膜，光(guang)(guang)線(xian)(xian)沒有反(fan)(fan)射(she)地通過，鏡片(pian)(pian)僅(jin)僅(jin)起到密封激(ji)光(guang)(guang)器的(de)(de)(de)殼(ke)內(nei)氣體的(de)(de)(de)作用，完全(quan)不遮擋光(guang)(guang)線(xian)(xian)，所以被稱為窗(chuang)口片(pian)(pian)；而伯克(ke)利(li)(li)的(de)(de)(de)這個鏡片(pian)(pian)是(shi)個高反(fan)(fan)射(she)率鏡片(pian)(pian)，激(ji)光(guang)(guang)器靠(kao)其對光(guang)(guang)束的(de)(de)(de)反(fan)(fan)射(she)形成振蕩(dang)。也就是(shi)說，一個與激(ji)光(guang)(guang)振蕩(dang)無關，一個是(shi)激(ji)光(guang)(guang)器振蕩(dang)的(de)(de)(de)必需(xu)元件，即(ji)前者是(shi)激(ji)光(guang)(guang)振蕩(dang)系統(tong)(tong)，后者是(shi)激(ji)光(guang)(guang)回饋(kui)系統(tong)(tong)。

     張書練教授想到，如果自己(ji)的偏(pian)振正交激(ji)光原理(li)引入回饋(kui)，又會是什么行為(wei)呢(ni)？試一(yi)試！

     張書練(lian)教授先安排一個研(yan)(yan)究生研(yan)(yan)究激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)回(hui)(hui)(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)技(ji)(ji)術(shu)，要親自看清(qing)了(le)(le)激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)回(hui)(hui)(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)的(de)行(xing)為，思(si)考激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)回(hui)(hui)(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)技(ji)(ji)術(shu)走(zou)向何(he)方。自然想起偏振(zhen)正(zheng)(zheng)(zheng)交激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)技(ji)(ji)術(shu)，他用偏振(zhen)正(zheng)(zheng)(zheng)交激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)改造了(le)(le)激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)回(hui)(hui)(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)，于是，觀察到若干新的(de)現象(xiang)，形成(cheng)了(le)(le)偏振(zhen)正(zheng)(zheng)(zheng)交激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)回(hui)(hui)(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)納米測(ce)量系列(lie)技(ji)(ji)術(shu)和儀器(qi)(qi)(qi)，把(ba)激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)回(hui)(hui)(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)技(ji)(ji)術(shu)推(tui)上了(le)(le)一個新的(de)高度(du)，也(ye)使偏振(zhen)正(zheng)(zheng)(zheng)交激(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)“再添雙翅”。

     或(huo)走(zou)入(ru)他的實驗室參觀，或(huo)閱讀(du)他的四(si)部專著（《正(zheng)交(jiao)偏(pian)振(zhen)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)原理》、《激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)和(he)(he)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束》、《Orthogonal Polarization Lasers》、《不創新(xin)我何(he)用(yong)，不應(ying)用(yong)我何(he)為——你(ni)所沒有見過的激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)測(ce)(ce)(ce)(ce)量儀(yi)(yi)器(qi)》）和(he)(he)近400篇(pian)論文，可看到，張書(shu)練教授及(ji)其團隊研制出的激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)回(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)光(guang)(guang)(guang)(guang)學相位延(yan)遲/內(nei)(nei)應(ying)力在線測(ce)(ce)(ce)(ce)量儀(yi)(yi)、激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)回(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)條紋干涉儀(yi)(yi)、微(wei)片激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)（Nd：YAG和(he)(he)Nd：YVO4）共路(lu)（和(he)(he)準共路(lu)）移(yi)頻(pin)回(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)干涉儀(yi)(yi)、激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)回(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)遠程(cheng)振(zhen)動和(he)(he)聲音測(ce)(ce)(ce)(ce)量儀(yi)(yi)、激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)回(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)材料熱膨脹系數(shu)測(ce)(ce)(ce)(ce)量儀(yi)(yi)、微(wei)片固(gu)(gu)體(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)萬分(fen)尺、Nd：YAG雙(shuang)頻(pin)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)干涉儀(yi)(yi)、微(wei)片固(gu)(gu)體(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)回(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)共焦測(ce)(ce)(ce)(ce)量技術、微(wei)片固(gu)(gu)體(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)回(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)表(biao)面(mian)測(ce)(ce)(ce)(ce)量技術等十余種國內(nei)(nei)外(wai)**的納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)測(ce)(ce)(ce)(ce)量儀(yi)(yi)器(qi)，儀(yi)(yi)儀(yi)(yi)相連，構建出了一(yi)個“正(zheng)交(jiao)偏(pian)振(zhen)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)回(hui)饋(kui)(kui)(kui)(kui)(kui)納(na)(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)測(ce)(ce)(ce)(ce)量儀(yi)(yi)器(qi)”體(ti)系。

     “步(bu)步(bu)生(sheng)花(hua)”的“偏(pian)振(zhen)正(zheng)交(jiao)激(ji)光器(qi)納米(mi)測(ce)量(liang)儀器(qi)”和“儀儀相連”的“偏(pian)振(zhen)正(zheng)交(jiao)激(ji)光器(qi)回(hui)饋(kui)納米(mi)測(ce)量(liang)儀器(qi)”，構建(jian)成了一個完整(zheng)的“偏(pian)振(zhen)正(zheng)交(jiao)激(ji)光器(qi)及(ji)納米(mi)測(ce)量(liang)”體系。“其中，激(ji)光器(qi)是(shi)核心，我們看(kan)見(jian)并解決了他(ta)人沒(mei)有想(xiang)到的問題，儀器(qi)的‘臺階’也就上(shang)來(lai)了。”張書(shu)練教授說(shuo)他(ta)和團隊的成果鮮明特(te)征是(shi)，“激(ji)光器(qi)就是(shi)儀器(qi)，儀器(qi)就是(shi)激(ji)光器(qi)自身。”

坐實創造，不讓論文變“云煙”

    在實(shi)驗室(shi)里，一個(ge)博士(shi)生(sheng)來了(le)(le)，做(zuo)完實(shi)驗，畢業后離(li)開(kai)，然后再來一個(ge)博士(shi)生(sheng)，這是一種很正(zheng)(zheng)常(chang)的(de)(de)(de)(de)安排，卻往往使經驗和教(jiao)訓難于(yu)傳承，因為論文(wen)里面(mian)記錄(lu)的(de)(de)(de)(de)一般都是好的(de)(de)(de)(de)結果，不常(chang)寫(xie)入失敗和糾(jiu)正(zheng)(zheng)錯誤(wu)的(de)(de)(de)(de)過程，傳承不全(quan)面(mian)。張(zhang)(zhang)書(shu)練教(jiao)授很早就注意(yi)到了(le)(le)這個(ge)問題(ti)，因此邀請了(le)(le)4個(ge)工程師(shi)來實(shi)驗室(shi)工作，由他們和學生(sheng)一起(qi)完成實(shi)驗。也(ye)正(zheng)(zheng)是這些工程師(shi)的(de)(de)(de)(de)工作，幫助張(zhang)(zhang)書(shu)練教(jiao)授及其(qi)團(tuan)隊(dui)傳承了(le)(le)一個(ge)個(ge)技術和儀器(qi)。

     張書練(lian)教授很注(zhu)重團(tuan)隊研(yan)究(jiu)課題的取舍，發現(xian)論文(wen)漂(piao)亮，實(shi)際(ji)上不能應(ying)(ying)(ying)用(yong)的，或更(geng)改方案(an)，或暫時放下；發現(xian)論文(wen)漂(piao)亮，實(shi)際(ji)應(ying)(ying)(ying)用(yong)可能性大(da)的，就持續研(yan)究(jiu)，做實(shi)驗樣(yang)機(ji)。一直找機(ji)會儀器化，把**的技(ji)術和儀器推(tui)向應(ying)(ying)(ying)用(yong)。

     除了雙折射雙頻激(ji)(ji)(ji)光(guang)干涉儀(yi)外，國內外首臺基于(yu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)回(hui)饋原理的納米分辨力固體激(ji)(ji)(ji)光(guang)回(hui)饋干涉儀(yi)也已(yi)經實現產(chan)業化(hua)，在(zai)美國圣(sheng)路易斯華盛頓大(da)學(xue)(xue)、合肥工(gong)(gong)業大(da)學(xue)(xue)（三臺已(yi)應用10年）、上海(hai)理工(gong)(gong)大(da)學(xue)(xue)、北(bei)京(jing)理工(gong)(gong)大(da)學(xue)(xue)等(deng)(deng)處被(bei)應用，且使用情況良(liang)好。該儀(yi)器(qi)能夠無接(jie)觸地測(ce)量(liang)微、輕、薄、黑、燒紅等(deng)(deng)目(mu)標的移動量(liang)，以及水(shui)、酒精(jing)等(deng)(deng)液面的位移和高度(du)變(bian)(bian)化(hua)，**不需要在(zai)被(bei)測(ce)物上加附(fu)件配合，可用于(yu)監測(ce)航天相機的支(zhi)架和鏡面形變(bian)(bian)等(deng)(deng)。該儀(yi)器(qi)還可用于(yu)刻劃(hua)光(guang)柵的金剛車(che)刀(dao)，光(guang)束直(zhi)接(jie)射向車(che)刀(dao)，改變(bian)(bian)了以往光(guang)束射向車(che)刀(dao)支(zhi)撐臂的方式，將(jiang)測(ce)量(liang)誤差減小到1/4。

     “這(zhe)些(xie)儀器(qi)(qi)，我想無論如何還是(shi)要傳(chuan)承下去。我在(zai)這(zhe)塊做了(le)幾(ji)(ji)十(shi)年研究，花了(le)國(guo)家不少(shao)錢，要回饋(kui)給社會，這(zhe)是(shi)我目(mu)前所想的事兒。雖然已(yi)經有幾(ji)(ji)款儀器(qi)(qi)實現了(le)產(chan)業(ye)化(hua)，但還是(shi)希望另外(wai)幾(ji)(ji)款儀器(qi)(qi)也能(neng)‘成氣’，至少(shao)，有儀器(qi)(qi)公司能(neng)把它接下來，由企業(ye)來推動儀器(qi)(qi)化(hua)、產(chan)業(ye)化(hua)。”張書(shu)練教授說到。

     據悉，北京鐳測科技有(you)限公(gong)司正努力把儀(yi)器產業(ye)化，尤其是雙頻激光干涉儀(yi)已經被幾(ji)個半導體(ti)企業(ye)采購，擔當起半導體(ti)全產業(ye)鏈(lian)一個重(zhong)要環節國產化替代的歷史重(zhong)任。此外(wai)，華(hua)為(wei)、德國Blankenhorn和福(fu)建(jian)福(fu)晶科技有(you)限公(gong)司等國內外(wai)企業(ye)也在(zai)為(wei)張書練(lian)教授團(tuan)隊儀(yi)器的產業(ye)化和推廣而努力。

     凡是新原理的(de)(de)(de)(de)東西，想要(yao)真正被社(she)會所認可，盡(jin)管(guan)再好用，再有潛力，都(dou)是要(yao)花時(shi)間的(de)(de)(de)(de)。且由于歷史和思維(wei)定式，國(guo)外多年強勢，要(yao)國(guo)人(ren)接受中(zhong)國(guo)自己的(de)(de)(de)(de)創(chuang)造有很(hen)多事要(yao)做，要(yao)國(guo)人(ren)接受國(guo)產高檔激光儀(yi)器(qi)也是一(yi)個(ge)循(xun)序(xu)漸(jian)進的(de)(de)(de)(de)過程。張書練(lian)教(jiao)授對(dui)此表示：“困難怕意志，中(zhong)國(guo)創(chuang)、世界用的(de)(de)(de)(de)時(shi)代一(yi)定會到(dao)來！”  

個人簡介

    張書練(lian)，清華大學本科，碩(shuo)士，教授，博士生(sheng)導師。激(ji)光(guang)和(he)精密(mi)(mi)測量(liang)(liang)專家，偏振正交激(ji)光(guang)器(qi)納米測量(liang)(liang)技術的國(guo)內創建(jian)人和(he)國(guo)際主(zhu)要(yao)創建(jian)人。作(zuo)為(wei)第一(yi)(yi)完成人，獲國(guo)家技術發(fa)(fa)明(ming)二等(deng)獎(jiang)(jiang)兩項(xiang)，教育部(bu)(bu)(bu)自(zi)然(ran)科學一(yi)(yi)等(deng)獎(jiang)(jiang)兩項(xiang)，電子(zi)學會發(fa)(fa)明(ming)一(yi)(yi)等(deng)獎(jiang)(jiang)一(yi)(yi)項(xiang)等(deng)十余(yu)次獎(jiang)(jiang)項(xiang)。他(ta)在ISMTII-2017國(guo)際學術會議(yi)上被授終(zhong)身貢獻獎(jiang)(jiang)。出版(ban)專著：唯一(yi)(yi)作(zuo)者3部(bu)(bu)(bu)，第一(yi)(yi)作(zuo)者1部(bu)(bu)(bu)，主(zhu)編(bian)國(guo)際會議(yi)專題文(wen)(wen)集2部(bu)(bu)(bu)，計測技術“教授論精密(mi)(mi)測量(liang)(liang)”一(yi)(yi)期，發(fa)(fa)表論文(wen)(wen)360余(yu)篇，發(fa)(fa)明(ming)專利權80余(yu)項(xiang)。發(fa)(fa)明(ming)的雙折(zhe)射(she)-雙頻激(ji)光(guang)器(qi)及干涉(she)儀等(deng)納米測量(liang)(liang)儀器(qi)已經批(pi)產。