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太陽(yáng)X射線-極紫外成像儀

4米碳化硅反射鏡研制團(tuán)隊(duì)。長(zhǎng)春光機(jī)所供圖

“科技工作者要做建設(shè)大軍里真正的排頭兵。這個(gè)排頭兵不僅是要找一條路，還要披荊斬棘，讓后面的建設(shè)大軍能夠跟上來(lái)。”

中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)春光機(jī)所）第一任所長(zhǎng)王大珩對(duì)科技工作者創(chuàng)新責(zé)任的解釋，影響著一代又一代科研人員。

1400萬(wàn)斤小米，是國(guó)家在20世紀(jì)50年代撥給王大珩創(chuàng)辦中國(guó)科學(xué)院儀器館（長(zhǎng)春光機(jī)所前身）的首筆經(jīng)費(fèi)，新中國(guó)的光學(xué)事業(yè)由此起步。在王大珩的帶領(lǐng)下，長(zhǎng)春光機(jī)所熔煉出中國(guó)第一爐光學(xué)玻璃，從而結(jié)束了中國(guó)沒(méi)有光學(xué)玻璃的歷史。

早年，王大珩提出從技術(shù)攻關(guān)到儀器研制“一竿子插到底”的精神。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的沉淀和積累，長(zhǎng)春光機(jī)所在新時(shí)期凝練出“博大精深、科學(xué)務(wù)實(shí)、團(tuán)結(jié)奉獻(xiàn)、開放共贏”的“長(zhǎng)光精神”，指引著年輕的科研人員延續(xù)前輩至精至專、做深做透的優(yōu)良傳統(tǒng)，繼續(xù)腳踏實(shí)地、“追光”前行。

博大精深：10年“冷板凳”迎來(lái)“大項(xiàng)目”

趙文興1978年考入長(zhǎng)春光機(jī)所，成為王大珩的研究生。他傳承了老師提出的“一竿子插到底”精神，并將其發(fā)揚(yáng)光大，不局限于已有的研究成果，轉(zhuǎn)而投入博大精深的新材料研究。

趙文興最初的研究方向是玻璃材料。20世紀(jì)90年代，時(shí)任長(zhǎng)春光機(jī)所奧普光學(xué)材料事業(yè)部主任的趙文興在國(guó)外訪問(wèn)時(shí)看到碳化硅反射鏡，迅速意識(shí)到碳化硅作為反射鏡材料的巨大優(yōu)勢(shì)，“這個(gè)材料跟玻璃比剛度更好、熱量傳播更快，我們也應(yīng)該試試”。

當(dāng)時(shí)，碳化硅反射鏡已在國(guó)外光電裝備實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域尚處空白狀態(tài)。趙文興認(rèn)為，碳化硅比玻璃更適合研制大口徑反射鏡，也是未來(lái)光學(xué)材料發(fā)展繞不過(guò)去的一道坎兒。

此前，長(zhǎng)春光機(jī)所曾試圖從國(guó)外購(gòu)買碳化硅反射鏡材料，對(duì)方卻以涉及關(guān)鍵戰(zhàn)略領(lǐng)域?yàn)橛?，拒絕向中國(guó)出售。

考慮到從國(guó)外購(gòu)買材料、引進(jìn)技術(shù)均受到限制，趙文興回國(guó)后立即向所里申請(qǐng)開展碳化硅材料的研究。盡管他對(duì)碳化硅材料的了解不多，但他時(shí)常提起一句話：“我是王大珩的學(xué)生，不能丟了老師的名聲。”

1998年，年近50歲的趙文興帶領(lǐng)5個(gè)人的團(tuán)隊(duì)開啟了碳化硅材料制備技術(shù)的攻關(guān)。在接下來(lái)的10年時(shí)間里，這個(gè)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)默默無(wú)聞地忙碌著，在外人眼中顯得有些沉寂。

2008年，趙文興所在的長(zhǎng)春光機(jī)所光學(xué)中心研究團(tuán)隊(duì)研制出我國(guó)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的0.7米量級(jí)碳化硅反射鏡。當(dāng)時(shí)，世界上應(yīng)用于可見(jiàn)光望遠(yuǎn)鏡的碳化硅反射鏡最大口徑為1.5米量級(jí)。雖然沒(méi)有做到世界最大，但研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)碳化硅反射鏡從“0”到“1”的突破。

坐了10年“冷板凳”的趙文興團(tuán)隊(duì)終于迎來(lái)了“大項(xiàng)目”——2009年9月，國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目啟動(dòng)，宣布研發(fā)4米碳化硅反射鏡。

4米，趙文興等人很清楚，這是當(dāng)時(shí)碳化硅反射鏡口徑的全球之最。用4米碳化硅反射鏡做成的望遠(yuǎn)鏡，在地面上能看清太空中拳頭大小的碎片。

2010年至2016年，趙文興團(tuán)隊(duì)先后5次開展4米碳化硅反射鏡坯制備試驗(yàn)。前面4次均因鏡坯出現(xiàn)裂紋宣告失敗，但大家并沒(méi)有氣餒，因?yàn)榱鸭y的寬度在逐漸縮小。直到2016年第五次試驗(yàn)，鏡坯終于研制成功。

在此基礎(chǔ)上，長(zhǎng)春光機(jī)所陸續(xù)突破了一系列反射鏡制造關(guān)鍵技術(shù)，2米、2.4米、3米單體碳化硅反射鏡相繼研制成功；圍繞著大口徑反射鏡制造的工藝路線，一整套完整的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的加工、檢測(cè)裝備同步開發(fā)完成；研制的以4米量級(jí)磁流變高精度拋光設(shè)備、多姿態(tài)擺臂輪廓儀為代表的系列裝備更是國(guó)際上都沒(méi)有的精密制造設(shè)備。

2018年8月，經(jīng)過(guò)近10年的艱苦攻關(guān)，直徑4.03米、重量?jī)H1.6噸的碳化硅反射鏡研制成功，并順利通過(guò)驗(yàn)收。這是世界上公開報(bào)道的最大口徑碳化硅單體反射鏡，意味著大口徑反射鏡制造的全部核心技術(shù)真正掌握在中國(guó)人自己手中。

如今，在長(zhǎng)春光機(jī)所中央的小花園里還保留著趙文興團(tuán)隊(duì)在2015年研制的第四塊碳化硅反射鏡坯。它的外觀呈圓餅狀，中間有一孔，鏡面還有當(dāng)年試驗(yàn)出現(xiàn)的裂紋。這里已經(jīng)成為研究所一處地標(biāo)性景觀。

趙文興也將接力棒傳遞到以長(zhǎng)春光機(jī)所研究員張舸為首的年輕人手中。關(guān)于光學(xué)材料的故事還在續(xù)寫。

科學(xué)務(wù)實(shí)：將光柵“做大”“做精”

長(zhǎng)春光機(jī)所是中國(guó)光柵的發(fā)源地。1958年，這里開始研制我國(guó)第一臺(tái)光柵刻劃?rùn)C(jī)，誕生了我國(guó)第一塊光柵。1964年，我國(guó)第一顆原子彈爆炸試驗(yàn)的光譜設(shè)備，就使用了這里自主研制的光柵。

李文昊，國(guó)家光柵制造與應(yīng)用工程技術(shù)研究中心主任，2002年本科畢業(yè)后來(lái)到長(zhǎng)春光機(jī)所工作并讀博，一直從事光柵的研制工作。

如今，李文昊正帶領(lǐng)一個(gè)年輕的大光柵團(tuán)隊(duì)追隨老一輩科學(xué)家的足跡，繼續(xù)“追光”前行。在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中，35歲以下的年輕人占比70%?？茖W(xué)務(wù)實(shí)、敢闖敢拼是他們的科研寫照。

2025年5月，李文昊團(tuán)隊(duì)在大口徑光柵衍射波前控制方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于《光：科學(xué)與應(yīng)用》。該研究提出了一種光柵-激光互補(bǔ)式的工作臺(tái)位移測(cè)量技術(shù)，可以補(bǔ)償工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)誤差引起的光柵刻線誤差，實(shí)現(xiàn)大口徑光柵的高精度制作。

李文昊告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，光柵是一種具有周期性微結(jié)構(gòu)的精密光學(xué)元件，在光譜學(xué)、天文學(xué)、激光器、高端儀器裝備等諸多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。光柵面積大，可獲得高集光率和量程；光柵精度高，可獲得更好的信噪比和分辨率。

但是，同時(shí)將光柵“做大”和“做精”，屬于世界性難題，也成為制約我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的短板。盡快攻克此類光柵制備技術(shù)，是各光柵強(qiáng)國(guó)之間競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

國(guó)家光柵制造與應(yīng)用工程技術(shù)研究中心科研團(tuán)隊(duì)先后于2016年研制成功大型高精度衍射光柵刻劃系統(tǒng)、2019年研制成功1.5米掃描干涉場(chǎng)曝光系統(tǒng)等大面積高精度光柵制造裝備，并于2024年制造出面積為1500毫米×420毫米的“既大又精”的全息光柵，使我國(guó)光柵制造水平達(dá)到國(guó)際一流水平。

談及如何帶領(lǐng)年輕團(tuán)隊(duì)承擔(dān)重要任務(wù)，李文昊有自己的一套經(jīng)驗(yàn)。他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，首先，通過(guò)分階段驗(yàn)證降低不確定性，將高風(fēng)險(xiǎn)課題拆解為多個(gè)階段性目標(biāo)，通過(guò)小規(guī)模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證核心假設(shè)的可行性，再逐步推進(jìn)；其次，通過(guò)系統(tǒng)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理，列出技術(shù)難度、資源限制等潛在風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估其發(fā)生概率和影響程度，優(yōu)先解決高概率、高影響的問(wèn)題；最后，通過(guò)合理分配資源，將大部分資源投入中低風(fēng)險(xiǎn)的主流方向，預(yù)留小部分探索高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)課題。

今年，李文昊團(tuán)隊(duì)的主要攻關(guān)項(xiàng)目集中在光柵制造和光柵位移傳感應(yīng)用兩方面。在光柵制造方面，團(tuán)隊(duì)將創(chuàng)立米級(jí)尺寸原子精度測(cè)量光柵制造理論體系，破解同時(shí)實(shí)現(xiàn)“米級(jí)尺寸”和“原子精度”光柵制造的世界性難題；在光柵位移傳感應(yīng)用方面，團(tuán)隊(duì)正在打通高精度光柵尺核心器件-部件集成-檢測(cè)標(biāo)定全鏈條，全面突破光柵測(cè)量技術(shù)“卡點(diǎn)”，形成高精度光柵尺完整技術(shù)體系。

團(tuán)結(jié)奉獻(xiàn)：30多年追趕打破封鎖

在這群“追光人”中，長(zhǎng)春光機(jī)所研究員陳波用30多年時(shí)間，刻苦鉆研空間X射線、極紫外相機(jī)、遠(yuǎn)紫外波段光學(xué)技術(shù)，并將其應(yīng)用于空間領(lǐng)域。

1984年，陳波從吉林大學(xué)物理系畢業(yè)后，進(jìn)入長(zhǎng)春光機(jī)所工作。當(dāng)時(shí)，我國(guó)剛剛開始研究X射線、極紫外等波長(zhǎng)較短的電磁輻射，國(guó)外相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品又面向國(guó)內(nèi)禁售。在王大珩“一竿子插到底”精神的感召和引領(lǐng)下，陳波帶領(lǐng)科研人員奮起直追。

20世紀(jì)90年代，陳波作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，開始承擔(dān)我國(guó)航天工程中極紫外波段成像載荷研制任務(wù)。

極紫外光的波長(zhǎng)約為可見(jiàn)光的1/20，輻射亮度極其微弱，對(duì)光學(xué)儀器的研制要求非常高。比如，為了在該波段具有更高的反射率，陳波團(tuán)隊(duì)需要鍍制三明治結(jié)構(gòu)膜層，膜層厚度只有頭發(fā)絲直徑的萬(wàn)分之一，鍍制層數(shù)高達(dá)上百層。

“太陽(yáng)是地球空間天氣的源頭，它‘打噴嚏’，地球就得‘發(fā)燒’‘感冒’，我們就像太陽(yáng)和地球的攝影師，在更短波段范圍給太陽(yáng)和地球拍照?！标惒ǜ嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“X射線-極紫外-遠(yuǎn)紫外波段是一個(gè)全新波段，其波長(zhǎng)很短，但通過(guò)這個(gè)波段我們可以看到肉眼看不到的現(xiàn)象，可以更早知道太陽(yáng)的變化，以預(yù)報(bào)空間天氣情況?！?/p>

雖然我國(guó)空間X射線-極紫外-遠(yuǎn)紫外波段成像技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，但陳波經(jīng)常鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員上下一心、團(tuán)結(jié)一致、勇往直前。他們最終破解了材料反射率低、目標(biāo)信號(hào)微弱等一系列難題，成功研制出具有國(guó)際先進(jìn)水平的成像載荷，空間X射線-極紫外-遠(yuǎn)紫外波段成像技術(shù)及應(yīng)用2024年獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

在長(zhǎng)春光機(jī)所的展廳里，有一臺(tái)穿著亮閃閃衣服的特別望遠(yuǎn)鏡?！斑@是太陽(yáng)X射線-極紫外成像儀的一比一模型，真機(jī)搭載在2021年7月5日成功發(fā)射的風(fēng)云三號(hào)E星上，是國(guó)際上首臺(tái)具有X射線和極紫外兩個(gè)波段的太陽(yáng)成像儀。”陳波說(shuō)。

以往對(duì)X射線和極紫外兩個(gè)波段進(jìn)行成像監(jiān)測(cè)，需要搭載兩臺(tái)載荷，而陳波團(tuán)隊(duì)研制的太陽(yáng)X射線-極紫外成像儀集成了掠入射和正入射兩種成像方式，首次用一臺(tái)載荷完成了兩個(gè)波段的成像監(jiān)測(cè)，既節(jié)省了空間，又減輕了載荷重量。

2024年3月，“鵲橋二號(hào)”中繼衛(wèi)星成功發(fā)射，該衛(wèi)星搭載了陳波團(tuán)隊(duì)研發(fā)的極紫外相機(jī)?！斑@臺(tái)相機(jī)可以給地球拍攝特殊的照片，科學(xué)家利用這些圖像數(shù)據(jù)研究太陽(yáng)活動(dòng)如何影響地球空間環(huán)境，以及地球空間環(huán)境的演化過(guò)程，幫助預(yù)測(cè)可能造成危害的空間天氣事件?！标惒ㄕf(shuō)。

當(dāng)年的“小陳”已經(jīng)變成現(xiàn)在的“老陳”。陳波團(tuán)隊(duì)傳承了長(zhǎng)春光機(jī)所的優(yōu)良傳統(tǒng)，從應(yīng)用基礎(chǔ)研究做起，幾十年如一日，團(tuán)結(jié)奉獻(xiàn)、厚積薄發(fā)，不僅打破了國(guó)外封鎖，還滿足了國(guó)家重大工程任務(wù)需求。

開放共贏：“追光”青年登上國(guó)際舞臺(tái)

2020年底，31歲的李煒結(jié)束了在美國(guó)近10年的學(xué)習(xí)和工作，回國(guó)擔(dān)任長(zhǎng)春光機(jī)所微納光子學(xué)與材料國(guó)際實(shí)驗(yàn)室主任。

談及為什么選擇長(zhǎng)春光機(jī)所，李煒告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，長(zhǎng)春光機(jī)所是新中國(guó)在光學(xué)領(lǐng)域建立的第一個(gè)研究所，誕生了很多“第一”的成果——我國(guó)第一臺(tái)高精度經(jīng)緯儀、第一臺(tái)電子顯微鏡、第一臺(tái)高溫金相顯微鏡、第一臺(tái)多臂投影儀、第一爐光學(xué)玻璃等。這里是中國(guó)光學(xué)的搖籃，更是從事光學(xué)研究的青年們的向往之地。

回國(guó)后不久，李煒團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次利用單個(gè)器件、單次測(cè)量，獲得了高維度光場(chǎng)的光譜、偏振、光強(qiáng)等信息。2024年5月，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》，這是長(zhǎng)春光機(jī)所作為第一完成單位，首次在《自然》發(fā)表論文，實(shí)現(xiàn)了零的突破。

時(shí)隔半年，李煒團(tuán)隊(duì)的又一項(xiàng)重大成果發(fā)表于《科學(xué)》，這也是長(zhǎng)春光機(jī)所作為第一完成單位，首次在《科學(xué)》發(fā)表論文。文章稱，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種無(wú)需消耗能源即可完成制冷的新策略，可大幅節(jié)約能源并減少溫室氣體排放。

擔(dān)任微納光子學(xué)與材料國(guó)際實(shí)驗(yàn)室主任以來(lái)，李煒從美國(guó)、日本、法國(guó)等引進(jìn)了多位高水平科研人員，并推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室與國(guó)內(nèi)外頂尖高校研究機(jī)構(gòu)開展學(xué)術(shù)交流與合作。

李煒介紹，如今微納光子學(xué)與材料國(guó)際實(shí)驗(yàn)室會(huì)聚了世界各地的科研學(xué)者，外籍科研人員約占1/5?！安煌瑖?guó)籍、不同學(xué)術(shù)背景的科研人員可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、形成合力，在科學(xué)領(lǐng)域做出有重要影響力的成果?！崩顭樥f(shuō)。

日前，李煒榮獲2025年度中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)?。這位“追光”青年正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在光電信息領(lǐng)域持續(xù)深耕，一邊探索前沿技術(shù)，一邊嘗試破解應(yīng)用難題，力爭(zhēng)產(chǎn)出更多優(yōu)秀成果。

“‘一竿子插到底’的精神是長(zhǎng)春光機(jī)所一直以來(lái)的原動(dòng)力?！遍L(zhǎng)春光機(jī)所黨委書記、副所長(zhǎng)金宏說(shuō)，“國(guó)家需要什么，我們就做什么。能否成功并非第一選項(xiàng)，抱著執(zhí)著的態(tài)度‘死磕’，一定能攻克‘卡脖子’難題?！?/p>

新時(shí)期，長(zhǎng)春光機(jī)所的“追光人”正用實(shí)際行動(dòng)讓“博大精深、科學(xué)務(wù)實(shí)、團(tuán)結(jié)奉獻(xiàn)、開放共贏”的“長(zhǎng)光精神”薪火相傳、發(fā)揚(yáng)光大。

（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2025-06-10?第1版?要聞）