于海利,男,中共党员,汉族、工学博士,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称长春光机所)副研究员,中国科学技术大学、长春禹衡光学公司联合培养博士后。长期从事大面积高精度衍射光栅研制中的关键技术研究,中国科学院青年创新促进会成员。主持或参与国家级科研项目3项、省部级科研项目4项,发表论文20余篇,授权发明专利20项。获长春光机所首届先进个人、吉林省科技进步一等奖等荣誉。
厚积薄发,肩负中国光栅梦
“青年之字典,无‘困难’二字,青年之口头,无‘障碍’一词。”于海利一直以此警句激励自己。
2006年大学毕业后,于海利来到了被誉为“中国光学摇篮”的中国科学院长春光学精密机械与物理研究所攻读博士研究生。从此,他的人生便与一种极其精密的科研设备——光栅刻划机紧密联系在一起。
光栅是最重要的一种光学分光元件,在各类光谱仪器中有着广泛的应用。光栅刻划机是制作光栅的设备,它使用简单的机械原理,在玻璃基底上以每毫米几百、甚至几千条线的密度,均匀的刻出线槽。光栅刻划机也因此被誉为“精密机械之王”。
长春光机所是中国光栅刻划机和衍射光栅的诞生地,早在1958年,就研制出了我国第一台衍射光栅刻划机。那时还没有电脑制图,每一个机械零件图纸都只能靠科研人员手绘;没有数控机床,可第一台衍射光栅刻划机的核心零件比今天数控机床加工的精度还要高一个量级。历经半个多世纪的洗礼,这台刻划机如今仍在高精度、稳定的工作。当于海利第一次看到它的金刚石刻刀在基底上往复运行,好像永远不知停歇时,他深深的被老一辈长光人的智慧所打动,那时就在想有一天自己也要做一台这样的“精密机械之王”。
务实创新,凝心聚力攻难关
对于大面积、高精度光栅来说,它的制造属于宏观尺寸、纳米精度的跨尺度制造技术,同时“做大”、“做精”极具挑战性。对于400毫米×500毫米的中阶梯光栅,要求在总行程约为16千米的条件下刻槽间距重复性误差要达到10纳米以内。对该指标进行一个等比缩放,相当于从地球到月球来回两次的行程内刻槽间距重复性误差不超过1毫米。
这样一台冲击极限的设备,其核心就是“精度”。大光栅刻划机由上千个元件、部件精妙配合而成,通过指标分解发现几乎所有关键部件都冲击着机械加工的世界极限水平,这些零部件中有若干项是无国家标准的超常规技术或超国标最高等级。整台设备的加工装调精度之难、运行保障环境要求之高,前所未有。制造这样一台精密机械王中之王需要克服重重难关。
丝杠、蜗轮、导轨是光栅刻划机最核心的“三大件”,而其精度要求是现有机床技术根本达不到的。为了能够达到最终的极限精度,采用了最传统的机械加工方法——手工研磨加工。但是,手工研磨技术对经验的要求非常高,为此,第一代光栅刻划机研制人张泰先生带着于海利和其他几个80后年轻人,不分昼夜加工和检测。
每一个核心部件的加工都是一次漫长的征程。就拿导轨来说,需要在680毫米的行程中直线度优于0.2秒,这就好比从长春的最东面一直到最西面,上下起伏不超过1mm。像这样,加工精度要求达到极限时,钢铁也变得像豆腐一样,稍有一点环境的风吹草动、或者手上多使了一点力,精度就会被破坏。
极度苛刻的要求是对年轻人耐心的巨大考验和锻炼。研磨的热量和人体的散热都会对精度有影响,所以研磨工作一天只能进行两次,其余的时间用于温度平衡。于海利记得有一次,即将接近最终指标,大家都非常兴奋,中午吃饭后马上投入到战斗中,可是由于没有充分的温度平衡,工作立刻回到了两个月前。希望变成失望,但是大家并没有气馁,总结经验和教训,持续战斗,就这样不断重复这样的工作,历时半年,终于研磨出导轨这一关键器件。
像这样的关键技术,在8年时间里,于海利和团队一起先后攻克了18项,几乎每一项都是用“安专迷”的科研精神一点一点啃下来的。在实验室进行研磨、检测的科研人员,都是像于海利这样毕业不久的博士、硕士。在亲朋好友的眼里,于海利不像科研人员——每天拿着研具、十指沾染着研磨粉、煤油等试剂,因为长期研磨手上的黑油渍清洗不掉,还长满了老茧。这些时间磨出的老茧,才是科研道路上不断成长的印记。正是凭着这种踏实的工作作风,解决了一项又一项的难题。
衔华佩实,无私奉献迈向前
通过数十年技术沉淀,历经8年的不懈努力与砥砺前行,2016年底,团队终于完成了大面积光栅刻划机的研制,并成功制造出面积达400mm×500mm的世界上面积最大的中阶梯光栅。目前,中科院云南天文台、中科院上海技物所、中科院西安光机所等单位,在多项光机项目中都已经或即将用上利用大光栅刻划机制造出的光栅,今天中国光谱仪终于拥有了自己的中国芯。
2018年,于海利荣获“长春光机所首届先进个人”荣誉称号。在荣誉面前,于海利觉得自己的科研成果能够获得认可并满足国家需求始终是自己追求的目标。正如习近平总书记说“只有把核心技术掌握在自己手中,才能真正掌握竞争和发展主动权。”要制造高水平的光栅,就是要不断挑战精度的极限,继承并发扬老一辈科研工作者的“工匠精神”,在祖国的需要面前,直面挑战、不畏艰难、勇于攻坚、勇担使命。