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巩岩:质量之魂 存于匠心

来 源:中国科学报
发布时间:2017-07-10

▲巩岩

巩岩团队开发的高端显微镜物镜。

■本报记者 王晨绯

在生命科学研究领域,光学显微镜的使用率绝对位列仪器使用的前三甲,物镜又是显微镜当中最重要的部件。如果把一台显微镜比喻成一架飞机的话,物镜就相当于航空发动机。

“这个活儿特别抠手”

当记者走进巩岩办公室时,他正坐在电脑前设计显微物镜的光路,身体微微向前倾,眼睛凑在屏幕前,手下的鼠标快速地移动,发出清脆的声音……

被唤起名字时,他才依依不舍地摘下眼镜,将眼睛从屏幕上移开。

他的办公室里一尘不染,各项材料都井然有序地摆着。得知记者对物镜设计感兴趣,他立刻将电脑屏幕转到记者面前,打开设计程序:“这是我们自己设计的一款高端超级复消色差荧光显微物镜的光路,显微物镜光学系统属于极小象差系统,对设计技巧和制造工艺要求极高。”巩岩语速很慢,回答记者每一个问题都会先思考一小会儿。说到心爱的物镜时,巩岩的话变得多起来,语速也快了起来。

“你别看设计图纸这么大,最后成品也就和胶卷盒差不多。”他拿起桌上一个泛着雾面银光的金属小圆筒递给记者。

这是一个沉甸甸的、只有40厘米的金属小筒,据说里面装了十几面光学镜片,有的镜片甚至只有米粒大小。

“今天,我们所有的显微镜片都是‘中国造’,但用于荧光检测的光学镜片材料由于技术壁垒,有些尚需进口。”他语气中透露着遗憾。

在电脑前设计复杂的光路只是巩岩工作的一部分。巩岩和他的团队还将完成光机结构设计、元件制造及系统集成工艺设计等工作,再将所有图纸拿到苏州医工所先进光学工程中心,将之变成手中沉甸甸的显微物镜。

这个过程既需要细心也需要耐心,更需要经验和一触即发的手感。

“这个活儿特别抠手。”巩岩用东北方言描述物镜制造,除了要把米粒大小的镜片做好,还要再将十六片镜子放到40厘米的物镜筒里,集成工艺要求极高。

我国显微物镜行业主要是给国外四大知名公司做中低端产品代工,研究显微物镜的人少之又少。由于高端显微物镜设计、制造难度高、投入较大,在中国又是个冷门行业,全国也就硕果仅存的几个人还在埋头设计、制造。

追求一种极致

巩岩本科毕业于浙江大学光仪系,而后在中科院长春光机所攻读硕士、博士学位。此后一直从事光学工程及技术相关领域工作。他负责完成了我国第三代激光卫星测距系统实时指向瞄准调节系统,极大地提高了测距系统指向精度,提高了回波率,使我国长春站测距量和测距精度一跃成为世界前三名,获得欧空局嘉奖。短波段光学工程技术也是他的主要研究方向,他负责完成了中国空间“天眼”望远镜中太阳极紫外相机的光机设计及地面测试标定设备研制工作。这套地面测试标定设备为我国探月工程中“嫦娥二号”卫星上的重要载荷之一 ——“极紫外相机”成功研制作出了巨大贡献。“十二五”期间,他又作为课题负责人承担了“02专项”科研任务,主持完成了我国首台高数值孔径投影光刻物镜的光机结构设计,创新性地采用多点“运动学”支撑机构满足了“热光学”设计指标极其苛刻的技术要求,提出精密“立式光学车削”结合高精度原位测试集成方案,解决了高精度物镜装调测试难题,研制了目前世界上最高精度的光学定心测试仪。

“国内一台显微镜卖几千块,而进口的一个显微镜小物镜头就卖两万美元。”这是巩岩,也是从事中国显微镜设计和生产工作者们心里的痛点。

巩岩和他的同事们正在一步步地努力缩短这之间的距离。“苏州医工所所长将要做超分辨显微光学核心部件与系统研制的想法与我和盘托出,希望我能将物镜这个薄弱点突破。我们心里都盼望着有一天中国人能买到自己生产的系统与部件。”他说。

2015年,他进入苏州医工所,紧跟超分辨显微光学技术前沿,瞄准超分辨显微系统核心部件——高数值空间显微物镜制造技术,主持完成了我国尚属空白的系列高端平场超级复消色差显微物镜光机设计优化工作,并完成了NA1.4高端显微物镜样机制造,同时也完成了高端显微物镜工程化制造平台建设,为我国高端显微镜迈入世界先进行列奠定了基础。

工匠技艺的传承也尤为重要。巩岩为国家培养了十几名博士和硕士研究生,近五年发表了60多篇高水平科技论文,申请了近四十项发明专利,有18项获得授权。

“我们团队有13个人,现在要把这些小孩带起来。因为工程的东西要经过历练周期,三年才能具备基本素质。”他的办公室和他的“80后”团队只有一墙之隔。

“我们这个行业必须有积累,我到德国访问,发现子承父业的很多,只有积淀才能打磨出最精湛的技艺。”他摸着小小的物镜,“用哪块玻璃、什么厚度、何种角度都需要很多经验积累。”

巩岩的本科同学如今只有不到十人还在这个行业坚持。当被问及有何业余爱好时,巩岩想了一想:“我平时就画图,做光学设计。我们搞工程的人都有职业病,就是追求一种极致,哪怕花再多时间。”