張祥朝：靜水流深

劉賀

精密光學工程是一門新興的交叉學科，是決定一個國家科技實力和經濟水平的基石，也是關乎國防安全的重要戰略方向。因其重要性，已成為各國科學家競相追逐的研究對象，復旦大學光科學與工程系副研究員張祥朝便是其中一位。

雖是一名年輕的科學家，且身處光電科學的探索前沿，張祥朝給人的感覺一直都是沉穩踏實，不浮不躁。這與他所信奉人生信條：“水止猶鑒，靜水流深”有關。

1982年，張祥朝出生于歷史悠久、人杰地靈的河北巨鹿，自小勤奮聰慧，考入中國科學技術大學精密機械與精密儀器系，從此與當時方興未艾的精密工程研究結下了不解之緣。

憑借一貫的出色表現，他在畢業時獲得全額獎學金，赴世界著名的英國哈德斯菲爾德大學精密技術中心攻讀博士學位，師從英國工程院院士蔣向前教授，2009年畢業后留任該大學研究學者；2011年12月進入復旦大學工作，沿著本科畢業論文《大孔徑高精度平面干涉儀的設計》和博士畢業論文《用于精密坐標計量的自由曲面擬合》的延伸脈絡繼續展開研究，且始終秉承嚴謹的態度對待科研工作，每一步都走得格外沉穩有力。

方寸間洞隱燭微

精密制造技術的發展一日千里，關鍵元件的表面形狀越來越復雜，精度越來越高，產生了一系列的自由曲面和微納結構功能元件，其應用范圍也擴大到航空、航天、醫學等領域。

在“工業4.0”戰略引導新一代工業革命的大背景下，超精密功能元件制造的智能化與精準化成為先進制造的重點發展方向。于是，張祥朝針對當前加工、檢測設備相分離，工件的重復裝夾導致加工效率和檢測精度難以提高的現狀，致力于研究關鍵功能元件的快速在線/在位測量，對其開展了持續而深入的探索。

對于面形復雜的自由曲面和非球面光學元件，單點金剛石切削是主流的加工方式。他們基于相位偏折術和波長掃描干涉測量技術，發展了和精密機床相融合的子孔徑拼接面形檢測技術。巧妙地借用機床自身的精密運動機構，加以輔助的伺服監控，可以復雜面形的快速測量。并發展了可靠的機床誤差分離技術以及六自由度數據拼接技術，避免了重復采樣等因素引起的誤差，從全頻段保證了測量數據的真實性和可靠性。該方法克服了傳統離線測量方法適用范圍小、測量精度低、且對環境要求苛刻的缺點，尤其適用于超精密光滑表面的在位檢測。

在張祥朝承擔的總裝備部預研項目、科技部重大專項等科技攻關項目中，他和團隊為保形整流罩等關鍵光學元件研制了快速檢測裝置，測量精度達到了λ/10量級。相關技術顯著提高了我國相關裝備的使用性能，于2016年獲得教育部科技進步獎二等獎。

而精密工程的另一個的發展方向是小型化和集成化。以MEMS為代表的微納制造技術和光電子技術日新月異，但同時也對微納結構元件的精準檢測提出了挑戰。

針對微結構元件特征尺寸小、陡度高、測量信號難以采集等特點，張祥朝及其團隊發展了基于多波長干涉擴展量程、基于雙樹復小波的波前重構、基于智能化模式識別的相位解包裹、基于光纖導光的全域掃描測量、基于壓縮感知的信噪分離等一系列新技術，攻克了一個又一個難題，將微納結構元件的三維多尺度形貌完整地展現了出來。目前，他和中國工程物理研究院緊密合作，正在針對壓印輥筒等復雜結構大尺寸元件研制原位精密技術，在光電技術前進的道路上再攀高峰。

繁復中溯源尋頭

胡適有句名言：怕什么真理無窮，進一步有進一步的歡喜。對張祥朝來說，他也喜歡這樣進一步的“歡喜”，在無窮的真理、奧妙的科研面前，他所能做的，就是刨根問底，溯源尋頭。

由于超精密功能元件的面形和紋理的復雜性，不同尺度、不同方向、不同形態的特征分量之間存在復雜的糾纏耦合，給復雜功能元件表面質量的控制帶來極大的難題，也嚴重制約了先進功能元件的可靠設計與精準表征。

現今，自由曲面的設計加工和檢測已經成為提升國家經濟發展的重要支撐技術和衡量國家精密工程發展水平的重要指標。

2013年，張祥朝作為“超精密光學自由曲面面形誤差評定算法”這一國家自然科學基金項目的主要負責人，從基礎數學理論著手，攻克了不同目標函數下擬合算法的全局收斂、評定結果的穩定性與偏畸校正、數據采樣及誤差補償等一系列難題，提出了一系列性能優越的自由曲面面形評定算法。項目結題獲得“優秀”（A），應基金委邀請在總結大會上作宣講報告。該成果獲得國際同行的廣泛關注，法國國際計量實驗室（LNE）邀請張祥朝作為中方負責人，在歐盟Horizon2020重點項目的支持下，合作建立自由曲面的標準擬合算法體系。

對于形態復雜的微觀紋理特征，張祥朝拓展了當前表面計量領域的小波分析方法，基于方向性超小波技術，發展了一系列復雜紋理特征識別與表征方法。不但根據其具體形態特征，發展了合適的基函數，并且從數學框架視角，分析了不同數學表示方法的移變性、頻譜混疊、采樣失真等基礎性問題，并提出了有效的解決手段.能夠有效分離刀痕、劃痕、缺陷等形態分量，從而可以據此有針對性地開展工藝分析與性能評價。該成果完善了復雜功能形面的設計一加工一檢測一評定鏈條.為提高復雜功能元件的可靠性.改善光電系統的性能奠定了堅實的基礎。

微納結構表面含有確定性幾何結構，其特征尺寸決定了元件的實際性能，微納領域當前面臨的主要技術瓶頸就是測量評定標準的缺失。為此，張祥朝面向“特征尺寸檢測評定的溯源性”這一核心任務.深入研究了針尖膨脹誤差校正、有效數據的選取、特征尺寸參數的可靠計算、保持邊緣濾波等多個難題，將特征尺寸擬合精度提高了兩個數量級以上。這一具有自主知識產權的研究成果顯著提高了微納結構測量表征的可靠性，也推動了我國微納制造領域的技術發展。

做好科研工作的同時，對于“園丁”這一本職工作，張祥朝也始終全力以赴。因為年輕，他與學生溝通順暢，并將自己多年科研的經驗融入日常的教學中，耐心詳細地給學生講解；也會將自己積累多年的人生信念、科研理念和其他感悟潛移默化地感染學生，因而深受學生喜愛，屢獲“優秀班導師”稱號。默默付出的同時，他也收獲了這一職業帶來的成就感：在學生上課時凝神聆聽的專注中、做實驗時調試儀器的細致中感受著他們的成長；在每年學生獲得的一份份國家獎學金證書中、在每次結課后學生發來的一封封感謝信中感受著桃李滿園的喜悅。

盡管年少有所獲，他安靜恬淡，卻不自滿停滯。張祥朝，正用自己的實際行動詮釋著“靜水流深”這一人生信條。他明白，科研前行的愿望離不開踏實的行動和低調的姿態，只有這樣才能如水一般，沉靜而不迷失方向。