滚滚长江水里各类微生物的含量是否影响到水质？大漠中的荒凉土地富含着什么神奇元素？天上工作的卫星如何识别地面植被、海水等目标的分布及成分信息？……由中国工程院院士庄松林领衔的上海理工大学光电学院张大伟团队，耗时12年研发出的高性能光谱仪器，让这些涉及环境保护、生命科学、冶金工业、国防安全等领域的难题有了“中国版”答案。
攻破核心里的“核心”
为何说是“中国版”答案？原来，许多发达国家都把高性能光谱仪器视作在科学仪器领域保持领先地位的关键，相关技术和产品在全球市场均处于垄断地位，占据了90%以上的高性能光谱仪器市场。而国内光学领域却长期存在光谱仪器“空心化”问题，技术发展受制于人，设备也长期依赖进口。
“进口的光学仪器购入价格昂贵，而且不支持按需定制。”这曾是困扰了国内光学研究多年的重要问题，也正因如此，张大伟团队在庄松林院士的指导下，于2009年走上了实现光谱仪器“国产化替代”的研究之路。
“尽管市面上光谱仪器种类繁多，但都依赖于三大关键元器件——光源、分光光栅和检测器，这些元器件是光谱仪器核心的‘核心’。”张大伟介绍道，“要想不被牵着走，就必须走出自己的路。”因此，团队在研发之初，就将目标聚焦于攻克三大核心元器件关键技术。
“小器件”里蕴藏“真功夫”
“说起来容易，做起来难，三大类元器件，每一种元器件都有着自己的技术瓶颈。”张大伟坦言。单就分光光栅来说，拿在手里仅有手机的一半大小，虽说个头不大，却要在每1毫米里平均刻划出2000到3000条刻槽，每个刻槽的精度、均匀性、一致性都要求极高。“这相当于100米赛跑中，运动员从起点到终点，直线性误差不能超过0.18毫米。”张大伟解释道。
在长达十二年的探索过程中，团队与国内协作单位联合攻关，接连啃下“硬骨头”，进行了脉冲氙灯、光栅、CCD检测器三大高精度关键元器件以及全谱型原子光谱分析仪器等三种高性能光谱仪器的研制与工程化开发工作，成功建成了具有自主知识产权的光谱仪器及关键元器件的创新体系。团队将参与研制的光谱仪器与国际知名厂商产品进行了测试对比，例如研制的ICP-5000全谱型原子光谱仪、水质分析仪等系列高性能光谱仪器，在精密度、稳定性等核心指标上均达到国际先进水平，并获得了CPA及国际CE相关认证。
最硬的“底气”是团队组合拳
获国家级及省部级一级学会一等奖4项、专利授权49项、软件著作权4项、学术论文发表38篇……这一系列成果的背后，是团队成员一次又一次面对“光栅刻划失误”“薄膜脱落”等种种问题时的不懈坚守，也源于他们在各自领域中不断追求技术的精益求精。
“光栅刻划、光谱仪器稳定性、检测器的紫外响应等等都是研究过程中极难攻克的问题，在光照仪器的检测下，极其微小的瑕疵也会暴露无遗。考虑到关键元器件应用到仪器上可能导致的误差，再小的瑕疵也是不能忽视，这其中的艰辛只有亲历过才知道，但当我们看看其他伙伴全身心投入的状态，心中又激起坚持下去的动力。团队合作正是我们最硬的‘底气’。”团队成员徐邦联说道。他在读研时期就加入了张大伟的项目研究团队，而当初和他一同参与项目的学长学姐如今也在不同的岗位，继续为光学仪器研究贡献着上理人的力量。“这可能就是科研工作者精神的一种互相影响和薪火传承吧。”徐邦联感言道。
供稿：新闻中心
文：董真、张凡非、杨怡霄
封面图：王博
