我国成像光学的发展与动力优化方案：探寻我国光学进步之路

近30年来我国科学技术与基础工业水平发生了翻天覆地的变化。1989年在光学行业,做一个实验或设计光学系统,首先,没有普及的光学设计软件与仿真软件,虽然我国光学设计前辈潜心研发,形成了具有代表性的光学设计软件包产品,如:国内长春光机所第四研究室的翁志成先生领衔,与兄弟单位合作,研制出代表性的光学设计软件包CAOD;北京理工大学的袁旭沧先生领衔研制了SOD88光学设计软件包,南京理工大学的孙培家先生领衔研制了OP光学设计软件包。这些软件包,形成了具有自主知识产权的国产光学设计软件包鲜明特色,也被销售到一定数量的国内光学企业与科研单位。到20世纪90年代末,由于多种原因,特别是国内没有充分认识到仿真与设计软件包的价值,后期投入不足,逐步被国外软件包冲散,目前基本消失。其次,要外购实验用的透镜组,没有现在的线上平台,产品目录少且不具备优选条件,如通过设计加工,由于没有现代化的先进工艺与制造装备,成本极高、周期较长。最后,手工设计时光线追迹计算量大,需要设置另一套复核计算,相互验证后,才能放心使用。

现今的光学工程领域百花齐放,我国的先进制造技术,工艺先进,门类众多,制造能力表现在口径小到亚毫米的医用内窥镜头,毫米级的手机镜头、显微镜组,大到几米或数十米级的大型望远镜主镜,都有配套的制造基础,使得我国光学工程领域大型光学工程项目如雨后春笋,一个接一个地应运而生,人们耳熟能详的有:嫦娥探月工程、“神光”系列、LAMOST望远镜、神舟光学载荷,刚刚命名的“天问”火星探测项目,等等。光学工程领域的设计与仿真软件方面,尽管几乎被国外软件商垄断,但与30年前相比,已从国内少见的小型局域网VAX-Ⅱ上的CODE V,发展到几乎遍及国内光学企业的个人机版光学设计软件包ZEMAX、CODE V、OLSO,同时用于照明或杂光分析的ASAP、TracePro、LightTool、Fred等软件包界面友好,方便使用。

当今世界,已经进入信息革命的时代,人工智能、远程医疗、无人驾驶等高科技产品已经与人类生活息息相关,光学系统是信息获取与传输的前端,一些超薄型、平面型、功能融合型新概念光学镜头不断涌现,体现出国民经济诸多行业对光学工程的专业人才需求强劲而面广。我国战略层面上的“核高基”“高分”“集成电路”专项,引领着包括光学行业在内的发展方向。国内光学产业,已经形成了具有代表性的几个高端光学产业集群,如:面向以手机模组、显微模组、内窥模组等行业需要的微小光学组件制造的产业集群;面向智慧城市/家居、数码科技、基因测序、车载导航等行业需要的中等尺度光学组件制造的产业集群;面向新一代天文观测、航天相机、超短波光刻投影等领域需要的大口径光学组件产业集群。高等院校、科研院所与光学企业的功能定位逐步清晰:前者致力于新概念、变革性方面的基础研究,为光学企业做好新一代产品的技术储备;后者在解决产品定型的批量化制造工艺问题之后,密集扫描式追踪前者的前沿研究成果,为光学企业的产品转型升级寻觅超前的研发方向,做到“储备一代、研制一代、生产一代”之间的良性循环。国内新兴高科技企业,如华为、瑞声等大型公司与诸多研究团队的联系频繁而紧密。(www.xing528.com)

国内光学产业的发展模式百花齐放,不再出现20年前的产品单一、热衷于为国外大公司做利润微薄的代工、对外贸大宗订单竞相压低单价而相互倾轧等怪异现象。现在的发展模式创新,如:由元件制造向兼顾核心部件、整机研发推进;或致力于小批量高端光学产品的订制型设计与研发,响应速度快;或面向于高等院所科研领域的单件但科技含金量高的实验/试验需求,等等。

以上格局变化与发展模式,对包括光电信息科学与工程专业或光学工程专业在内的研究与开发技术人才培养模式提出了更高的要求,要求我们既具有扎实的理论基础,具有基础研究的能力,具有鉴赏基础研究成果的敏锐洞察力,也要具备对理论知识的实用能力,才能满足光学行业“前瞻性、变革性、创造性”的发展需求。