张祥朝：静水流深

刘贺

精密光學工程是一门新兴的交叉学科，是决定一个国家科技实力和经济水平的基石，也是关乎国防安全的重要战略方向。因其重要性，已成为各国科学家竞相追逐的研究对象，复旦大学光科学与工程系副研究员张祥朝便是其中一位。

虽是一名年轻的科学家，且身处光电科学的探索前沿，张祥朝给人的感觉一直都是沉稳踏实，不浮不躁。这与他所信奉人生信条：“水止犹鉴，静水流深”有关。

1982年，张祥朝出生于历史悠久、人杰地灵的河北巨鹿，自小勤奋聪慧，考入中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，从此与当时方兴未艾的精密工程研究结下了不解之缘。

凭借一贯的出色表现，他在毕业时获得全额奖学金，赴世界著名的英国哈德斯菲尔德大学精密技术中心攻读博士学位，师从英国工程院院士蒋向前教授，2009年毕业后留任该大学研究学者；2011年12月进入复旦大学工作，沿着本科毕业论文《大孔径高精度平面干涉仪的设计》和博士毕业论文《用于精密坐标计量的自由曲面拟合》的延伸脉络继续展开研究，且始终秉承严谨的态度对待科研工作，每一步都走得格外沉稳有力。

方寸间洞隐烛微

精密制造技术的发展一日千里，关键元件的表面形状越来越复杂，精度越来越高，产生了一系列的自由曲面和微纳结构功能元件，其应用范围也扩大到航空、航天、医学等领域。

在“工业4.0”战略引导新一代工业革命的大背景下，超精密功能元件制造的智能化与精准化成为先进制造的重点发展方向。于是，张祥朝针对当前加工、检测设备相分离，工件的重复装夹导致加工效率和检测精度难以提高的现状，致力于研究关键功能元件的快速在线/在位测量，对其开展了持续而深入的探索。

对于面形复杂的自由曲面和非球面光学元件，单点金刚石切削是主流的加工方式。他们基于相位偏折术和波长扫描干涉测量技术，发展了和精密机床相融合的子孔径拼接面形检测技术。巧妙地借用机床自身的精密运动机构，加以辅助的伺服监控，可以复杂面形的快速测量。并发展了可靠的机床误差分离技术以及六自由度数据拼接技术，避免了重复采样等因素引起的误差，从全频段保证了测量数据的真实性和可靠性。该方法克服了传统离线测量方法适用范围小、测量精度低、且对环境要求苛刻的缺点，尤其适用于超精密光滑表面的在位检测。

在张祥朝承担的总装备部预研项目、科技部重大专项等科技攻关项目中，他和团队为保形整流罩等关键光学元件研制了快速检测装置，测量精度达到了λ/10量级。相关技术显著提高了我国相关装备的使用性能，于2016年获得教育部科技进步奖二等奖。

而精密工程的另一个的发展方向是小型化和集成化。以MEMS为代表的微纳制造技术和光电子技术日新月异，但同时也对微纳结构元件的精准检测提出了挑战。

针对微结构元件特征尺寸小、陡度高、测量信号难以采集等特点，张祥朝及其团队发展了基于多波长干涉扩展量程、基于双树复小波的波前重构、基于智能化模式识别的相位解包裹、基于光纤导光的全域扫描测量、基于压缩感知的信噪分离等一系列新技术，攻克了一个又一个难题，将微纳结构元件的三维多尺度形貌完整地展现了出来。目前，他和中国工程物理研究院紧密合作，正在针对压印辊筒等复杂结构大尺寸元件研制原位精密技术，在光电技术前进的道路上再攀高峰。

繁复中溯源寻头

胡适有句名言：怕什么真理无穷，进一步有进一步的欢喜。对张祥朝来说，他也喜欢这样进一步的“欢喜”，在无穷的真理、奥妙的科研面前，他所能做的，就是刨根问底，溯源寻头。

由于超精密功能元件的面形和纹理的复杂性，不同尺度、不同方向、不同形态的特征分量之间存在复杂的纠缠耦合，给复杂功能元件表面质量的控制带来极大的难题，也严重制约了先进功能元件的可靠设计与精准表征。

现今，自由曲面的设计加工和检测已经成为提升国家经济发展的重要支撑技术和衡量国家精密工程发展水平的重要指标。

2013年，张祥朝作为“超精密光学自由曲面面形误差评定算法”这一国家自然科学基金项目的主要负责人，从基础数学理论着手，攻克了不同目标函数下拟合算法的全局收敛、评定结果的稳定性与偏畸校正、数据采样及误差补偿等一系列难题，提出了一系列性能优越的自由曲面面形评定算法。项目结题获得“优秀”（A），应基金委邀请在总结大会上作宣讲报告。该成果获得国际同行的广泛关注，法国国际计量实验室（LNE）邀请张祥朝作为中方负责人，在欧盟Horizon2020重点项目的支持下，合作建立自由曲面的标准拟合算法体系。

对于形态复杂的微观纹理特征，张祥朝拓展了当前表面计量领域的小波分析方法，基于方向性超小波技术，发展了一系列复杂纹理特征识别与表征方法。不但根据其具体形态特征，发展了合适的基函数，并且从数学框架视角，分析了不同数学表示方法的移变性、频谱混叠、采样失真等基础性问题，并提出了有效的解决手段.能够有效分离刀痕、划痕、缺陷等形态分量，从而可以据此有针对性地开展工艺分析与性能评价。该成果完善了复杂功能形面的设计一加工一检测一评定链条.为提高复杂功能元件的可靠性.改善光电系统的性能奠定了坚实的基础。

微纳结构表面含有确定性几何结构，其特征尺寸决定了元件的实际性能，微纳领域当前面临的主要技术瓶颈就是测量评定标准的缺失。为此，张祥朝面向“特征尺寸检测评定的溯源性”这一核心任务.深入研究了针尖膨胀误差校正、有效数据的选取、特征尺寸参数的可靠计算、保持边缘滤波等多个难题，将特征尺寸拟合精度提高了两个数量级以上。这一具有自主知识产权的研究成果显著提高了微纳结构测量表征的可靠性，也推动了我国微纳制造领域的技术发展。

做好科研工作的同时，对于“园丁”这一本职工作，张祥朝也始终全力以赴。因为年轻，他与学生沟通顺畅，并将自己多年科研的经验融入日常的教学中，耐心详细地给学生讲解；也会将自己积累多年的人生信念、科研理念和其他感悟潜移默化地感染学生，因而深受学生喜爱，屡获“优秀班导师”称号。默默付出的同时，他也收获了这一职业带来的成就感：在学生上课时凝神聆听的专注中、做实验时调试仪器的细致中感受着他们的成长；在每年学生获得的一份份国家奖学金证书中、在每次结课后学生发来的一封封感谢信中感受着桃李满园的喜悦。

尽管年少有所获，他安静恬淡，却不自满停滞。张祥朝，正用自己的实际行动诠释着“静水流深”这一人生信条。他明白，科研前行的愿望离不开踏实的行动和低调的姿态，只有这样才能如水一般，沉静而不迷失方向。