三秦科技群英传

创新研究微纳制造和光学测量

陕西科技报

  ——记西安交通大学机械工程学院副院长杨树明
  杨树明长期从事微纳制造和光学测量方面的研究,主持和参与承担科研项目20余项,申请发明专利25项。开展了新型集成光学干涉测量方法、快速高精度激光扫描测量方法以及超精密大口径非球面光学加工技术等方面的研究,在基础前沿研究领域和工程应用方面都取得了创新性和创造性的成果,并实现了成果转化。
  研制出芯片级集成光学干涉测量系统
  杨树明在从事科研期间,一直致力于纳米表面测量和表征方法以及测量仪器方面的研究,并成功研制出了芯片级集成光学干涉测量系统,实现了纳米表面形貌在线测量。这不仅大大减小了测量系统的体积,而且解决了传统光学干涉仪容易受环境噪声和振动的影响等问题,提高了测量系统的抗干扰能力和测量灵活性,为纳米测量提供了新的发展方向。
  研制出纳米线激光器和光电探测器
  对于芯片级光学干涉测量系统,不同光学元件的集成仍然受限于光学元件和基底的材料。对此,杨树明通过系统全面调研,认为纳米线和石墨烯作为新型材料将成为推动纳米器件和纳米测量发展的突破口,因此研制出了电致发光的纳米线激光器和光电探测器。
  他研制的纳米线阵列激光器,当注入电流仅达到2mA时,激光器发光已很明显。为了实现纳米线电致发光,他采用CdS纳米线制备单根纳米线激光器,其光响应灵敏度与常规光敏器件相比提高了10倍以上。他采用碲化镉(CdTe)量子点提高ZnO纳米线光电探测器的光电流增益,使光响应度提高了17倍以上。他采用氧化锌/氧化镁(ZnO/MgO)核壳纳米线改善ZnO纳米线的性能,并基于单步化学气相沉积(CVD)的方法制备了ZnO/MgO核壳纳米线,随着反应物中Mg原子比的增加,残余缺陷得到了有效抑制。
  研制出微机械力学性能测试仪
  通过对不同尺度和截面形状纳米线的性能研究,杨树明发现光学器件的材料力学性能对其光学性能的影响不容忽视,为此开展了半导体材料力学性能研究,并成功研制出了用于材料力学性能测试的专门仪器—微机械力学性能测试仪。与国内外同类商用仪器相比,所研制的测试仪的测量范围更大,而成本大大降低,此研究成果获教育部科技进步一等奖。
  研制出双平台激光扫描测量机
  此外,为了解决激光扫描测量方法中测量精度和效率不能同时提高的问题,杨树明提出了平移和旋转双平台的一体化标定方案以及混合模型的高精度标定算法,并研究了基于不同扫描方式的快速三维重建方法。在此基础上,成功研制出了双平台激光扫描测量机,所开发的测量机的精度优于国内外同类产品。
  研制出超精密非球面车磨复合加工机床
  为了解决国家重大工程和国防尖端技术对高精度大口径非球面光学元件的需求,杨树明成功研制出了可加工光学元件尺寸大于1500mm的超精密非球面车磨复合加工机床,并开展了相应的加工工艺研究。加工出的非球面光学元件的面型精度优于5μm,有望打破国外垄断,满足国家重要光学领域相关需求,提升我国相关领域的核心竞争力和创新能力。

(郝双)