IFMI & ISPEMI 2024期间，仪器信息别采访了清华大学吴冠豪副教授，就其研究方向与产业化进展等话题展开分享。
近期，第3届高端测量仪器国际论坛暨第13届精密工程测量与仪器国际会议（IFMI & ISPEMI 2024）在山东青岛成功举办。会议邀请各国精密工程测量与仪器领域的科学家、专家与业界领袖，就国际精密工程测量与仪器领域面临的重大机遇、重大科学问题和关键技术问题展开深入研讨，展望其未来发展方向和技术路线等。
吴冠豪：我的研究专注于光学精密测量，特别是光频梳测距技术。相较于传统测量方法，如激光干涉仪，光频梳测距在技术上解决了两大测量难点。首先，与干涉仪的增量式测量相比，光频梳测距能很方便地实现绝对距离测量，这一特性极大地拓宽了其应用范围，使我们能够涉足并攻克那些传统干涉仪难以实现的精密测量难题，为原本无解的问题找到了解决方案。其次，该技术将长度的测量精度直接追溯至时间频率基准，这是目前物理量测量中最为精确的基准，在任何测量现场都能实现最高精度溯源，无需像干涉仪那样定期校准，从而简化了溯源过程，提升了测量的便捷性和可靠性。
吴冠豪：光频梳测距技术已广泛应用于多个领域，其中便包括我国最新一代光学遥感相机。该相机在升空前需历经严苛的高低温和振动等极端环境测试，以确保其在太空中的稳定运行。这些试验前后的系统形变测量至关重要，因为任何微小的变形都可能显著影响成像质量。此前此类形变评估主要依赖于三坐标测量机，通过长时间、密集的打点测量来实现，过程繁琐且耗时；光频梳技术通过多路并行测距，能够在试验前后快速比对，高效评估相机形变，精度与效率远超传统测量方法。
此外，我们正积极探索光频梳测距在微波遥感天线领域的应用。微波遥感卫星天线尺寸庞大，发射时需折叠收纳，入轨后再展开工作。天线展开后的基线精度直接关乎微波遥感的成像质量，且需实现实时测量与校准。面对如此大尺度高精度的绝对距离测量挑战，光频梳测距技术展现出了其独特的优势，使得这一目标的实现变得更为可行与高效。
吴冠豪：光频梳光源技术最初源自海外，其产业化进程亦早于国内。然而，高昂的价格与庞大的体积限制了该光源在国内测量领域的广泛应用。为此，我们团队致力于光频梳光源国产化与小型化的研发，以满足工业测量的实际需求。历经十余载的不懈努力与技术创新，我们成功实现了光频梳光源的全国产化和高度集成化，经多轮测试验证，其精度、可靠性、稳定性出众，满足工业测量需求。目前，我们已将光频梳及其相应的测量仪器实现了产业化。
吴冠豪：光频梳的主要性能指标包括频率精度和稳定性。从这两个关键指标来看，国产光频梳已展现出不凡实力，与国际顶尖品牌并驾齐驱。此外，国产光频梳在控制本底噪声方面相比国外产品更有优势，这个特点能极大地助力其提升测量性能。
另一显著优势体现在仪器的小型化与高度集成化上。相较于全球范围内的同类产品，甚至是那些最为先进的国际品牌，国产光频梳实现了更加紧凑的机身设计与更高的集成度，以及显著的成本优势。尤为值得一提的是，这些国产仪器历经了包括航天应用在内的极端环境考验，其卓越的可靠性和稳定性得到了充分验证。综上所述，国产光频梳在面向工业应用的广阔舞台上，能够确立其领先的市场地位。
吴冠豪：在很大程度上，这种驱动力源自于应用需求的牵引。我国对于重大项目的迫切需求，使得我们在光频梳的研发过程中，必须满足一系列严苛的条件，包括国产化要求、极致的性能要求和严格的环境适应性要求。这一过程也在无形中成为了我们自主研发技术不断进步的强大推手。
吴冠豪：目前尚不足以称之为经验，但最终实现这一目标，无疑离不开我们团队十年如一日的坚持与不懈努力。光频梳之所以价格高昂且体积庞大，主要归因于其内部复杂的构造，特别是光学部分与众多外围控制模块的精密集成。我们团队采取了高度专业化的分工策略，在光学模块领域，我们不断探索创新，采用新的原理方法，力求将光频梳的内部腔体设计得更加紧凑且性能稳定。
仪器信息网：产学研用各界应如何协同，共推光频梳测距技术在工业测领域的应用？
吴冠豪：长期以来，高端测量仪器市场被国外品牌主导，这一现状构成了我们行业发展的严峻挑战。然而，随着国家一系列利好政策的出台，国内精密测量仪器产业迎来了前所未有的发展机遇。过往，高端测量仪器的研发投入产出比低，研发周期长且成果难以立即替代进口产品，导致市场接受度有限，自我造血能力不足，许多研发项目因此夭折，未能转化为实际效益。
而今，得益于国家政策的强力支持与对国产仪器的重点扶持，我国自主研发的高端测量仪器正逐步打破市场壁垒，更多地融入用户市场。在此背景下，我们呼吁用户端能够展现更多宽容与理解，与研究机构和企业建立更为紧密的协作关系。在实际使用过程中，积极反馈问题，促进产学研之间的快速响应与迭代升级，共同推动测量仪器技术水平的不断提升，最终实现对进口高端仪器的替代。
吴冠豪：人工智能正深刻重塑各行各业。在精密测量中，数据处理是关键环节，而人工智能技术的引入，极大提升了数据处理能力，这一变革已广泛应用于各类测量仪器中。例如，超分辨测量技术通过集成人工智能算法，实现了分辨率的显著提升。同样，针对我们在光频梳精密测量的数据处理中，也通过引入AI算法，显著提高了数据处理的精度和效率，确保了在线测量的高精度和实时性。
仪器信息网：您认为未来精密测量技术及仪器将沿着哪些方向发展？有哪些新兴技术或应用值得关注？
吴冠豪：测量仪器如同奥运竞技，一直向着更快、更精密、更智能、更集成的方向发展。这些技术的不断精进，正是为了满足先进制造及国家重大行业对精准测量的高标准需求。提及我们的光频梳测量技术，尽管其技术已诞生二十年，实际应用发展也有十余年，相较于传统激光测量技术，属于一项新兴的技术。激光自发明以来，在测量领域逐步拓展实现应用，而光频梳测量技术正沿着这一轨迹，逐步在精密测量领域内扩大应用范围。光频梳光源过去因体积庞大且成本高昂，应用受限；但如今，在国内企业与业界的共同努力下，光频梳技术已实现国产化与小型化，这一突破为其在工业化测量领域的广泛应用开辟了更为广阔的天地。
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