中科院长春光机所是中国在光学领域建立的第一所研究所，上世纪50、60年代，长春光机所研制出中国第一台红宝石激光器、第一台大型电影经纬仪等十几项“中国第一”的光学仪器设备，因此被誉为中国“光学的摇篮”。在这些仪器设备中，有一台特别的设备，它是一台纯粹由精密机械构成的机器，用来制造光谱仪器中最核心的色散元件——衍射光栅。它就是“衍射光栅刻划机”。

衍射光栅是最重要的一类光学色散元件，在各类光谱仪器中有着广泛的应用。光栅刻划机是制作光栅的母机，因部件的加工装调精度之难，运行保障环境要求之高，被誉为“精密机械之王”。在上世纪50年代，研制光栅刻划机、自主掌握光栅制造技术已成为制约我国光谱分析领域发展的瓶颈。

1958年，长春光机所梁浩明等人以仅有的公开发表的少量相关文献为参考，克服重重困难，刻苦钻研，大胆创新，研制出了我国第一台衍射光栅刻划机。几经改进，终于在1965年刻出600线/毫米的衍射光栅，这是在我国第一台衍射光栅刻划机上刻出的国内第一块可以实际使用的衍射光栅。

第一台衍射光栅刻划机

如今，这台具有里程碑意义的光栅刻划机依然在正常工作。由于已相隔半个世纪，当时的研制详细过程很多已经很难还原，但从光栅刻划机的精密构造中我们依然可以强烈感受到这台“经典作品”的伟大。每毫米600条刻线，要保持每条线的槽型均匀一致，这样的精度全靠金刚石刀具在基底表面往返刻划，这相当于刻刀在1公里的刻划距离上，刻线偏离理想位置不能超过1微米。如此精准的运行，且都要靠机械结构的精度来实现，即便想象都足以让人深感震撼。

要知道那是一个还没有CAD的年代，设计人员只能靠手工绘制来画图；那是一个没有数控机床的年代，而制造出来的核心零件精度比今天机床数控加工的精度还要高一个量级。长春光机所齐向东研究员介绍，他们曾实际测量这台刻划机的关键机械零件，其精度令人惊讶，以其中螺母为例，在经过了几十年的使用之后，其周期误差仍优于1微米，累计误差（400毫米距离）优于5微米。

50年代长春光机所科研人员在手绘图纸

第一台光栅刻划机的研制，不仅奠定了长春光机所在光栅制造领域的领先地位，更是极大地促进了先进光谱仪器的研制水平。1968年，为了测量核爆炸时火球的光谱辐射分布及瞬时变化，国防科工委第二十一所委托我所研制时间分辨摄谱仪，其中成功使用了长春光机所自主研制的衍射光栅，并在1972年的现场测试中获得了大量的核爆炸光谱数据。核试验测试是进行原子弹设计、改进及其武器化不可缺少的组成部分，为此周总理在当年向全国人民代表大会提交的政府工作报告中，特别提到核试验场的测试仪器全部拿到了数据。

氢弹爆炸

在此之后，为了进一步提高刻划光栅的质量和面积，长春光机所在第一台刻划机经验的基础上，先后又研制了三台分别为纯机械式、光电控制间歇式和光电控制连续式光栅刻划机。为了促进我国光谱仪器行业的快速发展，长春光机所又积极将光栅刻划机研制技术在国内进行推广，使得北京、上海、天津、苏州等地的光学仪器厂都拥有了光栅刻划机。

1979年，为了适应我国2.16米光学天文望远镜项目的实际需求，决定由长春光机研制大光栅刻划机和所需大面积中阶梯光栅。但由于资金限制，该项目没有能够持续下去。国家光栅工程中心的巴音贺希格研究员总结这段历史时说：“当时我们的光栅制造技术落后于美国，但有机会追赶时却与之失之交臂。制造大光栅是中国光栅之梦，不具备制造大光栅能力又是中国天文之痛！”

历史进入21世纪，迎来了我国光栅制造技术发展的新契机。2007年，科技部批复同意以长春光机所为依托单位组建“国家光栅制造与应用工程技术研究中心”。2008年，长春光机所又在中国科学院和财政部的策划协调下，获得“国家重大科研装备研制项目”支持，承担了“大型高精度衍射光栅刻划系统”的研制工作。该项目瞄准光栅刻划技术的世界领先水平，由于其指标要求高，关键技术难，学科交叉多，任务工作量大，使得项目推进遇到了前所未有的困难。但是，全体研究人员在科技攻关期间，秉承“咬定青山不放松，面对险阻不妥协”的科学态度，承受重压，追求极致，夜以继日，攻坚克难，历时八年时间，攻克18项关键技术，取得9项创新性成果，研制出一套大型高精度光栅刻划系统，并成功研制出面积达400mm×500mm的世界上面积最大的中阶梯光栅，我国几代“光栅人”终于圆梦成真。

大型高精度光栅刻划系统

400mm×500mm中阶梯光栅

我国第一台光栅刻划机诞生至今，已经超过了半个世纪。每当看到光栅刻划机的金刚石刻刀在基底表面悄然划过，我们都不禁为老一辈科学家的神来之笔而喝彩。他们在物质匮乏、技术落后的年代，依靠自己的执着制造出精度非凡的中国第一台光栅刻划机，这无疑是我们成功研制大光栅刻划机的榜样力量。跨越世纪的几代“光栅人”身上承载的不仅是光栅制造技术的希望，更是体现了无数长光人献身科技、创新为国的精神气概！（作者：糜小涛  中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光栅技术研究中心）