作为负责人，完成近50项科学研究课题，包括国家自然科学基金重点项目、面上项目，中德科学中心项目，国家重大仪器专项，国家攻关项目，北京市自然科学基金重点项目、面上项目等等。

最具国内外影响力的研究成就是独立开创、领队、持续近40年、由点到面、从激光器到精密测量仪器、逐步发展建立的《双折射谐振腔激光器、现象和在精密测量中的应用》学术体系。这一体系包括激光现象观察、发现，还包括应用这些现象作为原理发明的十几类精密测量仪器。坚持技术基础研究，坚持发明创造，坚持把研究成果转化为产品并获得实际应用。他出版的几部专著是对这些研究成果做了总结。

（1）填补激光原理论著中激光模竞争，偏振跳变等现象实验空白。激光书籍中有关激光器的增益、功率特性常用激光器的谐振腔长度改变（调谐）为坐标给出，是研究单纵模激光振荡的基本方法。但由于没有小于一个纵模间隔的小频差的两个频率，无法观察到激光模式之间实际的相互作用行为。提出了激光频率分裂技术，可以获得两个频率，其差（间隔）可以任意大小且具有偏振正交特性，借偏振正交可以把两个频率的光分开，从而观察到两个频率相互竞争，一个频率对另一个的抑制带宽，以及你强我弱、你灭我生的全过程。还发现了激光偏振跳变，高阶回馈，纳米条纹等现象，填补了多处激光知识的空白。

（2）发明双折射双频激光器和双折射-塞曼双频激光器，功能强大，已经广泛应用。双频激光器是激光干涉仪的最核心部件。广泛应用的传统双频激光器依靠塞曼效应使激光器一个频率变成两个，其缺点是不能同时获得大频率差和高功率。典型值：频率差从3MHz提高到7MHz，功率从1mW下降到0.2mW，限制了激光干涉仪的测量速度和带动的干涉仪路数。

为突破上述塞曼激光器的困难，发明了双折射双频激光器。在激光器谐振腔内置入晶体石英或应力双折射元件（如施加外力或其他光弹效应方式），使激光器一个几何长度的谐振腔变成两个物理长度的谐振腔，形成两个振荡波长，即两个频率，双折射双频激光器输出的两个频率之差大于40MHz，应用于高测速干涉仪。

进一步，在双折射双频激光器光束方向的垂直方向加磁场（即横向磁场），使激光器增益原子分为两群。两群各自发射的光子偏振相互垂直，分别放大双折射形成的两个偏振方向的光束，从而解除激光器两个频率之间的强度竞争，两频率中不再有优胜和失败频率之分。于是发明了双折射-塞曼双频激光器。双折射-塞曼双频激光器不仅可以产生大于40MHz的频率差，也可以产生小于40MHz、甚至小于1MHz的频率差。双折射双频激光器和双折射-塞曼双频激光器功能强大，已经广泛应用。

（3）双折射双频激光干涉仪研制成功，批量生产，广泛应用。以双折射双频激光器，双折射-塞曼双频激光器为核心器件，研究成双频激光干涉仪，批产。中国计量科学院测试结果：分辨力1纳米，70米长度测量误差仅5微米。该双频激光器替换国外激光器使光刻机机台误差由24纳米下降到6纳米。双频激光干涉仪已成为中国计量科学院，机械制造行业，微电子装备行业，等国家重要单位的供应来源，不可或缺。

（4）提出和组织了可伐-玻璃封接氦氖激光器的研发，在国内率先研制成“可伐-玻璃组装式”氦氖激光器，同时也结束了我国传统激光器靠吹制生产的历史，该激光器成为我国高端精测仪器的核心器件。已经广泛应用。

（5）频率分裂的光学波片测量技术的发明和国家标准的建立。借助长期研究的激光频率分裂发现的现象，提出和研究成功了基于激光频率分裂的光学波片相位延迟（和光学材料内应力）测量原理和仪器，解决了国内外测量双折射（内应力）没有朔源标准仪器的问题，重复精度3角分，未见报道精度更高的相关仪器，被批准为国家标准（GB/T,26827-2001,2011-07-29）。此外，该仪器还为高精度、极小内应力光学元件的制造作日常质量保证，还为进口的钕玻璃内应力测量仪器作溯源精度标定。 

（6）激光准共路回馈干涉仪的发明和批产。该仪器除了用于纳米分辨力的位移、尺寸测量外，还用于发黑的机械零件的位移、热膨胀测量。因为它不需和被测物接触或附加任何零件，能以纳米分辨力测量微、小、轻、薄、舌型、软体、油、液面的位移（升降），已有20台用于国内外，各行业，包括华盛顿大学，中国火箭研究院，501所，上海理工的金刚车刀头跟踪等。

（7）提出以激光器回馈正交偏振跳变为原理，发明了在位在线玻璃内应力测量技术，研究成功并制造成仪器。该仪器可以测量光学玻璃，建材玻璃，汽车玻璃，半导体等诸多领域的材料内应力，某科技公司购买了该专利，也已经为中科院，北京大学等几十家机构、企业测量了上千科研样品。

（8）提出利用激光器频率分裂、模竞争、腔调谐等激光物理效应，研究成功“纳米激光器测尺”（学术名称：正交偏振激光器模竞争纳米位移传感器）。激光器本身就是传感器（测尺），或说传感器就是激光器。纳米激光器测尺工作原理的要点是：利用纵模（频率）分裂效应把一个激光频率分裂成两个正交偏振激光频率（⊥光模和∥光模）；此激光器两个腔镜之一个沿激光器轴线移动时，在激光增益曲线不同的区域，两个正交偏振激光模之间发生强烈、中等程度交替的模竞争；又设计的激光纵膜间隔大于出光带宽时，发生以下现象：在第一个八分之一波长内⊥光模抑制掉∥光模，第二个八分之一波长内⊥光模和∥光模竞争不相上下、一起振荡，第三个八分之一波长内∥光模抑制掉⊥光模，第四个八分之一波长内⊥光∥光均不振荡，激光器无光输出；反射镜移动二分之一波长，上述四种偏振状态周期性重复一次。借此，计出激光器出现了多少个区域，就能算出激光腔镜移动过的位移。由于四个区域光偏振各不相同，可以判断出激光移动的反射镜位移方向。反射镜通过一个机械测杆和被测物接触，从而实现了对被测物位移的测量。测量范围约12mm，分辨率79.08nm，线性度小于5×10-6，重复性2σ优于0.5μm。使用1.15μm波长，测量范围超过100mm。

学术成就的国内外公开评价

1、《Chin. Phys. B, 》19 (8)评价说 “In recent years, Zhang et al. reported a new kind of orthogonally polarized laser, in which an additional birefringence element was inserted into the resonant cavity which leads to the orthogonally polarized laser output”。

2、《Optics and Photonics News》编者按说：“Precision metrologists have traditionally thought of lasers as mere light sources. Now, orthogonally polarized lasers are being applied as sensors themselves due to their unique intrinsic properties”, 2007.5,38-43。

3、美国光学学会（Optica）“You are being recognized “For pioneering work in orthogonally polarized dual-frequency lasers and a series of precision measuring instruments”。

4、《激光与光电子学进展》2023年2月文章，“以谭久彬，叶声华院士，张书练教授等为代表的我国著名精密测量领域专家，在高精密光电子测量领域取得了卓越成绩，是“将科研论文写在祖国大地上”的典范”。

[1] 张书练,《正交偏振激光原理》，北京：清华大学出版社，2004.

[2] Shulian Zhang，Wolfgang Holzapfel，《Orthogonal Polarization in Laser: Phenomena and Engineering Applications 》, New Jersey :John Wiley & Sons (Tsinghua University Press), 2013, 04.

[3] 张书练，《不创新我何用，不应用我何为：你所没有见过的精密测量仪器》，北京：清华大学出版社，2021，03.

[4] 张书练，丁迎春，谈宜东，《激光器与激光束》, 北京：清华大学出版社，2020，10.

[5] 张书练译，《激光测量技术》，（原著者：阿克塞尔多·涅斯），武汉：华中科技大学出版社，2017，06.

[6] 李士杰，张书练，应用激光基础 ,杭州：浙江大学出版社，1994.

[7] 两次任国际学术会议（SPIE）专题会议合作主席，作为两次国际会议的中方专题主席与国外合作主席合编了两本国际学术会议论文集。 ① Proceedings of SPIE, Vol. 4222 （OEIC* CHINA 2000, Nov. 8 ～11，2000）, “Process control and inspection for industry”。② Proceedings of SPIE (APOC*2001, Nov.12 ～15, 2001), Vol. 4582, “Optical Switching and Optical Interconnection”。

(1)国家科技发明二等奖，“光学元件内应力、双折射和光学波片相位延迟测量的新原理和仪器“，2010 年，获奖人：张书练，刘维新，宗晓斌，张毅，金国藩,2010－F-230-2-01已建立成为国家标准：ＧＢ/T 26827-2011

(2)国家科技发明二等奖，“正交偏振激光器及基于其振荡特性的精密测量仪器”，2007年，获奖人：张书练，李岩，金国藩，韩艳梅，郭继华, 2007－F-219-2-01

(3) 国家教委科技进步（甲类）一等奖, 驻波激光器纵模分裂原理，现象及其在激光物理和计量学中的应用基础研究， 1994年, 获奖人：张书练，李克兰、金国藩、韩艳梅、邬敏贤、杨森、冯铁荪、田芊，证书号95－014

(4) 高等学校科学技术奖自然科学一等奖,“正交偏振激光器腔调谐特性“， 2006年(2007.1.25颁奖)，获奖人：张书练，费立刚，刘刚，万新军，崔柳

(5) 北京市科技进步二等奖，“两偏振光竞争位移传感激光器（系统）“, 2000年，获奖人：张书练，李岩， 韩艳梅，金国藩，傅杰,李菁，郭辉

(6)北京市科学技术二等奖，“应力双折射双频激光器及系统“，2006，获奖人：张书练，李岩，韩艳梅，郭继华，金国藩，金玉叶，周鲁飞，徐亭

(7)中国电子学会电子信息科学技术一等奖,“Nd:YAG激光回馈干涉仪“，2013，获奖人：张书练，谈宜东，万新军，任舟，张松

(8)中国电子学会电子信息科学技术二等奖，“正交偏振激光器及基于其振荡特性的精密测量仪器“， 2006年，获奖人：张书练，李岩，费立刚，郭继华，刘维新，许志广，周鲁飞，徐亭，杜文华，宗晓斌，金玉叶，张毅，韩艳梅

(9) 中国电子学会电子信息科学技术奖, 正交偏振激光器腔调谐物理特性, KJ2010－2-07.2010年

(10) 终身成就奖，ISMTII，西安，20170923

(11) 两偏振光竞争位移传感激光器（系统）, 北京市科技进步二等奖，2000年，第一获奖人

(12)科学仪器行业特别贡献奖（2021年度）

(13) 用腔内插入元件的双折射，电光，磁光效应造成激光纵模分裂原理、现象和应用基础研究（清华大学基础研究成果奖，第一获奖人，1992年）

(14) 横山亮次优秀论文奖（个人奖，1996年），横山工业技术教育基金颁发

(15) 梅贻琦优秀论文奖（个人奖，1995年）

(16) 梅贻琦优秀论文奖（个人奖，1996年）

(17) “物理实验”杂志优秀论文奖（1998年）

(18) “激光技术”优秀编委（1999年8月）

(19) “爱华”优秀指导教师奖（1995）

主要兼职(曾任和现任)

· 北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室学术委员会委员

· 计量与校准技术国防科技重点实验室学术委员

· 中国光学学会光学测试专业委员会委员

· 中国计量测试学会高级理事

· 几何量专业委员会副主任

· 《激光技术》杂志编委

· 《振动、测试与诊断》杂志编委

· 《计测技术》杂志编委

· 中国宇航学会光电技术专业委员会副主任，常务委员（2005年起）

· 国家标准化管理委员会委员（全国光学和光子学标准化技术委员会委员，2013.111.20～2018.03.21）

· 北京交通大学 兼职教授，2004年1月聘

· 浙江理工大学 兼职教授，2008年12月聘

· 华南师范大学 兼职教授，2010年4月聘

国外：作访问学者、客座教授，合作研究

1989年12月 ～1991年2月:布鲁塞尔自由大学普利高金研究所访问学者（合作者P. Mendel）

1995年7月1日 ～9月14日:德国卡塞尔大学客座教授(合作者W.Holzapfel)

1997年10月1日 ～1998年3月23日:韩国科学技术研究院（KIST）高级访问学者(合作者Lee Xiangbee)

2007年2月3日 ～2007年3月3日：法国图伦兹大学合作研究(合作者B. Thierry)  

国外：访问、参加会议

1994年间，在“中日重点大学群合作交流项目”支持下，访问了东京大学和东京工业大学

1995年11月13日 ～30日赴美国开会并访问斯坦福大学，耶鲁大学

1996年9月29日 ～10月9日在日本仙台大学参加学术会议（ISMTII）再次参观访问东京大学，日本计量研究所，东京精密，SEIKO等

1997年10月1日 ～1998年3月23日期间（在韩国科学技术研究院合作研究KAST）参观韩国高等技术研究院

1998年11月24 ～30日参加会议（Nano-metrology in Precision Engineering）并访问香港各大学

1998年11月24 ～30日参加会议（Nano-metrology in Precision Engineering）并访问香港各大学

2000年5月7 ～11日 应邀访问韩国高等科学技术研究院（KIST）和高等技术研究院（KAST）

2000年9月24 ～10月6日在维也纳参加IMEKO 2000会议并顺访奥地利科技大学，德国Achen大学

2006年9 月2日至2006年9月4日英国 Huddersfield大学开会并顺访牛津大学、作学术报告（2005年9月13日）

2014年4月6日 ～18日参加The SAE 2014 World Congress & Exhibition会议并后访问了Oakland 大学。

作大会学术报告（keynote presentation）  

（1） 在ICEM 2009（Nov. 18～20，新加坡），International Conference on experimental Mechanics

（2） ISMTII2009（June 29～July 02圣彼得堡）The 9th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments

（3） ISIST2008（Sept.18～18，沈阳）

（4） ISPMM2008（Aug.25～29，合肥）

（5） ITMPM～2007（日本群马）2007年9月23日

（6） 2012年第十四届全国光学测试学术交流会，绵阳北川，2012年9月26～30日

（7）“第二届现代机械测试理论与技术基础”中青年学者高层论坛，北京香山，2012 年10 月26日～28 日

（8）第二屆海峽兩岸精密機械與儀器精度理論及應用學術研討會，台北，2013年1月18日

（9） 2015. 9. 22

（10）第十一届全国仪器科学与技术学科博士生学术论坛,青岛，2021年10月12日

（11） ICOIM XI AN (西安)，China , 20-22 Oct. 2023年

组织国际学术会议

1. 中方负责人, 2nd China-UK Bilateral Symposium on Nanometrology (ISMTII 2006)，University of Huddersfield，9.5 ～9.9, 2005.

2. 中方负责人, The 3rd Sino-German Symposium on Micro and Nano Technology and Precision Measurement，University of Shanghai for Science and Technology，10.11 ～10.13, 2004.

3. 中方负责人, The 4th Sino-German Symposium on Micro and Nano Technology and Precision Measurement, PTB，Brunswick, Germany，4.18 ～4.20, 2005.

4. 中方负责人, The 5th Sino-German Symposium on Micro and Nano Technology and Precision Measurement, University of Shanghai for Science and Technology, Sept.25～10.1, 2009.

5. 中方负责人, The 6th Sino-German Symposium on Micro and Nano Technology and Precision Measurement, PTB, Brunswick, Germany，Sept.12 ～14, 2012.

6. ISMTII 2007, September 24－27, 2007,副主席，Tohoku University, Sendai,Japan.