▲上光所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制的激光反射薄膜

10月9日，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室傳來(lái)消息：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)激光材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制的激光反射薄膜，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的2018基頻激光反射薄膜元件激光損傷閾值國(guó)際競(jìng)賽中，以高出第二名20%的性能優(yōu)勢(shì)，勇奪世界第一！

這表明，中國(guó)能生產(chǎn)出世界上最“強(qiáng)韌”的激光反射薄膜，為中國(guó)在激光聚變裝置、超強(qiáng)超短激光等領(lǐng)域走到世界前沿，突破了一項(xiàng)“卡脖子”的技術(shù)。為了這一天，上光所的這群“薄膜人”接力奮斗了54年。

從納秒到飛秒，激光“血管”強(qiáng)韌度不斷挑戰(zhàn)極限

讓具有強(qiáng)大能量的激光，能按照科學(xué)家的意愿，有序地一路奔赴靶點(diǎn)，是高功率激光反射薄膜的“獨(dú)門功夫”。在激光聚變、超強(qiáng)超短激光等裝置中，有著成千上萬(wàn)件不同口徑的薄膜元件?？梢哉f(shuō)，離開這種高性能的薄膜，這些裝置將寸步難行。

隨著激光裝置功率的不斷上升，薄膜要足夠強(qiáng)韌，才能承受激光的沖擊而完成傳導(dǎo)激光的任務(wù)。因此，損傷閾值就成為一項(xiàng)“金指標(biāo)”——就像人體的血管，如果不夠強(qiáng)韌，很容易承受不住過(guò)高的血壓而破裂。薄膜足夠強(qiáng)韌，激光裝置功率才可能沖擊新高度。

早在1964年，上光所第八研究室就成立了鍍膜組，開始了中國(guó)激光薄膜研究的新征程。中國(guó)第一塊反射薄膜元件就在這里誕生。1965年，鍍膜組升格為薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室

今年78歲的范正修研究員，是薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室的第一任主任。過(guò)去二三十年，神光聚變點(diǎn)火裝置幾度升級(jí)，對(duì)薄膜不斷的要求不斷提升，可這支團(tuán)隊(duì)始終能研制出保障裝置的激光薄膜。

范正修記得，上世紀(jì)九十年代，中國(guó)科學(xué)院院士林尊琪提出神光裝置的一個(gè)升級(jí)方案，需要用到直徑接近一米的激光反射薄膜。由于加工精度要求太高，外國(guó)同行認(rèn)為這根本就不可能實(shí)現(xiàn)?？煞墩迬ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)刻苦攻關(guān)，將這塊“不可能實(shí)現(xiàn)”的薄膜，鍍上了激光玻璃。

這不僅使林尊琪院士的方案得以順利實(shí)施，也為中國(guó)激光技術(shù)沖破國(guó)外壟斷，打開了缺口。

▲科研人員在抓取需要鍍膜的基板

“神光裝置需要薄膜能夠承受納秒級(jí)的激光沖擊，而百拍瓦超強(qiáng)超短激光裝置則對(duì)薄膜提出了飛秒級(jí)的要求——相當(dāng)于性能要求提升百萬(wàn)倍?！狈墩拚f(shuō)，直到今天，他還每天騎著自行車去實(shí)驗(yàn)室，與年輕人一起琢磨如何挑戰(zhàn)極限。

隊(duì)伍不能散！沒(méi)有“海歸”的團(tuán)隊(duì)勇奪“世界第一”

美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室之所以會(huì)舉行激光反射薄膜損傷閾值的國(guó)際競(jìng)賽，因?yàn)樗鼡碛兴追Q“人造太陽(yáng)”的當(dāng)今世界上規(guī)模最大的激光聚變裝置——美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置。

上世紀(jì)九十年代，剛參與這項(xiàng)賽事時(shí)，在來(lái)自全球六個(gè)國(guó)家的幾十個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中，上光所只處于中下游的水平。而到了2012年，這支團(tuán)隊(duì)送交的樣品已經(jīng)以微弱的優(yōu)勢(shì)，奪得了賽事桂冠。由于忙于國(guó)家任務(wù)，他們有五年不曾參賽，今年再次出山，其薄膜的損傷閾值比第二名高出了20%，比排名靠后的對(duì)手性能甚至超出百倍！

由于技術(shù)封鎖，這支團(tuán)隊(duì)里沒(méi)有一個(gè)獲得海外學(xué)位的成員?！耙?yàn)閲?guó)外相關(guān)的一流實(shí)驗(yàn)室根本不接納中國(guó)學(xué)生！直徑超過(guò)500毫米的薄膜材料和設(shè)備，也全都對(duì)華禁運(yùn)！”現(xiàn)任實(shí)驗(yàn)室主任朱美萍研究員說(shuō)，幸運(yùn)的是，范老一直堅(jiān)持薄膜光學(xué)要作為一門學(xué)科發(fā)展，中國(guó)才有了在這一領(lǐng)域不被“卡脖子”的今天。

“隊(duì)伍不能散”是范正修堅(jiān)持的一個(gè)原則。在很多人心里，鍍膜就是為大工程、大裝置提供服務(wù)的?？煞独险J(rèn)為，這是一門學(xué)科，只有從機(jī)理入手，搞清楚科學(xué)問(wèn)題，才能有不斷為國(guó)家任務(wù)提供保障的能力，“不然只能淪為加工工廠，連服務(wù)的能力都失去！”

▲科研人員值守在鍍膜設(shè)備旁，他們常常需要連續(xù)幾小時(shí)、十幾小時(shí)值班

如今，他們已發(fā)展出一整套理論與技術(shù)，來(lái)找到、消除薄膜中的缺陷，這才使薄膜性能得到了大幅度提升。要知道，在直徑近一米的薄膜上，尋找出微米級(jí)的缺陷，其難度就好比在一座大型城市中，精確尋找到一顆隨機(jī)放置的沙粒。

“研究工藝，很多成了技術(shù)秘密，連論文都出不了！”上光所黨委書記邵建達(dá)是范正修的學(xué)生，也是薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室的第二任主任，他說(shuō)，沒(méi)有不計(jì)名利的奉獻(xiàn)精神，也沒(méi)有今天在國(guó)際競(jìng)賽中的力挫群雄。

堅(jiān)持學(xué)科發(fā)展，也使得這個(gè)實(shí)驗(yàn)室成為中國(guó)激光薄膜領(lǐng)域的“黃埔軍?！?。54年來(lái)，這里培養(yǎng)出了200多名研究生，在全國(guó)各高校、科研機(jī)構(gòu)中成為技術(shù)骨干。同時(shí)，這里的畢業(yè)生還創(chuàng)辦了幾十家高科技創(chuàng)業(yè)企業(yè)。中國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人物施正榮就是從這個(gè)實(shí)驗(yàn)室畢業(yè)的。

半個(gè)世紀(jì)，實(shí)驗(yàn)室主任已經(jīng)換了四任，實(shí)驗(yàn)室也從最初的十幾人擴(kuò)展到一百多人，已由80后挑起大梁，但他們?yōu)閲?guó)家而奮斗的初心，永遠(yuǎn)不變。

作者：許琦敏

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