▲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，美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室傳來消息：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所中國科學(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，在競爭激烈的2018基頻激光反射薄膜元件激光損傷閾值國際競賽中，以高出第二名20%的性能優(yōu)勢，勇奪世界第一！
這表明，中國能生產(chǎn)出世界上最“強(qiáng)韌”的激光反射薄膜，為中國在激光聚變裝置、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，有著成千上萬件不同口徑的薄膜元件?？梢哉f，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，開始了中國激光薄膜研究的新征程。中國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。過去二三十年，神光聚變點(diǎn)火裝置幾度升級，對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，中國科學(xué)院院士林尊琪提出神光裝置的一個(gè)升級方案，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，也為中國激光技術(shù)沖破國外壟斷，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的激光沖擊，而百拍瓦超強(qiáng)超短激光裝置則對薄膜提出了飛秒級的要求——相當(dāng)于性能要求提升百萬倍。”范正修說，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！沒有“海歸”的團(tuán)隊(duì)勇奪“世界第一”
美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室之所以會舉行激光反射薄膜損傷閾值的國際競賽，因?yàn)樗鼡碛兴追Q“人造太陽”的當(dāng)今世界上規(guī)模最大的激光聚變裝置——美國國家點(diǎn)火裝置。
上世紀(jì)九十年代，剛參與這項(xiàng)賽事時(shí)，在來自全球六個(gè)國家的幾十個(gè)競爭對手中，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，奪得了賽事桂冠。由于忙于國家任務(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%，比排名靠后的對手性能甚至超出百倍！
由于技術(shù)封鎖，這支團(tuán)隊(duì)里沒有一個(gè)獲得海外學(xué)位的成員。“因?yàn)閲庀嚓P(guān)的一流實(shí)驗(yàn)室根本不接納中國學(xué)生！直徑超過500毫米的薄膜材料和設(shè)備，也全都對華禁運(yùn)！”現(xiàn)任實(shí)驗(yàn)室主任朱美萍研究員說，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)問題，才能有不斷為國家任務(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，沒有不計(jì)名利的奉獻(xiàn)精神，也沒有今天在國際競賽中的力挫群雄。
堅(jiān)持學(xué)科發(fā)展，也使得這個(gè)實(shí)驗(yàn)室成為中國激光薄膜領(lǐng)域的“黃埔軍校”。54年來，這里培養(yǎng)出了200多名研究生，在全國各高校、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)。中國太陽能光伏產(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)閲叶鴬^斗的初心，永遠(yuǎn)不變。
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