首页 » 科普网格 » 多播网 » 正文

坚持不懈实现中国“激光薄膜梦”

2018年10月11日 16:46    来源:多播网    关注度(18)

大于500毫米的高功率激光薄膜及其相关制备技术,西方国家一直对我国实施禁运封锁。然而,在刚刚结束的2018年基频激光反射薄膜元件激光损伤阈值国际竞赛中,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室宣布,来自中国的一款激光反射薄膜元件胜出,其性能更是高出第二名20%。

该激光薄膜出自中科院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室。能够一举打破技术封锁并迈入国际前列,凝聚着实验室半个多世纪、4代科研人员的脚踏实地和坚持不懈。这支完全由中国自主培养、成员中没有一位带“帽子”的团队,在实现中国“激光薄膜梦”的道路上不断奋勇前行。

冠军激光薄膜背后的技术创新

ldquo;这不是我们第一次参加激光损伤阈值国际竞赛。”团队项目负责人朱美萍研究员说,早在2008年,上海光机所产的激光薄膜就参加了由国际光学工程学会激光损伤年会组织、美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室发起的这一专业领域大赛。

与国际顶尖同类产品面对面,当时的国产激光薄膜只能排在中游。这一局面在2012年、2013年得到扭转,上海光机所参赛的激光薄膜以微弱优势摘得桂冠。“今年是激光损伤年会50周年,我们再次参赛,我们的激光薄膜损伤阈值高出第二名20%。”朱美萍说,“从中等水平到险胜,再到绝对优势,是整个团队共同努力的结果。”

光学薄膜早已深入到普通百姓生活的方方面面,从眼镜到各类家电产品的玻璃上都会镀上一层。然而,高功率激光薄膜一直是光学薄膜上的皇冠,也是激光聚变装置、超短超强激光等高大上的科学实验装置中不可或缺的基础元件。

在当今世界上规模最大的激光聚变装置——美国国家点火装置中,有数千件米级尺寸薄膜元件和数万件中小口径薄膜元件。

这些激光薄膜不但需要抵挡住“所向无敌”的高能激光的冲击,保障高功率激光装置不会“自伤”,还要高效“指挥”激光的方向,使将入射到它表面的激光完全按照人们的意愿,有次序地奔赴同一靶点。而激光损伤阈值代表着这个元件“控制指挥”激光的能力,其数值大小决定着能不能把激光能量完整地护送到靶点。

而激光薄膜的制备是一个工艺环节冗长、复杂的系统工程,包括薄膜设计理论、高纯原材料控制、光学表面超精密加工、纳米精度膜厚控制、薄膜应力控制技术、检测技术及激光与薄膜态材料相互作用机理等,其中尤其以缺陷的全流程控制的难度为最,涉及多学科交叉,极其复杂。

上海光机所的冠军激光薄膜只有4微米厚,相当于人头发丝的百分之一,却交替沉淀了30多层膜层。这一激光薄膜的背后是团队科研人员与薄膜损伤的“相识”“相知”“相抑”“相扶”。“相识”“相知”,是要在对角线1米尺寸的薄膜上,找到1微米大小的缺陷,这相当于在澳门大小的城市里寻找一颗砂砾。科研人员通过人工植入缺陷的“预植”方法寻觅材料基底缺陷,同时还发现30多层膜层因为“泾渭分明”也会产生缺陷。

找到了缺陷,认清了原因,接下来就要对缺陷进行“相抑”“相扶”。科研人员提出了基板缺陷缝合技术,将高倍显微镜下才能看到的基底上的坑洼填平,使其表面平整。针对膜层间缺陷,科研人员采用了多膜层渐变界面的办法,使膜层之间实现无缝对接。

这些技术创新成果最终使得上海光机所激光薄膜能够笑傲国际赛场。

科学精神在4代科研人员中传承

在神光、超短超强激光、神舟天宫等大名鼎鼎的工程中,激光薄膜作为基础元件显得有些默默无闻。同样,上海光机所薄膜光学团队也看似普普通通,但在注入了坚持不懈、锐意进取的科学精神之后,却打破了西方的技术封锁,实现了我国高功率激光薄膜技术跨越发展。

ldquo;1964年,我来到上海光机所之后,就开始做激光薄膜。”团队学术总顾问范正修研究员是实验室的创始人,也是第一任主任。他说:“我给实验室定下了两个原则,一是这支队伍无论如何不能散,二是把项目工程当做科学任务来做。”

在范正修看来,实验室和科研团队不能围绕一个项目来做,而是要选定一个方向坚持不懈。“不能因为项目结束了、资金没有了,团队就解散;也不能因为要项目、要资金,就‘东一榔头、西一棒槌’。”范正修说,实验室也曾经历过经费困难,也曾因为买不起整个设备而只能东拼西凑,但正是因为坚持激光薄膜这一方向不动摇,才使得团队在神光装置、超短超强激光、载人航天交会对接等任务中,攻克一个又一个激光薄膜制备的技术难关,从而不断推动激光薄膜性能走向国际前端。

到今天,实验室已经历了4代“掌门人”,而范正修定下的两个原则早已融入团队的“血液”之中。“80后”朱美萍是实验室现主任,研究生导师易葵工程师是实验室第三任主任,第二任主任、博士生导师邵建达是范正修的学生。科学精神在这支完全由中国自主培养的团队里不断传承。

一个值得关注的现象是,这个团队里没有一位带“帽子”的成员——没有“洋学士”“洋硕士”“洋博士”。究其原因,固然有国外激光实验室对中国学子的屏蔽,更因为实验室在“出成果、出人才”上的努力。

作为国内第一家激光薄膜实验室,不仅培育了100多名研究生,遍布于国内高校、科研机构及企业,还培训了一大批国内激光薄膜领域的专业人才。“想做激光薄膜,都会先来我们实验室培训。”范正修说。

(作者:耿挺 责任编辑:ydm)

文章来源:http://www.duob.cn/cont/848/207069.html