當?shù)貢r間10月9日，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室傳來好消息：在2018年基頻激光反射薄膜元件激光損傷閾值國際競賽中，中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室研制的激光反射薄膜元件，以領先第二名20%的優(yōu)勢奪得冠軍。用實驗室學術總顧問范正修的話來說，這次的領先很難逾越。
這是一支完全由中國自主培養(yǎng)的團隊，他們滿懷民族自信；這是一支沒有任何學術榮譽“帽子”的團隊，昂揚奮斗精神。面對西方的技術封鎖，數(shù)十年如一日，從跟跑、并跑，終于在國際范圍內的激光薄膜損傷閾值提升競爭中實現(xiàn)超越，向世界展示了中華民族奮斗者的奇跡。
“四部曲”攻克難關
高功率激光反射薄膜是唯一能迫使只知道直線前行的強激光按照人類的想法“萬宗歸一”的獨門元件。它不但需要抵擋住“所向無敵”的高能激光的沖擊，保障高功率激光裝置不會“自傷”，還要高效“指揮”激光的方向，使將入射到它表面的激光完全按照人們的意愿，有次序地奔赴同一靶點。激光損傷閾值代表著這個元件“控制指揮”激光的能力，其數(shù)值大小決定著能不能把激光能量完整地護送到靶點。“西方對我國禁運大于500毫米的激光薄膜元件。”項目負責人、研究員朱美萍告訴記者，“而高功率激光薄膜是構成激光聚變裝置、超強超短激光等強激光系統(tǒng)不可或缺的元件。”
擺在團隊面前的挑戰(zhàn)不小：高性能激光薄膜技術是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及多個交叉學科，既要考慮薄膜設計與制備，也要關注原材料和元件的檢測，而激光與薄膜態(tài)材料相互作用也需要研究人員花心思。
經過抽絲剝繭般的分析，團隊終于確定了“重中之重”——如何實現(xiàn)缺陷探測和抑制。“我們針對性地提出了相識、相知、相抑、相扶這‘四部曲’。”朱美萍介紹。
薄膜光學實驗室發(fā)明了薄膜光熱吸收測試裝置和方法，實現(xiàn)了缺陷3D分布的快速探測，得出了損傷點多起源于基底—膜層界面的結論；在此基礎上，團隊提出了激光“預植”缺陷技術，揭示了基底—膜層缺陷的耦合機制。在“相抑”環(huán)節(jié)，研究人員從各工序最大限度地抑制缺陷源，開發(fā)了新型“無界面”多層膜沉積技術，通過雙源共蒸實現(xiàn)兩種鍍膜材料交替界面的連續(xù)過渡，有效解決了界面缺陷密度高、結合力差、存在駐波場和應力突變的問題。團隊意識到，完美“零缺陷”的大口徑偏振片是不存在的，為此他們又創(chuàng)新性地提出缺陷“縫合”技術，使得缺陷處損傷閾值接近無缺陷膜層。
突破“卡脖子”難關
自建所以來，團隊建立起從材料到器件的完備高功率固體激光技術支撐體系，具備了領先的大型固體激光驅動器總體技術與研制能力。
就是這群土生土長的科研人，屢屢做出讓國人自豪的成果：在激光聚變點火領域，上海光機所作為唯一供貨單位，為我國神光系列裝置提供了所有偏振薄膜元件，支撐神光裝置輸出能量從單束3000焦耳提升到17600焦耳，有力支撐了我國下一代激光聚變點火裝置的研制。在航天工程領域，成功應用于神舟與天宮交會對接系統(tǒng)和多項空間型號工程任務，簡化了光路結構，降低了載荷重量……
要解決“卡脖子”技術，需要承受常人難以想象的壓力。上海光機所科研隊伍常常‘白+黑、五+二’，學術總顧問范正修研究員年近八旬，依然每天騎著自行車來所里指導年輕薄膜人。五六位研究員擠在一間小小的辦公室里，毫無怨言。
“我堅持兩個原則：隊伍不能散、要把任務當研究。”在范正修看來，中科院提出的“以應用帶學科”很關鍵。“哪怕在應用中出了問題，我們也會第一時間到現(xiàn)場，提供意見。”他說，“另一方面，光做任務不研究，就只會‘原地踏步’，那就成了工廠。只有應用方不斷提出新的要求，才能促進我們不斷進步。”
令他欣喜的是，青年科技骨干已經拿起了“接力棒”。從邵建達研究員到易葵正高級工程師，再到朱美萍，實驗室主任的大旗已從“40后”交到了“80后”的手中，而從上世紀80年代開始，實驗室也培養(yǎng)了近200名研究生，不少人成為薄膜研發(fā)的中堅力量。
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