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带队冲破,中国研制成功高功率激光反射薄膜j

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带队冲破,中国研制成功高功率激光反射薄膜j

  新民晚报讯(见习记者 郜阳)本月刚刚获得今年诺贝尔物理学奖嘉许的激光科技领域,这几天又决出一项国际顶尖技术赛事的高下,这一次,冠军得主来自中国上海,他们以领先第二名20%的优势夺魁。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室昨天传来好消息,中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室研制的激光反射薄膜元件在2018年基频激光反射薄膜元件激光损伤阈值国际竞赛中脱颖而出。

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  这支没有任何学术荣誉“帽子”的研究团队,面对西方的技术封锁,凭借执着的工匠精神数十年如一日,从跟跑、并跑,终于在国际范围内的激光薄膜损伤阈值提升竞争中实现超越。用实验室学术总顾问范正修的话来说,这次的领先很难逾越。

激光反射薄膜元件

图说:中科院上海光机所薄膜光学实验室主任朱美萍 采访对象供图

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10月9日,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室传来了2018年基频激光反射薄膜元件激光损伤阈值国际竞赛结果:中科院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室研制的激光反射薄膜元件,在来自6个国家的18家参赛单位中,损伤阈值以领先第二名20%的优势再次摘得桂冠。该实验室学术总顾问范正修说,这样的领先很难逾越。

“中国的激光薄膜技术落后美国十年。”2006年,在一次国际学术会议上,朱美萍听到了这样轻蔑、可在当时却无力反驳的评价。那一刻,她被深深触动,也下定决心要以青春相许祖国的激光薄膜事业,不仅要打破西方的技术封锁,更要实现反超。

  图说:研究人员展示激光薄膜 来源:新民晚报见习记者 郜阳 摄

据悉,2012年上海光机所薄膜光学实验室也曾夺冠。此后由于忙于国家任务,上海光机所未再参与这一国际比赛。今年适逢SPIE激光损伤年会五十周年这一盛事,上海光机所再度参赛。从2008年第一次参与该国际竞赛到领先国际同行,我国科学家花了11年。

她和团队做到了——在去年9月的激光薄膜国际竞赛中,中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室提交的样品,以高出第二名20%的绝对优势,斩获世界第一。那一刻的激动与兴奋,朱美萍终身难忘。

  小元件有大用途

当今世界上规模最大的激光聚变装置是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的美国国家点火装置,其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。

在五四运动百年之际,朱美萍被评选为上海市青年五四奖章标兵。身为实验室主任的她许下新愿:研制更强的激光薄膜,为能在实验室里创造太阳能量的最强光装置的建设,继续奋斗。

  高功率激光反射薄膜是唯一能迫使只知道直线前行的强激光按照人类的想法“万宗归一”的独门元件。它不但需要抵挡住“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”,还要高效的“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。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。

高功率激光薄膜是构成激光聚变装置、超强超短激光等强激光系统不可或缺的元件。高功率激光反射薄膜是唯一能迫使只知道直线前行的强激光按照人类的想法“万宗归一”的独门元件。它不但需要抵挡住“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”,还要高效地“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。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。

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  “西方对我国禁运大于500毫米的激光薄膜元件。”项目负责人,研究员朱美萍告诉记者,“而高功率激光薄膜是构成激光聚变装置、超强超短激光等强激光系统不可或缺的元件。”

10月10日,记者在薄膜光学实验室看到,薄如蝉翼的激光薄膜,附着在透明的玻璃基底上,肉眼几乎辨识不出,只有从侧面看过去,才能依稀看出一些色彩。

艰难起步剑指最强薄膜

  薄膜光学实验室团队成员们自嘲处于“食物链”的末端,元件有差池就会影响后续装置的运行。可摆在团队面前的挑战却不小:高性能激光薄膜技术是一项复杂的系统工程,涉及多个交叉学科,既要考虑薄膜设计与制备,也要关注原材料和元件的检测,而激光与薄膜态材料相互作用也需要研究人员花心思。

“要提升这一薄膜的激光损伤阈值,面临两大技术挑战。一是要知道缺陷在哪里,二是要抑制缺陷。”该项目负责人朱美萍研究员介绍说,高功率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、检测技术以及激光与薄膜态材料相互作用机理等研究内容,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,难度极大,而且西方国家对我国实施技术封锁,并禁运直径大于500毫米的高性能激光薄膜元件。

薄膜是世界上最强光——激光装置的“血管”。它是唯一能迫使只知道直线前行的强激光按照人类的想法改变方向的独门元件。尽管在装置中不起眼,但小小的薄膜需要抵挡住强激光的“攻击”,并将它们完整护送到目标点。

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