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中國的激光薄膜技術已經達到世界領先水平

來源:第一財經 2018-10-11 21:30中國投資咨詢網 A-A+

  高功率高能激光技術及裝置是國防戰略和新興產業的制高點之一,對國家安全和國民經濟建設具有重大支撐作用。中國激光薄膜器件的核心技術、關鍵工藝和高端器件長期受到國外封鎖與禁運,但數十年磨一劍,依靠不斷提升的自主研發實力,中國的激光薄膜技術已經達到世界領先水平。

  讓激光“萬宗歸一”的“獨門元件”

  10月9日,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室傳來了2018年基頻激光反射薄膜元件激光損傷閾值國際競賽結果:中國科學院上海光學精密機械研究所中國科學院強激光材料重點實驗室薄膜光學實驗室(下稱“薄膜光學實驗室”)研制的激光反射薄膜元件再次以高達94J/cm2的功能性激光損傷閾值折桂,與2012年、2013年獲勝相比,優勢更加明顯,損傷閾值高出第二名20%。

  激光能量的高度集中會引起介質內部或表面的局部變形甚至完全被損壞。激光損傷閥值是指介質在單位面積上所能承受的最大激光功率。激光損傷閾值代表著這個元件“控制指揮”激光的能力,其數值大小決定著能不能把激光能量完整地護送到靶點。

  薄膜光學實驗室學術總顧問范正修研究員向第一財經記者介紹道,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不可或缺的元件。“高功率激光反射薄膜是唯一能迫使只按直線前行的強激光按照人類意志改變行徑的‘獨門元件’。為此,高功率激光反射薄膜不但需要抵擋住高能激光的沖擊,保障不會傷害到高功率激光裝置自身,而且還要高效地引導激光的方向,使得入射到它表面的激光完全按照人們的意志,‘萬宗歸一’有次序地奔赴同一靶點。”范正修說道。

  過去很長一段時間,我國的高功率激光器、激光雷達、激光測距、激光切割等裝置一直存在突出的薄膜器件損傷問題,導致激光系統無法長時間滿負荷運行,這已成為制約高功率高能激光技術應用和發展的瓶頸。

  但近年來,激光技術的迅速發展推動了光學薄膜空前的進步。應用于高功率激光系統的光學薄膜,還需同時具有高的激光損傷閾值和低的薄膜應力。中科院光機所薄膜光學實驗室,隸屬于中國科學院強激光材料重點實驗室,致力于研發高功率、超強超快和空間等激光系統所需的薄膜元件。

  范正修研究員對第一財經記者表示:“中國在國際范圍內的激光薄膜損傷閾值提升競爭中,從跟跑、并跑,最終實現超越,并通過本次競賽的絕對優勢強化了我國在本領域的國際領先地位。”他還告訴第一財經記者,實驗室研制的薄膜元件基本能用于所有的激光領域,長波從幾個微米,到短波X射線基本都能夠覆蓋。

  打破封鎖半個世紀磨一劍

  “高功率激光薄膜的制備是一個工藝環節冗長、復雜的系統工程,涉及多學科交叉,極其復雜,難度極大。”薄膜光學實驗室項目帶頭人邵建達研究員告訴第一財經記者。當今世界規模最大的激光聚變裝置是美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的美國國家點火裝置,其中有數千件米級尺寸薄膜元件和數萬件中小口徑薄膜元件。

  長期以來,西方國家對我國實施嚴密的技術封鎖和產品禁運。現在薄膜光學實驗室憑借半個世紀的努力,攻堅克難,終于提出并逐步完善了激光薄膜研制全流程控制的系統工程解決方案,攻克了系列關鍵技術難題,成功建立了應用基礎研究、關鍵技術攻關與工程應用的自主創新生態鏈,取得了具有自主知識產權的重大創新成果。

  根據國家統計局、科學技術部和財政部聯合發布的最新《2017年全國科研經費投入統計公報》顯示,2017年,我國研究與試驗發展(R&D)經費投入總量超過1.76萬億元,同比增長12.3%;R&D占GDP比重超過2%,再創歷史新高。投入總量與美國差距正在逐年縮小。

  作為激光技術發展的支撐基礎,上海光機所薄膜光學實驗室與建所同步,也是我國第一支專業從事激光薄膜研究的團隊,為我國神光系列高功率激光裝置、超強超短激光裝置等系統提供了大量高性能核心激光薄膜元件。

  激光是科學研究的重要工具,許多研究需要將短脈沖的功率以幾何級數放大,然而峰值功率過強的脈沖光會損害光放大的晶體媒介。科學家就想出了一個非常聰明的辦法,先將短的無啁啾脈沖拉伸成長的啁啾脈沖,降低其峰值功率,等放大后,再壓縮回短的無啁啾脈沖。這就是啁啾脈沖放大技術(CPA)的由來。

  今年剛剛公布的諾貝爾獎物理學獎將另一半授予了啁啾脈沖放大技術(CPA)的發明者——法國高等科技學院(ENSTA)極端光研究所所長、巴黎綜合理工學院教授Gérard Mourou和他的學生、加拿大滑鐵盧大學的國際著名光學專家、美國光學學會前主席Donna Strickland,表彰他們發明了這種能生成高強度,超短光脈沖的方法。這也是21世紀以來,諾貝爾物理學獎第六次頒給光學相關領域。

  中科院上海光機所所長李儒新此前接受采訪時對第一財經表示:“超強激光光源研究正處于取得重大科技突破和開拓重大應用的前夜,國際上競爭態勢異常激烈,我國在超強激光裝置的研制方面有很好的基礎和特色,該領域是我國科學家可望取得重大突破并在國際上躋身最前列的前沿科技領域。”

關鍵詞:激光薄膜技術
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