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,西方国家对我国实施严密的技术封锁和产品禁运。

  2012年和2013年,上海光机所前述实验室也曾夺冠。

这些年,这支队伍的发展很快。项目负责人朱美萍介绍,该国际竞赛一共举办了11次,中科院上海光机所参加了6次,前几年团队还处于中等水平,一直到2012年团队首次在阈值竞赛中拿到第一名,但当时和第二名还比较接近;时隔多年后再次参加,获胜优势明显,比第二名损伤阈值高出20%。

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。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。高功率激光反射薄膜是唯一能迫使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方向,使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。

  来自6个国家的多个实验室提供了30多份薄膜样品参与了这一国际竞赛:2018年基频激光反射薄膜元件激光损伤阈值国际竞赛。

年近80岁的团队学术总顾问范正修1964年就投身激光薄膜工作,在当天的采访中,他说,目前这些成果是半个多世纪以来,几代人锲而不舍、不懈努力而来的。

中国科学院强激光材料重点实验室依托于中国科学院上海光学精密机械研究所,其薄膜光学实验室为我国神光系列高功率激光装置、超强超短激光装置等系统提供了大量高性能核心激光薄膜元件。

  出于国家相关部门的要求,2013年以后、2018年以前,上海光机所未再参与这一国际比赛。

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(原载于《科技日报》 2018-10-11 01版)

  上海光机所提供的两份不同工艺的薄膜样品表现优异,拿到了一个第一,一个并列第三。

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。朱美萍举例解释说,激光聚变装置是当前输出能量要求最高的强激光系统,这个系统里有数千件米级尺寸薄膜元件和数万件中小口径的薄膜元件。这个元件在装置里,就像人类的血管一样,引导着激光在激光装置里传输,元件的性能影响着激光装置输出的能量和光束的质量。激光的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。

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:中国科学院强激光材料重点实验室薄膜光学实验室研制的激光反射薄膜元件再次折桂,与2012年、2013年获胜相比,优势更加明显:损伤阈值高出第二名20%。

  大尺寸激光薄膜反射元件。 中国科学院上海光学精密机械研究所供图

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,涉及多学科交叉,难度极大,西方国家对中国实施严密的技术封锁和产品禁运。1964年,中科院上海光机所建所,薄膜光学实验室同步成立,成为中国第一支专业从事激光薄膜研究的团队。