胡丽丽团队：将微光放大到“神光”的最强心脏

3月22日，中科院上海光机所研究员胡丽莉主持完成了“大规模高性能激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”项目，并荣获2016年上海市技术发明奖。这是继2014年陈赛娟院士之后，由女性科学家主持的另一个项目。

激光惯性约束聚变装置是实现受控核聚变的两条技术途径之一，具有重大的国家战略意义。该装置的核心材料激光钕玻璃的连续熔化技术被认为是世界上最困难的光学功能玻璃制备技术之一。西方发达国家长期以来对中国实行严格的技术*和产品禁运。胡丽莉研究团队依靠自主创新实现关键技术突破，为中国自主开发大型激光设备的能力提供了重要的物质支持。

记者在上海光学机器上看到的玻璃片长80厘米，宽约50厘米。非常清楚。如果你想说一些特别的东西，它有一个暗红色的内部和一个浅绿色的外层紧紧地包裹着，带着一丝神秘。

它是众所周知的“钕玻璃”——因为它含有稀土发光粒子，它能在“泵浦光”的激发下产生激光或放大激光能量，是激光的“心脏”。

“种子光是一种可以忽略的激光，只有10-9纳米焦耳。上海光机所高功率激光单元技术中心主任胡丽莉说:“通过数以千计的大口径高质量钕玻璃激光器，它最终将被放大到106兆焦耳的小太阳辐射量。”。

钕玻璃的性能决定了激光器输出能量的潜力和质量。经过十几年的不断研究，上海光机所激光钕玻璃团队在以连续熔化为核心的大尺寸激光钕玻璃批量生产的关键技术上取得了突破，并成功应用于“申光”系列器件和超短激光器件。

为国家咬下这块硬骨头

中国科学院上海光学机械研究所自1964年成立以来，长期从事激光钕玻璃的研究和开发。先后开展了硅酸盐钕玻璃和磷酸盐激光钕玻璃的研发。第一代是用于高能激光系统的硅酸盐钕玻璃。第二代是用于“申光二号激光实验装置”的高功率激光聚变系统的N21磷酸盐钕玻璃。

自国家启动重大科技项目以来，对大尺寸高性能激光钕玻璃的需求更加迫切。

“2002年，我们仍然使用单片熔炼，一年生产102件，这已经是最好的记录了，”胡丽莉回忆道。

此时，单芯片熔化技术从产量到性能都不能满足国家需求。聚变装置对钕玻璃的性能一致性提出了很高的要求。

“数以千计的钕玻璃元素必须具有相同的性能，才能确保192束激光在同一点上形成聚变，”胡丽莉坦率地承认，这是一项挑战极限的工作。

美国与日本的HOYA和德国的Schott两家国际*光学玻璃公司合作，在6年内完成了钕玻璃连续熔化技术的研发，但对中国采取了严格的技术和产品禁运。这使得自主开发以连续熔炼技术为核心的批量制造技术成为唯一的解决方案。

"重要的任务就要来了，她敢于承担。"中科院上海光机所高功率激光单元技术研发中心党支部书记徐永春认为，大胆细致是上海光机所许多科研人员的共同特点。

“离线模拟实验和在线实验总共进行了100多次。每个环节都遇到了困难。有时候，我们确实走到了死胡同，迫使我们探索新的方法和途径。”陈树斌，这个项目的第二个完成者，把每一个困难都视为解决核心问题的曙光。“当事情变得更加困难时，没有人会退缩。因为我们在国家任务之前没有退路。”正是这种执着的精神支撑着这个团队在一系列极端的挑战中啃下这块硬骨头。

解决两大难题，掌握四大核心技术

激光聚变中使用的钕玻璃是磷酸盐玻璃。这种玻璃膨胀系数大，吸水性强，对耐火材料和电极侵蚀严重。因此，激光玻璃的连续熔化需要克服杂质控制以减少损失、动态羟基去除以满足荧光寿命指数、铂颗粒去除以实现高激光通量、小流量和大尺寸成型以及无裂纹隧道窑退火系列等技术问题。此外，为了确保有效吸收杂散光，有必要包裹钕玻璃。原有的包胶和包胶工艺容易产生额外的应力，导致钕玻璃破裂，而较差的耐光热辐射性能容易导致包胶失败。

针对这两大问题，研究团队开展了有针对性的研究，并在四项关键核心技术上取得了突破。

通过连续熔融动态除羟基技术和杂质控制技术的发明，保证钕玻璃中的羟基吸收系数达到国际领先指标；该团队发明了一种新型粘合剂和装订工艺，并开发了批量装订机械化设备，以实现稳定可靠的装订。本发明公开了一种包裹残余反射和铂颗粒的检测方法，实现了钕玻璃批量生产高效、高精度检测技术的全覆盖。上海光学研究所建成了第一条中国特色的大尺寸磷酸盐激光钕玻璃连续熔化生产线，实现了大尺寸激光钕玻璃的批量生产。

隧道窑生产的钕玻璃需要切割、冷却和加工，然后才能最终测试其光学性能。“例如，如果有任何缺陷，如气泡和条纹，如果没有，我们将永远欢呼。”现在上海光学研究所的生产线一年可以生产1200块大尺寸高性能钕玻璃，但是胡丽莉和她的团队仍然对每一块完美钕玻璃的诞生感到兴奋，因为只有他们才能理解它背后的艰辛。

创新是最好的遗产

激光钕玻璃半个世纪的发展凝聚了以甘福溪院士、江院士为代表的三代科学家的心血。

"钕玻璃的成分、品牌和技术都在不断变化，但精神是继承的."在胡丽莉看来，最好的继承是在前人的基础上不断创新。"要做科学研究，一个人必须做一些新的事情，即没有人做过的事情。"

正是这种敢为人先的精神，造就了一批多学科、经验丰富的高、中、青年科研骨干队伍。

“我已经到了半个多世纪的年龄，开始有意识地做减法，给年轻人更多的机会。”胡丽莉口中的年轻人，如陈书斌、唐景平、孟涛等人组成的团队，已经成为团队的中流砥柱，负责钕玻璃连续熔化线和包边技术的设计和研究。

“没有他们的聪明才智，就没有完美的钕玻璃，”陈书斌感叹道。几十年来，科学研究人员和技术人员的真诚合作抛光了完美的钕玻璃。

钕玻璃连续熔化线一旦开始运行，将连续昼夜运行8至9个月。为了保证完成各种激光科技工程任务，他们经常加班，春节假期也不例外。陈书斌说:“我们不在日历上标注节假日，只标注项目任务节点。”。

“在外人看来，我们可能像一群只知道如何工作的苦行僧。然而，我们都知道仅仅八个小时是不够的。”胡丽莉谦逊的微笑背后是他眼睛的坚持和坚持。

有了这样的毅力和毅力，中国科学院上海光学机械工程研究所钕玻璃团队将继续开创激光玻璃行业的新征程，为我国建设“小太阳”的事业做出不可或缺的贡献。

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