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打破技术封锁这位科学家带领团队造出激光器最强“心脏”

  钕玻璃是指含有稀土发光钕离子的特殊玻璃,它可以在“泵浦光”的激发下对激光能量进行放大,是激光器的“心脏”。激光钕玻璃性能的好坏直接决定了激光装置输出能量的潜力和质量,是目前人类所知能够输出最大激光能量的工作介质。

  大尺寸激光钕玻璃成品需同时符合高光学质量、低应力、无铂颗粒等夹杂物、高一致性等28个技术指标,钕玻璃尺寸越大,生产难度越高。

  激光钕玻璃连续熔炼技术被誉为美国国家点火装置(NIF,目前世界最大激光惯性约束聚变装置)七大奇迹之首。然而,掌握激光钕玻璃关键技术的西方国家对我国实施严格的技术封锁和产品禁运,我国必须靠自主研发。

  如何,解决我国激光聚变研究的战略急需,成为摆在中科院上海光机所胡丽丽团队面前的一大挑战。

  成型后的钕玻璃温度高达六七百摄氏度,需要在这个隧道窑里呆上一个星期,逐渐冷却到六七十度。实验初期,玻璃都在隧道窑里炸裂了。请来的外援专家,到现场看了后说这个问题他们也解决不了。

  胡丽丽秉着“只能上,不能退”的决心,当场拍板自己解决。她带领团队花了半年时间,重新做方案,改变隧道窑的结构,最终解决了玻璃炸裂的问题。

  原有外购的包边胶存在容易脱胶、收缩大导致钕玻璃炸裂等问题。寻找了数家外协单位仍然未解决问题。胡丽丽团队决定自主研发钕玻璃包边胶。

  通过几年的持续攻关,上万次实验,胡丽丽团队不仅最终研制出满足性能的包边胶,还成功研制出一整套机械化包边工艺,大大提升了钕玻璃包边性能和批量生产效率。

  围绕大尺寸激光钕玻璃批量制造关键技术,胡丽丽团队经过十多年持续攻关,逐项攻克了大尺寸激光钕玻璃批量制造涵盖的连续熔炼、精密退火、包边、检测四大关键核心技术。

  胡丽丽团队的成果打破了国外技术封锁,取得了以连续熔炼为核心的大尺寸激光钕玻璃批量制造关键技术的突破,实现了涵盖大尺寸激光钕玻璃连续熔炼、包边和高精度检测的三项核心技术发明。团队还自主发明并建成了具有中国特色的首条大尺寸激光钕玻璃连续熔炼线,实现了大尺寸激光钕玻璃的批量生产。

  大尺寸N31激光钕玻璃已经成功应用于我国“神光”系列激光装置和用于开展前沿基础研究的上海超强超短激光实验装置(SULF)。

  目前,上海光机所已成为国际上独立掌握钕玻璃元件全流程生产技术的机构。胡丽丽作为第一完成人,荣获上海市2016年度技术发明奖特等奖、2017年度国家技术发明奖二等奖。

  胡丽丽说,没有团队的合作,这个项目不可能完成。挑战极限的科研攻关过程中失败是常态,成功来自从一次次失败中吸取和总结教训。这10多年的攻关中,自己团队所经历的失败次数更是难以列举。