“羲和之未揚，若華何光？”《天問》中描寫的太陽之母羲和，在上海被具象為一座激光裝置。
該裝置之所以被命名為“羲和”，是因為它能達到10拍瓦以上的激光峰值輸出功率。這是一個什么樣的概念？
“假如地球外有一面巨大的透鏡，可以把照射在地球上的所有太陽光聚焦在一根人類頭發絲直徑大小的點上所產生的光強，相當于1拍瓦能產生的光強，那么10拍瓦就相當于10個太陽的光強。”中國科學院上海光學精密機械研究所（下稱“上海光機所”）研究員朱美萍說。
超強超短激光實驗（羲和）裝置的運行，離不開大大小小的關鍵元器件，朱美萍和她的團隊，就是為羲和裝置“造血管”的科研工作者。
朱美萍日前接受第一財經采訪時說，激光薄膜引導激光束按照預設方向傳輸的過程中，需要抵擋住強激光的沖擊，并且能將激光準確地“護送”到目標點，因此，激光薄膜就像整個激光裝置的血管。
而隨著人工智能（AI）技術的運用，朱美萍和團隊還在設想，如何把AI技術融合到激光薄膜技術里，加速新材料的研發和篩選，推動薄膜的設計和工藝的優化。“我們現在已經在初步探索機器學習如何助力工藝優化。”
“無瑕”的激光薄膜有多難
除了運用在神光、超強超短激光等大型裝置中，激光薄膜其實還滲透于經濟社會的方方面面，從日常生活中的眼鏡、手機、相機、電腦、汽車，再到探月工程等空間型號任務搭載的激光器，都少不了激光薄膜技術的運用。
在一些強激光裝置中，激光薄膜甚至需要承受超過上萬焦耳的激光能量，非常容易被激光損壞，研制難度極大。國際上，米級尺寸的激光偏振薄膜元件與普克爾盒組成的光開關被譽為美國國家點火裝置七大奇跡之一。我國大尺寸激光薄膜制備技術起步較晚，一度是大型強激光裝置建設和運行過程中面臨的技術瓶頸。
朱美萍打了個比方，如果要做一個對角線1米尺寸的激光偏振薄膜，它對膜層厚度的控制要求，相當于從上海到北京約1000公里的飛行航程內，飛機上下顛簸不能超過兩毫米。“缺陷是薄膜在激光輻照下產生損傷的主要因素，缺陷的產生是一個概率事件，對于對角線接近1米尺寸的元件，想要實現零缺陷，基本上是不可能的。”
而追求“無瑕”的薄膜，研究揭示激光誘導薄膜損傷機理，提升激光薄膜的損傷閾值，則是朱美萍和團隊成員一直努力的目標。
1964年，上海光機所成立了我國第一支專業從事激光薄膜研究的隊伍（今為薄膜光學實驗室），研究生畢業后就留所工作的朱美萍已經是第四代“激光薄膜人”。而前三代激光薄膜團隊掌舵人——范正修研究員、邵建達研究員和易葵正高級工程師，是她的指導老師。
談及做激光薄膜的難點，朱美萍回憶道，最難熬的是有一段時間，鍍膜反復出現膜層龜裂問題。“因為鍍膜是在真空條件下完成的，這個過程還包括降溫、放氣等，在真空狀態下，我們不知道薄膜是在哪個過程中裂開的。在反復做實驗兩三個月后，某一天我們打開真空室門，用強光燈照在薄膜上的時候，發現這個膜是完美無瑕的、沒有裂紋的薄膜，我們終于成功了。”
從攻讀研究生至今二十年來，朱美萍不斷鉆研、改進技術，幾次在國際競賽中取得最佳結果。她和團隊成員實現了米級尺寸的高性能激光偏振薄膜，相關技術榮獲2018年國家技術發明獎二等獎。
朱美萍打趣地說道，和激光薄膜相處就有點像“談戀愛”。
她解釋道，在提升薄膜激光損傷閾值中，其實就是一個與缺陷相識、相知、相抑，再到相扶的過程。“開始要先去認識這個缺陷，接著要去了解這些缺陷以及其成因，然后盡可能去抑制這些缺陷。到最后，發現完全消滅這些缺陷基本上是不可能的。所以我們就想著法子去幫助這些缺陷能夠更好耐受激光。”
將AI運用到未來研究
超強超短激光的獨特性，讓它在激光加速、激光聚變、原子分子物理、材料科學、核物理、等離子體物理、高能量密度物理、天體物理、核醫學等領域具有重大應用價值，因此也是國際科技競爭重大前沿領域之一。
2017年10月24日深夜，上海“羲和”激光裝置首次實現10拍瓦激光放大輸出。這個“最強光”裝置從2016年1月4日立項，到2020年12月28日通過驗收，項目裝置從實現 10.3拍瓦激光放大輸出，到最高峰值功率達到12.9拍瓦，打破了世界紀錄。2021年以來，裝置面向用戶開放，產出的多項實驗結果也登上了國際重要的學術期刊。
在為最強光“造血管”的朱美萍看來，激光薄膜與激光技術是相輔相成的：激光薄膜性能的提升，能促進激光裝置的性能提升，激光裝置性能提升了之后，反過來又會對激光薄膜提出更高的要求。
“這兩年國際上激光技術的發展也對我們的研究領域有很大促進作用，因為在激光薄膜兩個比較大的應用領域：聚變激光和超強超短激光方面，國際上都有新動向。”
2022年，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室國家點火裝置實現“凈能量增益”。這是人類能源史上的重大突破，從科學原理和工程技術上驗證了未來核聚變能源的可行性，開啟了人類進入清潔能源時代的大門。
“激光聚變裝置性能的提升，也對薄膜元件提出了更高的要求。”朱美萍說，她們也在考慮如何將AI技術融合到激光薄膜技術中去。“這是一個必然的現象，現在我們已經在初步探索機器學習怎么去優化工藝。”在她看來，AI會幫她們節省多少時間和達到哪些效果目前并不知曉，但是肯定能縮短工藝優化的時間，“因為我們可以喂它一些實驗數據，預測的結果就可以指導下一步工藝參數的調整”。
作為一名畢業就從事激光薄膜研究并堅持二十多年的科學家，朱美萍也強調要加大對青年科研工作人員的支持力度。
她說，近年來國家已經出臺多個措施對基礎研究領域給予長期穩定的支持，讓一部分科研工作者幾年內都不用考慮經費專心做研究。但因為現在高校擴招，進入科研領域的青年人也越來越多，所以申請經費支持的人數也是在逐年增加。
朱美萍提到的上述現象，也體現在了實際數據中。
教育部數據顯示，2023年全國共招收研究生130.17萬人，比上年增長4.76%。其中，招收博士生15.33萬人，比上年增長10.29%。在學研究生388.29萬人，比上年增長6.28%。其中，在學博士生61.25萬人，比上年增長10.14%。
國家自然科學基金委的報告顯示，隨著我國青年科研隊伍持續快速壯大，青年科學基金項目資助率仍呈現下降趨勢——已由2013年的25.2%降至2022年的17.23%。預計，未來10年每年的博士畢業人數仍將持續增長，到2030年左右達到峰值。
“希望國家層面能夠給予更多的資助。同時，要營造一種能夠寬容失敗的氛圍。因為做科研、走沒有走過的路，自然會有失敗的可能性。”朱美萍說。
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