近日，2016年度上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?wù)綄?duì)外發(fā)布，其中，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所胡麗麗研究員主持完成的“大尺寸高性能激光釹玻璃批量制造關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2016年度上海市技術(shù)發(fā)明特等獎(jiǎng)，這也是繼2014年陳賽娟院士之后又一位女科學(xué)家主持的項(xiàng)目榮獲特等獎(jiǎng)。
西方實(shí)施技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)
攻關(guān)克難 掌握全流程生產(chǎn)技術(shù)
激光裝置核心功能——釹玻璃元件
釹玻璃，一種含有稀土發(fā)光離子——釹離子的特殊玻璃。在技術(shù)研發(fā)中心，記者看到了由釹玻璃坯片與包邊玻璃構(gòu)成的激光釹玻璃元件。標(biāo)準(zhǔn)的激光釹玻璃元件規(guī)格為810*460*40，紫紅色通透的釹玻璃，四周緊緊貼合著一圈淺綠色包邊玻璃。從外觀看來，釹玻璃除了色彩絢麗以外，和一般的玻璃貌似沒有其他區(qū)別。
“一塊釹玻璃從原材料到成品，需要耗費(fèi)4—6個(gè)月時(shí)間。一旦開機(jī)制作，需要沒日沒夜持續(xù)工作，幾個(gè)月不能間斷。”胡麗麗告訴記者，上海光機(jī)所激光釹玻璃團(tuán)隊(duì)已經(jīng)連續(xù)放棄了7個(gè)春節(jié)，堅(jiān)守在崗位，堅(jiān)守在高溫一線。
在與胡麗麗的交談中，記者了解到，激光釹玻璃可以在“泵浦光”的激發(fā)下產(chǎn)生激光或?qū)す饽芰窟M(jìn)行放大，是激光器的“心臟”。胡麗麗說：“激光釹玻璃性能的好壞直接決定了激光裝置輸出能量的潛力和質(zhì)量，是目前人類所知地球上能夠輸出最大激光能量的激光工作介質(zhì)。”
在被稱為地球上的“小太陽”的激光慣性約束聚變裝置中，激光釹玻璃發(fā)揮著不可替代作用。胡麗麗表示，當(dāng)數(shù)千片大口徑高品質(zhì)的激光釹玻璃在裝置中，就像時(shí)刻準(zhǔn)備一聲令下迸發(fā)戰(zhàn)斗力的“千軍萬馬”列陣，又像人類“心臟”一樣反復(fù)“搏動(dòng)”和“接力”，將微不足道的激光能量放大到“小太陽”量級(jí)的能量。
西方實(shí)施技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)
據(jù)記者了解，美國(guó)聯(lián)合日本和德國(guó)兩家國(guó)際頂級(jí)光學(xué)玻璃歷時(shí)6年完成了釹玻璃連續(xù)熔煉技術(shù)研發(fā)。該技術(shù)被譽(yù)為美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF，目前世界最大）七大奇跡之首。美國(guó)人曾總結(jié)說：“釹玻璃連續(xù)熔煉挑戰(zhàn)了光學(xué)玻璃制造技術(shù)的極限！”不過，針對(duì)該技術(shù)，西方對(duì)我國(guó)實(shí)施嚴(yán)格的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)。
“激光聚變應(yīng)用的釹玻璃是磷酸鹽玻璃，磷酸鹽玻璃膨脹系數(shù)大、吸水性強(qiáng)，對(duì)耐火材料和電極腐蝕嚴(yán)重，易揮發(fā)；尺寸和光學(xué)均勻性要求較普通光學(xué)玻璃高一個(gè)量級(jí)，更為苛刻的是必須滿足激光性能的要求。”胡麗麗認(rèn)為，激光玻璃連續(xù)熔煉需要攻克雜質(zhì)控制以降低損耗、動(dòng)態(tài)除羥基以滿足熒光壽命指標(biāo)、除鉑顆粒以實(shí)現(xiàn)高激光通量、小流量大尺寸成型、無炸裂隧道窯退火系列相互制約的技術(shù)難題。
而在項(xiàng)目啟動(dòng)前，上海光機(jī)所單片熔制技術(shù)生產(chǎn)率低、一致性和包邊差、監(jiān)測(cè)技術(shù)缺乏。也就是說，從產(chǎn)品性能到產(chǎn)能都無法滿足國(guó)家裝置需求。自我國(guó)啟動(dòng)重大科技專項(xiàng)以來，國(guó)家對(duì)大尺寸高性能激光釹玻璃的提出了更為迫切的需求。如何突破美國(guó)對(duì)我國(guó)禁止輸出的釹玻璃連續(xù)熔煉技術(shù)變成上海光機(jī)所必須盡快解決的難題。
攻關(guān)克難 掌握全流程生產(chǎn)技術(shù)
1964年，自中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所建所以來，形成了一支包括基礎(chǔ)研究、工藝技術(shù)、裝備研發(fā)和檢測(cè)技術(shù)研發(fā)在內(nèi)的激光釹玻璃綜合研發(fā)隊(duì)伍，先后開展了硅酸鹽激光釹玻璃和磷酸鹽激光釹玻璃的研發(fā)工作。
據(jù)胡麗麗介紹，上海光機(jī)所圍繞大尺寸激光釹玻璃批量制造關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)大尺寸激光釹玻璃批量制造涵蓋的連續(xù)熔煉、精密退火、包邊、檢測(cè)四大關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行了持續(xù)攻關(guān)。10年來逐項(xiàng)打破國(guó)外技術(shù)封鎖，取得了以連續(xù)熔煉為核心的大尺寸激光釹玻璃批量制造關(guān)鍵技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)了涵蓋大尺寸激光釹玻璃連續(xù)熔煉、包邊和高精度檢測(cè)的三項(xiàng)核心技術(shù)發(fā)明，自主發(fā)明并建成了具有中國(guó)特色的首條大尺寸激光釹玻璃連續(xù)熔煉線，實(shí)現(xiàn)了大尺寸激光釹玻璃的批量生產(chǎn)。
目前，上海光機(jī)所已成為國(guó)際上首家獨(dú)立掌握釹玻璃元件全流程生產(chǎn)技術(shù)的機(jī)構(gòu)。批量制造的大尺寸N31激光釹玻璃已經(jīng)成功應(yīng)用于我國(guó)“神光”系列裝置和用于開展前沿基礎(chǔ)研究的5拍瓦超強(qiáng)超短激光裝置。
部分指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先
中國(guó)科學(xué)院組織的項(xiàng)目成果鑒定認(rèn)為：“以連續(xù)熔煉技術(shù)為核心的大尺寸高性能激光釹玻璃批量制造是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，創(chuàng)新性強(qiáng)，整體水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)，部分指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先”。
胡麗麗告訴記者，產(chǎn)品核心技術(shù)指標(biāo)中，受激發(fā)射截面等4項(xiàng)領(lǐng)先國(guó)外同類產(chǎn)品，其余與之相當(dāng)，參數(shù)一致性較原來技術(shù)提高2-3倍，生產(chǎn)效率提高10倍。項(xiàng)目研制過程中獲得了9項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專利，并制定了3個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
胡麗麗表示：該技術(shù)打破了國(guó)外的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)；滿足了我國(guó)激光聚變研究的重大戰(zhàn)略需求；推動(dòng)了我國(guó)特種光學(xué)玻璃的技術(shù)進(jìn)步、人才培養(yǎng)；在激光聚變、工業(yè)激光器等中得到應(yīng)用，產(chǎn)生了4.12億元直接經(jīng)濟(jì)效益，5.65億元間接經(jīng)濟(jì)效益。
胡麗麗透露，基于重頻釹玻璃激光器的沖擊強(qiáng)化技術(shù)，今后將服務(wù)于我國(guó)的先進(jìn)制造領(lǐng)域。
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