每一位老板在進入自己獨立科研時代所面臨的第一件事就是組建自己的實驗室。我老板來自于光學領域，所以本文以超快激光實驗室的建設歷程為例，供同行參考。
老板于2014年全職回國，之后開始著手組建實驗室，在經歷一番波折之后，籌集到了千八百萬的啟動經費。這部分錢看著挺多，但在建造實驗室的過程中才發現其實錢用得很快。很多意想不到的事情在不經意間就會釀成不小的錯誤，影響了實驗室的建設進度。下面簡單從4個方面回顧一下實驗室的建設歷程。
一選址
建設超快光學實驗室首先面臨的問題就是選址（其實就是挑選房間）。我所在的研究所位于郊區，大樓接近二十層，空置區較多，但考慮到光學實驗室的精密性以及穩定性要求，底層顯然是最佳選擇。很多人可能會說光學平臺不是都有氣浮嗎？誠然，氣浮確實能夠使得平臺穩定工作，但一旦遇上更高精度的光學實驗，中高層帶來的不確定性影響因素還是會大一些。
實驗室的選址最終定在了一樓。為何沒有選擇地理位置更好的負一樓，主要原因還是錢的問題，省下來的錢最終拿來買了一些光學周邊配件。比如護目鏡、光功率計等。
選好地址之后，接下來就是裝修。光學實驗室對潔凈度和溫度要求較高，一般建設為千級無塵間。所謂千級無塵，即千級無塵車間，是指微塵數量被嚴格控制在每立方米1000個以內，這也就是業內俗稱的1 k級別。建成后大致如下：
圖1 千級無塵室建成效果圖
由于沒有建設經驗，因此選擇施工商也比較盲目。通過網上招標的方式最終選擇了一家深圳的施工商。事實證明，由于地處異地，施工商需要從當地找人過來施工，大部分工人又都不愿意來干這樣的小工程。所以光找工人就花了接近兩個月的時間。施工過程中也遇到過很多問題，比如工期一拖再拖，吊頂少訂了一扇過濾網等，不勝枚舉。其中辛酸，冷暖自知，此處一筆帶過。因此，在選擇施工商時，最好還是選擇本地施工商較為靠譜，施工材料不夠訂起來也快。招當地工人干活也比較方便。
在超凈間建設期間有兩個問題值得引起注意：
首先就是拉電的問題。眾所周知很多光學設備用電并非普通家庭的220 V，很多時候用的是動力電380 V，因此最好設置一個獨立配電柜，方便控制。
圖2 獨立配電柜供電系統
管道走線盡量不要暴露在室內，可用管網固定，一來顯得美觀；二來也安全，避免有時候做實驗不小心掛住。箭頭所示處皆為走線布置。左圖為地面走線；右圖為墻壁走線。
圖3 電纜走線
其次就是通風制冷的問題，在建設千級無塵間時，我們的指標是室溫24°C，濕度40%。但在實際實驗過程中，我們需要的環境為室溫22±2°C。濕度35%±5%。因此還需額外的中央空調以及干燥機控制。中央空調是研究院統一配置，好處是不用自己操心，制冷方便；壞處是工作很不穩定，一旦壞了實驗就得立馬停下來。
我曾經好幾次做實驗做著做著就沒信號了。反應過來才發現激光器已經因為高溫（26°C，飛秒激光對室溫要求較高）而停止工作。發生這樣的情況耽誤一天的實驗尚且是小事，對激光器造成的損傷才是大事。所以老板后來一狠心，干脆自己掏錢買了幾個大空調，關于空調改造的細節后文再詳細介紹。
最后還有一些需要注意的小細節。若實驗室需要常用氮氣、氧氣以及其他氣體等。最好在主實驗室旁邊單獨做個小隔間，方便放置氣瓶以及獨立配電柜等。
二布局
整體布局對于實驗室的重要性不言而喻，好的布局不禁讓人賞心悅目，而且做實驗的也很方便。當然這也要根據實驗的具體性質決定。其實從這里就能看出實驗室建設領導的眼光，通常好的布局既要兼顧當下即將開展的實驗，也要為今后可能開展的實驗預留空間。由于我們的實驗室是超快激光實驗室。這里簡單介紹幾種布局供各位參考。
首先來看看比較常見的E字形布局，參觀的很多光學實驗室也都是基于此類布置。這種布置方式的優點是整體性好，各個光學平臺可以連接成一個整體。在工程師將其整體調節水平后，即可方便地開展實驗，兩邊的凹槽也方便人員走動，且各個平臺相對激光器的距離較近。避免了激光在空氣中長距離傳播而影響光束品質。
這種布局目前被廣泛采用，但也并非沒有缺點，如果實驗系統較多，會顯得比較混亂，每個系統的獨立性會受到影響。如果是剛進實驗室的小白，不小心動了中間平臺的鏡子，影響的可能就是幾個實驗系統。
圖4 E字形布局
E字形除了上述形式，還有下面的變種形式。我曾經參觀的一個超快激光加工實驗室就是此種布局。
圖5 E字形變種形式
接著是另一種相對而言比較少見的布局方式，各個光學平臺之間彼此分開。這種布局方式比較適用于數量較多的小型試驗系統。各個系統彼此分開，互不影響。靠近激光器的平臺只需留出前端的一小部分作為激光傳播到后續平臺的空間即可。當然這種方法的缺點也非常明顯，處于后端的實驗平臺接收到的激光品質會下降。如果室內建設不達標，會對飛秒激光的脈寬影響較大。
圖6 分割布局形式
對于單平臺的實驗布局，主要要求就是簡單方便，電學類的實驗儀器盡量不要放置在桌面。可以通過搭建腳手架等方式布置。比如：
圖7 腳手架安裝方式
或者比較高大上的吊頂布置，這類布置一般在實驗室建設初期就預留好了頂部安裝孔。
圖8 吊頂安裝方式（來源于網絡）
上述兩種情況均適用于比較固定的試驗系統（即電學儀器）除此之外，使用小推車也是一種不錯的選擇。電學儀器的移動也更為方便。
圖9 手推車（圖片來自某寶）
最后上一張實驗室的整體布局示意圖：
圖10 實驗室整體布局圖
三 改建
南方的夏季相對來得較早，且持續時間較長。對于超快實驗室的穩定運行構成了不小的威脅。中央空調正常運行時尚且不受影響。但一旦出了問題，輕則影響實驗進度，這還是小事。一旦影響到激光器系統的運行，就比較麻煩。今年夏季由于研究院的中央空調頻繁維修。我不止一次遇到激光器因為高溫而停運（26℃）。索性后來老板給力，一狠心決定自建空調冷卻系統。
實驗室的面積為6 m×14 m，包括用來放置罐裝氣體及其他零碎物的小型隔間。
考慮到實驗室的面積及對溫度的要求（大約20℃-23℃），本實驗室需要大約3臺功率為10匹的大型空調。根據空調的功率及總配電箱的位置來選擇電源連接線的直徑及長度。
在外機的安裝過程中，需要考慮的因素就比較多，首當其沖的就是需要考慮打孔的位置，方便內外機連接。由于本實驗室的外墻為隔熱板與玻璃，因此需要將玻璃敲碎后，換上打孔的鋼化玻璃。又因為鋼化玻璃無法進行打孔，因此必須先切割鉆孔后再鋼化處理，過程比較繁瑣。
對于三臺內機的位置選擇，需要綜合考慮主要熱源及空氣流通的過程途徑區域以使散熱效率最大化。由于本實驗室的主要熱源來自靠近隔間的激光系統，且該系統對溫度的要求也最為苛刻，因此三臺內機以激光系統為起點成等距離排列，整體靠近激光器。
尤為需要注意的是內機的搬運過程最好避開實驗室的實驗區域，可以選擇旁邊實驗室的頂層入口或者隔間的頂層入口，因為搬運過程會攜帶大量灰塵碎屑。這對潔凈度要求極高的實驗室來說是不能接受的。因此整個施工過程都需要避免灰塵的代入，一些容易產生灰塵碎屑的作業必須在實驗室外完成。
此外，頂層的線路排布要求整齊劃一，縱橫分布，切忌雜亂無章。一旦出現問題也方便維修和查找缺漏。
四總結
讀研以來，算是基本見證了老板建設實驗室的全過程，中途也學到了很多，雖然自己以后不一定走這條路，但還是寫出來給有用的人參考。由于實驗較忙，寫得比較倉促隨意，列位看官輕拍。
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