近日，2016年度上海市科學(xué)技術(shù)獎?wù)綄ν獍l(fā)布，其中，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機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”項目榮獲2016年度上海市技術(shù)發(fā)明特等獎，這也是繼2014年陳賽娟院士之后又一位女科學(xué)家主持的項目榮獲特等獎。
西方實施技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運
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4—6個月時間。一旦開機制作，需要沒日沒夜持續(xù)工作，幾個月不能間斷。”胡麗麗告訴記者，上海光機所激光釹玻璃團隊已經(jīng)連續(xù)放棄了7個春節(jié)，堅守在崗位，堅守在高溫一線。
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，就像時刻準備一聲令下迸發(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”和“接力”，將微不足道的激光能量放大到“小太陽”量級的能量。
西方實施技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運
據(jù)記者了解，美國聯(lián)合日本和德國兩家國際頂級光學(xué)玻璃歷時6年完成了釹玻璃連續(xù)熔煉技術(shù)研發(fā)。該技術(shù)被譽為美國國家點火裝置（NIF，目前世界最大）七大奇跡之首。美國人曾總結(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，針對該技術(shù)，西方對我國實施嚴格的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運。
“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，對耐火材料和電極腐蝕嚴重，易揮發(fā)；尺寸和光學(xué)均勻性要求較普通光學(xué)玻璃高一個量級，更為苛刻的是必須滿足激光性能的要求。”胡麗麗認為，激光玻璃連續(xù)熔煉需要攻克雜質(zhì)控制以降低損耗、動態(tài)除羥基以滿足熒光壽命指標(biāo)、除鉑顆粒以實現(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。
而在項目啟動前，上海光機所單片熔制技術(shù)生產(chǎn)率低、一致性和包邊差、監(jiān)測技術(shù)缺乏。也就是說，從產(chǎn)品性能到產(chǎn)能都無法滿足國家裝置需求。自我國啟動重大科技專項以來，國家對大尺寸高性能激光釹玻璃的提出了更為迫切的需求。如何突破美國對我國禁止輸出的釹玻璃連續(xù)熔煉技術(shù)變成上海光機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，自中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所建所以來，形成了一支包括基礎(chǔ)研究、工藝技術(shù)、裝備研發(fā)和檢測技術(shù)研發(fā)在內(nèi)的激光釹玻璃綜合研發(fā)隊伍，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，上海光機所圍繞大尺寸激光釹玻璃批量制造關(guān)鍵技術(shù)，對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、檢測四大關(guān)鍵核心技術(shù)進行了持續(xù)攻關(guān)。10年來逐項打破國外技術(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、包邊和高精度檢測的三項核心技術(shù)發(fā)明，自主發(fā)明并建成了具有中國特色的首條大尺寸激光釹玻璃連續(xù)熔煉線，實現(xiàn)了大尺寸激光釹玻璃的批量生產(chǎn)。
目前，上海光機所已成為國際上首家獨立掌握釹玻璃元件全流程生產(chǎn)技術(shù)的機構(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“神光”系列裝置和用于開展前沿基礎(chǔ)研究的5拍瓦超強超短激光裝置。
部分指標(biāo)國際領(lǐng)先
中國科學(xué)院組織的項目成果鑒定認為：“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十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，創(chuàng)新性強，整體水平達到了國際先進，部分指標(biāo)國際領(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項領(lǐng)先國外同類產(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。項目研制過程中獲得了9項授權(quán)發(fā)明專利，并制定了3個行業(yè)標(biāo)準。
胡麗麗表示：該技術(shù)打破了國外的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運；滿足了我國激光聚變研究的重大戰(zhàn)略需求；推動了我國特種光學(xué)玻璃的技術(shù)進步、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)濟效益，5.65億元間接經(jīng)濟效益。
胡麗麗透露，基于重頻釹玻璃激光器的沖擊強化技術(shù)，今后將服務(wù)于我國的先進制造領(lǐng)域。
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