高功率高能激光技術(shù)及裝置是國(guó)防戰(zhàn)略和新興產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)之一，對(duì)國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重大支撐作用。中國(guó)激光薄膜器件的核心技術(shù)、關(guān)鍵工藝和高端器件長(zhǎng)期受到國(guó)外封鎖與禁運(yùn)，但數(shù)十年磨一劍，依靠不斷提升的自主研發(fā)實(shí)力，中國(guó)的激光薄膜技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

讓激光“萬(wàn)宗歸一”的“獨(dú)門(mén)元件”

10月9日，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室傳來(lái)了2018年基頻激光反射薄膜元件激光損傷閾值國(guó)際競(jìng)賽結(jié)果：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)激光材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室（下稱“薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室”）研制的激光反射薄膜元件再次以高達(dá)94J/cm2的功能性激光損傷閾值折桂，與2012年、2013年獲勝相比，優(yōu)勢(shì)更加明顯，損傷閾值高出第二名20%。

激光能量的高度集中會(huì)引起介質(zhì)內(nèi)部或表面的局部變形甚至完全被損壞。激光損傷閥值是指介質(zhì)在單位面積上所能承受的最大激光功率。激光損傷閾值代表著這個(gè)元件“控制指揮”激光的能力，其數(shù)值大小決定著能不能把激光能量完整地護(hù)送到靶點(diǎn)。

薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)總顧問(wèn)范正修研究員向第一財(cái)經(jīng)記者介紹道，高功率激光薄膜是構(gòu)成激光聚變裝置、超強(qiáng)超短激光等強(qiáng)激光系統(tǒng)不可或缺的元件?！案吖β始す夥瓷浔∧な俏ㄒ荒芷仁怪话粗本€前行的強(qiáng)激光按照人類意志改變行徑的‘獨(dú)門(mén)元件’。為此，高功率激光反射薄膜不但需要抵擋住高能激光的沖擊，保障不會(huì)傷害到高功率激光裝置自身，而且還要高效地引導(dǎo)激光的方向，使得入射到它表面的激光完全按照人們的意志，‘萬(wàn)宗歸一’有次序地奔赴同一靶點(diǎn)?！狈墩拚f(shuō)道。

過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)的高功率激光器、激光雷達(dá)、激光測(cè)距、激光切割等裝置一直存在突出的薄膜器件損傷問(wèn)題，導(dǎo)致激光系統(tǒng)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行，這已成為制約高功率高能激光技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸。

但近年來(lái)，激光技術(shù)的迅速發(fā)展推動(dòng)了光學(xué)薄膜空前的進(jìn)步。應(yīng)用于高功率激光系統(tǒng)的光學(xué)薄膜，還需同時(shí)具有高的激光損傷閾值和低的薄膜應(yīng)力。中科院光機(jī)所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，隸屬于中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)激光材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，致力于研發(fā)高功率、超強(qiáng)超快和空間等激光系統(tǒng)所需的薄膜元件。

范正修研究員對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“中國(guó)在國(guó)際范圍內(nèi)的激光薄膜損傷閾值提升競(jìng)爭(zhēng)中，從跟跑、并跑，最終實(shí)現(xiàn)超越，并通過(guò)本次競(jìng)賽的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)強(qiáng)化了我國(guó)在本領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。”他還告訴第一財(cái)經(jīng)記者，實(shí)驗(yàn)室研制的薄膜元件基本能用于所有的激光領(lǐng)域，長(zhǎng)波從幾個(gè)微米，到短波X射線基本都能夠覆蓋。

打破封鎖 半個(gè)世紀(jì)磨一劍

“高功率激光薄膜的制備是一個(gè)工藝環(huán)節(jié)冗長(zhǎng)、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多學(xué)科交叉，極其復(fù)雜，難度極大。”薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目帶頭人邵建達(dá)研究員告訴第一財(cái)經(jīng)記者。當(dāng)今世界規(guī)模最大的激光聚變裝置是美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置，其中有數(shù)千件米級(jí)尺寸薄膜元件和數(shù)萬(wàn)件中小口徑薄膜元件。

長(zhǎng)期以來(lái)，西方國(guó)家對(duì)我國(guó)實(shí)施嚴(yán)密的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)?，F(xiàn)在薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室憑借半個(gè)世紀(jì)的努力，攻堅(jiān)克難，終于提出并逐步完善了激光薄膜研制全流程控制的系統(tǒng)工程解決方案，攻克了系列關(guān)鍵技術(shù)難題，成功建立了應(yīng)用基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與工程應(yīng)用的自主創(chuàng)新生態(tài)鏈，取得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大創(chuàng)新成果。

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、科學(xué)技術(shù)部和財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布的最新《2017年全國(guó)科研經(jīng)費(fèi)投入統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，2017年，我國(guó)研究與試驗(yàn)發(fā)展（R&D）經(jīng)費(fèi)投入總量超過(guò)1.76萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng)12.3%；R&D占GDP比重超過(guò)2%，再創(chuàng)歷史新高。投入總量與美國(guó)差距正在逐年縮小。

作為激光技術(shù)發(fā)展的支撐基礎(chǔ)，上海光機(jī)所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室與建所同步，也是我國(guó)第一支專業(yè)從事激光薄膜研究的團(tuán)隊(duì)，為我國(guó)神光系列高功率激光裝置、超強(qiáng)超短激光裝置等系統(tǒng)提供了大量高性能核心激光薄膜元件。

激光是科學(xué)研究的重要工具，許多研究需要將短脈沖的功率以幾何級(jí)數(shù)放大，然而峰值功率過(guò)強(qiáng)的脈沖光會(huì)損害光放大的晶體媒介?？茖W(xué)家就想出了一個(gè)非常聰明的辦法，先將短的無(wú)啁啾脈沖拉伸成長(zhǎng)的啁啾脈沖，降低其峰值功率，等放大后，再壓縮回短的無(wú)啁啾脈沖。這就是啁啾脈沖放大技術(shù)（CPA）的由來(lái)。

今年剛剛公布的諾貝爾獎(jiǎng)物理學(xué)獎(jiǎng)將另一半授予了啁啾脈沖放大技術(shù)（CPA）的發(fā)明者——法國(guó)高等科技學(xué)院（ENSTA）極端光研究所所長(zhǎng)、巴黎綜合理工學(xué)院教授Gérard Mourou和他的學(xué)生、加拿大滑鐵盧大學(xué)的國(guó)際著名光學(xué)專家、美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)前主席Donna Strickland，表彰他們發(fā)明了這種能生成高強(qiáng)度，超短光脈沖的方法。這也是21世紀(jì)以來(lái)，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第六次頒給光學(xué)相關(guān)領(lǐng)域。

中科院上海光機(jī)所所長(zhǎng)李儒新此前接受采訪時(shí)對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示：“超強(qiáng)激光光源研究正處于取得重大科技突破和開(kāi)拓重大應(yīng)用的前夜，國(guó)際上競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)異常激烈，我國(guó)在超強(qiáng)激光裝置的研制方面有很好的基礎(chǔ)和特色，該領(lǐng)域是我國(guó)科學(xué)家可望取得重大突破并在國(guó)際上躋身最前列的前沿科技領(lǐng)域?！?/p>