“最亮的光”開(kāi)始實(shí)驗(yàn)裝置建設(shè)

“這支年輕的隊(duì)伍、這些年輕人實(shí)至名歸。”聽(tīng)到中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海光機(jī)所)超強(qiáng)超短激光攻關(guān)青年團(tuán)隊(duì)獲得第25屆“中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)录w”的消息后，團(tuán)隊(duì)帶頭人、中國(guó)科學(xué)院院士李儒新這樣評(píng)價(jià)道。

上海光機(jī)所超強(qiáng)超短激光攻關(guān)青年團(tuán)隊(duì)成立于2016年初。同年8月，他們就實(shí)現(xiàn)5拍瓦激光放大和脈沖壓縮輸出，刷新了激光脈沖峰值功率的世界紀(jì)錄;2017年10月，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)10拍瓦(1億億瓦)激光放大輸出;2020年12月，建成世界首臺(tái)10拍瓦激光實(shí)驗(yàn)裝置，屢創(chuàng)國(guó)際最高激光脈沖峰值功率紀(jì)錄……

過(guò)去幾年中，該團(tuán)隊(duì)不斷刷新世界紀(jì)錄并保持至今。這束“最亮的光”是如何煉成的?這支隊(duì)伍又有怎樣的“大目標(biāo)、小故事”?

給自己“加戲”

“這是一種前所未有的實(shí)驗(yàn)工具或?qū)嶒?yàn)手段，有了它，我們就可以在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造極端物理?xiàng)l件，開(kāi)展許多常規(guī)情況下無(wú)法進(jìn)行的研究。”上海光機(jī)所副研究員、上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置主放大器系統(tǒng)負(fù)責(zé)人於亮紅告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

於亮紅解釋說(shuō)，光的本質(zhì)是一種電磁波，超強(qiáng)超短激光能產(chǎn)生極端超快的光場(chǎng)，對(duì)帶電的電子、質(zhì)子等施加作用，起到類(lèi)似于加速器的作用。在電子、質(zhì)子等加速過(guò)程中，還可以產(chǎn)生一些次級(jí)輻射源，如伽馬射線、X射線等，能應(yīng)用于材料研究、癌癥治療等。

正因?yàn)橛兄匾难芯績(jī)r(jià)值和應(yīng)用前景，超強(qiáng)超短激光領(lǐng)域已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。我國(guó)在超強(qiáng)超短激光領(lǐng)域布局稍晚，但進(jìn)展迅速，2017年初驗(yàn)證了10拍瓦激光放大原理，緊接著就開(kāi)始實(shí)驗(yàn)裝置建設(shè)。

這時(shí)，一個(gè)挑戰(zhàn)橫亙?cè)趫F(tuán)隊(duì)成員面前——我國(guó)10拍瓦裝置最初設(shè)計(jì)的發(fā)射頻率是兩三個(gè)小時(shí)一次，但此時(shí)，歐盟披露了籌建重復(fù)頻率為一分鐘一發(fā)的10拍瓦激光裝置的計(jì)劃。

“我們要趕在歐盟前面，就得加快進(jìn)度。同時(shí)，原有的部分關(guān)鍵技術(shù)路線行不通了。”團(tuán)隊(duì)成員之一、上海光機(jī)所研究員許毅對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，“如果采用原來(lái)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)(兩三個(gè)小時(shí)發(fā)射一次)，率先建成裝置的概率比較大，但可能建成以后，技術(shù)指標(biāo)上就落后于人了。”

在上海光機(jī)所領(lǐng)導(dǎo)和團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的支持和帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)成員決定挑戰(zhàn)建設(shè)每分鐘發(fā)射一次的10拍瓦激光實(shí)驗(yàn)裝置。

“當(dāng)時(shí)項(xiàng)目本身的任務(wù)已非常緊張，而且按照原來(lái)的設(shè)計(jì)，完全可以順利通過(guò)驗(yàn)收，并獲得非常好的評(píng)價(jià)。”許毅坦陳，“在項(xiàng)目進(jìn)行的過(guò)程中，自己給自己‘加擔(dān)子’的情況確實(shí)非常少見(jiàn)。”他為團(tuán)隊(duì)“有擔(dān)當(dāng)、有魄力、有勇氣”而自豪。

“現(xiàn)在，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)三分鐘發(fā)射一次的10拍瓦輸出。”於亮紅透露，“預(yù)計(jì)很快就能實(shí)現(xiàn)每分鐘發(fā)射一次。”

特殊的中秋聚餐

因?yàn)橛掠诮o自己“加戲”，這個(gè)團(tuán)隊(duì)屢創(chuàng)第一。2018年1月，《科學(xué)》發(fā)表評(píng)論文章認(rèn)為，中國(guó)引領(lǐng)了這一方向的研究。

成績(jī)是干出來(lái)的。會(huì)“加戲”的團(tuán)隊(duì)必須能加班。

“加班這種事情在那些年里，基本上是常態(tài)。”於亮紅說(shuō)，“用起早貪黑、廢寢忘食來(lái)形容一點(diǎn)都不夸張。”

10拍瓦激光實(shí)驗(yàn)裝置建在浦東張江高科技園區(qū)，離上海光機(jī)所50多公里。園區(qū)建立之初，配套的基礎(chǔ)設(shè)施還不完善，研究人員坐地鐵通勤，單程差不多需要兩個(gè)小時(shí)。

即使這樣，團(tuán)隊(duì)仍形成了一條不成文的作息制度：早上8點(diǎn)半到深夜12點(diǎn)。為節(jié)省時(shí)間，很多人干脆住在園區(qū)，一兩周才回一趟家。

10拍瓦激光實(shí)驗(yàn)裝置建設(shè)伊始，從理論研究、器件選擇、材料加工到工程施工，諸多問(wèn)題接踵而來(lái)。

鈦寶石晶體元件相當(dāng)于超強(qiáng)超短激光裝置的“心臟”。當(dāng)時(shí)歐盟也在做10拍瓦裝置，核心部件要等輸出完成后才會(huì)向外提供。在這種情況下，上海光機(jī)所決定自己攻關(guān)。2017年，他們成功研制全球最大尺寸、直徑達(dá)235毫米的鈦寶石晶體。

“為節(jié)約加工部件的時(shí)間，器件或材料一運(yùn)到，不管早晚，團(tuán)隊(duì)成員立刻讓它進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。”於亮紅說(shuō)，“當(dāng)時(shí)很多材料都是晚上九十點(diǎn)才運(yùn)來(lái)，經(jīng)過(guò)清洗等一些特殊流程，進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室基本上已經(jīng)晚上12點(diǎn)了，所以加班到凌晨是常態(tài)。”

2017年的中秋，大家原計(jì)劃一起過(guò)節(jié)，放松一下。然而，到了中秋時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)正在驗(yàn)證，驗(yàn)證一旦中斷，需要從頭開(kāi)始，這會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間。于是大家一致決定，不外出聚餐，改吃外賣(mài)。

晚上7點(diǎn)多鐘，外賣(mài)陸續(xù)到齊，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人為大家?guī)?lái)了月餅。加班人員分成兩撥，一撥留在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，一撥到實(shí)驗(yàn)室門(mén)口“享受”特別的中秋聚餐，之后再互換。

月餅是什么餡料大家已不記得，但於亮紅當(dāng)天加班到深夜、蜷縮在辦公室躺椅上睡著的情景，卻被同事拍了下來(lái)，留存至今。

凝心聚力爭(zhēng)第一

“當(dāng)時(shí)就憋著一口氣，豁出去了，要做到世界第一。”談到團(tuán)隊(duì)的凝聚力，許毅說(shuō)，“因?yàn)橛羞@樣一個(gè)目標(biāo)，才能把一群不同學(xué)歷、不同背景的人凝聚在一起，發(fā)揮最大作用。”

該團(tuán)隊(duì)有50多名成員，超強(qiáng)超短激光裝置有五六個(gè)大系統(tǒng)，成員分為6個(gè)組。

“裝置是個(gè)整體，必須把這些系統(tǒng)和人員高效組織起來(lái)。如果一個(gè)人或一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)大大延遲項(xiàng)目的進(jìn)展。”於亮紅說(shuō)，“為保證整個(gè)系統(tǒng)之間的分工和協(xié)作，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)設(shè)了獨(dú)特的例會(huì)制度和溝通協(xié)作機(jī)制。”

“超強(qiáng)超短激光大科學(xué)裝置不但有非常大的工程建設(shè)工作量，還有巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。從技術(shù)原理驗(yàn)證、樣機(jī)研制及測(cè)試，再到物理平臺(tái)建設(shè)，整個(gè)過(guò)程只用了五六年。從晚于國(guó)外立項(xiàng)到率先突破技術(shù)指標(biāo)，這其中有三種精神：一是團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，二是勇于挑戰(zhàn)的精神，三是甘于放棄的精神。”團(tuán)隊(duì)成員之一、上海光機(jī)所副研究員彭宇杰告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

“10拍瓦激光實(shí)驗(yàn)裝置國(guó)際上從未實(shí)現(xiàn)過(guò)，大家必須離開(kāi)自己的‘舒適區(qū)’。”彭宇杰說(shuō)，“很多人即便不參與這個(gè)項(xiàng)目，在原有的工作崗位上也能發(fā)揮很大的作用，做很好的研究，發(fā)表高水平的文章，按時(shí)上下班，有時(shí)間陪家人。但大家心甘情愿、義無(wú)反顧地參與到項(xiàng)目中來(lái)，這本身就難能可貴。”

“過(guò)程很辛苦，但做出成果后，大家都很興奮，也覺(jué)得很值得。”於亮紅說(shuō)，“憑借‘激光在我手上，家國(guó)在我心中’的精神和情懷，大家舍棄了不少，同時(shí)也收獲了很多。”

目前，團(tuán)隊(duì)提出在硬X射線自由電子激光裝置上建設(shè)以100拍瓦超強(qiáng)超短激光為核心的極端光物理線站，并獲得立項(xiàng)?！犊茖W(xué)》評(píng)價(jià)稱(chēng)，“中國(guó)團(tuán)隊(duì)正切實(shí)引領(lǐng)通往100拍瓦激光的道路”。

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