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为了那束“最亮的光”
发布时间发布时间:2021-08-23 03:11

  “这支年轻的队伍、这些年轻人实至名归。”听到中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称上海光机所)超强超短激光攻关青年团队获得第25届“中国青年五四奖章集体”的消息后,团队带头人、中国科学院院士李儒新这样评价道。

  上海光机所超强超短激光攻关青年团队成立于2016年初。同年8月,他们就实现5拍瓦激光放大和脉冲压缩输出,刷新了激光脉冲峰值功率的世界纪录;2017年10月,在国际上首次实现10拍瓦(1亿亿瓦)激光放大输出;2020年12月,建成世界首台10拍瓦激光实验装置,屡创国际最高激光脉冲峰值功率纪录……

  过去几年中,该团队不断刷新世界纪录并保持至今。这束“最亮的光”是如何炼成的?这支队伍又有怎样的“大目标、小故事”?

  “这是一种前所未有的实验工具或实验手段,有了它,我们就可以在实验室里创造极端物理条件,开展许多常规情况下无法进行的研究。”上海光机所副研究员、上海超强超短激光实验装置主放大器系统负责人於亮红告诉《中国科学报》。

  於亮红解释说,光的本质是一种电磁波,超强超短激光能产生极端超快的光场,对带电的电子、质子等施加作用,起到类似于加速器的作用。在电子、质子等加速过程中,还可以产生一些次级辐射源,如伽马射线、X射线等,能应用于材料研究、癌症治疗等。

  正因为有重要的研究价值和应用前景,超强超短激光领域已成为国际竞争的热点。我国在超强超短激光领域布局稍晚,但进展迅速,2017年初验证了10拍瓦激光放大原理,紧接着就开始实验装置建设。

  这时,一个挑战横亘在团队成员面前——我国10拍瓦装置最初设计的发射频率是两三个小时一次,但此时,欧盟披露了筹建重复频率为一分钟一发的10拍瓦激光装置的计划。

  “我们要赶在欧盟前面,就得加快进度。同时,原有的部分关键技术路线行不通了。”团队成员之一、上海光机所研究员许毅对《中国科学报》说,“如果采用原来经过验证的关键技术(两三个小时发射一次),率先建成装置的概率比较大,但可能建成以后,技术指标上就落后于人了。”

  在上海光机所领导和团队负责人的支持和带领下,团队成员决定挑战建设每分钟发射一次的10拍瓦激光实验装置。

  “当时项目本身的任务已非常紧张,而且按照原来的设计,完全可以顺利通过验收,并获得非常好的评价。”许毅坦陈,“在项目进行的过程中,自己给自己‘加担子’的情况确实非常少见。”他为团队“有担当、有魄力、有勇气”而自豪。

  “现在,我们已经实现三分钟发射一次的10拍瓦输出。”於亮红透露,“预计很快就能实现每分钟发射一次。”

  因为勇于给自己“加戏”,这个团队屡创第一。2018年1月,《科学》发表评论文章认为,中国引领了这一方向的研究。

  “加班这种事情在那些年里,基本上是常态。”於亮红说,“用起早贪黑、废寝忘食来形容一点都不夸张。”

  10拍瓦激光实验装置建在浦东张江高科技园区,离上海光机所50多公里。园区建立之初,配套的基础设施还不完善,研究人员坐地铁通勤,单程差不多需要两个小时。

  即使这样,团队仍形成了一条不成文的作息制度:早上8点半到深夜12点。为节省时间,很多人干脆住在园区,一两周才回一趟家。

  10拍瓦激光实验装置建设伊始,从理论研究、器件选择、材料加工到工程施工,诸多问题接踵而来。

  钛宝石晶体元件相当于超强超短激光装置的“心脏”。当时欧盟也在做10拍瓦装置,核心部件要等输出完成后才会向外提供。在这种情况下,上海光机所决定自己攻关。2017年,他们成功研制全球最大尺寸、直径达235毫米的钛宝石晶体。

  “为节约加工部件的时间,器件或材料一运到,不管早晚,团队成员立刻让它进实验室。”於亮红说,“当时很多材料都是晚上九十点才运来,经过清洗等一些特殊流程,进到实验室基本上已经晚上12点了,所以加班到凌晨是常态。”

  2017年的中秋,大家原计划一起过节,放松一下。然而,到了中秋时,一个关键技术正在验证,验证一旦中断,需要从头开始,这会花费更多时间。于是大家一致决定,不外出聚餐,改吃外卖。

  晚上7点多钟,外卖陆续到齐,团队负责人为大家带来了月饼。加班人员分成两拨,一拨留在实验室做实验,一拨到实验室门口“享受”特别的中秋聚餐,之后再互换。

  月饼是什么馅料大家已不记得,但於亮红当天加班到深夜、蜷缩在办公室躺椅上睡着的情景,却被同事拍了下来,留存至今。

  “当时就憋着一口气,豁出去了,要做到世界第一。”谈到团队的凝聚力,许毅说,“因为有这样一个目标,才能把一群不同学历、不同背景的人凝聚在一起,发挥最大作用。”

  “装置是个整体,必须把这些系统和人员高效组织起来。如果一个人或一个系统出现问题,会大大延迟项目的进展。”於亮红说,“为保证整个系统之间的分工和协作,团队创设了独特的例会制度和沟通协作机制。”

  “超强超短激光大科学装置不但有非常大的工程建设工作量,还有巨大的技术挑战。从技术原理验证、样机研制及测试,再到物理平台建设,整个过程只用了五六年。从晚于国外立项到率先突破技术指标,这其中有三种精神:一是团结协作的精神,二是勇于挑战的精神,三是甘于放弃的精神。”团队成员之一、上海光机所副研究员彭宇杰告诉《中国科学报》。

  “10拍瓦激光实验装置国际上从未实现过,大家必须离开自己的‘舒适区’。”彭宇杰说,“很多人即便不参与这个项目,在原有的工作岗位上也能发挥很大的作用,做很好的研究,发表高水平的文章,按时上下班,有时间陪家人。但大家心甘情愿、义无反顾地参与到项目中来,这本身就难能可贵。”

  “过程很辛苦,但做出成果后,大家都很兴奋,也觉得很值得。”於亮红说,“凭借‘激光在我手上,家国在我心中’的精神和情怀,大家舍弃了不少,同时也收获了很多。”

  目前,团队提出在硬X射线自由电子激光装置上建设以100拍瓦超强超短激光为核心的极端光物理线站,并获得立项。《科学》评价称,“中国团队正切实引领通往100拍瓦激光的道路”。

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