1月19日

《人民日報》要聞版

《講述·弘揚科學家精神》專(zhuan) 欄

以《執著探索，

用好那道超強超快的光》

為(wei) 題，生動講述了

中國科學院院士

北京理工大學薑瀾教授

開展飛秒激光製造研究的故事

薑瀾，1972年生，四川自貢人。北京理工大學首批講席教授，長期從(cong) 事飛秒激光製造研究，是我國激光製造領域的主要學術帶頭人之一。曾獲得國家自然科學獎二等獎、何梁何利科技創新獎等。2023年5月，被授予第三屆全國創新爭(zheng) 先獎。2023年11月當選中國科學院院士。

1飛秒，就是一千萬(wan) 億(yi) 分之一秒。把一個(ge) 激光脈衝(chong) 的能量壓縮到幾飛秒內(nei) 極速釋放，其峰值功率可提升數百萬(wan) 億(yi) 倍，理論上可以加工任何固體(ti) 材料。飛秒激光，這把無堅不摧的“超強超快光刀”，有著廣闊的應用前景。

專(zhuan) 注飛秒激光製造研究20多年來，薑瀾團隊實現了多項重大突破，他牽頭撰寫(xie) 了激光製造等方向多個(ge) 重要規劃，推動我國在該領域躋身國際第一梯隊。

時間這麽(me) 短、能量這麽(me) 高，飛秒激光將被人們(men) 如何利用？雖然在理論層麵有諸多優(you) 勢，但在很長一段時間裏，飛秒激光製造應用還停留在概念層麵。

從(cong) 概念到應用，飛秒激光製造的難點在哪？薑瀾介紹，經典理論難以預測飛秒激光加工的形狀，加工機理也難以描述，這便是團隊20多年來潛心研究所麵臨(lin) 的困境。

“必須打開飛秒激光與(yu) 材料相互作用的‘黑盒子’，才能徹底理解飛秒激光加工機理。”薑瀾說。

薑瀾（右一）和團隊成員在做實驗

飛秒激光加工時，材料的局部瞬時特性會(hui) 發生劇變，為(wei) 探究這一變化，薑瀾及團隊潛心研究，建立了等離子體(ti) 量子模型，首次預測了飛秒激光加工形狀，並成功預測了一係列重要反常效應。起初，學界對此尚有疑問，隨著薑瀾所提出模型的主要假設和預測在全球範圍內(nei) 被廣泛驗證，研究成果才逐漸獲得了認可。

驗證了模型，還需有直觀的觀測結果來佐證，即將飛秒激光製造的過程“拍”下來。由於(yu) 傳(chuan) 統觀測技術視角單一，且還是二維成像，無法捕獲飛秒激光加工過程所涉及的多維信息。薑瀾帶領團隊研製了跨尺度準三維超快連續攝像係統，首次實現了在飛秒激光與(yu) 材料相互作用過程中，跨越15個(ge) 時間尺度的全景觀測。

憑借一係列原創成果，薑瀾成為(wei) 飛秒激光製造領域研究的引領者。其實，在做博士後期間，薑瀾就著手開展飛秒激光製造研究。那時，沒有飛秒激光設備、項目經費和實驗室，僅(jin) 靠著一台計算機，薑瀾便開始了艱難的探索。

飛秒激光製造涉及機械、物理、光學、材料、化學等多學科，對於(yu) 不熟悉的領域，薑瀾通過自學或請教相關(guan) 專(zhuan) 家，最終在除機械領域之外的多個(ge) 學科取得突破，也為(wei) 接下來的研究打下了基礎。

飛秒激光的特性導致加工效率低、深徑比低、加工精度差於(yu) 衍射極限等。技術落地應用還需翻越另一道坎，即找到調控飛秒激光製造過程的方法。

薑瀾根據他的模型預測，開創性地提出了電子動態調控製造新原理、新方法，從(cong) 而實現對加工結果的控製。

薑瀾帶領團隊邊摸索邊驗證，最終基於(yu) 電子動態調控新原理，將加工效率提高了56倍、深徑比提高了260倍，使可重複加工精度達波長的1/14等。

“再先進的加工技術，如果隻停留在紙麵上，也無法取得好的應用發展。”薑瀾說。

基於(yu) 電子動態調控新原理、新方法，薑瀾帶領團隊接連突破難加工材料三維複雜微細結構製造的一係列瓶頸，發明了電子動態調控製孔、切割、調平、刻型等新技術，研製了係列新裝備，率先實現了飛秒激光製造的重大工程應用及規模化產(chan) 業(ye) 應用。

“大家所熟知的手機全麵屏異形切割等技術，也是我們(men) 重點攻關(guan) 的技術之一。”薑瀾介紹，應用電子動態調控製造新原理、新技術，團隊與(yu) 企業(ye) 共同研發了飛秒激光電子動態調控切割/製孔新裝備，性能總體(ti) 處於(yu) 國際領先水平。

實驗室技術轉向工業(ye) 應用，雖然技術路徑清晰，但仍需考慮成本、實用性等約束條件。為(wei) 此，薑瀾團隊與(yu) 合作企業(ye) 一起，反複驗證工藝、調整參數。“經常泡在實驗室裏，有時為(wei) 了完善某個(ge) 性能，前後要忙活一整年。”薑瀾團隊成員、北京理工大學教授胡潔回憶。

攻克複合材料高質量加工、製備新材料新器件、研製高精尖製造裝備……如今，薑瀾團隊以高質量原創性工作，正不斷開拓激光製造的應用場景。“科研，就要做真正有價(jia) 值的工作、做‘頂天立地’的科研，不摘青果子。”薑瀾對團隊師生的要求，已成為(wei) 團隊文化的一部分。

多年以前，激光製造隻是機械工程領域的一個(ge) 三級分支，沒有相關(guan) 部門的係統化支持。研究人員少、科研經費少、產(chan) 業(ye) 規模小，與(yu) 世界先進水平相比差距明顯。

薑瀾意識到，迎頭追趕，光靠一兩(liang) 個(ge) 團隊不行，“做大做強學科，必須把科研界和產(chan) 業(ye) 界團結在一起，共同發力”。

2008年，國家自然科學基金委將高能束與(yu) 特種能場製造領域列為(wei) 優(you) 先支持方向，激光製造是其中的重要方麵，並由薑瀾擔任該領域負責人。在前輩學者的指導下，薑瀾在12年內(nei) 先後牽頭撰寫(xie) 了基金委高能束與(yu) 特種能場領域規劃兩(liang) 部，在激光製造領域，取得了一定理論成果。

薑瀾開展飛秒激光多尺度觀測實驗

薑瀾帶領專(zhuan) 家組投入大量時間和精力，梳理產(chan) 業(ye) 鏈短板、編製行業(ye) 發展規劃，從(cong) 而推進激光製造領域國家或部委科技計劃。他牽頭撰寫(xie) 了激光製造等方向國家中長期科技發展規劃和科技部、基金委等5年部級科技規劃12項。

其中，“十三五”國家重點研發計劃——“增材製造與(yu) 激光製造”，光立項論證就曆時兩(liang) 年半。“那時候，我和專(zhuan) 家組成員經常工作、討論到淩晨。”薑瀾回憶。

30餘(yu) 次專(zhuan) 題論證會(hui) ，調研走訪70多家企業(ye) ，撰寫(xie) 上百萬(wan) 字的論證材料……薑瀾和專(zhuan) 家組全力以赴。之後，該專(zhuan) 項獲得“十四五”的滾動支持，成為(wei) 製造領域唯一一個(ge) “建長板”的國家重點專(zhuan) 項。

上百家科研機構、上千家企業(ye) 從(cong) 事激光製造相關(guan) 研究，大家專(zhuan) 長、興(xing) 趣各不相同，如何把大家凝聚在一起？“薑瀾始終站在國家、行業(ye) 發展立場編製規劃，獲得了大家的認可。”一位行業(ye) 專(zhuan) 家表示。

“大科學時代，技術的發展不能靠單打獨鬥。”薑瀾說，激光製造領域還有許多待解的難題，團隊將立足“四個(ge) 麵向”，聯合產(chan) 學研的攻堅力量，努力為(wei) 製造強國、教育強國、科技強國作出應有的貢獻。

薑瀾在飛秒激光製造領域取得了很大的成績，而他更大的貢獻是作為(wei) 我國激光製造領域的主要學術帶頭人之一，推動我國在該領域躋身國際第一梯隊。

激光製造領域有上百家科研機構、上千家相關(guan) 企業(ye) ，各方對技術和產(chan) 業(ye) 發展訴求難免有差異，如何將它們(men) 擰成一股繩？答案是把國家需要放在首位。也正因如此，薑瀾主持編製的規劃獲得普遍認可，從(cong) 而促進了學科和行業(ye) 的良性互動。

錨定關(guan) 鍵核心技術攻關(guan) ，推動高水平科技自立自強，需要有效統籌和科學布局創新資源，讓高校院所、相關(guan) 企業(ye) 等各展所長，協力打好關(guan) 鍵核心技術攻堅戰。我國激光製造技術發展的曆程啟示我們(men) ：科研規劃和項目設計必須圍繞國家需求，優(you) 化配置好創新資源，凝聚起高校院所、企業(ye) 創新的合力，才能不斷取得新的進展。