可控核聚變技術是被全人類寄予厚望的未來能源方式，也被譽為(wei) 人類理想的終極能源，不過目前還沒有一個(ge) 國家成功實現。

在實現激光驅動可控核聚變的過程中，高功率激光驅動器裝置的“心髒”——大尺寸激光釹玻璃，是不可或缺的核心材料，其批量製備的關(guan) 鍵技術被稱為(wei) 美國國家點火裝置(NIF)的七大奇跡之首。中國科學院上海光機所學術委員會(hui) 副主任、先進激光與(yu) 光電功能材料部研究員胡麗(li) 麗(li) 和她的研究團隊，就是攻克大尺寸激光釹玻璃批量製備關(guan) 鍵技術的科研人。

進入21世紀，胡麗(li) 麗(li) 和團隊開始新型激光玻璃研發和大尺寸激光釹玻璃高效批量生產(chan) 的連續熔煉技術的攻關(guan) 征程，解決(jue) 了大尺寸釹玻璃批量製備所需要的全部關(guan) 鍵技術難題，上海光機所也成為(wei) 國際上首家獨立掌握激光釹玻璃元件全部流程生產(chan) 技術的單位。

就在去年，她榮獲國際非晶態材料領域著名獎項——N.F.Mott獎，成為(wei) 該獎項自設立以來首位中國獲獎者，今年胡麗(li) 麗(li) 又獲得國際玻璃協會(hui) 主席獎。

“我們(men) 的研究最後是要實際應用的，所以我非常樂(le) 意從(cong) 實驗室的基礎研究出發，然後將研究成果做出來投入應用。”胡麗(li) 麗(li) 近日接受第一財經采訪時說。她還透露，團隊正將AI引入新型玻璃研發，推動特種玻璃研究的範式創新。

金葉子/攝

激光核聚變的“心髒”

隨著全球能源安全競爭(zheng) 加劇，世界主要國家在核聚變領域布局明顯加速，國際聚變技術發展迅猛。美國在2022年12月，就成功實現了核聚變反應的更大能量盈餘(yu) ，截至目前，美國已實現6次激光核聚變點火。

2024年，科技部、工業(ye) 和信息化部等七部門聯合發布《關(guan) 於(yu) 推動未來產(chan) 業(ye) 創新發展的實施意見》，指出加強推進以核聚變為(wei) 代表的未來能源關(guan) 鍵核心技術攻關(guan) 。實現聚變能源應用是我國核能發展“熱堆—快堆—聚變堆”三步走戰略的最終目標。

今年1月，我國有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克EAST裝置獲得重大成果，成功實現了上億(yi) 度1066秒穩態長脈衝(chong) 高約束模等離子體(ti) 運行，再次創造了托卡馬克裝置高約束模運行新的世界紀錄，讓人們(men) 對於(yu) 聚變能的應用又有了新的期待。

采用激光驅動是另一種實現核聚變的方式，實現激光驅動的可控核聚變，離不開自主可控的激光釹玻璃。由於(yu) 尺寸大、性能指標要求極高，大尺寸激光釹玻璃連續熔煉技術挑戰了光學玻璃製造極限，被稱為(wei) 美國國家點火裝置的七大奇跡之首。美國聯合德國和日本兩(liang) 家頂級光學玻璃公司進行了持續6年的共同攻關(guan) ，實現了大尺寸激光釹玻璃連續熔煉，認為(wei) 這項技術難度極高。在完成美國和法國兩(liang) 大激光聚變裝置的釹玻璃供貨任務後，他們(men) 拆除了大尺寸激光釹玻璃連續熔煉線。

因此，攻克大尺寸釹玻璃批量製備成套技術成為(wei) 胡麗(li) 麗(li) 等科研工作者們(men) 亟待解決(jue) 的難題。

胡麗(li) 麗(li) 解釋，之所以說激光釹玻璃是激光核聚變的“心髒”，是由於(yu) 它是一種含有稀土發光離子——釹離子的特殊玻璃，可以在“泵浦光”的激發下產(chan) 生激光或對激光能量進行放大，是激光器的“心髒”。激光釹玻璃性能的好壞直接決(jue) 定了激光裝置輸出能量，是目前人類所知地球上能夠輸出最大能量的激光工作介質。在被稱為(wei) “人造小太陽”的激光核聚變大科學裝置中，激光釹玻璃一直發揮著不可替代的作用。

中國科學院上海光機所從(cong) 1964年建所到二十世紀末，以幹福熹院士、薑中宏院士為(wei) 代表的激光釹玻璃團隊，三十多年來在激光釹玻璃的研究上取得了從(cong) 無到有的創新，先後研製了矽酸鹽激光釹玻璃、N21及N31磷酸鹽激光釹玻璃，為(wei) 我國“神光”係列裝置提供了核心工作物質。

自2005年起，胡麗(li) 麗(li) 和團隊從(cong) 基礎研究出發，對新型高增益激光釹玻璃研發、大尺寸激光釹玻璃批量製備涵蓋的連續熔煉、精密退火、包邊、檢測四大關(guan) 鍵核心技術進行了近十年的持續攻關(guan) 。其中難度最大的當數大尺寸激光釹玻璃的連續熔煉技術攻關(guan) 。2012年，在大家的共同努力下終於(yu) 攻克了連續熔煉工藝攻關(guan) 中的難題，設計建立了激光釹玻璃連熔中試生產(chan) 線，完成了大尺寸激光釹玻璃連續熔煉關(guan) 鍵技術集成，最終實現了大尺寸激光釹玻璃連續熔煉工藝、測試技術、包邊工藝、精密退火全鏈條關(guan) 鍵技術集成和貫通。相關(guan) 成果先後榮獲2016年度“上海市技術發明特等獎”、2017年度“國家技術發明二等獎”、2022年度“中國科學院傑出科技成就獎”。

“我們(men) 攻關(guan) 過程中確實遇到了非常多的挑戰，特別是隨著實驗的推進，一個(ge) 接一個(ge) 的問題都暴露出來，也沒有別的辦法，隻能自己坐下來查文獻，從(cong) 非常基礎的理論出發。比如包括玻璃熔體(ti) 的流動行為(wei) 在玻璃成型過程中會(hui) 有什麽(me) 樣的變化。除此之外，大家經常把測試數據拿出來討論和推理，這些失敗的數據都是我們(men) 的成功之母。”胡麗(li) 麗(li) 告訴記者。

金葉子/攝

解決(jue) 產(chan) 業(ye) 界需求

不隻是激光釹玻璃，胡麗(li) 麗(li) 還在摻鐿大模場石英光纖、高功率摻釹石英光纖以及高純石英玻璃等方麵取得了關(guan) 鍵突破。

以高功率激光光纖為(wei) 例，由於(yu) 光纖激光器是用光纖作激光介質的激光器，具有理想的光束質量、超高的轉換效率、免維護、高穩定性以及體(ti) 積小等優(you) 點，其應用範圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(ye) 造船和外科手術等。進入21世紀以來，光纖激光器逐步占據了激光器市場的半壁江山，但是部分高功率激光光纖產(chan) 品卻難以從(cong) 國際市場獲得。胡麗(li) 麗(li) 自2011年以來便和團隊聚焦影響高功率激光光纖的激光效率、功率穩定性和長期可靠性三個(ge) 難點問題，用8年時間在國內(nei) 率先攻克了萬(wan) 瓦級摻鐿大模場光纖的批量製備關(guan) 鍵技術。

企業(ye) 作為(wei) 技術創新主體(ti) ，對市場需求更為(wei) 敏感。

“2018年的時候，有一個(ge) 高科技企業(ye) 找到我們(men) ，說能不能幫他們(men) 做高功率激光光纖，因為(wei) 他們(men) 在國際上買(mai) 不到產(chan) 品。那個(ge) 時候正好我們(men) 也在做這方麵的研究工作，所以團隊就和企業(ye) 密切溝通，反複迭代產(chan) 品，解決(jue) 了他們(men) 的實際需求。”胡麗(li) 麗(li) 說。

萬(wan) 瓦級摻鐿激光光纖的技術突破使得我國高功率光纖激光器裝上了國產(chan) “芯”，降低了高功率激光器的製造成本。2019年以來，團隊實現直接銷售額超過2億(yi) 元、間接經濟效益超過18億(yi) 元；此外還滿足了空間環境等高功率光纖激光器的應用急需。

胡麗(li) 麗(li) 研究員在實驗室 金葉子/攝

而對於(yu) 未來的研究布局，從(cong) 業(ye) 38年的胡麗(li) 麗(li) 也有新的想法。

在她看來，隨著AI的發展，玻璃的研究範式亟待改變。“我們(men) 正將AI引入新型玻璃研發，也在打造涵蓋玻璃結構性能表征、分子動力學模擬、AI輔助建模的玻璃構效關(guan) 係研究平台。”她介紹，希望在“十五五”期間構建一個(ge) 集高通量製備、AI輔助建模、結構表征驗證的特種玻璃材料構效關(guan) 係平台。