激光是最強的人造光，其能量足以在地球上製造“人造太陽”。你可能不知道，點亮“人造太陽”離不開一種看似不起眼甚至頗為(wei) 脆弱的材料——高功率激光薄膜。

薄如蟬翼的“血管”

高功率激光薄膜薄如蟬翼，它附著在透明的玻璃基底上，肉眼幾乎看不出來，但是它就像人體(ti) 的血管一樣重要。有了它，科學家才能讓隻知道直線前行的激光乖乖“聽話”，完全按照人類的意願，有次序地奔赴同一靶點。

在激光聚變、超強超短激光等裝置中，有成千上萬(wan) 件不同口徑的薄膜元件。這些元件不但要抵擋住“所向無敵”的高能激光的衝(chong) 擊，保障高功率激光裝置不會(hui) “自傷(shang) ”，還要高效地“指揮”激光向靶點前進，引導激光束在裝置中傳(chuan) 輸。可以說，一旦離開高性能的激光薄膜，這些裝置將寸步難行。

隨著激光裝置的功率不斷上升，科學家對薄膜的性能要求越來越高。薄膜要足夠強韌，才能承受激光的衝(chong) 擊——就像人體(ti) 的血管，如果不夠強韌，很容易因承受不住過高的血壓而破裂。但是，高性能激光薄膜很容易“受傷(shang) ”，因為(wei) 激光能量的高度集中會(hui) 導致元件內(nei) 部或表麵局部變形甚至完全被損壞。

元件在單位麵積上所能承受的最大激光功率被稱作“激光損傷(shang) 閾值”。它代表薄膜元件“控製指揮”激光的能力，其數值決(jue) 定了薄膜元件能不能把激光能量完整地“護送”到靶點。它是衡量激光薄膜元件性能的一項“金指標”。

半世紀接力奮鬥

作為(wei) 保證激光在高功率激光係統中按設計要求傳(chuan) 輸的關(guan) 鍵器件之一，激光薄膜元件在慣性約束聚變激光、超強超短激光、空間激光等領域有廣泛而重要的用途，其品質在很大程度上決(jue) 定了激光係統運行的負荷強度、可靠性和光束的質量。然而，很長一段時間裏，我國高性能、大尺寸激光薄膜元件製備技術遠遠落後於(yu) 國際先進水平;同時，西方國家長期以來對我國實施嚴(yan) 密的技術封鎖和產(chan) 品禁運。相關(guan) 技術成為(wei) 許多國防戰略和國民經濟高新技術領域發展的主要瓶頸之一。為(wei) 了突破這一難關(guan) ，中國科學院上海光學精密機械研究所(以下簡稱“上海光機所”)的科研人員接力奮鬥了半個(ge) 多世紀。

1964年，上海光機所建所，薄膜光學實驗室同步成立，成為(wei) 中國第一支專(zhuan) 業(ye) 從(cong) 事激光薄膜研究的團隊。半個(ge) 多世紀以來，四代科研人員攻堅克難，緊緊聚焦大能量與(yu) 高功率激光這個(ge) 國家重大戰略需求，提出並逐步完善了激光薄膜研製全流程控製的係統工程解決(jue) 方案，攻克了係列關(guan) 鍵技術難題，成功建立了應用基礎研究、關(guan) 鍵技術攻關(guan) 與(yu) 工程應用的自主創新生態鏈，取得了具有自主知識產(chan) 權的重大創新成果。

高性能激光薄膜的製備是一項複雜的係統工程，涉及多個(ge) 交叉學科。研究人員既要考慮薄膜設計與(yu) 製備，也要關(guan) 注原材料和元件的檢測，以及激光與(yu) 薄膜態材料的相互作用。經過抽絲(si) 剝繭般的梳理，團隊終於(yu) 確定了“重中之重”——如何找到並消除薄膜中的缺陷。這談何容易，因為(wei) 要在直徑近1米的薄膜元件中找出微米級的缺陷，其難度就好比在一座大型城市中精確尋找到一顆隨機放置的沙粒。

經過不懈的探索，團隊發明了薄膜光熱吸收測試裝置和方法，實現了缺陷3D分布的快速探測，得出了損傷(shang) 點多起源於(yu) 基底-膜層界麵的結論。在此基礎上，團隊提出了激光“預植”缺陷技術，揭示了基底-膜層缺陷的耦合機製。

他們(men) 從(cong) 各工序最大限度地抑製缺陷源，開發了新型“無界麵”多層膜沉積技術，通過雙源共蒸實現兩(liang) 種鍍膜材料交替界麵的連續過渡，有效解決(jue) 了界麵缺陷密度高、結合力差、存在駐波場和應力突變的問題。

團隊意識到，完美的“零缺陷”大口徑基片是不存在的。為(wei) 此他們(men) 創新性地提出結構性缺陷“縫合”技術，使得結構性缺陷處損傷(shang) 閾值接近無缺陷膜層。

不斷挑戰新高度

有了足夠強韌的薄膜，激光裝置功率才可能衝(chong) 擊新高度。上海光機所薄膜光學實驗室作為(wei) 唯一供貨單位，為(wei) 我國神光係列聚變點火裝置提供了所有偏振薄膜元件。神光裝置幾度升級，對薄膜的要求不斷提升，這支團隊始終能研製出保障裝置運行的激光薄膜，有力地支撐了我國下一代激光聚變點火裝置的研製。

他們(men) 的成果支撐上海超強超短激光裝置實現了10拍瓦國際最高激光放大輸出功率，使我國在該領域占據國際製高點。該團隊還將繼續支撐100拍瓦裝置的建設。據悉，神光裝置需要薄膜能夠承受納秒級的激光衝(chong) 擊，而百拍瓦超強超短激光裝置則對薄膜提出了飛秒級的更高要求。團隊成員滿懷信心，迎接又一次挑戰。

此外，他們(men) 研製的激光薄膜元件還成功應用於(yu) 神舟與(yu) 天宮交會(hui) 對接係統和多項空間型號工程任務，簡化了光路結構，降低了載荷……

從(cong) 跟跑到超越

上海光機所薄膜光學實驗室的“大尺寸高性能激光偏振薄膜元件成套製備工藝技術及應用”項目獲得2018年度國家技術發明獎二等獎。

2019年，在競爭(zheng) 激烈的基頻激光反射薄膜損傷(shang) 閾值國際競賽中，上海光機所薄膜光學實驗室研製的激光反射薄膜脫穎而出，以領先第二名65%的絕對優(you) 勢勇奪世界第一。

該競賽由美國勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室發起，代表光學材料激光損傷(shang) 研究領域的國際最高水平。上海光機所參加了8次，與(yu) 前幾次相比，此次他們(men) 的優(you) 勢更加明顯。這表明，中國能生產(chan) 出世界上最強韌的激光薄膜。在國際範圍內(nei) 的激光薄膜損傷(shang) 閾值提升競爭(zheng) 中，中國從(cong) 跟跑、並跑，最終實現了超越。

更令人自豪的是，這是一支完全由中國自主培養(yang) 的團隊，團隊裏沒有一位獲得海外學位的成員。為(wei) 了將脆弱的激光薄膜打造成強韌的“血管”，團隊的幾代成員鍥而不舍，忘我追求。他們(men) 在激光損傷(shang) 與(yu) 反激光的“矛”與(yu) “盾”的較量中，堅定執著地追求“打不壞”的激光薄膜。這支看似普普通通的團隊，敢為(wei) 人先，銳意進取，才逐步斬獲並保持世界第一，實現了我國高功率激光薄膜技術的跨越發展。