“這支年輕的隊伍、這些年輕人實至名歸。”聽到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)超強超短激光攻關青年團隊獲得第25屆“中國青年五四獎章集體”的消息后,團隊帶頭人、中國科學院院士李儒新這樣評價道。
上海光機所超強超短激光攻關青年團隊成立于2016年初。同年8月,他們就實現(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錄;2017年10月,在國際上首次實現(xiàn)10拍瓦(1億億瓦)激光放大輸出;2020年12月,建成世界首臺10拍瓦激光實驗裝置,屢創(chuàng)國際最高激光脈沖峰值功率紀錄……
過去幾年中,該團隊不斷刷新世界紀錄并保持至今。這束“最亮的光”是如何煉成的?這支隊伍又有怎樣的“大目標、小故事”?
給自己“加戲”
“這是一種前所未有的實驗工具或實驗手段,有了它,我們就可以在實驗室里創(chuàng)造極端物理條件,開展許多常規(guī)情況下無法進行的研究。”上海光機所副研究員、上海超強超短激光實驗裝置主放大器系統(tǒng)負責人於亮紅告訴《中國科學報》。
於亮紅解釋說,光的本質是一種電磁波,超強超短激光能產生極端超快的光場,對帶電的電子、質子等施加作用,起到類似于加速器的作用。在電子、質子等加速過程中,還可以產生一些次級輻射源,如伽馬射線、X射線等,能應用于材料研究、癌癥治療等。
正因為有重要的研究價值和應用前景,超強超短激光領域已成為國際競爭的熱點。我國在超強超短激光領域布局稍晚,但進展迅速,2017年初驗證了10拍瓦激光放大原理,緊接著就開始實驗裝置建設。
這時,一個挑戰(zhàn)橫亙在團隊成員面前——我國10拍瓦裝置最初設計的發(fā)射頻率是兩三個小時一次,但此時,歐盟披露了籌建重復頻率為一分鐘一發(fā)的10拍瓦激光裝置的計劃。
“我們要趕在歐盟前面,就得加快進度。同時,原有的部分關鍵技術路線行不通了。”團隊成員之一、上海光機所研究員許毅對《中國科學報》說,“如果采用原來經過驗證的關鍵技術(兩三個小時發(fā)射一次),率先建成裝置的概率比較大,但可能建成以后,技術指標上就落后于人了。”
在上海光機所領導和團隊負責人的支持和帶領下,團隊成員決定挑戰(zhàn)建設每分鐘發(fā)射一次的10拍瓦激光實驗裝置。
“當時項目本身的任務已非常緊張,而且按照原來的設計,完全可以順利通過驗收,并獲得非常好的評價。”許毅坦陳,“在項目進行的過程中,自己給自己‘加擔子’的情況確實非常少見。”他為團隊“有擔當、有魄力、有勇氣”而自豪。
“現(xiàn)在,我們已經實現(xiàn)三分鐘發(fā)射一次的10拍瓦輸出。”於亮紅透露,“預計很快就能實現(xiàn)每分鐘發(fā)射一次。”
特殊的中秋聚餐
因為勇于給自己“加戲”,這個團隊屢創(chuàng)第一。2018年1月,《科學》發(fā)表評論文章認為,中國引領了這一方向的研究。
成績是干出來的。會“加戲”的團隊必須能加班。
“加班這種事情在那些年里,基本上是常態(tài)。”於亮紅說,“用起早貪黑、廢寢忘食來形容一點都不夸張。”
10拍瓦激光實驗裝置建在浦東張江高科技園區(qū),離上海光機所50多公里。園區(qū)建立之初,配套的基礎設施還不完善,研究人員坐地鐵通勤,單程差不多需要兩個小時。
即使這樣,團隊仍形成了一條不成文的作息制度:早上8點半到深夜12點。為節(jié)省時間,很多人干脆住在園區(qū),一兩周才回一趟家。
10拍瓦激光實驗裝置建設伊始,從理論研究、器件選擇、材料加工到工程施工,諸多問題接踵而來。
鈦寶石晶體元件相當于超強超短激光裝置的“心臟”。當時歐盟也在做10拍瓦裝置,核心部件要等輸出完成后才會向外提供。在這種情況下,上海光機所決定自己攻關。2017年,他們成功研制全球最大尺寸、直徑達235毫米的鈦寶石晶體。
“為節(jié)約加工部件的時間,器件或材料一運到,不管早晚,團隊成員立刻讓它進實驗室。”於亮紅說,“當時很多材料都是晚上九十點才運來,經過清洗等一些特殊流程,進到實驗室基本上已經晚上12點了,所以加班到凌晨是常態(tài)。”
2017年的中秋,大家原計劃一起過節(jié),放松一下。然而,到了中秋時,一個關鍵技術正在驗證,驗證一旦中斷,需要從頭開始,這會花費更多時間。于是大家一致決定,不外出聚餐,改吃外賣。
晚上7點多鐘,外賣陸續(xù)到齊,團隊負責人為大家?guī)砹嗽嘛?。加班人員分成兩撥,一撥留在實驗室做實驗,一撥到實驗室門口“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,留存至今。
凝心聚力爭第一
“當時就憋著一口氣,豁出去了,要做到世界第一。”談到團隊的凝聚力,許毅說,“因為有這樣一個目標,才能把一群不同學歷、不同背景的人凝聚在一起,發(fā)揮最大作用。”
該團隊有50多名成員,超強超短激光裝置有五六個大系統(tǒng),成員分為6個組。
“裝置是個整體,必須把這些系統(tǒng)和人員高效組織起來。如果一個人或一個系統(tǒng)出現(xiàn)問題,會大大延遲項目的進展。”於亮紅說,“為保證整個系統(tǒng)之間的分工和協(xié)作,團隊創(chuàng)設了獨特的例會制度和溝通協(xié)作機制。”
“超強超短激光大科學裝置不但有非常大的工程建設工作量,還有巨大的技術挑戰(zhàn)。從技術原理驗證、樣機研制及測試,再到物理平臺建設,整個過程只用了五六年。從晚于國外立項到率先突破技術指標,這其中有三種精神:一是團結協(xié)作的精神,二是勇于挑戰(zhàn)的精神,三是甘于放棄的精神。”團隊成員之一、上海光機所副研究員彭宇杰告訴《中國科學報》。
“10拍瓦激光實驗裝置國際上從未實現(xiàn)過,大家必須離開自己的‘舒適區(qū)’。”彭宇杰說,“很多人即便不參與這個項目,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,按時上下班,有時間陪家人。但大家心甘情愿、義無反顧地參與到項目中來,這本身就難能可貴。”
“過程很辛苦,但做出成果后,大家都很興奮,也覺得很值得。”於亮紅說,“憑借‘激光在我手上,家國在我心中’的精神和情懷,大家舍棄了不少,同時也收獲了很多。”
目前,團隊提出在硬X射線自由電子激光裝置上建設以100拍瓦超強超短激光為核心的極端光物理線站,并獲得立項。《科學》評價稱,“中國團隊正切實引領通往100拍瓦激光的道路”。
標簽: “最亮的光”